天然高分子材料的应用(6篇)

天然高分子材料的应用篇1

关键词：高分子材料；化工材料；发展现状

我国自上世纪80年代以来，开始致力于高分子化工材料的研发，并且将高分子化工材料用于多种领域，满足了节能减排、高性能高科技等现代社会发展的要求。除了本文主要介绍三种材料以外，我国在烯类单体聚合、a―烯烃的聚合、乙烯基单体的光聚合与光刻胶等方面也取得很大的研究成果，随着现代科技的发展以及社会发展的进一步需求，高分子化工材料将得到进一步的开发研究，并广泛的应用于农业、工业、医学、生物、能源等领域。高分子智能材料已经成为材料科学发展的一个重要研究领域，全世界各个国家科学家都在为此作不懈的努力。从人类历史发展来看，任何一种重要材料的发明和利用，都能够把人类改造自然，创造社会的能力提高到一个新的高度，并给社会生产力和人类生产生活带来巨大的影响，使人类的物质文明建设和精神文明建设共同向前推进一大步。所以可以肯定的说，未来将会有更多更好更实用的智能材料出现在我们的面前。

一、高分子材料概念描述

所谓高分子材料是指由许多重复单元共价连接而成的，分子量很大的一类分子所组成的相关聚合物，并且具有粘弹性。高分子材料正在向以下几方面发展：高功能化，高性能化，复合化，精细化和智能化。鉴于此，我国的高分子材料在进一步开发通用的基础上，应该重点发展高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以进一步满足市场需要。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能，较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。

二、高分子材料的应用分析

（一）聚烯烃材料

聚烯烃是高分子化工材料中用量最大的，也是应用范围最广的一种，主要在汽车、建筑、家电等领域得到广泛的应用。聚烯烃是烯烃的聚合物，是由乙烯、丙烯1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称，主要通过高压聚合或者低压聚合如溶液法、浆液法等方法生产合成，主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物、聚丙烯以及以聚丙烯为基础的丙烯共聚物。具有容易加工、综合性能良好、原料丰富，价格低廉等优点。目前，各研究机构正在研究使用过渡金属做催化剂，进行各类烯烃的聚合。近年来，随着节能减排、低碳经济以及可持续发展思想的深入，聚烯烃的合金化、高性能化和多样化成为研究的方向和重点。

（二）高分子智能材料

高分子智能材料是通过有机和合成的方法，使无生命的有机材料变得具有生物功能的一种材料。其功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。形状记忆高分子材料是指在一定条件下赋予高分子材料的起始装态，当外部条件发生改变时，它可以改变成相应地形状，并能固定其形态。当外部条件再次发生改变时，智能高分子材料以特定的规律和方式再一次发生变化并恢复至起始态。从而完成从起始记忆态到固定变形态再到恢复起始态的循环过程。自行调温调光的新型建筑材料，成分是由水和聚合物构成的。在低温时聚合物是成串排列的，为透明状，能够透过90%的光线。加热时，这种聚合物就以纤维的形式聚合在一起，成乳白色，能够阻挡90%的光线。并且这种可逆过程是在两三度温差范围内完成的。具有传感功能的高分子材料，这种与传感器结合起来的高分子材料，已成为智能材料的一个新特点。例如，装有压电陶瓷传感器的机器人，可以灵敏地感觉到轴承脱离时摩擦力突然变化的情况，并迅速作出握紧反应。

（三）稀土催化材料

稀土元素具有独特的化学性能和物理组成，以稀土元素为基础的稀土功能材料在信息、生物、新技术、新能源以及环境保护等现代科学技术和现代工业发展中起着十分重要的作用，稀土催化材料比传统的贵金属催化材料相比，具有资源丰度高、成本低、生产工艺水平高以及性能优越等方面的优势。稀土催化材料不仅能够提高生产效率，最重要的是能够节约资源和能源，进而减少环境污染。上世纪60年代，中科院长春应用化学研究所运用稀土化合物组成新型催化剂用于二烯烃的聚合以及橡胶的制备，打破了传统的Z-N催化剂，取得重大研究进展。目前稀土催化材料大量运用在能源环境领域中，如汽车尾气净化、工业废气以及人居环境净化等方面。

（四）生物医用材料

生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。高分子合成的生物医用材料通过分子设计和聚合，能够获得具有良好物理性能和生物相容性的生物材料，其中高分子软材料常用做为人体软组织如血管、食道和指关节等的替代品。合成的高分子硬材料可以用作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。

