高分子材料的发展历程及未来发展趋势

TPU材料的发展历程

TPU中文名称热塑性聚氨酯弹性体，是由二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）或甲苯二异氰酸酯（TDI）等二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇（扩链剂）共同反应聚合而成的高分子化合物。TPU可加热塑化，化学结构上没有或很少交联，其分子基本是线性的，然而却存在一定的物理交联，主要有聚酯型和聚醚型之分，是一种新型的有机高分子化合物材料。它硬度范围宽（60HA-85HD）、耐磨、耐油，透明，弹性好，是一种各项性能优异，可以代替橡胶，软性聚氯乙烯PVC材料。它优异的物理性能，例如耐磨性、回弹力都好过普通聚氨酯、PVC，耐老化性好过橡胶，是介于橡胶和塑料的一类高分子材料，在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用，可以说是替代PVC和PU，以满足越来越多领域的环保要求的最理想的材料。被国际上称为新型环保聚合物材料。

一、 TPU的起源

TPU首次由德国Bayer公司开发成功并开始工业生产，随后其他各大公司也开始相继生产，至今已经有50多年历史了。在亚洲，日本是第一个引进了德国的TPU生产技术的地区，随后在20世纪八十年代，台湾从日本又引进了这种技术，并且开始工业化生产。我们大陆地区从上世纪七八十年代通过“七五攻关”，初步掌握了TPU双螺杆法连续生产合成技术，但是由于TPU生产技术门槛高，特别是设备要求和生产管理水平要求高。所以我们大陆的生产一直在低水平徘徊，研究也没取得太大的进展，研发和生产水平一直落后与外资企业和台资企业。本世纪后，随着各大台湾企业的登陆，大陆的TPU生产才得到了大力的发展。

二、技术与应用的发展

TPU的结构式由两部分构成，一部分是由二异氰酸酯分子与扩链剂反应得到的刚性嵌段，另一部分是由二异氰酸酯分子与大分子多元醇反应得到的柔性段。两部分相互交替镶嵌构成了TPU整体。TPU材料具有具有很强的高张力、高拉力、强韧和耐老化特性，并且，它可以用一般塑料加工方法生产出各种制品，废料可回收利用，可广泛使用助剂和填料，以改善某些物理性能、加工性能或降低成本，是一种实用度很广的环保型新型材料。目前，TPU已经运用到了医疗卫生、电子电器、工业及体育等方面，其具有其他塑料材料所不能及的高强度、强韧性、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候变化的特性，同时，其也具有高防水性透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放登许多优异的功能。

材料发展历程、前景及认知

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上个世纪70年代以来，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。进入21世纪，以纳米材料、超导材料、光电子材料、生物医用材料及新能源材料等为代表的新材料技术创新显得更为异常活跃，新材料诸多领域正面临着一系列新的技术突破和重大的产业发展机遇。相应的，材料科学与工程专业也蓬勃发展起来 ，而我们粉体材料科学与工程专业则以先进的粉末冶金技术、粉末注射成形技术成为了其中较为领先和特殊的一个分支。

三个月紧张而又充实的大学学习，以及其中每周的新生课，让我对粉体材料科学与工程专业由一窍不通到有了上述较为准确的认识，并且了解了材料科学的历史发展及其领域里各个专业性的研究方向。 材料与我们日常生活密不可分，一个通俗的解释：可以用来制造有用的构件、器件或物品等的物质。从小的方面来说，买衣服的时候我们要仔细看看衣服的质料；身上戴的饰品的材质也是身份的象征。从大的方面来说，火箭升空，潜艇入水，各种军事武器等等，都离不开材料的加工制备。在20世纪人们就把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱，而信息和能源是看不见摸不着的，只有材料是确确实实就在我们眼前的东西，所以说材料是人类社会赖以发展的物质基础。

通过课程的学习，我发现我们所学的材料科学是以材料、化学、物理学为基础，系统学习粉体材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于粉体材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的学科。是培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作，适应社会主义市场经济发展的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术人才。

老师除了讲解了本专业的粉末冶金材料与技术、粉末注射成形技术，也扩展了生物材料和仿生材料、功能材料、复合材料等知识。其中我感兴趣的是功能材料和复合材料领域。

南开大学卜显和：多孔配位聚合物的发展历程及研究进展

2020-01-04

以下文章来源于中国科学杂志社 ，作者中国科学：化学

多孔配位聚合物(PCP)(包括金属有机框架)是一类由金属节点和配体通过配位键连接形成的晶态多孔材料。作为一类新兴的无机-有机杂化材料, PCP具有丰富且可调节的结构和功能, 因此其在气体吸附分离、催化、传感等诸多领域展现出巨大的应用潜力, 是多学科交叉的研究热点。南开大学化学学院卜显和教授课题组近期在《中国科学：化学》发表评述，依据PCP的结构及性质特点, 总结了第一至第四代多孔配位聚合物PCP研究的发展历程, 介绍了该领域的主要研究内容和典型研究进展, 进而基于该领域未来面临的挑战和发展趋势分析了材料的实用化前景。

近年来, 多孔配位聚合物(porous coordination polymer, PCP)

(包括金属有机框架(metal-organic framework, MOF))的研究方兴未艾。PCP是由金属节点(金属离子或金属簇)和有机连接体通过配位键自组装形成的具有无限网络结构的材料。其作为配位超分子化学的一个重要组成部分, 与无机化学、有机化学、晶体工程、拓扑学、材料化学及固态化学等领域相互交叉、渗透, 现已成为化学和材料领域的研究热点之一。相较于传统的无机多孔材料(如沸石分子筛、微孔二氧化硅), PCP具有结构和组成多样、结构可设计、孔道可调节和易于功能化的优点。因此, 这类材料在吸附分离、催化、检测、磁性以及光电等领域展现出巨大的应用价值和潜力。

按照PCP的发展历程和属性对其进行的分类

根据剑桥晶体数据中心的统计, 1972~2016年, 约有7万例可被定义为MOF的新结构被合成, 对应的可定义为PCP的化合物的数量更加庞大。基于PCP数量的急剧增长, 相关研究论文的发表数量也在逐年递增。与此同时, 涉及PCP材料的研究领域不断扩大。目前PCP的研究热点主要集中在以下5个方面。

材料科学的历史地位和发展历程

- 材料科学的历史地位

- 材料科学是一门研究物质结构、性质和制备方法的学科，是现代科技的基础和支撑。

- 材料科学涉及到各种物质，包括金属、陶瓷、高分子材料、半导体材料等，广泛应用于工业、医疗、能源、交通等领域。

- 20世纪以来，材料科学的发展推动了现代科技的进步，例如计算机、通信、航空航天、新能源等领域的发展都离不开材料科学的支持。

- 材料科学的发展历程

- 古代：人们开始使用天然材料，如木材、石头、骨头等，制作工具和器物。

- 中世纪：发展了制陶技术，开始使用陶器和玻璃器皿。

- 工业革命时期：发展了冶金学和机械加工技术，开始使用金属材料制造机械和工具。

- 20世纪初：发展了高分子化学，开发出塑料等新材料。

- 20世纪中期：发展了半导体材料和光电子技术，推动了电子工业的发展。

- 当代：发展了纳米材料和生物材料等新领域，开拓了新的应用领域。

- 材料科学的未来发展趋势

- 研究更加复杂、多功能的材料，例如智能材料、超材料等。

- 开发更加环保、可持续的材料，例如生物可降解材料、可再生能源材料等。

- 推动材料科学与其他学科的交叉融合，例如材料与生物学、材料与计算机科学等。

- 加强材料科学的基础研究，探索更加深入的物质本质和结构规律。