天然高分子改性材料及应用范文第1篇

关键词：功能高分子材料；纳米技术；可生物降解；

高分子材料早已经渗透到。我们人类生活的方方面面，在日常生活处处。都有着重要的应用。所以我们每个人都。对于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料，通常指的是无数个小分子化合物再通过化学键，形成的大分子化合物。生活里可见的聚合物材料主要有合成橡胶、合成塑料、合成纤维这三种。到上世纪六十年代左右，这些聚合物材料已经可以用来制造衣服、日常用品及各种工业材料，满足相关行业的需求。在未来，高分子材料主要运用领域分别是：纳米高分子材料复合应用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料开发。以及航天工业领域应用。

一、高分子材料功能化发展

功能高分子材料是一种聚合物大分子，它大多来自于半人工及人工合成的高分子材料。它与一般的聚合物有很大的不同，在化学性质及物理性能上都发生了很大的变化，主要是增加了一些光学、电学等方面的特殊功能。在高分子研究中，有一个特殊领域，就是功能高分子，也就是那些数量甚微、作用特别、性能独特却是运用新技术时必不可少的高分子材料。

随着科技的进步，以及社会经济的发展，新能源开发、交通和航天技术、微电子技术、生物医药等多个领域都如雨后春笋般蓬勃发展，这些领域的发展离不开功能高分子材料这个重要的基础。

在功能设计方面，高分子材料的主要作用是：

1）用分子设计来合成新的功能。如研制非晶质光盘（APO）；

2）以特别加工来增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纤；

3）用两种或两种以上性能不同或者功能各异的材料，加以复合之后形成新材料所具有的功能，如EMI/RFI屏蔽导电、塑料、高分子磁性体和复合层积复合填料；

4）对材料的表面进行处理，从而让材料具备新功能，如EMI/RFI屏蔽导电塑料、表面处理法。

功能设计，这一理论在所有功能高分子材料领域内都得到了运用，这自然也同其材料的研究方向紧密相关。在生物医药上，有研究者利用电化学反应，模仿自然骨的成分及其产生过程，让胶原通过微环境及反应动力，实现分子自组装和矿化，最终获得有关成份、骨组织及其结构。利用相似度极高的生物活性涂层以及调控生物活性因子促进骨的生长。这种技术可以提高医用移植体相关材料的生物活性，从而可以加速治好患病的骨骼。

由于功能高分子材质具备与众不同的出色作用，它可以替换许多功能材料，并可以通过功能高分子材质来改善其他材料的性能，让其变成一种全新的功能材料。有鉴于此，功能高分子材料及特种高分子材料在国内外相关领域内受到越来越高的重视，科学家开展的相关研究也非常多。因此，发展功能高分子，其涉及面O广，关系到许多学科的研究。我国也非常关注这一领域的研究，在自主研发的基础上，加强国际交流，目前相关水平已处在世界的前列。

二、运用纳米技术，改性高分子材料

纳米技术一般是来钻研纳米材料的特性和对其结构进行制造的工艺。当一种东西在现代化手段下以纳米来描述时，那么它本身的作用便会产生一些变化，从而出现一些奇特的现象，表现出和普通物质不一样的性质。并且，若是把具有特殊性质的粒子和其他高分子物质混合时，这种特殊的粒子会使高分子物质发生性能的改变。所以，在改变高分子物质的过程中，运用的纳米技术有两种：一是对这两种物质加以合成，二是用纳米粒子影响高分子材料的性能。第一种占得比例最多。

举个例子，在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT纳米复合阻尼材料时，可将这两种物质时行复合，据此提高其抗震、降噪的效果。结合众多实验结果，我们可以知道，聚合物基体中平均分布了二维纳米片之后，该材料原本的能量将会有很大的升高，与此同时，基体材料的增韧性更好，耐磨性更强，阻透性也大大提高，也发送了其抗菌性以及抗老化性能，同时防紫外线的能力也有所提高。

