有機化學(xué)論文

淺談高分子的發(fā)展及應(yīng)用姓名：班級：學(xué)號：在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的今天，人類的生產(chǎn)生活已經(jīng)越來越離不開新型材料的幫助，無機化學(xué)便在這其中發(fā)揮著巨大的作用。說道無機化學(xué)的歷史，這恐怕要追溯到一千年以前在中國古代的四大發(fā)明中，造紙術(shù)可以說是祖先為人類打開無機化學(xué)之門的一把鑰匙,在這其中我們可以感受到古人高明的智慧，第一批紙的誕生其實源自一些很常見的材料，例如竹子、破漁網(wǎng)、樹皮......一些簡單的原料經(jīng)過水煮、火焠、加壓、烘干等工序，便生產(chǎn)出一張完整的紙。其實首先引出造紙術(shù)的目的是為了介紹一種生活中很常見的高分子化合物—纖維素。自古至今，人類利用纖維素的歷史已有幾千年，直到18世紀(jì)30年代半合成高分子材料誕生，人類才漸漸的脫離自然纖維材料有限的束縛，在這一時期，全世界涌現(xiàn)出了大量的化學(xué)學(xué)家，他們不斷探索積累，為后來的科學(xué)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，隨著19世紀(jì)火化橡膠與賽璐珞的誕生，人類又向高分子的研究邁進(jìn)一步，20世紀(jì)中葉以后,科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,作為發(fā)明之母和產(chǎn)業(yè)糧食的新材料又出現(xiàn)了劃時代的變化。那就是人工合成高分子材料的問世,其而得到廣泛應(yīng)用僅半個世紀(jì)時間,高分子材料已與有上千年歷史的金屬材料并駕齊驅(qū),并在年產(chǎn)量的體積上已超過了鋼,成為國民經(jīng)濟(jì)、國防尖端科學(xué)和高科技領(lǐng)域不可缺少的材料。目前，世界上有機高分子材料的研究正在不斷地加強和深入．一方面，對重要的通用有機高分子材料繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和推廣，使它們的性能不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴大．例如，塑料一般作為絕緣材料被廣泛使用，但是近年來，為滿足電子工業(yè)需求，又研制出具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的導(dǎo)電塑料．導(dǎo)電塑料已用于制造電池等，并可望在工業(yè)上獲得更廣泛的應(yīng)用．另一方面，與人類自身密切相關(guān)、具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強，并且取得了一定的進(jìn)展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等．這類高分子材料在宇航、建筑、機器人、仿生和醫(yī)藥領(lǐng)域已顯示出潛在的應(yīng)用前景．總之，有機高分子材料的應(yīng)用范圍正在逐漸擴展，高分子材料必將對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生越來越大的影響．在世界范圍內(nèi),高分子材料的制品屬於最年輕的材料．它不僅遍及各個工業(yè)領(lǐng)域,而且已進(jìn)入所有的家庭,其產(chǎn)量已有超過金屬材料的趨勢,將是21世紀(jì)最活躍的材料支柱．高分子材料在我們身邊隨處可見。在我們的認(rèn)識中，高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料。今天，我想就高分子材料為主線，研究一下各種高分子材料在社會各個行業(yè)的應(yīng)用。橡膠，是一類線型柔性高分子聚合物，而橡膠受外力作用發(fā)生變形時，具有迅速復(fù)原的能力，并具有良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。所以橡膠是橡膠工業(yè)的基本原料，廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠制品。我們都知道生活中由于塑料的輕便和便宜，隨處可以用到塑料。下面就介紹一下塑料的各種特性和用途。塑料為合成的高分子化合物，可以自由改變形體樣式。首先塑料與其它材料比較有如下的特性:耐化學(xué)侵蝕、具光澤，部份透明或半透明、大部分為良好絕緣體、重量輕且堅固、加工容易可大量生產(chǎn)，價格便宜、用途廣泛、效用多、容易著色、部分耐高溫。