三、结束语

新型高分子材料对人们的日常生活和工作产生越来越大的影响，本文从几个方面介绍新型智能高分子材料。主要包括高分子材料的含义，发展现状和高分子材料的应用等几方面内容。作为一种与国民经济、高科技技术和现代化生活密切相关重要的材料已经在各个领域中发挥了巨大的作用，人类已经进入了高分子时代。

参考文献：

天然高分子材料的应用篇2

关键字：高分子材料；化学

我们先介绍下高分子材料，高分子材料，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。

天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代社会中，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。常用的高分子材料按使用特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和功能高分子基复合材料等。

高分子材料在我们的生活中使用越来越广泛，我们可以试着用一些高分子材料的基本知识来解释生活中碰到的一些高分子材料的特有现象。

一为什么用塑料绳绑东西会越绑越松

日常生活中，我们经常用塑料绳绑东西，可你会发现，用塑料绳绑东西，我们越想绑紧，可不久会发现，塑料绳很快好像变长了似的，变得很松垮，于是再使劲绑起，可依然会发现，过了一会又变松了，这是为什么呢？

这里就要提到一个基本概念---力学松弛，什么叫力学松弛呢？应力松弛，是指高分子材料在总应变不变的条件下，由于试样内部的粘性应变随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致回弹应力随时间逐渐降低的现象。

我们生活中使用的塑料绳（有的地方叫化学绳）是由线性的聚乙烯或聚丙烯制成，这类高分子材料是典型的非交联线性高分子，在绑紧的过程中，线性的高分子链被拉长，表面看起来很紧，但随着时间的延长，线性高分子链发生了滑移，这种滑移是不可恢复的，链发生滑移后，塑料绳被拉伸的变长了，开始变得不能绑紧，假如此时再使劲绑紧，则线性链继续发生滑移。所以用塑料绳绑东西，绑的越紧最后就会变得越松，松弛发生的厉害。因此，有经验的人用塑料绳绑东西时，都不要绑的太紧，防止线性高分子链发生严重应力松弛。

那怎么样才能避免这种现象呢？要用交联的高分子材料，交联的高分子材料通过交联剂使线性高分子链变成了网状结构，高分子网络链被拉伸变形后，仍能有力的回复。如用橡胶绳绑的话会大大改善这种现象，如橡皮筋绑就会好很多，如用交联很完善的东西绑，譬如用自行车内胎的那种橡胶绑，则基本不会发生松弛现象，会绑的很紧，不信你试试？

二早上起床刷牙挤牙膏-挤出胀大

我们早上起来刷牙挤牙膏时，发现牙膏从牙膏管口寄出时，牙膏好像突然变大了好多？这是因为什么原因呢？

这里就涉及到高分子的一个重要特性---蠕变性。所谓高分子的蠕变，蠕变是指材料在恒定载荷作用下，变形随时间而增大的过程。蠕变是由材料的分子和原子结构的重新调整引起的，这一过程可用延滞时间来表征。当卸去外力时，材料的变形部分地回复或完全地回复到起始状态，这就是结构重新调整的另一现象。

牙膏中含有大量的高分子化合物，如湿润剂、香料、起泡剂等等，这些高分子链在牙膏管中是都是呈自然卷曲的，在被挤出牙膏管口那狭小位置时，高分子链在管口的作用下被迫发生链的舒展成线性状态，在挤出管口后，外力小时，高分子链在无外力作用下回自然呈卷曲状态，从而使体积变大。

三泡泡糖要咀嚼后才能吹泡泡

好多人都喜欢吹泡泡糖，刚入嘴的时候，比较硬，后来不断的咀嚼后泡泡糖就变得很软，居然能吹出泡泡来？这又是为什么呢？这里我们又要学到一个高分子材料特有的特性---玻璃化转变。

一般来说，高分子材料在不同温度下有三种力学状态，它们是玻璃态、高弹态和粘流态。在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态：当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。

我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是玻璃化温度。

泡泡糖的主要成分是聚醋酸乙烯酯，它的玻璃化温度在28度左右，一般情况下低于其玻璃化温度，其几乎没有流动性保持很好的形态，而在嘴里咀嚼后，高于其玻璃化温度，泡泡糖发生玻璃化转变，有玻璃态向高弹态转变，呈现出高弹态，所以嚼泡泡糖的时候刚开始嚼两下是吹不出泡泡的，等温度升高后，嚼软了以后才行。