又比如，把纳米无机粘土粒子利用其他的改性剂，在化学反应后得到的纳米粒子片层，与尼龙等其他材料混合，得到的新材料的阻止燃烧的功能更加好。将纳米材料和它的结构的多种特性组合使用，能够产生其他的多种新的材料。

三、生物可降解高分子材料的发展

在特定时间及一定条件下，微生物或其分泌物利用化学分解的形式，可以获得降解的新材料。

高分子材料已在日常生产及生活中得到了广泛的应用。可是，由于它无法循环使用，不易分解，加上用量很大，久而久之，就给环境带来了比较厉害的化学污染。一般情况下，在降解这些废弃的塑料制品时，最广泛使用的办法是挖坑埋掉或者烧掉，然而，这些方法都会对环境造成不可弥补的伤害。

譬如，我们的日常生活中，超市购物，买菜，包装，全都用塑料制品，面对这一现象，四川有一家生物科技公司研制了一种抑菌的可降解的包装食物的材质，先把壳聚糖通过辐射法作出辐照降解，再混入偶联剂助剂溶液，搅拌均匀，而后通过干燥使溶剂脱离后，再和聚己内酯类可降解高分子材料混合在一起得出。聚己内酯可以全部的溶解掉，而壳聚糖则可以抑制某些微生物的生存繁衍。

所以，在研究这一新材料时，重点是研究出可降解的聚合物，如何对已经存在的可降解聚合物加以利用，经济意义是十分明显的，值得研究。

四、先进高分子材料在航天工业领域的应用

自中华人民共和国建立以后，航天工业获得了长足进步，其代表是两弹一星，这也促进了相关新材料的科研及发展。进入新时代，我国又陆续开展了载人航天及探月工程等一系列重大科研项目，这自然也离不开更多新材料的支持，在这个领域，一些关键的材料研制获得突破性进展。这里面就包括高分子材料。它是发展航天工业必备的配套产品，一般包含橡胶、胶黏剂、工程塑料、密封剂和涂料等。

五、结语

本人从思考人类生存的环境问题出发，在建设环境友好型社会的基础上，形成了上述四个基本观点。当下，人们研究高分子材料，在目的及目标等方面，改变都十分明显：以往研究的目的是给人们的生活带来方便，如今则开始注意环境安全，不浪费能源与物质，循环使用，同时研发出能耗低、效率高的新材料。毫无疑问，环境因素已成为今后任何研发工作所需要重点考虑的问题。对于从事新材料研发工作的人们来说，只有研发出无毒、绿色、功能化、可降解的材料，与环境有利，才能解决白色、黑色等方面的污染问题。

参考文献：

[1]谢建玲.现代塑料加工应用，1995.

天然高分子改性材料及应用范文第2篇

关键词：高分子材料；纳米技术；功能高分子；航天；可降解生物

中图分类号：K477 文献标识码： A

一、高分子材料改性中纳米技术的应用

一般，纳米技术被认为是对纳米材料的性质和纳米结构的设计的一项研究技术。当任何材料用高科技手段被细化到纳米量级时，该材料的物化性能就会发生巨大的变化，产生出一些奇异的物化现象，呈现出与常规材料完全不同的新的性质。而且如果将拥有特殊性能的纳米粒子与高分子材料复合时，纳米粒子可以显著改变或者增强该高分子材料的某些性能。因此，在高分子材料改性中应用的纳米技术主要是包括两大类：第一，纳米粒子与高分子材料的复合；第二，对高分子材料进行纳米结构的设计和制作。其中第一类占主要地位。

例如，于苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT纳米复合阻尼材料的研究，就是利用纳米粒子与高分子材料复合，提高原材料由于粘弹性而具有的抗震消声性能。并且研究表明，纳米粒子特别是二维纳米片均匀分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能：增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。再如，将纳米无机粘土粒子通过咪唑类有机改性剂有机化后得到的纳米粒子片层，跟尼龙6材料复合后，所得复合材料的阻燃性能显著提高。

利用纳米材料和纳米结构的种种特有性能，可以帮助我们合成制造出更多更适用的新材料。因此，开发纳米高分子复合材料，是改造传统聚合物工业技术的最有效途径，具有巨大研究价值和市场潜力。