大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應(yīng)。塑料制造成本低。耐用、防水、質(zhì)輕容易被塑制成不同形狀。是良好的絕緣體。塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。中國塑料工業(yè)經(jīng)過長期的奮斗和面向全球的開放，已形成門類較齊全的工業(yè)體系，成為與鋼材、水泥、木材并駕齊驅(qū)的基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)，作為一種新型材料，其使用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越上述三種材料進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國塑料工業(yè)取得了令世人矚目的成就，實現(xiàn)了歷史性的跨越。而塑料技術(shù)的發(fā)展日新月異，針對全新應(yīng)用的新材料開發(fā)，針對已有材料市場的性能完善，以及針對特殊應(yīng)用的性能提高可謂新材料開發(fā)與應(yīng)用創(chuàng)新的幾個重要方向。(1)新型高熱傳導(dǎo)率生物塑料，這種生物塑料除導(dǎo)熱性能好外，還具有質(zhì)量輕、易成型、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，可用于生產(chǎn)輕薄型的電腦、手機等電子產(chǎn)品的外框。(2)可變色塑料薄膜，這種薄膜把天然光學(xué)效果和人造光學(xué)效果結(jié)合在一起，實際上是讓物體精確改變顏色的一種新途徑。(3)塑料血液，英國設(shè)菲爾德大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種人造“塑料血”，外形就像濃稠的糨糊，只要將其溶于水后就可以給病人輸血，可作為急救過程中的血液替代品。(4)新型防彈塑料，這種新型材料受到子彈沖擊后，雖然暫時也會變形，但很快就會恢復(fù)原狀并可繼續(xù)使用。此外，這種新材料可以將子彈的沖擊力平均分配，從而減少對人體的傷害。(5)可降低汽車噪音的塑料，該種材料主要應(yīng)用于車身和輪艙襯墊，產(chǎn)生一個屏障層，能吸收汽車車廂內(nèi)的聲音并且減少噪音，減少幅度為25%~30%。 纖維具有彈性模量大，受力時形變小，強度高等特點，在現(xiàn)代生活中，纖維的應(yīng)用無處不在，而且其中蘊含的高科技還不少呢。導(dǎo)彈需要防高溫，江堤需要防垮塌，水泥需要防開裂，血管和神經(jīng)需要修補，這些都離不開纖維這個小身材的“神奇小子”。而纖維更大的作用早已不僅停留在日常穿著了，粘膠基碳纖維幫導(dǎo)彈穿上“防熱衣”，可以耐幾萬度的高溫；無機陶瓷纖維耐氧化性好，且化學(xué)穩(wěn)定性高，還有耐腐蝕性和電絕緣性，航空航天、軍工領(lǐng)域都用得著；聚酰亞胺纖維可以做高溫防火保護(hù)服、賽車防燃服、裝甲部隊的防護(hù)服和飛行服；碳納米管可用作電磁波吸收材料，用于制作隱形材料、電磁屏蔽材料、電磁波輻射污染防護(hù)材料和“暗室”（吸波）材料。纖維在環(huán)保上也是好幫手。聚乳酸作為可完全生物降解性塑料，越來越受到人們重視?？蓪⒕廴樗嶂瞥赊r(nóng)用薄膜、紙代用品、紙張塑膜、包裝薄膜、食品容器、生活垃圾袋、農(nóng)藥化肥緩釋材料、化妝品的添加成分等。纖維在醫(yī)藥方面的應(yīng)用已非常廣泛。甲殼素纖維做成醫(yī)用紡織品，具有抑菌除臭、消炎止癢、保濕防燥、護(hù)理肌膚等功能，因此可以制成各種止血棉、繃帶和紗布，廢棄后還會自然降解，不污染環(huán)境；聚丙烯酰胺類水凝膠可能控制藥物釋放；聚乳酸或者脫乙酰甲殼素纖維制成的外科縫合線，在傷口愈合后自動降解并吸收，病人就不用再動手術(shù)拆線了。近些年來，納米技術(shù)不斷發(fā)展，許多高分子產(chǎn)物成為了納米材料的最好原料，超濾膜就是其中之一超濾膜的結(jié)構(gòu)有對稱和非對稱之分。前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬于深層過濾；后者具有較致密的表層和以指狀結(jié)構(gòu)為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬于表層過濾。工業(yè)使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。