高分子材料研究前沿及发展趋势

高分子材料研究前沿及发展趋势

.通用高分子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展

通用高分子材料主要是指塑料、橡胶、纤维三大类合成高分子材料及涂料、黏合剂等精细高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染（环境友好）是通用合成高分子材料显著的发展趋势。在聚烯烃树脂研究方面，如通过新型聚合催化剂的研究开发、反应器内聚烯烃共聚合金技术的研究等来实现聚烯烃树脂的高性能、低成本

2.

在有机/高分子光电信息功能材料领域，光、电、磁等功能高分子材料作为新一代信息技术的重要载体，在21世纪整个信息技术的发展中将占有极其重要的地位。非常值得关注并可能取得突破的重要方向是：有机/高分子显示材料特别是电致发光材料、超高密度高分子存储材料、高分子生物传感材料等。此外，还有新型功能高分子材料的设计、模拟与计算、合成与组装以及分子纳米结构的构筑。高分子的组装、自组装以及在分子电子器件上的应用研究等。

在生物医用材料领域，总的发展趋势是：从简单的植入发展到再生和重建有生命的组织和器官；从大面积的手术损伤发展到微创伤手术治疗；从暂时性的组织和器官修复发展到永久性的修复和替换；从药物缓释发展到控释、靶向释放。生物医用材料研究的重点是：基于生物学原理，赋予材料和植入体生物结构和生物功能的设计；可靠地试验材料生物安全性和预测材料长期寿命的科学基础；先进的工艺制造方法

学。

要化工原料。其中最丰富的资源有纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖等。它们具有多种功能基团，可通过化学、物理方法改性成为新材料，也可通过化学、物理及生物技术降解成单体或齐聚物用作化工原料。为解决环境污染问题，一方面生物降解高分子材料的研究已成为研究热点，另一方面废弃高分子材料的回收利用也成为重要研究方向。生物降解高分子材料在20世纪末和21世纪初得到迅速的发展，特别是一些发达国家的政府和企业投入巨资开展生物可降解高

分子材料的研究与开发，已取得可喜的进展。生物降解高分子材料要求具有好的成型加工性及使用性能，在完成其使用功能后容易降解，同时还应具有可接受的成本。而实现废弃高分子材料的回收利用，建设高分子材料绿色工程，是保护人类生态环境、实现资源充分利用、保证经济和社会可持续发展必须确实解决的全球性战略问

题。

4.高分子材料加工领域的研究不断拓展并深化

高分子材料科学与生物科学、生物工程、化学、物理、信息科学、环境科学等的交叉既促进了高分子材料科学本身的发展，同时又使高分子材料扩大了其应用范围。例如，仿效生物体的结构或其特定功能的仿生高分子材料，是发展生物材料的重要途径。对有机/高分子材料电子过程的研究是使有机高分子材料科学与信息科学紧密结合，使有机塑料电子学成为一个重要研究方向。扫描探针显微镜和超高分辨率等现代检测技术的发展使有机/高分子纳米材料的研究得以深入。

我国高分子发展现状及对策

自改革开放我国对外贸易不断扩大，加入WTO更为国内企业提供了更多公平竞争的机会，中国已俨然成为贸易大国。但贸易大国不等于贸易强国，我国在对外贸易中存在的问题不能不引起我们重视。分析现状、制定对策，显然具有重要意义：

对外贸易现状分析

从宏观层面分析，我国对外贸易具有以下四个特点：

1.1978年亿

2.