二、功能高分子材料发展

功能高分子材料是指与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能（如电学、光学等方面的特殊功能）的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）。功能高分子是高分子材料的一个特殊领域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。随着经济和科学技术的发展，新能源开发、交通和宇航技术、微电子技术、生物医药等各个领域的发展和进步都迫切需要相应的功能高分子材料作为基础。高分子材料的功能设计的主要途径是：1）通过分子设计合成新功能，如非晶质光盘（APO）的研制；2）通过特殊加工赋予材料功能特性，如功能高分子膜和塑料光纤；3）通过两种或两种以上具有不同功能或性能的材料复合获得新功能，如层积复合填料复合的EMI/RFI屏蔽导电塑料和高分子磁性体；4）通过对材料进行各种表而处理以获得新功能，如表面处理法，EMI/RFI屏蔽导电塑料进行功能设计的思想，贯穿了功能高分子材料发展的各领域，代表着当今功能高分子材料的发展方向。在生物医药材料领域，就有人模仿自然骨成分和形成过程，利用电化学反应为胶原分子自组装和矿化提供反应动力和微环境，获得了成分和结构与骨组织相似的生物活性涂层，并且可以可控的释放生物活性因子调控促进骨生长，是增强医用移植体材料生物活性，加快早起治愈速度的理想方法。特种与功能高分子材料之所以能成为国内外材料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它们具有独特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。因此，功能高分子的发展是没有固定学科边界的。而我国更应该加大对功能高分子材料研究的重视，加强国际交流，努力提高自主研发水平，跻身世界高精尖技术行列。

三、生物可降解高分子材料的发展

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。生物可降解的机理大致有以下三种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

四、先进高分子材料在航天工业领域的应用

新中国成立以来，以两弹一星为代表的航天产品的研制带动了我国许多关键新材料项目的启动和开展。改革开放以来，我国载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，也促使我国在许多关键新材料领域的研制工作取得了突破。其中，先进高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂、涂料等。

作为理想的密封及阻尼材料，橡胶的应用非常广泛。我国航天工业建立伊始，为了满足当时的迫切需求，我国开展了大量特种橡胶材料的研制攻关工作；随着我国工业的发展，高性能橡胶材料及应用技术也取得了长足进步。工程塑料是指可作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较苛刻的化学物理环境中使用的高性能高分子材料。其结构特点是主链由苯环、萘环、氮杂环等通过醚基、砜基、酮基等连接而成，具有重量轻、强度高、耐热性好和耐辐射性好等优良特性，已经逐步取代金属材料，用于装备中大量次结构件的制造。目前，在国防装备上获得应用的工程塑料主要有聚酰胺（PA）、聚氨酯（PU）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTFE）等。航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。航天材料及工艺研究所研制了百余种特种胶黏剂及密封剂，主要包括聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类胶黏剂等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。

结语

高分子材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子化合物以化学键联结而成的大分子化合物。我们生活中应用的高分子材料主要就是指合成塑料、合成橡胶、合成纤维等合成高分子材料。然而至20世纪60年代，高分子材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。因此，在未来的高分子材料研究领域，高分子材料的三个钟头发展方向将会是高分子材料功能化、纳米高分子材料复合应用以及可生物降解高分子材料研发。

参考文献

[1]王周玉,岳松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏.可生物降解高分子材料的分类及应用[J].四川工业学院学报,2003,S1:145-147.