以壓力差為推動力的膜過濾可區(qū)分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區(qū)分是根據(jù)膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑范圍作為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)時，則微孔膜的額定孔徑范圍為0.02～10μm；超濾膜為0.001～0.02μm；逆滲透膜為0.0001～0.001μm。由此可知，超濾膜最適于處理溶液中溶質(zhì)的分離和增濃，或采用其他分離技術(shù)所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術(shù)，即獲得預(yù)期尺寸和窄分布微孔的技術(shù)是極其重要的。孔的控制因素較多，如根據(jù)制膜時溶液的種類和濃度、蒸發(fā)及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及孔徑分布的超濾膜。超濾膜一般為高分子分離膜，用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式，廣泛用于如醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境工程等。在物理方面，高分子科學(xué)產(chǎn)生出了一種新的材料——高分子電導(dǎo)材料。高分子導(dǎo)電材料具有密度小、易加工、耐腐蝕、可大面積成膜以及電導(dǎo)率可在十多個數(shù)量級的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)等特點，不僅可作為多種金屬材料和無機導(dǎo)電材料的代用品，而且已成為許多先進(jìn)工業(yè)部門和尖端技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的一類材料。高分子材料長期以來被作為優(yōu)良的電絕緣體，直至1977年，日本白川英樹等人才發(fā)現(xiàn)用五氟化砷或碘摻雜的聚乙炔薄膜具有金屬導(dǎo)電的性質(zhì)，電導(dǎo)率達(dá)到10S/m。這是第一個導(dǎo)電的高分子材料。以后，相繼開發(fā)出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁類化合物、聚苯胺、聚噻吩等能導(dǎo)電的高分子材料?！皩?dǎo)電高分子材料具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)可逆性，可用作充電電池的電極材料。利用Ppy制作的可充電電池，經(jīng)300次充放電循環(huán)后，效率無下降，已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用價值。導(dǎo)電性高聚物在太陽能電池上的應(yīng)用也引起了廣泛的關(guān)注，美國科學(xué)家Jeskocheim利用聚吡咯和聚氧化乙烯固態(tài)電介質(zhì)膜試制了光電池，可產(chǎn)生1mA/cm2的電流，0.35V的電壓。盡管這種光電池目前還不如Si太陽能電池，但由于導(dǎo)電聚合物重量較輕、易成形、工藝簡單，并能生成大面積膜，具有綠色環(huán)保的特點，因而發(fā)展前景十分誘人。導(dǎo)電高分子材料還是制作超級電容器的理想材料。如采用摻雜后的聚吡咯高分子化合物，電導(dǎo)率高達(dá)100S/cm，頻率特征非常出色，尤其在高頻區(qū)的特性與以前電容器相比有很大改善。經(jīng)過多年世界范圍內(nèi)的廣泛研究，導(dǎo)電聚合物在新能源材料方面的應(yīng)用已獲得了很大的發(fā)展，但離實際大規(guī)模應(yīng)用還有一定的距離。這主要是因為其加工性不好和穩(wěn)定性不高造成的?！备叻肿訉?dǎo)電材料通常分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩大類：①復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料。由通用的高分子材料與各種導(dǎo)電性物質(zhì)通過填充復(fù)合、表面復(fù)合或?qū)臃e復(fù)合等方式而制得。主要品種有導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電纖維織物、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑以及透明導(dǎo)電薄膜等。