1.5 中国高分子工程的研究 ‘
高分子工程研究包含两个部分,即高分子成型加工,和聚合反应工程。高分子工程的主要研究线索是,研究在外场(剪切力、振动力、温度、压力等)作用下,高分子的链运动、相态及结构的变化规律和控制条件,从而发展聚合物成型的新方法和新技术(聚合物成型加工领域),以及研究高分子化合物工业规模合成中的尺度效应及工艺特点,从而发展工业合成的新技术、新设备、新流程(聚合反应工程领域)。
我国过去的高分子成型研究较多地集中在某些具体产品的制造研究及工艺条件研究方面,学科基础方面的研究工作相对很弱。具体研究工作中宏观问题考虑多,而对聚合物结构、分子运动等微观问题考虑得较少。在研究方法上往往对高分子成型过程采用模糊处理,缺乏对不同体系受外场影响产生具体变化的微观分析。针对上述问题我们建议,今后的研究工作应注意将“宏观”的考虑方式和“微观”的具体过程分析结合起来,以推动高分子成型研究的深入和创新。在学科发展上要注意和高分子物理研究相结合,比如利用高分子聚合物的软物质特征(即高分子易于对外界的弱刺激产生明显响应的特点),研究成型过程中高分子的熔体流动和结构变化的特点,探讨高分子成型的新理论,发展不同聚合物体系成型的新技术[9,10,12].
我国高分子工程研究主要有以下方面的工作:高黏物系聚合反应的动力学研究和聚合工艺及设备研究(《高分子化学》第22章)、聚合物成型过程流变学研究(《聚合物成型原理及成型技术》第2章、第3章、第6章)、聚合物成型过程的热力学研究(《聚合物成型原理及成型技术》第5章)、聚合物成型过程的力.化学反应研究(《聚合物成型原理及成型技术》第4章)、聚合物气辅注塑技术(《聚合物成型原理及成型技术》第8章)、聚合物吹塑成型技术(《聚合物成型原理及成型技术》第9章)、聚合物反应挤出技术(《聚合物成型原理及成型技术》第10章)、聚合物纤维成型新技术(《聚合物成型原理及成型技术》第11章)、绿色黏胶纤维成型新技术研究(Lyocell纤维,本丛书未编入)、纳米纤维和超细纤维成型技术研究(本丛书未编入)、橡胶成型加工理论及技术研究(《聚合物成型原理及成型技术》第12章、《功能高分子与新技术》第9章)、聚合物成型过程可视化技术(本丛书未编入),以及聚合物复杂流体研究的数学方法(《聚合物成型原理及成型技术》第14章)、聚合物成型加工的计算机模拟研究(《聚合物成型原理及成型技术》第15章)等工作。
近年来在我国高分子成型研究领域出现了一些新的生长点,比如聚合物振动剪切成型原理及设备研究(《聚合物成型原理及成型技术》第7章)、聚合物成型过程中的形态控制研究(《聚合物成型原理及成型技术》第13章)、聚合物复合体系的微波增容技术研究(<高分子化学>第5章)等。这些工作不仅是提高高分子材料性能的新成型技术,更主要的是在学科上把高分子成型研究引向了深层次,为高分子成型研究的创新提供了新思路。
展望未来高分子成型研究的发展我们感到,首先应加强与高分子物理的联系,以高分子物理知识为基础,加强聚合物成型理论研究,促进高分子成型学科尽快成熟;加强研究高分子成型过程中其结构及相态受外场因素影响的演变规律,发展控制特定结构和相态形成的新技术,创造高分子成型新工艺;注意开展专家系统和计算材料科学的研究,对特定的高分子体系的成型工艺条件进行预测,并对成型过程进行现场、实时和动态调控。
1.6 中国功能高分子与新材料的研究
功能高分子领域和高分子材料领域都是高分子的三个分支学科面向社会对新材料的需求而形成的研究领域,两者区别在于功能高分子领域研究用途特殊且用量不大的精细高分子材料,而高分子材料领域则更着眼于适用性广的通用高分子材料的研究。功能高分子与新材料领域的研究线索是,运用高分子的学科知识与其他学科及领域进行学科交叉,研究和探索能满足其他学科和领域所需的新材料和新技术问题。
在过去的工作中,我国功能高分子研究较多地注意了新功能高分子化合物的合成及应用。深入开展高分子结构与功能关系研究及功能的原理研究不够;根据功能高分子领域学科交叉的特点,主动学习其他有关学科领域的知识,扩充从事功能高分子研究的知识积累以及活跃开拓新功能高分子新领域的研究思路也尚嫌不够。
