高中高分子材料

第10章 高分子材料

高分子材料虽然相对于其它材料出现较晚，但发展迅速，种类繁多，性能各异，

应用遍及国民经济各部门，按性能和用途可分为通用高分子材料、功能高分子材料、

聚合物基复合材料、纳米高分子材料等。

10.1 通用高分子材料

10.1.1 塑料

1.塑料概述

以合成或天然高聚物为基本成分，配以一定的高分子助剂（如填料、增塑剂、稳

定剂、着色剂等），经加工塑化成型，并在常温下保持其形状不变的材料，称为塑料。

作为塑料基础成分的高聚物，不仅决定了塑料的种类而且决定了塑料的主要性能，当

然同种高聚物，由于制备条件、制备方法以及加工工艺的不同，可作为塑料，也可作

纤维或橡胶使用，如尼龙既可用作塑料又可用作纤维。一般地，塑料用高聚物的内聚

能介于纤维和橡胶之间，使用温度范围在其脆化温度和玻璃化温度之间。

塑料有许多不同的分类，常用的是按材料的受热行为可分为热塑性塑料和热固性

塑料，其中热塑性塑料占塑料总量的80％。按树脂的化学结构有聚烯烃类、聚苯乙

烯类、丙烯酸类、聚酰胺类、聚酯类、聚砜类、聚酰亚胺类等。按塑料的使用功能分，

把产量大、价格便宜、原料来源丰富、应用面广的称为通用塑料，一般有聚乙烯、聚

丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料，占塑料总量的80％，其力学性能、

热性能都比较差，主要作为非结构材料使用。工程塑料一般是指可以作为结构材料使

用，具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性或能满足特殊要求的某些塑料如聚四

氟乙烯、聚酰胺、聚甲醛等。当然这两者有时难以有绝对的界限，如某些通用塑料如

聚丙稀、聚苯乙烯经改性之后也可以作为结构材料使用。

塑料根据组分数目又可分为单一组分和多组分塑料。单组分塑料基本是由高聚物

组成，典型的是聚四氟乙烯，不加任何助剂。大多数塑料是多组分体系，除高聚物这

一基本成分外，还加入添加剂（高分子助剂），助剂能改善材料的加工性能、使用性

能以及降低成本。其主要的助剂有填料和增强剂、增塑剂、稳定剂、阻燃剂、发泡剂

1 生物高分子材料的发展探索

摘 要：对于生物高分子材料在这里我们主要讨论生物医用高分子材料。生物医用高分子材料分为医用高分子材料和药用高分子材料两大类。其中医用高分子材料包括用于人工脏器的医用高分子材料、用做人工组织的医用高分子材料和体外使用的医用高分子材料。药用高分子包括药物的载体、带有高分子链的药物、具有药效的高分子、药品包装材料等。

关键词：生物 高分子材料 医用 药用

生物医用高分子材料是生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料，也是一个正在迅速发展的材料。它既可以来源于天然产物，又可以人工合成。此类材料除应满足一般的物理、化学性能要求外，还必须具有足够好的生物相容性。

按照不同的性质，医用高分子材料可分为非降解型和可降解型两类

对于前者，要求其在生物环境中能长期保持稳定，不发生降解、交联或物理磨损等，并具有良好的物理机械性能。

非降解型高分子主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等。

可降解型高分子主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、氨基酸、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯等。根据使用的目的或用途，医用高分子材料还可分为心血管系统、软组织及硬组织等修复材料

对于用于人工脏器的医用高分子材料、用做人工组织的医用高分子材料和体外使用的医用高分子材料而言就要用到非降解型材料

1. 用于人工脏器的医用高分子材料

用途 材料

人工心脏 聚氨酯橡胶、聚四氟乙烯、硅橡胶、尼龙

人工肾 赛珞玢、聚丙烯、硅橡胶、脂酸纤维素、聚碳酸酯尼龙66

人工肺 硅橡胶 、硅酮、聚烷基砜

人工肝脏 赛珞玢膜、聚苯乙烯型离子交换树脂、

人工气管 聚乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、硅橡胶、聚氯乙烯

人工输尿管和尿道 硅橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯

人工眼球和角膜 硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲脂

人工耳 硅橡胶、聚乙烯

人工乳房 聚乙烯醇缩甲醛海绵、硅橡胶海绵、涤纶

第二节 应用广泛的高分子材料

人工合成高分子化合物的成功为人工合成材料开辟了新的道路，改变了只能依靠天然材料的历史。合成材料品种很多，按用途和性能可分为合成高分子材料；功能高分子材料和复合材料。其中，被称为“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最为广泛。

一、塑料

1．塑料的组成：合成树脂、添加剂

【说明】树脂和塑料的关系：

树脂就是指还有跟各种添加剂混合的高聚物，如是聚乙烯树脂，是聚丙烯树脂。

塑料是由树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂所组成的，它的主要成分为是树脂。有时这两个名词也混用，因为有些塑料基本上是由树脂所组成的，不含或少含其他添加剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。

【板书】2．塑料的主要性能

热塑性。树脂为线型结构，有热塑性。

热固性。树脂为体型结构，有热固性。

3．几种常见塑料的性能和用途

名 称 性 能 用 途

聚 丙 烯 机械强度好，电绝缘性好，耐化学腐蚀，质轻，无毒

耐油性差，低温发脆，容易老化 可制薄膜、日常用品、

管道、包装材料等

聚苯乙烯 电绝缘性好，透光性好，耐水、耐化学腐蚀，无毒

室温下硬、脆，温度较高时变可制高频绝缘材料，电视、雷达部件，医疗卫生用具，合成纤维、涂料，还可制成泡沫塑料用于防

什么是高分子材料

说起高分子材料，普通人也许会觉得高深莫测，其实我们身边到处都是它们的身影。我们生活中衣食住行的各个方面都与高分子材料息息相关。无论是作为食物的蛋白质还是作为织物的棉、毛和蚕丝等等，都是天然高分子材料，就连人体本身，基本上也是由各种生物高分子构成的。我国在开发天然高分子材料方面曾处于世界领先水平。之所以称为高分子，就是因为它的分子量高，常用高分子材料的分子量在几百到几百万之间。例如竹、棉等是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。

橡胶、纤维、塑料是我们常见的高分子。橡胶作为一种重要的工业原料，广泛应用于各个领域，现已成为汽车等行业最重要的原料；纤维可用于飞机机身涂料或者重新纺丝制成人造丝织物等，在人类的各个领域都有着它不可替代的作用；塑料就更常见了，用途更为广泛，平时我们日常生活所有的水杯、门窗，各种电子产品的外壳等都是用塑料做的。

高分子的种类很多，如导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等；还有如反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高分子催化剂、高分子试剂及人工脏器等，此外还有生物功能和医用高分子材料，如生物高分子、模拟器、高分子药物及人工骨材料等。 在21世纪，高分子材料将与我们更加“亲密无间”，将为各行各业的发展“铺路架桥”，如道路交通、房屋建筑、医药工程、航天航海等，许多行业技术上的可行性和进步，生产效率的提高，生产成本的降低，都要依赖于高分子材料的开发。如人造器官的研制方兴未艾，它的生长必须有适宜的高分子材料作支撑。怎样让汽车、飞机减轻重量，从而使之灵活轻便并大大省油，这也由高分子材料说了算。如今汽车车身与车壳结构材料中已有50%用了高分子材料，在21世纪将达到70%—100%。

在世界范围内享有盛誉的高分子材料企业主要有：美国陶氏化学、德国巴斯夫公司、韩国LC化学、台湾长兴化工、宝沽公司、美国杜邦公司、日本住友公司等。