天然高分子改性材料及应用范文第3篇

生物医学材料是一类对人体细胞、组织、器官具有增强、替代、修复、再生作用的新型功能材料。它有独特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期间，同机体之间不产生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、发热、过敏等现象；②具有生物功能性，在生理环境的约束下能够发挥一定的生理功能；③具有生物可靠性，无毒性，不致癌、不致畸、不致引起人体组织细胞突变和组织细胞反应（即“三致物质”），有一定的使用寿命，具有与生物组织相适应的物理机械性能；④化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；⑤针对不同的使用目的具有特定功能。按生物医用材料性质的不同可分为四大类：①医用金属材料。主要用于硬组织的修复和置换，有钴合金（Co-Cr-Ni）、不锈钢、钛合金（Ti-6Al-4V）、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等7类，广泛用于齿科填充、人工关节、人工心脏等。②医用高分子材料。有天然与合成两类，通过分子设计与功能拓展，即合金化、共混、复合（ABC）等技术手段，可获得许多具有良好物理机械性能和生物相容的新型生物材料。③生物陶瓷材料。有惰性生物陶瓷（氧化铝陶瓷材料、医用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羟基磷灰石、生物活性玻璃等）。④医用复合材料。由两种或者两种以上不同性质材料复合而成，取长补短，达到功能互补。主要用于修复或者替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。胶原属于细胞外基质的结构蛋白质，结构复杂，根据分子结构决定功能和性质的原则。其分子量大小、形状、化学反应以及独特的生物分子等对功能、性质起着决定性作用。胶原来源广泛，资源丰富，性质特殊。是21世纪生物医学材料研究和应用的热点和重点[1]。

1胶原生物医学材料的优势

（1）低免疫源性。组织胶原具有一定的免疫性，20世纪90年代研究发现，其免疫源性来自于端肽及变性胶原和非胶原蛋白质，在提取胶原时，除去端肽及纯化分离掉变性胶原和非胶原蛋白，能得到极弱免疫原性的胶原材料。（2）与宿主细胞及组织之间的协调作用。其特点：①胶原有利于细胞的存活和促进不同类型细胞的生长；②胶原不但可增加细胞黏结，而且有利于控制细胞的形态、运动、骨架组装及细胞增殖与分化。（3）止血作用。胶原的四级特殊结构能使血小板活化、释放出颗粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。胶原是一种特殊的生物降解材料，其降解性作为器官移植的基础。（5）物理机械性能。胶原的三螺旋结构以及自身交联而成网状结构，使其具有很高的强度，可满足机体对机械强度的要求；另外通过进一步的交联增强其强度，而且采用不同的交联剂可获得不同的强度和韧性材料。通过复合和接枝共聚能获得更多性能优良的材料。（6）组织工程（Tissueengineering）。胶原的优良特性使其在组织工程中扮演更重要的角色，大量应用于临床，前景广阔。

2胶原在生物临床医学上的应用

[2]（1）手术缝合线。当前应用的天然与合成材料制备缝合线均存在这样那样的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆线；或者与组织反应大，引起发炎、造成伤口瘢痕明显；或者吸收时间过长等。而胶原制备的缝合线既有与天然丝一样的高强度，又有可吸收性；使用时有优良的血小板凝聚性能，止血效果好，有较好的平滑性和弹性，缝合结头不易松散，操作过程中不易损伤肌体组织。可采用复合与交联改性方法提高缝合线功能和性能，制备的可吸收缝合线有：①纯胶原可吸收缝合线；②胶原/聚乙烯醇共混复合；③胶原/壳聚糖复合可吸收缝合线；④胶原/壳聚糖/聚丙烯酰胺复合可吸收缝合线。（2）止血纤维。胶原纤维是一种天然的止血剂和凝血材料，且止血功能优异。胶原纤维是一种集止血、消炎、促愈为一体，可被组织吸收，无毒、无副作用的医用功能纤维，相比于以前使用的氧化纤维素、羧甲基纤维素及明胶海绵等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海绵。胶原海绵有良好的止血作用，能使创口渗血区血液很快凝结，被人体组织吸收，一般用于内脏手术时的毛细血管渗出性出血。临床应用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮肤科、烧伤科、妇产科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等几乎所有的手术。（4）代血浆。当人体由于外伤或其他原因发生意外急性失血时，最佳方法必须立刻输血，但众所周知，血液来源非常困难！而且不能长久保存，输血之前还需鉴定血型和配型。因此，寻找理想的代用品成为人们的梦想。20世纪50年明胶代血浆受到重视，且符合血浆的条件和性质，国外已大量使用，我国正在积极推进其产业化。国外明胶类代血浆有脲交联明胶、改性液体明胶和氧化聚明胶3种。国内有氧化聚明胶、血安定（Gelofu-sine）海星明胶和血代（Haemaccel）。（5）水凝胶。水凝胶是一些由亲水大分子吸收了大量水分形成的溶胀交联状态的半固体（三维网络），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶胀性、柔软性和弹性，以及较低的表面张力等特殊性质。交联方式有共价键、离子键和次级键（范德华力、氢键等）。水凝胶是高分子凝胶中的一类，可分为物理凝胶和化学凝胶。为改善性能需对天然高分子与合成高分子进行共混复合制备新型水凝胶（互穿网络水凝胶），现已取得很大进展。制成的复合材料有胶原/聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶、胶原/聚乙烯醇水凝胶、胶原/聚异丙酰胺水凝胶、胶原/壳聚糖水凝胶等。（6）敷料。敷料是能够起到暂时保护伤口、防止感染、促进愈合作用的医用材料。有普通敷料（常用植物纤维纱布）、生物敷料（胶原蛋白及其改性产品以及左旋糖酐、壳聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和复合敷料等四种。开发使用的品种有海绵型敷料、胶原膜敷料、凝胶敷料。（7）人工皮肤。