其性能與導(dǎo)電填料的種類、用量、粒度和狀態(tài)以及它們在高分子材料中的分散狀態(tài)有很大的關(guān)系。常用的導(dǎo)電填料有炭黑、金屬粉、金屬箔片、金屬纖維、碳纖維等。②結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料。是指高分子結(jié)構(gòu)本身或經(jīng)過摻雜之后具有導(dǎo)電功能的高分子材料。根據(jù)電導(dǎo)率的大小又可分為高分子半導(dǎo)體、高分子金屬和高分子超導(dǎo)體。按照導(dǎo)電機理可分為電子導(dǎo)電高分子材料和離子導(dǎo)電高分子材料。電子導(dǎo)電高分子材料的結(jié)構(gòu)特點是具有線型或面型大共軛體系，在熱或光的作用下通過共軛π電子的活化而進(jìn)行導(dǎo)電，電導(dǎo)率一般在半導(dǎo)體的范圍。采用摻雜技術(shù)可使這類材料的導(dǎo)電性能大大提高。如在聚乙炔中摻雜少量碘，電導(dǎo)率可提高12個數(shù)量級，成為“高分子金屬”。經(jīng)摻雜后的聚氮化硫，在超低溫下可轉(zhuǎn)變成高分子超導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料用于試制輕質(zhì)塑料蓄電池、太陽能電池、傳感器件、微波吸收材料以及試制半導(dǎo)體元器件等。但目前這類材料由于還存在穩(wěn)定性差(特別是摻雜后的材料在空氣中的氧化穩(wěn)定性差)以及加工成型性、機械性能方面的問題，尚未進(jìn)入實用階段。高分子材料在很長一段時期都被用作電絕緣材料.隨著不同應(yīng)用領(lǐng)域的需要以及為進(jìn)一步拓寬高分子材料的應(yīng)用范圍，一些高分子材料被賦予某種程度的導(dǎo)電性以致成為導(dǎo)電高分子材料.第一個高導(dǎo)電性的高分子材料是經(jīng)碘摻雜處理的聚乙炔，其后又相繼開發(fā)了聚吡咯、聚對苯撐、聚苯硫醚、聚苯胺等導(dǎo)電高分子材料。由于這些導(dǎo)電高分子材料都具有共軛鍵結(jié)構(gòu)，并且主要是由化學(xué)方法處理得到的，因此常稱為本征型導(dǎo)電高分子材料.但是，這類材料的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較差，電導(dǎo)率分布范圍較窄，成本較高，而且加工困難，尚未進(jìn)入批量生產(chǎn)的實用階段本征型導(dǎo)電高分子材料在應(yīng)用方面遇到的困難短期難以解決，促使人們轉(zhuǎn)而研究和開發(fā)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是以高分子材料為基體，通過加入導(dǎo)電功能體，經(jīng)過分散復(fù)合、層積復(fù)合以及形成表面導(dǎo)電膜等方式處理后形成的多相復(fù)合導(dǎo)電體系.由于原料易得、工藝相對簡單、成本較低、電阻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時具有一定程度的再加工性并兼有高分子基體材料的一些優(yōu)異性能而受到廣泛重視.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究工作主要有：①復(fù)合材料導(dǎo)電機理的理論研究、特殊效應(yīng)機理的理論研究；②用不同方法研制新材料的實驗研究；③材料應(yīng)用的實驗研究.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料導(dǎo)電機理的理論研究工作通常又包括導(dǎo)電通路的形成和形成導(dǎo)電通路后的導(dǎo)電機理兩方面.前者研究的是加入聚合物基體中的導(dǎo)電功能體在給定的加工工藝條件下，如何達(dá)到電接觸而在整體上自發(fā)地形成導(dǎo)電通路這一宏觀自組織過程；后者則主要涉及導(dǎo)電通路或部分導(dǎo)電通路形成后載流子遷移的微觀過程.顯然，無論是宏觀過程還是微觀過程，它們都受到復(fù)合體系的幾何拓?fù)?、熱力學(xué)和動力學(xué)等多種因素的制約.因此，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的理論研究工作一方面呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性，另一方面又與實驗結(jié)果之間存在著不同程度的差異，而且許多理論結(jié)果往往不具有普適性.新材料的實驗研究工作采用的主要方法有：組分改造(改變基體種類、改變導(dǎo)電功能體種類)；整體或組分物性改造(磁化、接枝、