贸易的

型产品为主、工业附加值不高。

3.贸易伙伴过于集中、抗风险能力不足。我国的贸易伙伴仍相对集中在欧亚和美洲，特别是有限的几个世界主要国家，如排前3位的分别为日、美和欧盟，对这三者的贸易额占到总额的近一半。这种贸易格局不具备足够的抗风险能力，一个明显的例子就是近来由于这几个主要贸易伙伴经济不景气纷纷采取保守的贸易政策使得中国的对外贸易额受到了较大的影响，到2003年中国的对外贸易顺差为255.4亿

美元，同比减少了16.1%。

4.传统的优势产业受到国际市场比较大的影响。我国传统的优势产业主要是一些劳动密集型的产业，近几年这些产业商品的国际市场有萎缩的现象，这种情况的出现主要有三方面的原因：(1)新兴的经济高速发展的国家对我国出口贸易的冲击，如墨西哥对我国纺织业的冲击；(2)发达国家出于自身利益的考虑限制进口，如美国为了保护自己的国内产业限制进口，欧盟为了新加入的国家的利益限制进口等；(3)

1.

wto

2.信息不对称导致无序竞争。出口企业很难预测自己将要进军的市场到底有多大容量、有多少竞争对手。但对立一方则不同，它基本上可以搞清楚目标进口地的该种商品的产能，举例来说，中国的一家企业想对美国出口家具，它是不清楚全世界会有多少家具制造商将向美国提供家具的，但美方则不同，如果它想从中国进口家具完全可以通过—些正常的信息渠道调查清楚中国家具产业的产能。这种信息的不对称造成的严重后果就是行业的无序竞争：看到去年某种商品出口旺盛，今年大

家就会都来生产，结果造成产品的大量积压、竞相降价，让进口方得了利，更严重的可能给人以倾销的口实，从而导致这种产品在各国引起连锁的反倾销效应，完全

丧失国际市场。

3.研发能力不足阻碍我国产品进入国际市场。中国在10年前打过一场漂亮的家电保卫战，众多的国内家电企业凭借价格优势取得了国内的绝大部分市场份额。可惜后来国内家电业在同行业竞争中总是把价格战当作最后致胜的法宝，忽视产品的

家是不利的。以中美签订wto协议有关农业条款和金融条款为例，这份协议规定如某产品大量涌入美国市场，美国政府可以采取特别手段保护国内产业。具体来说，任何一项产品，在美国市场上突然增长20%-30%，美国就可采取禁止进口等断然措施，而不需提供国内产业受伤害的证据。这个条款与反倾销法案相比要更为苛刻。此类对发展中国家不利的条款还有很多，中央一级外贸部门显然应积极主动地参与此类协议的修订，为我国的外贸企业争取利益，变被动接受为主动争取。（2）分析全国

性商品进出口结构，制定相关的产业政策。商务部可以通过对进出口结构的分析，找出竞争优势、劣势产业，产能过剩和产能不足产业，制定相关产业政策，抑制过剩，发展不足。(3)为企业开拓海外市场提供政策帮助。中国的贸易伙伴相对集中，不利于抗击风险，海外市场的开拓虽然靠的是企业或行业，但政策性的帮助也很重要，这些政策只能由商务部提供，这样才能使国内企业大胆进军新的国际市场。(4)对外贸进出口许可证发放的控制。商务部门可以根据行业的统计数据对外贸企业实

成员提供帮助。

(1)人才自由流动帮助企业规避风险。在这种联盟体系下，不需要每个外贸企业都要有自己的外贸专业人才。通过专业外贸公司为媒介，专业人才可以作为流动资源，只有在项目需要的时候他才在这个公司工作，这种方式还有利于企业降低成本，

因为公司不用固定地支付人才费用。

（2）应对冲击，特别是关于倾销的控诉。在国际市场上一旦遇到关于倾销之类

的情况，只有全行业统一口径才能在国际谈判中取得相对较好的效果，这时候联盟的结构会变得暂时紧密。而且联盟的建立也有助于减少个别企业为了自身利益扰乱出口秩序的情况，因为不规范的行为虽然不会受到直接的制裁(战略联盟不具备这种功能)，却可使不守规则的企业被排除出联盟，降低企业的商誉。