在高分子新材料研究领域,过去的工作同样是较多地注意新化合物的合成及应用,未能充分注意从新材料的应用研究中提炼学术问题,从而增加学术积累或开拓学术研究的新领域;也未能注意将应用研究和学科基础研究结合起来,研究新材料探索、应用中涉及到的诸如聚合物结构、分子链运动等一些深层次的基础性问题,从而提高高分子新材料的研制水平[9,10,12]。
我国的功能高分子研究主要开展的工作有:医用功能材料(医疗材料、药物缓释材料)研究(《功能高分子与新技术》第6章)、电子聚合物(导电、发光、非线性光学材料)研究(《功能高分子与新技术》第4章)、磁性高分子研究(《功能高分子与新技术》第5章)、高分子液晶研究(《功能高分子与新技术》第16章)、电磁流变液体系研究(<功能高分子与新技术>第19章)、智能高分子凝胶研究(《功能高分子与新技术》第7章)、功能分离膜研究(《功能高分子与新技术》第3章)、吸附与分离功能树脂研究(《功能高分子与新技术》第2章)、高分子催化剂研究(《功能高分子与新技术》第8章)、相变储能材料研究(《功能高分子与新技术》第11章)等。
在高分子新材料研究领域我国开展的主要工作有:高性能工程塑料(含高性能树脂、聚烯烃工程塑料),复合材料,可环境降解材料(聚乳酸及其共聚物、聚羟基丁酸酯、全淀粉塑料、纤维素材料以及聚烯烃降解途径研究),纳米材料,有机-无机分子杂化材料,天然高分子改性材料(绿色黏胶纤维),农用高分子材料(喷灌用材料、土壤保水材料),以及橡胶、纤维、黏合剂、涂料、建筑用高分子材料(地基加固材料、水泥减水剂材料)等。在本丛书中,编者选择了下述几种有新技术背景的新材料研究予以介绍,如杜仲胶-塑新材料(<功能高分子与新技术>第9章)、二氧化碳树脂材料(<功能高分子与新技术>第10章)、天然漆漆酚钛耐腐蚀涂料(<功能高分子与新技术>第12章)、可生物降解材料(<功能高分子与新技术>第13章)、杂化材料(<高分子化学>第20章)、插层聚合合成纳米材科(<功能高分子与新技术>第14章)、土建用高分子材料(<功能高分子与新技术>第20章)以及有机硅高分子研究(<功能高分子与新技术>第15章)、杂环高分子研究(<功能高分子与新技术>第17章)和聚酰亚胺的研究(<功能高分子与新技术>第18章)等。
近几年,我国在功能高分子及新材料研究领域做出了下述几项有国际影响的创新性工作。比如二茂铁类磁性高分子的合成及电子器件和新天线材料的研制(<功能高分子与新技术>第5章),杜仲橡胶资源的利用及杜仲胶材料谱研究(<功能高分子与新技术>第9章)。甲醇羰基化制醋酸、醋酐高分子催化剂研究(<功能高分子与新技术>第8章),天然大漆漆酚钛耐腐蚀涂料研究(<功能高分子与新技术>第12章),一系列新型高分子分离与吸附功能树脂研究(<功能高分子与新技术>第2章),以及有望形成成果的高分子磁电阻材料研究和聚烯烃降解技术研究等。分析上述创新性成果的形成过程,我们可以得到如下启示,即在功能高分子及新材料研究领域,只要我们大胆进行学科交叉.密切联系生产实践并努力从中提炼学术问题,是可以做出国际上有影响的创新性成果的。在这些新的综合性研究课题面前,从某种意义上讲,我们和国际同行是站在同一起跑线上的,我们自己的高分子基础学科研究落后的劣势并没有明显地显现出来。
社会的发展要求今后高分子功能材料具有纳米化和智能化的特点。
高分子功能材料的纳米化,是要求在分子层次上调控和实现高分子的功能,即。采用化学及物理等方法,利用温度场、溶剂场、电场、磁场、力场和微重力场等外场的作用,在一确定的空间或环境中像搬运积木块一样移动分子,采用自构筑(self-organization)、自合成(self-synthesis)或自组装(self-assembly)等方法,靠分子间的弱相互作用,构建具有特殊形态结构的分子聚集体。或进一步在分子聚集体中引发聚合成键,得到具有高度准确的多级结构的高分子。通过这种精确操作的高分子合成,可以准确实现高分子的分子设计。一般而言.单个小分子的功能性质有很明确的方向性,在对这种小分子单体聚合时,如果使其先在外场作用下精确取向排列,它们的功能性质则可展现在同一方向上,然后再完成聚合反应,这样得到的高分子将具有明显的功能各向异性。比如在某一方向上会有优异的(电、光、磁或热)信号传输能力,而在另外的方向上则可能完全隔绝信号传输,这样的高分子纳米功能材科可能运用于集成光学器件、集成光电器件以及微型光电机械中,对纳米尺度上的电、光、磁或热等信号的定向传输会有十分特殊的作用。