人工皮肤是在创伤敷料基础上发展起来的一种皮肤创伤修复材料和损伤皮肤的替代品。其制备方法采用复合与交联法，一是提高胶原的机械强度；二是胶原与其他天然高分子进行杂化改善机械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年来组织工程（一门多学科的交叉科学）研究的重点之一。当今临床应用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是涤纶纤维编织的人工血管，但只能对大口径血管有较短的替代作用。后来开发聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多种方法进行改性，以适应血管植入的要求。此外，还有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乳酸异构体（PLLA）等。（9）人工食管。分为两种，一种是用自身的其他组织或器官（如结肠、空肠、胃、胃管和游离的空肠等）加工而成，现已广泛应用于临床，优缺互见；另一种是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金属管、PTFE管、硅胶管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后发展了PTFE、硅橡胶、硅胶涂覆的涤纶编织管（PET）、碳纤维管等。近年以来，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作无细胞支架的人工食管、组织工程化食管等。（10）心脏瓣膜。分为机械瓣膜（金属瓣）和生物瓣膜。心脏瓣膜支架材料有可降解合成高分子和生物高分子。可降解合成高分子有PLA、PGA及二者共聚物（PGLA），此外还有聚β—羟基烷酸酯、聚羟基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有胶原、纤维蛋白凝胶、去细胞瓣膜支架等。（11）骨的修复和人工骨。目前仍以金属（不锈钢、钴铬合金、钴镍合金、钛合金）为主；高分子材料，诸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（结晶氧化铝、羟基磷灰石）以及复合材料。胶原以其独特的性能成为不可或缺的生物材料，在骨修复中起举足轻重作用。①在组织引导再生术中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“诱导成骨”、“传导成骨”，实现再生修复和骨愈合的作用。②组织工程化骨组织的构建。包括三个方面：一是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的支架结构作为细胞外基质（ECM）的替代物；二是种子细胞；三是组织工程骨的组织还原（骨缺损修复）。（12）角膜与神经修复。角膜胶原膜和组织工程化角膜；人工神经支架采用胶原、胶原/壳聚糖或胶原/糖胺聚糖等。（13）药物载体。药物载体由高分子材料充当，大多数为传递系统，其主要成分是胶原和明胶。有胶原膜、胶原海绵、药用胶囊和微胶囊和丸剂与片剂。（14）固定化酶载体。胶原可作为细胞或酶的载体，其特点：①胶原本身是蛋白质，对酶和细胞的亲和性是其他材料不可及的；②胶原蛋白成膜性好，可制成各种酶膜；③胶原蛋白肽链上具有许多官能团，诸如羧基、氨基、羟基等，易于吸附和固化。胶原蛋白有很好的生物相容性，在体内可被逐步吸收，交联接枝共聚后赋予了材料良好的物理机械性能，且可在体内长期保存。广泛应用于人体的各个部位。生物医学材料在人体的应用部位，详见图1[3]。