(3)建立行业信息平台，变事后控制为事前控制。战略联盟一个很重要的任务就是为成员提供决策所需要的本行业详细的数据。而且联盟也可以做出行业分析、企

口服装

不足可以借助高校资源，企业和高校间也可以建立一种长期的战略合作关系，将高校的人才资源转化为企业的经济效益，对企业和高校是一种双赢策略，而且也是一

种相对快捷的方式。

以三个方面的对策并不是相互独立，而是互动的。联系它们的纽带是信息，借助现代化的信息交流平台，这些对策的相互作用将会促使我国从贸易大国向贸易强

国的转变。

高分子学科研究现状及发展趋势高分子学科研究现状及发展趋势

1、学科概况

高分子科学与工程学科，含有高分子化学、高分子物理、高分子工程三个基础分支学科及功能高分子、高分子新材料二个派生领域，其学科特点是理－工结合、基础－应用结合、学术－产业结合。在高分子学科发展中，我们应掌握高分子学科特点，促进学科发展。高分子各分支学科应相互联系，互促发展。应以学科研究为高分子

相承。

结构，结构与材料性能、功能间的关系以及相关的检测、表征方法。目前国内主要工作有高分子凝聚态研究，亚稳态研究，复杂流体研究，聚合物材料的形态控制研究以及计算机方法、数学方法研究等。目前存在的主要问题是工作思路窄，创新少，还有一些工作停留在物性表征阶段。今后应注意利用“软物质”的概念研究聚合物对外界刺激产生结构的响应的情况，注意利用各种外场控制聚合物的形态及结构，

注意特殊情况下的聚合物凝聚态情况。

4、高分子工程概况

高分子工程的研究线索包括二个方面，其一是研究在外场作用下高分子链运动，相态、结构的演变及控制形成（高分子成型）；另一是研究工业规模聚合物的合成（聚合反应工程）。国内目前在螺杆剪切成型、振动剪切成型、反应加工、力化学加工及新成型工艺、聚合工艺方面有大量的工作。目前存在的问题是，制品研究多，工艺研究多，基础性学术问题研究相对较少。今后应注意开展成型原理研究，控制结构

新型有机高分子材料

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑．当今有人将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础．自从合成有机高分子材料出现的那一天起，人们始终在不断地研究、开发着性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工业和机械工业等尖端技术发展的需要．除了传统的三大合成材料

以外，又出现了高分子膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，生物高分子材料，医用高分子材料，隐身材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料．这些新型有机高分子材料在我们的日常生活、工农业生产和尖端科学技术领域中起着越来越重要的作用．本节我们简要介绍其中的两种．

一、功能高分子材料

功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高

性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻要求．此外，用作人体不同部位的人工器官，还必须具备某些特殊的功能．拿人工心脏来说，不仅要求材料与血液能有很好的相容性，不能引起血液凝固、破坏血小板等，而且还要求材料具有很高的机械性能．这是因为，心跳一般为75次/分左右，如果使用10年，人工心脏就得反复挠曲4亿次，这样高的要求，一般材料是很难胜任的，目前大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料．随着医用高分子材料的发展，人类目前已经制成从皮肤

到骨骼，从眼到喉，从心肺到肝肾等各种人工器官．所有这些再加上新型高分子药物的发展都将为人类的健康和长寿作出不可估量的贡献．

二、复合材料

随着社会的发展，单一材料已不能满足某些尖端技术领域发展的需要，为此，人们研制出各种新型的复合材料．复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型的材料．其中一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，就好像人体中的

道，有

件，成为宇宙航空业发展的关键所在．另外，复合材料在汽车工业、机械工业、体育用品甚至人类健康方面的应用前景也十分广阔．

三、有机高分子材料的发展趋势

目前，世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入．一方面，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大．例如，塑料一般作为绝缘材料被广泛使用，但是近年来，为满足电子工业

需求，又研制出具有优良导电性能的导电塑料．导电塑料已用于制造电池等，并可望在工业上获得更广泛的应用．另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等．这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景．总之，有机高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，高分子材料必将对

人们的生产和生活产生越来越大的影响．

度为

生物降解塑料开发概况

生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学合成生物

降解塑料几大类,下面分别介绍。

2. 3. 1 天然生物降解塑料

天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原料,可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料。这类材料包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等