四矿泉水瓶灌入热水后，变成白色

生活中经常用到矿泉水瓶，有时候，会在矿泉水瓶灌入热水，于是会发生一个奇特的现象，透明的矿泉水瓶很快变成白色，这又是为什么呢？

判断一种材料是否透明，要看当中是否含有对光产生衍射、反射和吸收是物质，晶区的结构规整性比较好，容易有反射和散射，这些结构使光线不能透过，结晶度越低越透明，无定形区譬如玻璃是典型的无定性物质，光线就能很好的透过，透明性就很好。

天然高分子材料的应用篇3

即将举行的2008年北京奥运会，像一股春风吹遍了神州大地，也吹绿了中考化学试题，成了中考化学试题一道亮丽的风景。细细品味那些充满奥运精神和重视科学、技术与社会联系的中考化学试题，感悟其体现的“绿色奥运、科技奥运和人文奥运”的理念，使人眼前一亮。现就2006年和2007年全国各地有关2008年北京奥运会中考化学试题归类赏析如下：

1体现绿色奥运理念

1．（2007年陕西）北京2008奥运会火炬“祥云”，外体用轻薄高品质铝合金和优质有机材料加工而成，内部使用的燃料丙烷（C3H8）燃烧后不会对环境造成污染，体现了“绿色奥运”的理念。以下有关“祥云”中使用材料的说法不正确的是（）

A．铝合金质轻且延展性好

B．铝合金比铝的硬度小

C．燃料丙烷完全燃烧后生成二氧化碳和水

D．火炬外体的制作材料均为可回收的环保材料

解析：本题通过奥运会火炬所提供的信息,考查金属铝及有机物烃的基本性质。铝的相对原子质量较小，故铝合金质轻且延展性好。合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，一般地合金强度和硬度要比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用途。丙烷是一种价格低廉的常用燃料，由碳、氢两种元素组成，完全燃烧后只生成二氧化碳和水，没有其他物质，不完全燃烧的话，也会产生CO造成污染。火炬外体用轻薄高品质铝合金等环保材料加工而成，可回收再利用，对环境不会造成污染。

答案B

2．（2007年北京）化学在2008年北京奥运会的各个方面发挥重要作用。

（1）北京奥运会需要大量材料。下列应用中使用金属材料的是__________（填序号，下同），使用有机合成材料的是__________。

（2）北京奥运会对能量的需求量很大。人类通过化学反应获得的能量，大多来自天然气、____和煤等化石燃料。北京市在开发和使用新能源上进行了很多尝试，小芳在街头发现一种不用外接电源的路灯（如右图），只要每天有短时间的光照就能使用，这种路灯使用的能源是_____。

（3）为体现绿色奥运的理念，北京奥运会采用丙烷（C3H8）作火炬燃料。丙烷燃烧时发出亮黄色火焰，反应生成水和二氧化碳，该反应的化学方程式为。

（4）北京奥运会将有数以万计的观众。针对观看比赛时产生的垃圾，下列说法正确的是__________。

①这些垃圾随身带出赛场，分类回收

②这些垃圾可送到垃圾焚烧发电厂，焚烧发电

③这些垃圾中的塑料制品不要随意丢弃，避免“白色污染”

解析：本题以“北京奥运会”的有关话题为背景，考查与之相应的材料、燃料、能源和环保等某些化学知识。试题中包含的内容广泛，知识点较多，引导自然，学生感到亲切，能较全面地考察学生的知识水平。读懂、领会题目信息是解答此类试题的关键。

第（1）问考查的是材料的分类、性质和用途。金属材料中金、银、铜的化学性质不活拨，光泽好、耐磨、易加工，所以用来制奖牌。钢铁的高强度适合于作结构件材料，而铝合金不仅强度和硬度好，而且质轻、易回收，是可再利用的环保材料，所以用来制火炬。有机物涤纶是高分子合成材料，不仅强度高、弹性好且耐化学腐蚀，与棉纤维或羊毛纤维混合纺织，做的衣服穿起来舒适又挺括，故大量用来缝制运动服。

第（2）问考查的是能源与环境问题。现代社会对能量的需要量越来越大，化学反应提供的能量已不能满足人类的需要。目前，人们正在利用和开发其他新能源，如核能，氢能，风能，太阳能等。这些能源的利用，不但可以部分解决化石能源面临耗尽的问题，还可以减少对环境的污染。北京路灯使用太阳能，正好体现了绿色奥运的理念。