天然高分子改性材料及应用范文第4篇

功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％。

所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。

二．功能高分子材料

功能高分子材料按照功能特性通常可分成：分离材料和化学功能材料；电磁功能高分子材料；光功能高分子材料；生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。

随着时代的发展，在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料，经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求，我们也把它归属于功能性高分子材料。

一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求：化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化；组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应；不会致癌变；耐生物老化，在人体内材料长期性能无变化；耐煮沸，灭菌、药液消毒等处理方法；材料来源广、易于加工成型。

经多年研究，能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类，一类是有机硅化合物，第二类是有机氟化物，最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯，例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。

三．生物医用高分子材料

目前，除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作。对生物医用高分子材料，除了要求具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。目前在血液相容性高分子、组织相容性高分子、生物降解吸收高分子、硬组织材料用高分子和生物复合高分子材料、医用高分子现场固化材料、医用粘合剂、固定化酶、高分子药物释放和送达体系等都有相应的研究。随着环保概念的提出，生态可降解高分子材料的开发和应用也随之日益受到重视。如聚乳酸塑料PLA，在废弃后自然条件下，通过微生物的分解作用，只需六个月至两年时间即可完全降解，降解反应的产物为水、二氧化碳、乳酸等是植物生长良好的促进剂，对环境无任何污染。

离子交换与吸附树脂是一类带有可离子化基团或其他功能性基团如亲油基团的二维网状交联聚合物。常用的离子交换与吸附树脂多为球状珠粒，其粒径为0.3-1.2mm。此外，还要具有高的机械性能、较好的化学稳定性、热稳定性、亲水或亲油性、渗透稳定性和高的交换/吸附容量。在水/油中具有足够大的凝胶孔或大孔结构，由于它具有高效快速分析和分离功能，目前已广泛用于硬水软化、废水净化、高纯水制备、海水淡化特别是在食品工业、制药行业、治理污染和催化剂中应用的更为广泛，而且发展迅速。除一般用的离子交换树脂外，近来还发展了具有特殊吸附功能的离子吸附树脂：如高吸油树脂等，这些高分子吸附剂可以从有机溶剂或有机无机混合相体系中吸附有机溶剂如各种油类。

随着医用科技的蓬勃发展和环境污染的日益严重，当今材料技术的发展趋势一是从均质材料向复合材料发展，二是由结构材料往功能材料、多功能材料并重的方向发展。这种发展趋势使得医用复合材料和环境处理材料得到了快速发展。

四．医用高分子材料的发展方向

可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视，无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料，都将得到巨大的发展。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。

任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的，因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱，但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等)的改变在极短时间内发生相应的变化，从而造成表面性质的改变，此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。通常，在组织工程的应用中，高分子材料支架要负载上生长因子，以促进组织在生物体内的再生，另一方面，把特殊的粘附因子，如粘连蛋白结合到支架上，可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附，而排斥其它种类的细胞，即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上，就需要对材料进行表面改性，而有时表面改性很困难，因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的，同时由于这些材料有良好的机械性能，又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的，必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。

参考文献：

1、焦剑.功能高分子材料.化学工业出版社，2007.7

2、俞耀庭，张兴栋等.生物医用材料.天津：天津大学出版社，2000.

