功能高分子材料的分类和特点

2021-06-24
来源:金戈新材料

       功能高分子材料是20世纪60年代发展起来的新兴领域,是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后出现的新材料。该类材料一般指在原有力学性能基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性及磁性等功能的高分子及其复合材料。所谓材料的功能,从本质上来说是指向材料输入某种能量和信息,经过材料的储存、传输或转换等过程,再向外输出的一种特性。因此材料的功能和性能之间存在一定的区别,但材料在具备功能的同时,必须具有一定的性能。

一、组成与结构分类

      按照功能高分子材料的组成及结构,可以将其分为结构型功能高分子材料和复合型功能高分子材料。

       结构型功能高分子材料是指在大分子链中具有特定的功能基团的高分子材料,它们的功能性是由分子中所含的特定的功能基团来体现的。

      复合型功能高分子材料通常指以普通高分子材料为基体或载体,与具有某些特定功能(如导电、电磁)的其他材料以一定的方式复合而成的,它们的功能性是由高分子材料以外的添加组分得到的。

二、来源分类

      按照功能高分子材料的来源可以将其分为天然功能高分子材料、半合成功能高分子材料以及合成功能高分子材料。

      天然功能高分子材料的突出代表是一些生物高分子,如酶、蛋白质、核酸、多肽等,它们在什么活动中扮演着重要角色。如海参可以在受到刺激时,体内的组织产生收缩,变得僵硬,这就是一种天然的智能型凝胶。

      半合成功能高分子材料是指以天然高分子材料为主体,通过对它们的改性而制备的功能高分子材料。如淀粉、纤维素通过化学反应可以向其上引入功能性的基团,它们可以作为高吸水性树脂或吸油性树脂来应用。

      上述两种功能高分子材料通常是可以进行生物降解的,因此具有良好的环境亲和性,但也由于其原料来源的问题,使其功能性的发挥受到一定的限制。目前应用最多的还是合成的功能高分子材料。研究者可以根据功能性的需求,对其化学结构、凝聚态结构、复合结构以及宏观形态进行设计,从而充分发挥其功能性,如各种离子交换树脂、导电高分子材料、分离膜材料、生物组织工程材料、高分子药物等。

三、功能高分子特点

      功能材料通常都具有技术密集、品种多,产品少,专用性强和附和价值高的特点,功能高分子材料也不例外。功能高分子材料还具有以下特点。

     1. 质量轻,通过不同的加工方法可以成型各种形状和宏观形态的制品。

      2. 功能高分子材料可以很方便地与其他的材料以化学或物理的方式复合,结构和配方的可设计性强,这就为扩大功能高分子材料的品种和功能的扩展创造了极大的空间。如阻燃剂高分子材料、导热高分子材料,分别是将阻燃剂、导热剂添加到高分子材料中制备而得,从而赋予高分子材料以阻燃性和导热性。

      3. 有些功能高分子材料具有很高的力学性能和尺寸稳定性,可广泛应用于制作结构件,从而实现结构/功能一体化。例如,早期,人民就知道玻璃纤维增强塑料(或复合材料)具有低的介电损耗,可作为透(电磁)波结构材料,用于制造雷达天线罩。而金属纤维增强塑料则具有一定的导电性,可作为屏蔽电磁波的结构材料。在现代,又开发了具有吸波功能的树脂基复合材料,作为飞机和导弹的结构件,可以显著地提升飞机和导弹的生存能力和突击能力。

       与一般的功能材料相比,结构/功能高分子材料能够更充分地发挥材料的效应,在国防和其他科技中具有更重要的应用价值,是新材料的发展重点之一。

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