第（3）问考查的是有机物烃类物质的基本化学性质。丙烷由碳、氢两种元素组成，完全燃烧后生成二氧化碳和水，对环境不会造成污染。已知反应物丙烷的分子式C3H8和生成物水和二氧化碳，很容易写出该燃烧反应的化学方程式。

第（4）问考查的是垃圾的分类、回收和利用以及“白色污染”问题。白色污染――现在已泛指所有废弃塑料带来的污染。大部分塑料在自然环境中很难降解，长期堆积会破坏土壤、污染地下水、危害海洋生物的生存；而且如果焚烧含氯塑料会产生有毒的氯化氢气体，对空气造成污染。所以观看比赛时不要随意丢弃塑料袋、瓶等，要随身带出赛场，分类回收，或焚烧发电，避免“白色污染”。也体现了绿色奥运的理念。

答案（1）①、②、③；④（2）石油；太阳能（3）C3H8+5O23CO2+4H2O（4）①、②、③

例3．（2007年江西）福娃是2008奥运吉祥物。制作它的外部材料为纯羊毛绒，内充物为无毒的合成纤维。下列说法正确的是（）

A．制作福娃的内充物是引起“白色污染”的主要物质

B．纯羊毛和合成纤维可用燃烧法区别

C．制作福娃的外部材料属于有机合成材料

D．合成纤维的吸水性和透气性比纯羊毛好

解析：本题以奥运吉祥物为信息,主要考查天然材料和有机合成材料的性质、区别。塑料是引起“白色污染”的主要物质，而这里用的内充物是无毒的合成纤维，故A为错项。纯羊毛属于天然纤维，它燃烧时会产生燃烧蛋白质的焦毛臭味，而合成纤维燃烧时冒黑烟，无特殊气味，且灰烬形成硬快，不易碎，故B为正确选项。制作福娃的外部材料是天然的纯羊毛绒，不是合成材料，故C为错项。合成纤维的强度高，弹性好，耐磨，耐化学腐蚀性，但它的吸水性和透气性差，纯羊毛属于天然纤维，具有较好的吸水性和透气性，故D为错项。

答案B

2体现科技奥运的理念

1．（2007年新疆）用高科技手段检测兴奋剂是2008年北京“科技奥运”战略之一，我国可以快捷检测常见的16种兴奋剂。乙基雌烯醇（C20H32O）是一种兴奋剂，下列关于乙基雌烯醇的说法不正确的是（）

A．乙基雌烯醇是由碳原子、氢原子、氧原子构成

B．乙基雌烯醇分子中，碳原子和氢原子的个数比为5∶8

C．乙基雌烯醇中碳元素和氧元素的质量比为15∶1

D．乙基雌烯醇是由碳、氢、氧三种元素组成

解析：本题以用高科技手段检测兴奋剂为话题，考查诸多化学用语、特别是化学式的意义。化学式的意义：（1）宏观上看：表示①某种物质，②该物质的组成元素；（2）微观上看，表示①该物质的一个分子，②表示该分子的构成；（3）量的意义：①分子中的原子个数比，②各元素的质量比，③某元素的质量分数。化学式的意义既有质的方面，又有量的方面；既有宏观意义，又有微观意义。在描述化学式的意义时，①要理清宏观与微观的层次关系，如宏观上物质都是由元素组成的，微观上物质都是由微粒（分子、原子、离子）构成的，而分子又是由原子构成的，不能跨越层次叙述，如乙基雌烯醇是由分子构成的，而乙基雌烯醇分子是由碳原子、氢原子、氧原子构成的，不能叙述为乙基雌烯醇是由碳原子、氢原子、氧原子构成。②一个化学式无论有多长，宏观上都表示一种物质，切忌将化学式分割来认识，如H2O2表示过氧化氢这种物质，而不能分割为过氧化氢是由氢气和氧气组成的。

由乙基雌烯醇的化学式C20H32O可知，乙基雌烯醇是由碳、氢、氧三种元素组成；乙基雌烯醇中碳元素和氧元素的质量比为12×20∶16=15∶1；一个乙基雌烯醇分子是由20个碳原子、32个氢原子和一个氧原子构成的，它的分子中碳原子和氢原子的个数比为20∶32=5∶8；乙基雌烯醇是由分子构成的，不是由原子直接构成的。所以B、C、D都是正确的，A是错误的。

