高分子化学及物理

第一篇　高分子化学及物理

高分子化学与高分子物理(统称为高分子科学)是研究高分子化合物(又称高聚物或大分子)的合成、高分子化学反应、高分子结构、性能以及结构与性能相联系的内在因素的一门科学。

高分子化学与高分子物理是一门古老而又年轻的学科，其发展主要经历了以下三个阶段：第一阶段为创立、形成阶段。20世纪20～50年代，H.Staudingr(德国)提出了链型高分子概念，次价力形成小分子缔合体——聚合物。他本人也于1953年获诺贝尔奖；第二阶段为与其它学科渗透、扩展成较完善的科学体系阶段。20世纪50年代K.Zlegler(德国)、G.Natca(意大利)利用金属有机催化剂发明了定向聚合，合成了立构规整的高分子化合物，如低压聚乙烯、顺式聚异戊二烯。他们于1953年获诺贝尔奖；第三阶段为高分子材料学阶段。在此期间，高分子的设计、合成得到了很大的发展，P.J.Flory(美国)于1974年获诺贝尔奖。

如今，我们已进入聚合物时代，身穿的是聚酯衬衫，手提的是聚氯乙烯提箱，脚踩的是聚丙烯地毯，使用的是聚苯乙烯家具，驾驶的是聚异丁烯汽车甚至全塑汽车，天上飞的是聚(对-亚苯基对苯二甲酰胺)-卡伏那(Kevlar)班机。众所周知的三大合成材料(橡胶、纤维、塑料)无不显示它的辉煌，而且人类在当今的年代，可以说能得心应手地设计制造出具有各种性能的聚合物，如塑性、硬度、抗张强度、柔韧性、弹性、热软化性能、热稳定性、化学惰性、溶解性、亲溶剂性、憎溶剂性(润湿性)、水渗透性、光反应性(光降解性)、生物体反应性(生物降解性)、触变性、光各向异性等聚合物性质，均能按需要进行裁剪组合。在印刷工艺上，高聚物同样充当了重要角色：塑料是除纸张之外使用最多的承印物，如聚乙烯塑料在凹版印刷、丝网印刷、胶印上作为承印物；印刷机上的橡皮布、胶辊均为橡胶制品；纤维被普遍使用作承印物，如纤维素、合成纸、玻璃纸、纺织品等。此外高分子溶体(非牛顿流体)及固体的流变学理论对研究印刷过程中的纸张、油墨的流变性具有指导性作用，从而帮助人们寻找印刷的最佳条件。总之高分子化学与物理对新型印刷材料(版材、承印物、油墨、光敏树脂等)的合成与改性，以及材料的使用及其最佳条件——印刷适性具有重大的指导意义，可以说没有这方面的知识，就不可能有高质量的印刷产品。

我国在高分子科学上最突出的成就是1965年首次人工合成了结晶牛胰岛素，对揭开生命的奥秘具有重大意义。近年来，我国科学工作者在特殊构筑高分子合成、光电活性高分子、高分子结构表征、自组装与超分子聚合物、高分子纳米、微米结构与复合体系、生物医用高分子等领域均取得了可喜的成绩。

近年来，高分子科学发展更快，且发展方向有所改变，主要有两个方面：其一是向生命现象靠拢；另一则是更精密化。聚合物的空间结构、超结构和高分子电解质的研究与发展，使生物高分子与合成高分子的距离缩小。此外高分子已不仅用作力学特性为主的结构材料，而且已用作各种功能材料，如对光、电、热、化学变化等各种刺激的响应，当然开拓能合成具有这些特性而结构奇妙的高分子的特殊反应也是研究的热点之一。

本世纪高分子科学将会取得一些突破性成果，主要体现在以下领域：

催化过程和聚合反应方法领域：提高单体聚合的产率，减少污染；寻找能形成单一活性中心的新催化剂，进行活性聚合以达到高聚物立构控制、分子量控制、分子量分布控制等目的；生物方法制备单体，通过酶催化合成常规方法难得到的高聚物。

非线型高聚物分子领域：采用分子设计和新聚合方法合成具有树枝状和高度支化的三维结构高分子(链密度高，链构象接近球状，粘度低，加工方便)。

超分子组装和高度有序大分子领域：通过物理化学的、机械的、物理的方法制备出具有超分子结构的新材料。非化学键的作用和分子链间相互作用，实现高性能化和功能化。

高聚物结构和形态学工程领域：高聚物的同质多晶现象及每种晶型有不同的熔融行为和稳定性，选择适当成核剂甚至手性成核剂创建特种高分子形态学工程，达到固态行为的精细调节。

高聚物材料纳米化领域：利用温度外场、溶剂场、电场、磁场、力场和微重力场作用，在一定的空间和环境中像搬运积木块一样移动大分子，通过自组装、自组合或自合成构建具有纳米结构以及特殊形态的高分子聚集体。

刺激-响应特性高分子领域：人工器官、分子泵、智能表面与涂层、新传感技术。软物质包括高聚物、生物大分子、液晶、凝胶、乳胶及微胶乳等。受剪切、热、电、pH值作用而变化的智能材料。

绿色高聚物领域：植物合成、微观合成和生物催化合成的生物可降解的环境友好、循环利用和处理中低污染的高分子。