天然聚合物及其各种衍生物和混合物。其中,热塑性淀粉已经产业化,其他天然材料

尚处于基础研究阶段。

热塑性淀粉是采用一定技术改性淀粉使其具有热塑性,再加入各种可在自然环境中降解的添加剂或与其他可生物降解塑料配混,通过挤塑、注塑、吹塑或发泡等工艺加工成型的材料。有几种淀粉塑料的制备方法:

(1) 淀粉可塑化改性并与少量添加成分挤出; (2) 淀粉与生物降解聚

,

863计划,研发了一种新的廉价的纤维素溶剂体系———尿素和氢氧化钠体系,用于天然纤维素的湿法纺丝或流延法成膜,以制造纤维和薄膜。另外,湖北工学院化工系采用生物发酵法合成了茁霉多糖(pullulan),并研究了它的成膜性及其膜性能,由于其极低的氧气透过率,适合用作食品保鲜包装材料,有望成为一种有前途的生物降解塑料。

2. 3. 2 微生物合成生物降解塑料

聚乳酸( PLA) 是以糖蜜等发酵制得的乳酸为原料,再通过直接缩合聚合

法,或其二聚体丙交酯开环聚合法等方法化学合成的。

中国聚乳酸研发还处于研究阶段。聚乳酸的合成主要采用丙交酯催化开环聚合的路线。通过催化剂的研究,提高聚乳酸的相对分子质量,降低聚乳酸的成本。目前,中科院成都有机所已经能合成相对分子质量达到百万的消旋聚乳酸,这种高相对分子质量的聚乳酸有很好的力学性能。开展研究工作的有中科院长春应用化学研究所、中科院成都有机化学研究所、中科院上海有机研究所、武汉大学、浙江大学、

,并

中国聚羟基烷酸酯的研究最早开始于上世纪80年代中,武汉大学开展了生物合成聚羟基丁酸酯的研究,但是,工作未能进行下去,至上世纪90年代初,一些单位在国内不同部门的支持下,又开始了微生物发酵法合成聚羟基烷酸酯的研究工作。主要研究单位有中科院微生物所、清华大学生物系和化工系、中科院长春应用化学研究所、山东大学、无锡轻工大学、中科院成都生物研究所、西北工业大学等,生产单位有广东江门生物技术开发中心、广东汕头华逸生物工程公司、宁波天安生物材料

有限公司等。其中宁波天安生物材料有限公司已具备年产聚羟基戊酸酯(PHBV)千吨

的规模。

商业化生产PHBV 的关键是降低成本,已有人开始利用植物的叶子或根来生产PHBV ,如柳枝稷,如果这项技术成功,PHBV的价格有可能降低。

2. 3. 3 化学合成生物降解塑料

用微生物等方法合成的生物聚酯价格较高,是目前难以普遍采用的主要障

碍,

年,

系,

,二氧化碳固定量接近50 % ,而且外观呈白色,硬度较高,催化效率高。浙江大学采用三元稀土催化剂(稀土/ 烷基铝/甘油) ,以二氧六环与甲苯作溶剂,得到相对分子质量较高的无规共聚物,但二氧化碳固定量低。另外,中国台湾清华大学(Chung-

Sung2Tan) 也在研发PPC。

内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术,已建成年产3 kt 二氧化碳/环氧化合物共聚物的装置,产品主要应用在包装和医用材料上;中科院广

州化学研究所的技术已在江苏泰兴开始投产,品种是低相对分子质量二氧化碳/环氧化合物共聚物,用来作为聚氨酯发泡材料的原材料,用于家用电器等包装。

中科院上海有机化学研究所在详细研究了聚丁二酸丁二醇酯( PBS)的耐

水性、稳定性等的基础上,开发了高效催化体系,合成了高稳定性高相对分子质量的聚丁二酸丁二醇酯,重均相对分子质量可达到250 000。另外,中科院理化研究所也在进行聚丁二酸丁二醇酯共聚酯的合成研究。