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答案A

2．（2007年海淀）国家游泳中心“水立方”是2008北京奥运会标志性建筑物之一。建筑围护结构采用了一种新型的ETFE充气枕。ETFE中文名称为乙烯―四氟乙烯共聚物，是由乙烯（C2H4）和四氟乙烯（C2F4）为原料制成的。

（1）ETFE中含有种元素，属于（填序号）。

①金属材料；②氧化物；③天然纤维；④有机合成材料。

（2）乙烯是由石油制得的。石油、和天然气既是重要的化石燃料，又是重要的化工原料。

（3）ETFE气枕可以透进更多的阳光和空气，从而让游泳池保持恒温，能节电30%。现代社会对能量的需求量越来越大，我们一方面要利用和开发（写一种）和风能等新能源，另一方面还要节约能源。

（4）乙烯和四氟乙烯都是易燃的气体，而ETFE却具有阻燃性。由此可以得出的结论有______（写一种）。

解析：国家游泳中心“水立方”采用了一种高科技新型的ETFE充气枕，它可以透进更多的阳光和空气，从而让游泳池保持恒温，能节电30%。该技术的利用充分体现了科技奥运的理念。本题以此为背景材料，起点高，落点低，考查了与之相关的物质的组成、性质和分类，化石燃料，新能源以及化学反应等知识。

第（1）问。ETFE是由乙烯（C2H4）和四氟乙烯（C2F4）为原料制成的合成有机高分子材料。根据元素守恒，化学反应前后元素种类不变，所以ETFE中含有碳、氢、氟三种元素

第（2）问。石油、煤和天然气是当今世界三大化石燃料，以石油为原料可以制取乙烯等多种化工产品。

第（3）问。目前正在利用和开发太阳能、风能、潮汐能、水能、地热能、核能、氢能等新能源。

第（4）问。乙烯和四氟乙烯都是易燃的气体，而ETFE却具有阻燃性，说明由于它们的分子构成不同(属于不同的物质),所以化学性质不同。由乙烯（C2H4）和四氟乙烯（C2F4）为原料制成的新的物质ETFE，这种变化属于化学变化即化学反应。

答案（1）3，④；（2）煤；（3）太阳能；（4）乙烯、四氟乙烯和ETFE是不同的物质（或乙烯和四氟乙烯生成ETFE是化学反应，或分子是保持物质化学性质的最小粒子等）。

3体现人文奥运的理念

1．（2006年北京）北京正在实施“人文奥运文物保护计划”，其中修缮长城使用了大量的氢氧化钙。氢氧化钙的俗称是（）

A．火碱B.烧碱C.熟石灰D.小苏打

解析：本题以修缮长城实施“人文奥运文物保护计划”为话题，考查元素和化合物的知识，主要是一些碱、盐的命名和俗称。氢氧化钙是由生石灰和水反应制得的，俗称熟石灰，故选项C是正确的。火碱、烧碱是氢氧化钠的俗称；小苏打是碳酸氢钠的俗称，故选项A、B、D都是错误的。

答案C

2．（2007年南京）2007年4月26日晚，北京2008年第29届奥运会火炬及接力传递计划路线在中华世纪坛隆重。此次火炬使用的燃料是丙烷（C3H8），其燃烧的化学方程式为：C3H8+5O2XCO2

+YH2O，其中X、Y分别为（）

A．1、3B.1、5C.3、8D.3、4

解析：北京2008年奥运会火炬创意灵感来自“渊源共生，和谐共融”的“祥云”图案。祥云的文化概念在中国具有上千年的时间跨度，是具有代表性的中国文化符号。火炬造型的设计灵感来自中国传统的纸卷轴。纸是中国四大发明之一，通过丝绸之路传到西方。人类文明随着纸的出现得以传播。北京2008年火炬接力的主题是“和谐之旅”，“和谐”主题体现了中国传统文化追求身心和谐、人际和谐、天人和谐的思想，体现了当代中国的发展理念，与奥林匹克"使体育为人的和谐发展服务，以促进维护个人尊严的和平社会的发展"的精神实质深度契合，高度概括了北京奥运会“人文奥运”举办理念和“同一个世界同一个梦想”主题的深刻内涵。