3、陈先红，郑建华.生物降解高分子材料——聚酸酐的研究进展高分子材料科学与工程2003

天然高分子改性材料及应用范文第5篇

关键词：高分子材料专业；化工原理；教改实践；教学内容；教学方法

化工原理是一门综合性技术学科，主要研究化学工业生产中有关的各单元操作的基本原理、所用的典型设备结构、工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题。它是综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析和解决化工类型生产中各种物理过程的工程学科，主要强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。由于其在培养学生工程科学及工程技术的双重教育任务中起到重要作用，目前该课程是化工类及相近专业的一门重要的技术基础课，很适合现在的“重基础宽口径”本科教育的培养理念。笔者所在校的化学工程专业、食品工程专业、制药专业、高分子材料与加工专业和生物化工专业都开设了该门课程的教学任务。

化工原理教材源自1923年美国麻省理工学院的著名教授W.H.Walker等教授发表的首部著作――Principle of Chemical Engineering。我国最早是浙江大学在1927年首建化学工程系时开设了该门课程的。自此有关化工原理课程的教学与改革工作开始深受学者们重视，目前化工原理的理论教材正式出版的已达20多个版本，同时发表的教研论文也有近600篇。然而，目前多数教材有一个普遍的特点就是偏重于引介传统的基础化工知识，对化学工程类专业的学生适应性强而缺乏与其他的教学专业间的密切联系，从而易使其他非化工类专业的学生产生教材对于他们专业适用性不强的错觉。这也导致部分的非化工类专业学生对该门课程学习兴趣不强。如果将学生的专业课程的知识融入化工课程原理的教学中，以化工原理知识在非化工类相关专业中的应用为切入点引导这类专业学生的学习兴趣是很重要的。

高分子材料与加工专业是以相对分子质量较高的化合物构成的材料包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等为研究对象研究其合成改性和加工成型等的一门科学。这有别于多数化工原理教材中引述的小分子物质如水、苯或甲苯等常规化学品的。如何将化工原理知识和高分子材料加工应用实例结合起来教学，从而提高该专业学生学习该门课程的积极性，笔者围绕着教学内容和教学方法等，在课堂上开展了一系列的教改实践与尝试，并获得了好的效果。

一、阐明高分子生产加工与化工生产间的内在联系高分子材料加工涉及的通常是高分子材料成型加工方法，化工原理课程也是海南大学（以下简称“我校”）高分子材料与工程专业的一门专业基础课。学生在初学化工原理时可能感觉与高分子加工技术相差较大，对将来专业知识没有直接帮助，学习的积极性与主动性均难以充分调动，甚至还易产生消极抵触的情绪。因此，在课程刚开始的绪论这一章的教学中在介绍什么是化学工业过程时笔者不以教材里的传统化工加工为例，而是详举高分子行业中运用化工原理知识进行材料加工处理的实例，提前介绍一些高分子材料加工的方法，拉近学生与传统化工加工技术的距离，让学生理解高分子加工的一些操作与传统化工类的操作间的异同点，以便消除同学们内心的疑惑，指明高分子材料加工专业的同学学习化工原理知识的必要性。

如天然橡胶的初加工是海南（以下简称“我省”）省的特色产业也是我校高分子材料专业的一个重要方向。从天然橡胶树上采割的胶乳经过一系列的处理得到干胶产品（如图所示）。在这个过程中干燥、浓缩、压片等操作与传统化工生产中的相关的单元操作一样，所用的基本原理相同，设备基本通用。

高分子材料如聚乙烯的合成中乙烯气体在常压常温下，加压输送合成前的加热升温操作及反应后产物的分离与传统化工专业的流体输送原理及加热原理是相同的，所用设备是相通的。二、将高分子加工工艺融入化工原理的课程教学中在高分子材料的加工中采用了大量的化工单元操作。但这些高分子加工工

制胶方法图艺在传统的化工原理教材中是看不到的。这就要求任课教师具有高分子材料加工方面的知识背景，这样可以将高分子加工工艺中运用到的化工原理的知识融入课程的教学中，学生领会到该门课程的知识在专业知识中的基础作用学习兴趣才会提高，并且在将来的工作中能有意识地提前运用化工原理的理论知识，进行企业的节能降耗等的工艺改进。

