我國功能高分子材料發展現狀及應用分析

王若新

（池州學院，安徽池州 247000）

隨著我國工業體系的逐漸成熟和發展，對功能高分子材料的應用也呈現增加趨勢。與此同時，人們對功能高分子材料的性能與質量也提出了更高的要求。因此，有必要對功能高分子材料的結構和性能開展深入研究，以提升其實際應用所能發揮的效能，為國民經濟增長與人們生活質量提高發揮價值。

1 功能高分子材料概述

1.1 功能高分子材料的內涵

高分子材料指的是由結構單元或單體通過共價鍵連接所構成的，具有多個重復單元的大分子材料，具有密度低、比強度大、耐腐蝕、易于加工的特點。部分高分子聚合物，具有與常規聚合物差異顯著的、可在工業中應用的物理或化學性能，例如感光性、吸附性、導電性、細胞相容性、組織相容性等，此類高聚物材料即為功能高分子材料。

1.2 功能高分子材料結構與性能

功能高分子材料可以表現出與其他高聚物不同特性的主要原因，在于其內部結構的特殊性。具體說來，就是因為其主鏈或側鏈上具有某種功能性基團，此類基團的存在導致高分子鏈的一級結構、構象以及在聚集時的高級結構與一般聚合物不同。具體說來，根據起到顯著功能的基團所在的位置，功能高分子材料的結構類型可分為如下三種：

第一，主鏈型。這類功能高分子材料其主鏈本身具有強大的功能作用。例如，聚乙炔的構成元素為C 和H，其中C原子的最外層電子共有4個，主鏈上的C 原子通過1個電子與另1個碳原子構成單鍵，通過2個電子與反向的碳原子構成雙鍵結構，剩下的1個電子與H 原子相結合。這種單雙鍵交替的結構，使其表現出了電子容易流動的特性。通過加入其他元素，可制成導電性良好的塑料制品。

第二，側鏈型。即起到主要功能的基團所處的位置是高分子鏈的一側。例如，生活中常見的高吸水性樹脂，其主鏈為苯乙烯，側鏈含有羧基與羥基，二者均屬于強親水基團，從而使得高分子材料表現出親水和保水的功能。

第三，接合型。就是功能聚合物的特定功能，是通過將高聚物與其他類型的材料結合起來體現的。例如，將功能高分子材料與半導體結合，可形成電動勢，進而將其用于傳感材料的制作。

2 我國功能高分子材料的發展現狀

高分子材料概念的提出最早可追溯至二十世紀二十年代，但在“高分子”這一概念提出之前，就有了對此類材料的實際應用。到了二十世紀六十年代末，有研究者提出了有機硅聚合物生物材料，即通過給高分子材料引入特殊的基團，使其具有特定的功能，自此功能高分子材料成為相關領域學者和工業生產企業所關注的熱門方向。我國在該領域的研究開始滯后于歐洲、美國、日本等發達國家，但發展迅速，不同類型的功能高分子材料現已在能源、生物、電子信息、農業等多個領域取得廣泛應用，對人們的生活產生了巨大的影響。根據功能高分子材料的功能特性，可將其分為四種類型：其一，電磁功能高分子材料，此類高分子材料在特定條件下將發生導電性的改變。例如，早在二十世紀八十年代末，我國魏同貞等成功研制了塑料電池；在國家大力推動新能源汽車產業發展的今天，全塑料電池與全樹脂電池成為研究的焦點。其二，具有分離或化學功能的高分子材料。此類高分子材料可通過選擇性過濾或吸附完成對特定物質的分離。其三，光功能高分子材料，即在光的作用下可表現出特殊的物理或化學性質的高分子材料。以光刻膠為例，截至2014年，我國光刻膠市場規模達到70億美元左右，為半導體產業的轉移提供了重要的助力。其四，生物醫用高分子材料，此類材料通常具有細胞相容性、血液相容性或組織相容性等，可用于制作醫療材料。經過幾十年的發展，功能性高分子材料在生產、生活中的價值已取得了廣泛的認可，隨著新興產業與新技術的發展，相信功能性高分子材料也將得到進一步的發展。

3 功能高分子材料在生產中的實際應用

3.1 功能高分子材料在電子工業中的應用

在電子工業中應用較多的功能高分子材料通常為電磁功能材料或光功能高分子材料，在集成電路制造、有機電子器件制造和信息存儲介質制造中發揮了重要的價值。在集成電路制造過程中，在去除部分半導體外的保護層的同時，還需要保留部分氧化層。在工業生產中，往往通過化學腐蝕法完成這一操作。為避免化學溶劑對保留部分構成腐蝕，可在整個半導體氧化層外涂一層感光樹脂，該材料在未經光照的情況下易于溶解，經過光照后溶解性逐漸降低。對于需要保留氧化層的區域，可利用照相法對其處理，之后再進行化學腐蝕。在有機分子晶體二極管及雙極結構晶體管等有機電子器件的制造中，可應用功能高分子材料導電性能的差異化，在微型電極表中進行多次復合。熱熔型側鍵液晶聚合物可用于制作信息存儲介質，且其可靠性高，可用于長期存儲。

3.2 功能高分子材料在荒漠化治理中的應用

我國南北地區的自然條件差異巨大，水資源分布不均衡，西北地區廣泛存在著土壤含水性差、植被成活率低的問題，很多地區已呈現出沙漠化特征，不但導致土地出產效益的降低，同時還面臨著風沙危害。面對這一情況，在防沙治沙、恢復植被中充分利用功能高分子材料，有助于土地荒漠化的問題得以改善。一方面，可以將高吸水性聚合物與微量元素、化學肥料等一起拌土，改善土地質量，使之適合植被的生長；另一方面，還可以將一定濃度的土壤保墑劑噴涂在種植了綠化植被的土壤表層，從而形成一層薄膜，有效阻滯土壤中水分蒸發的同時，不影響土壤中氣體的交換。此外，對于一些干旱、半干旱地區，還可以采用固體水的方式，為植物提供長效水源。所謂固體水，就是利用高聚物將水轉化為不流動、不揮發的固態束縛水。將其放入土壤中后，將在微生物的作用下緩慢降解，為植株提供支持2～3個月生長的水源，從而極大提高干旱、半干旱地區植物的成活率。

3.3 功能高分子材料在生物醫學中的應用

在生物醫學中對功能高分子材料的應用主要包括三種情況，即人體器官、醫用塑料和藥用高分子。部分功能高分子材料由于生物相容性好，排異反應小，可用于制作移植器官。此類高分子材料在實踐中將植入人體，替代原有的器官，在人類的生命活動中發揮一定的價值。截至目前，我國研制的高分子材料髖關節已在臨床上被證實有效，且排異作用較小，組織相容性好。在多種癌癥治療中，都用到了靶向藥，而功能高分子材料本身具有一定的選擇性，將其與藥品結合，可用于制造具有靶向作用的新型高分子藥物，從而更加準確地清除病灶。醫用塑料當前已較為常見，全部醫療器械中15%以上的原材料都是醫用塑料。

4 結語

在現代生活中，功能高分子材料在生產、生活的方方面面都發揮著重要的價值。在信息科技高速發展的今天，可預期到功能高分子材料將發揮出更大的價值。然而，盡管該領域已取得了眾多的成果，還應注意到，對于功能高分子材料性能的挖掘還未終結，應在把握一般高聚物與功能高分子材料之間內在聯系的基礎上，提升功能高分子材料的功能與性能，為材料科學的探索和國民經濟的發展提供更大的支持。