本题以此为载体，考查了有关质量守恒定律的应用，解题的关键是化学反应前后原子个数相等。故X=3，2Y=8，即X=3,Y=4。

答案D。

天然高分子材料的应用篇4

关键字：新型高分子材料；高分子材料应用；新型高分子材料的开发

引言：

高分子材料是指由相对分子质量较大的化合物分子构成的材料。按其来源，高分子材料可分为天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纤维，合成橡胶，涂料，粘合剂和高分子基复合材料。从1907年高分子酚醛树脂的出现以来，高分子材料因其普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展。然而，现在大规模生产的还只是在寻常条件下能够使用的高分子物质，即通用高分子。它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点，而现代工程技术的发展对高分子材料提出了更高的要求。于是新型高分子材料的开发与应用尤为重要。纳米、导电、生物医用、生物可降解、耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件等高性能的新型高分子材料的开发与应用不但能解决现阶段的高分子材料所面临的问题，而且也将积极地推动高分子材料向功能化、智能化、精细化方向的发展。与此同时，我国十二五计划也将高分子材料的开发研究纳入了其中，作为其重要研究方向之一的新型高分子材料的开发研究必将会极大地推动我国材料技术的发展。

一、简述高分子材料

1.高分子材料

高分子材料（macromolecularmaterial），以高分子化合物为基础的材料。基本成分为聚合物，或以其含有的聚合物的性质为其主要性能特征的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。

2.国内外高分子材料开发现状

高分子材料与金属材料和无机非金属材料共同构成了应用性材料科学的最重要的三个领域。高分子材料凭借其独特的优势占领了巨大的市场。

世界高分子材料工业正在高速地发展着。世界合成树脂量从1950年的1.5M工增长到2005年的212M工，每年大概以5%的增长率在迅速地增长。现在塑料的产量早已超过了木材和水泥等结构材料的总产量。合成橡胶的产量也已超过了天然橡胶，而合成纤维的年产量在上个世纪80年代就已经达到了棉花、羊毛等天然和人造纤维的2倍。对于我国而言，目前我国是世界上最大的树脂进口国，每年进口的树脂数量大约是世界树脂总贸易的25%到30%。我国的树脂合成工业正高速地发展当中，树脂合成能力也在飞速地提高中。然而与西方发达国家仍然存在着差距。

3.开发新型高分子材料的重要意义和途径

自上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料开发上。现代工业对于新型高分子材料的需求日益强烈。像纳米高分子材料，通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。

新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。就目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的工业化。在第二次世界大战中发展起来的高分子复合技术，以及出现于50年代的高分子合金化技术后。新的复合技术和合金化技术层出不穷。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产能力，更能体现出现代科技的高速发展。

二、新型高分子材料的应用

现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料既可以用于结构材料，也可以用于功能材料。

现阶段新型高分子材料大致包括高分子分离膜，高分子磁性材料，光功能高分子材料，高分子复合材料这几大类：

第一，高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过的半透性薄膜。采用这样的薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，与以往传统的分离技术相比，更加的省能、高效和洁净等，被认为是支撑新技术革命的重大技术。

第二，高分子磁性材料是磁与高分子材料相结合的新的应用。早期磁性材料具有硬且脆，加工性差等缺点。将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料，这样制成的复合型高分子磁性材料，比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品，还能与其它元件一体成型等。

第三，光功能高分子材料，是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前，这一类材料已有很多，应用也很广泛。

第四，高分子复合材料是指高分子材料和不同性质组成的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点具有各种材料的长处，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质。

这些新型的高分子材料在人类社会生活，工业生产，医药卫生和尖端技术等方方面面都有着广泛的应用。例如，在生物医用材料界上，研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯（PM-PPC）新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料：在工业污水的处理上，在不添加任何药剂的情况下，利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水：开发的聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂复合材料，这些材料比强度和比模量比金属还高，是国防、尖端技术方面不可缺少的材料；同样，在药物传递系统中应用新型高分子材料，在药剂学中应用，在包转材料中的应用等等。新型高分子材料已经渗透于人类生活的各个方面。

三、综述

材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活。新型高分子材料的不断开发像纳米技术、荧光技术、导电技术、生物技术等的实施必将使得高分子材料在工业化的应用中不断进步。区别于我们已经开发研究成熟的一些传统材料，高分子材料的研究开发存在着无穷的潜力。正如一些科学家预言的那样，新型高分子材料的开发将有可能会带来现代材料界的一次重大革命。

参考文献：

[1]程晓敏，高分子材料导论[M]，安徽大学出版社2006，

[2]于金海，应用新型可降解材料修复腹壁缺损的实验研究[J].中国知网论文总库2010

[3]赵利利，论新型高分子材料的开发与应用[J]，科技致富向导，2011.（02）.