如在以动量传递理论为基础的单元操作的有关教学中，教材通常是以牛顿型流体如水、苯或甲苯等常规化学品的流体输送为例，而高分子材料专业的学生处理对象多为大分子材料，所处状态通常固体颗粒或黏稠状态，属于非牛顿型流体范畴。因此教材中的例子缺乏对高分子材料专业学生的足够吸引力，难以达到应有的示例效果。教学中我们以胶乳厂中天然浓缩胶乳的生产工艺为例，说明工艺中我们利用泵提供新鲜胶乳能量，促使其流入高速离心机中，而离心机是非均相物分离的一个单元操作。高分子量的聚异戊二烯在离心机转鼓的轴中心较远的地方富集，而小分子如水分、小分子量的聚异戊二烯在轴中心附近富集。将这两个位置的乳液分别导出就分别得到浓缩胶乳和胶清胶，并利用非牛顿型流体的阻力计算方法表明，由于胶乳的黏稠度远大于水的黏度在动力消耗上要比同等条件下输送水的动力消耗大。

鉴于在塑料或橡胶的加工生产中大量运用到了螺杆挤出机。所以在流体输送设备介绍中，笔者是以螺杆挤出机在塑料加工中的应用为例，说明螺杆挤出机的工作原理，并且介绍在塑料挤出机的料斗的颗粒进料系统中可以利用固体流态化技术，采用真空吸料或用鼓风机压料进行原料输送。

在以热量传递为理论基础的单元操作中，在介绍以导热方式进行的热传递时，笔者以未硫化胶膜在平板硫化仪内加热硫化为例进行导热说明。而以塑料在螺杆挤出机内或橡胶在炼胶机上进行塑炼时的粘流态受热为例介绍对流传热热传递方式。

在以质量传递为理论基础的单元操作中，以粉末涂料的生产为例，介绍喷雾干燥工艺。这些将高分子材料加工工艺融入化工原理的课堂教学中，拉近了材料加工与化工原理知识间的距离，提高了学生学习的兴趣，起到明显的教学改革效果。

三、以高分子材料为实验对象化工原理一般是同学们从公共基础课转向专业课学习所接触到的第一门工程性课程，亦是一门理论与实践紧密结合的技术基础课程。它的实验课教学设计至关重要，其不仅关系到整门课程教学效果的好坏，更是决定能否推进该课程素质教育的关键环节之一。

为提高高分子材料类专业同学参与化工原理实验课的学习热情，笔者在实验教学中选择高分子材料进行相关的实验 。如干燥实验中有的专业以甘蔗渣纸板为实验对象，获得有关纤维的干燥过程曲线和干燥速率曲线。而我省特色产业天然胶乳加工中有将天然胶乳干燥制备成干胶的这一操作。为了结合我校的高分子材料专业，专业实习提前将有关化工原理的知识融入到专业学习中。实验中以天然胶乳制备的湿膜片为实验材料，获得天然胶乳薄膜制品的干燥过程曲线和干燥速率曲线，为以后同学们去胶乳厂参观实习提供理论和实验依据。这一举措不仅有效激发了同学们参与实验研究的主动性，反过来也极大促进了该课程理论学习的积极性。

四、有的放矢传授教学内容，适应少学时的课程教学计划在高分子材料类专业的教学计划中，化工原理虽也多被列为必修课程，但相比化工类专业，其教学学时要少得多。因此，如何在有限的学时内，引导同学们在掌握基本化工操作知识的基础上，有的放矢地传授教学内容，引导学生自主复习，进行课外自学。如化工原理教材中有大量公式推导过程，少学时专业课的教学中不容许课堂上在公式推导中花费大量的时间，课堂教学中会简单介绍推导思路，鼓励学生课前及课后自学，重点放在有关理论的应用上。如离心泵理论扬程的方程式的推导过程，运用了前期我们学过的伯努利方程的知识和几何学中速度的矢量运算知识。在教学中要求学生课前自学，教学重点在分析、总结和对公式的理解和运用上。考虑课程特点，在蒸发等单元操作上分配课时较少，而对于膜分离这类单元操作，由于与高分子材料有密切关系，安排一定的学时学习这类单元操作的原理。这样做到有的放矢，尽可能与专业产生一定的关联，为专业知识拓宽坚实的专业基础知识。

参考文献：

[1]管国锋，赵汝溥.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2008.