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6分钟带你看懂高分子材料的前世和今身

日期:2018/5/11 16:39:10 访问量:115 作者: 来源:

材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是工业革命的先导,关系到国民经济、社会发展和国家安全,是国家综合实力的重要标志。高分子材料是现代工业和高新技术的重要基石,已经成为国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要保证。


由于高分子材料具有许多优良性能,适合现代化生产,经济效益显著,且不受地域、气候的限制,因而高分子材料工业取得了突飞猛进的发展,如今高分子材料已经不再是传统材料的代用品,而是与金属、水泥、木材并列,在国民经济和国防建设中的扮演着重要作用的四大材料。与此同时,高分子科学的三大组成部分――高分子化学、高分子物理和高分子工程也已经日趋成熟。因此,量大面广的通用高分子材料通过不断地升级改造,成本大幅度降低、使用性能明显提高;各类新型的、适应现代技术发展的高分子材料不断涌现。

高分子材料的历史
1838
1838年,A. Parker制备出了第一种称为硝酸纤维素的人造塑料,并在1862年伦敦的国际展览会上展出。
1840
1840年,Goodyear和Hancock开发天然橡胶的硫化技术,达到了消除橡胶的粘性增加弹性的目的,从而使得天然橡胶性能发生改变并得到了广泛的应用。1851年,硬质橡胶实现商品化。
1851
硬质橡胶实现商品化。
1870
1870年,美国的J. Hyatt在高温高压下制备了低硝酸含量俗称为赛璐珞的硝酸纤维素。这是第一种具有商业价值的塑料,也是在1907年Bakeland开发出酚醛塑料前唯一的商品塑料。而由苯酚和甲醛反应制得酚醛塑料则是最古老真正意义上的合成塑料
1922
1922年,H. Staudinger提出:所有的塑料、橡胶和纤维素一类的材料都是聚合物或称大分子,从而动摇了传统胶体理论的基础。对19世纪的大多数研究者而言,分子量超过10,000g/mol的物质似乎是难以想象的,他们把这类物质同由小分子稳定悬浮液构成的胶体系统视为同一物质。Staudinger否定了这些物质是有机胶体的观点,并假设那些称为聚合物的高分子量物质是由共价键形成的真实大分子,同时在其大分子理论中阐明聚合物由长链构成,链中单体(或结构单元)通过共价键彼此连接。较高的分子量和大分子长链特征决定了聚合物独特的性能。尽管一开始他的假设并不为大多数科学家所认可,但最终这种解释得到了合理的实验证实,为工业化学家们的工作提供了有力的指导,从而使得聚合物的种类迅猛地增长。直到这时,塑料、橡胶和相似的天然材料的本质才被人们所认识。为此,1953年,Staudinger获得了诺贝尔化学奖。现在人们都已非常清楚:塑料以及橡胶、纤维素、DNA等很多物质都是大分子。

1930
从1930年开始,聚合物的数量和应用都出现了很大的增长。在二十世纪30年代,化工公司启动了一系列对我们社会产生了巨大影响的基础研究计划。例如,杜邦公司的Wallace Carothers开发了多种结构确定的聚合物材料,并研究了这些材料结构对其性能的影响。这一研究成果在1939年促成了尼龙的商品化。20世纪30年代,英国的ICI公司成功完成了合成聚乙烯的商业化过程。
1955
1955年,德国的K. Ziegler和意大利的J. Natta使用特殊的催化剂在低温低压下制得了聚乙烯。他们因在开发具有独特立构规整功能的新型聚合反应催化剂方面做出的贡献,分别于1964年和1965年获得了诺贝尔化学奖。20世纪70年代发展了用溶液和气体合成线形聚乙烯的技术。20世纪80年代中期和90年代初期,新型聚合物的开发实现了更多的突破。由Natta在20世纪50年代中期发现的单点催化剂,1954年实现了间规立构聚苯乙烯的商业化,1984年实现了聚丙烯的商业化,90年代初期实现了聚乙烯的商业化。




1940
20世纪40年代以后相继工业化的树脂品种有:聚丙烯、不饱和聚酯、氟塑料、环氧树脂、聚甲醛、聚碳酸酯和聚酰亚胺等通用塑料和工程塑料。20世纪60年代初,随着航空宇航、电子信息、核能、石油化工、汽车、机械制造等高新技术产业的发展,研发成功了特种工程塑料。至20世纪80年代末,商品化的产品有:聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚砜、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮等。自20世纪60年代起,人们开始注重研究塑料改性方法,用塑料合金、复合材料技术、纳米技术、功能化技术生产改性塑料品种,开发应用于各种塑料制品成型。据统计,目前树脂品种有400多个,其中常用的树脂品种有六十多个,各类树脂及其改性树脂牌号有1万多个。
1970
20世纪70年代中期,美国科学家Heeger, MacDiarmid和日本白川英树有关导电高分子材料的研究成果,改变了高分子只能是绝缘体的观念,在塑料导电研究领域取得突破性的发现,这一领域的开创性研究“导电聚合物”获得2000年诺贝尔化学奖。


我国的高分子材料的研究起步于20世纪50年代初,通过高分子化学、高分子物理、高分子成型加工和高分子反应工程等学科和产业部门的合作,已经开发出了一批高分子材料及生产技术。目前,我国塑料合成树脂产量居世界第四位,塑料机械是最大生产国,塑料制品总产量突破2000万吨居世界第二位,我国已步入世界塑料大国的行列。我国塑料制品业是近几年发展速度较快的行业之一,增长速度一直保持在10%以上,塑料合成树脂与添加剂、塑料加工机械与模具、塑料加工与应用等三大支柱行业都呈现大幅度增长。
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