普通化学小论文Word版

高分子化学的未来

高分子化学是高分子科学的三大领域之一，是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科，包括塑料、合成纤维、合成橡胶三大领域。如今，人们建立了颇具规模的高分子合成工业，生产出五彩缤纷的塑料、美观耐用的合成纤维、性能优异的合成橡胶。高分子合成材料，金属材料、和无机非金属材料并列构成材料世界的三大支柱。

一、高分子化学的发展现状

上世纪中以来，随着工业的发展和人口的增长，天然资源逐渐不能满足人类的需求。因此，人们开始使用高分子化学合成材料来填补天然资源的空缺。据统计，在过去的40年间，人们对材料的需求以每十年增长五倍的平均速度快速增长。塑料、纤维、橡胶这三大合成材料更出现了令人吃惊的发展速度。新型材料尤其是合成材料在电子、机械工业、建筑、农业领域被广泛应用，大大满足了人们的生活需求，成为促进国民经济发展必不可少的动力因素。

二、高分子化学的发展趋势

高分子化学代表的是一种前沿技术，其发展趋势也必然适应社会发展的潮流和先进工业发展的需求。未来高分子化学的发展不仅将提高高分子合成材料的质量，更好地解决耐火性、耐久性等问

题，而且将更注重与其他学科之间交融，朝着绿色化、纳米化的方向发展，与当今可持续发展的理念相适应。

1.强调绿色效应

高分子化学带来的污染主要在于两个方面——高分子化学的原料和高分子材料在使用之后成为的废料。

高分子化学合成中会用到多种原料，例如催化剂、中间品、溶剂、助剂以及在研制和生产中产生的废渣、废液。如果直接向自然环境中排放这些有害物质将会造成环境污染。因此，未来的高分子化学将着重研究合成中的无毒无害和可再生原料。比如，现在已经被广泛运用的以水和超临界流体 CO2 替代溶剂生产可降解的塑料、绿色农药、绿色涂料。同时，利用固体化现象控制和减少污染也将是高分子化学绿色化的有效途径。

大量使用高分子材料时，作为废物扔掉的高分子垃圾，不被水溶解和风化，不受细菌腐蚀。如果不被恰当地处理就会越积越多，成为严重公害。因此必须设法使高分子材料在使用后能适时分解消失。可降解塑料的产生为这一问题指明了解决途径。在高分子材料的合成过程中加入适量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），使其稳定性下降，成为在自然换境中更加容易降解的材料。尤其是生物降解材料，具有应用范围广的优势，已经成为研究开发的新一代热点。

2.对资源的依赖减少

调节原子和分子在物质中的组合配置，控制物质的微观性质、宏观性质和表面性质，就可能使某种物质满足某种使用要求，从而这种物质就能作为材料来使用。简而言之，即结构决定性质，性质决定功能。

同时，材料的制备对资源的依赖性和材料的使用与环境的协调性，是化学研究中一个十分重要的方面。现在的高分子合成材料具有一个十分明显的特点——对石油的依赖性强。但是，石油生成的地质过程异常漫长，而石油作为人类社会的主要能源正在日益减少。因此，未来的高分子化学寻找可以代替石油的其他资源是一个迫在眉睫的任务。

根据上面所说的，解决这一问题有两个主要途径——天然高分子的利用和合成无机高分子。

主链上的原子以碳为主兼有少量氮、氧等原子的分子为有机高分子，而无机高分子的主链原子是除碳以外的其他原子。目前来源于石油资源的合成高分子属于前者。但是，按照元素性质分析，共有四、五十中元素可以成为主链原子。因此，减少对碳原子的依赖是高分子化学减少对环境资源依赖的有效途径。

目前报道的有全硅主链、磷和氮主链、硅氧及硅碳主链、全镓和全锡主链，硫磷氮和硫碳主链、含硼主链、以及含过渡金属主链的无机高分子。其中主链全部是硅原子且具有有机侧链的聚硅烷应是值得注意的一种无机高分子。这既是由于硅是地球上储量丰富的元素，又是因为聚硅烷既可用作结构材料又可用作功能材料。

如果聚硅烷可以在高分子合成中扮演石油的角色，将打破碳元素在材料合成中长期的“霸主”地位。

3.高分子材料的纳米化

现有的高分子化学反应中原子重新排列键合的反应空间一般都较原子尺寸大得多，因而化学反应是在一非受限空间进行的。如果在一有限空间或环境中，如纳米量级的片层中，小分子单体因为与片层分子的物理相互作用而被迫在此受限空间中进行某种方式和程度的排列，然后再发生单体的聚合时，聚合产物的结构既不可能是受限空间的完全复制，又不同于自由空间中得到的情况。因此，有人从这种受限空间的聚合反应提出了高分子纳米化学的概念。

化学的制备对象是纳米量级的原子或分子，但由于方法不够精细，不能在纳米尺度上实现原子或分子的有目的的精确操纵，即使目前可以做到分子的精确设计也较难实现，从而使得化学合成给人以粗放的感觉。高分子的纳米化学，就是要按照精确的分子设计，在纳米尺度上规划分子链中的原子间的相对位置和结合方式，以及分子链间的相互位置和排列，通过纳米尺度上操纵原子、分子或分子链，完成精确操作，从而调控所得到的高分子材料的性质和功能。高分子纳米化学即高分子材料的纳米化。

如果高分子材料的纳米化能够实现，将从根本上解决高分子材料在性能上的问题，并且通过精确的操作从化学反应机理上减小对环境的污染。

但是，高分子纳米化的实现仍然面临着许多困难。例如，高分子合成中复杂的反应机理让聚合反应的进程难以被完全人为控制，另外，高分子材料的性质和其对应的结构之间的关系也并不是简单地一一对应，而是交叉地相互影响。因此，与其说在纳米尺度上操纵原子、分子或分子链，不如对已经合成的高分子材料进行更加精确的纳米化修改或修饰。正如基因工程中直接通过化学方法人工合成的基因比较少，即使合成了也是长度较短、携带的遗传信息简单的基因，但是，通过人工修饰基因从而改良生物性状的成功例子已经不是少数了。

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