不能

使其

年代,尤其21 世纪初

且整

个生产过程不需要另外添置设备,在现有的条件下即可进行生产,所以,不仅生产技术较成熟,而且可获得廉价的产品,有利于生物降解塑料的市场化应用。

用于合成脂肪族/ 芳香族共聚酯的芳香族组分通常有:聚对苯二甲酸乙二醇酯( PET) 、聚对苯二甲酸丁二醇酯( PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯( PPT) 、聚间苯二甲酸乙二醇酯( PEIP) 和聚对苯二甲酸二甲酯(DMT) 等; 脂肪族组分通常有乙二醇(EG) 、丙二醇(PDO) 、1 ,4 - 丁二醇(BDO) 、环己烷二甲醇

(CHDM)等二元醇和琥珀酸(Succinicacid)、己二酸(Adipicacid) 、癸二酸

( Sebacicacid) 、富马酸( Fumaricacid) 、草酸等二元酸,乙醇酸(GA) 、L - 乳酸(LA) 、二羧酸酰氯等双官能度单体及聚乙二醇( PEG) 、聚四氢呋喃

( PTMG) 、PGA、PLA、PCL等聚合物。

合成脂肪族/ 芳香族共聚酯有3 种常用的方法: ①PET 等芳香族组分

与PEG、PGA、PLA、PCL等聚合物直接在高温、高真空度下进行酯交换反应; ②将

,

,

展工作,

,促进

在中国,依赖于石油资源的塑料制品对环境的污染仍是一个迫切需要解决

的问题。有希望担当此重任的生物降解塑料品种主要有热塑性淀粉、聚二氧化碳/环氧化合物、聚羟基丁酸戊酸酯和聚乳酸等,目前总能力约在20 kt ,国内市场的实

际用量还很小。鉴于国内市场对价格的承受能力较小以及人们的环保意识还不够,国内生产企业都将目光转向了国外市场,如日本、韩国和欧洲。

在应用领域,降解塑料地膜经上世纪90 年代的大规模试验,其结果表明了

降解塑料地膜降解和应用的复杂性,同一配方的降解塑料地膜在不同的地方、对不同的作物有不同的降解表现,必须通过应用研究才能推广使用。为此,降解塑料地膜的实际推广受到了阻碍,虽然有需求,但是,应用终未能走向普及。降解塑料在地膜上的应用还是一个未能解决的问题,是今后需要进一步开发的应用领域。

在大量的一次性使用的塑料包装袋、餐具等应用领域,用生物降解塑料去替代不可降解塑料,因受到经济原因的制约,也尚未形成其应有的市场。在这一领域,生

3

各类新型的高分子材料将应运而生，尤其是有机及聚合物分子或少数分子组合体的光、电和磁特性将成为高分子向功能化以及微型器件化发展的重要方向。（1）分子材料与分子电子器件研究该领域的主要研究方向是：新型功能分子的设计、合成与组装；分子纳米结构的构筑；分子的组装、自组装以及自组装技术在分子电子器件上的应用研究。这些分子电子器件主要包括分子电开关、分子光开关和分子电光开关的设计、分子导线、分子整流器、分子开关、分子晶体管、分子马达

及分子逻辑器等。（2）光电信息功能高分子材料研究重点主要在：●有机／高分子光子晶体材料：探索有机／高分子形成光子材料的途径；●超高密度高分子存储材料：开发存储密度高的高分子材料；●高分子传输材料：研究和开发应用于通讯传输的具有较高光学透过性，光学均匀，且高折射率、低光损耗的高分子塑料光纤；●高分子显示材料：有机／高分子电致发光材料、高分子液晶材料等，其发展方向为开发出具有高的电致发光效率、低驱动电压，具有不同

废气与废水处理的功能材料；具有高选择性吸附、分离功能的膜及纳米介孔材料等；

●环境敏感材料与材料智能化：研究对微量有害物质等环境因素高灵敏度感应和传感材料及危害防护材料等；●绿色、环保高分子材料研究：重点研究天然高分

子材料（如淀粉、纤维素等）的改性等