天然高分子材料的应用篇5

在《材料化学》绪论课的教学过程中，采用启发引导教学方式，以材料、材料与化学、材料化学”为主线进行教学设计，通过讲解材料发展中的化学，引入材料科学与化学的区别与联系，重点从材料结构、制备、性能和应用四个方面讲授了材料研究中的化学问题，使学生对本课程的内容有了清晰的认识，激发了学生学习本课程的信心和兴趣，并取得了满意的教学效果。

关键词:

材料化学;绪论课;教学设计

材料化学是材料科学与化学的交叉学科，伴随着材料科学的发展而诞生和成长，即是材料科学的重要部分，又是化学学科的一个分支［1］。目前，很多高等学校的化学和材料类专业开设了《材料化学》这门课程。《材料化学》是南阳师范学院材料化学专业的核心基础课程，对于培养学生的材料科学基础知识，分析和解决材料制备和应用中的化学问题的能力起到了关键作用。但是该课程涉及的知识面广泛，内容庞杂、概念甚多、加上课程改革，理论课时数减小，学生在学习《材料化学》课程过程中，普遍存在概念混淆、重点难以掌握等问题。绪论是一门课程的开场白和宣言书，是师生之间学习和交流的起始点，能为学生建立起一门课程的知识轮廓。通过对绪论进行学习，学生可以了解课程在所学专业中所处的地位和作用，以及该课程的教学内容、学习方法和考核方式等问题［2］。如何激发学生学习该课程的兴趣，提高课程的教学质量，绪论课在整个课程教学中有着举足轻重的地位。结合近年来的教学实践，就如何讲好《材料化学》绪论课谈一些心得。

1首先明确课程性质、特点及地位

教学之初，首先明确该课程作为专业核心课程的重要地位，是学习后面材料专业课程的基础课程，同时明确考核方式，加强学生对本课程的重视程度。材料化学是材料科学和化学学科的交叉学科，课程内容既涉及工程材料应用中的实际问题，又包括材料结构及制备中的化学问题。作为一门交叉学科，很多知识点与材料学和化学课程中的相关内容重复，很多学生以为学过相关知识，就会从思想上松懈。然而，相关知识点虽然出现重复，但在不同学科中讲授的重点是不同的。在讲授材料化学课程的过程中，要着重培养学生利用化学的思维解决材料科学中的问题，使学生深刻领会化学与材料科学交叉的重要意义。通过一些实例，讲解本课程与化学和材料相关课程的区别和联系，使学生更加深入了本课程的性质和地位。材料科学是偏实际应用的工科课程，化学是偏理论的理科课程，材料化学则是利用化学的理论解决材料应用中的实际问题。

2材料

以材料的实际应用为引子，如材料在航天航空、交通运输、电子信息、生物医药等领域的应用，带领学生进入学习状态，引导学生回想什么是材料?材料的种类?提出材料是对人类有用的物质，是人类赖以生存和发展，征服自然和改造自然的物质基础;是人类进步的里程碑。然后介绍材料的发展历史，说明人们对材料的使用，是从最早的天然材料，依次经历了陶瓷、青铜、铁、钢、有色金属、高分子材料以及新型功能材料。根据材料的发展史，启发学生思考材料研究和发展过程中的规律和特点。人们对材料的使用经历了从天然材料到合成材料，从传统材料到新兴材料。传统的材料主要以经验，技艺为基础，材料靠配方筛选和性能测试，通过宏观现象建立的唯象理论对材料宏观性能定性解释，不能预示性能和指明新材料开发方向，而新型材料则以基础理论为指导。材料科学的历史表明，当一种全新的材料在原子或分子水平上合成后真正巨大的进展就常常随之而来。化学的发展往往导致材料技术的实质性进步。在新材料的研发和材料工艺的发展中，化学一直担当着关键的角色［3］。任何新材料的获得都离不开化学，以石墨烯为例，物理学家主要关注其电子结构及输运理论，材料学家主要测试材料的电磁、光电、传感和催化等性能，而化学家的任务则是利用化学气相沉积和插层剥离等方法制备该材料。只有通过化学气相沉积法制备出高质量大尺寸的石墨烯，才能推动石墨烯在电子信息领域走向实用化。

3材料与化学

材料化学是材料科学与化学学科的交叉，很多学生容易混淆材料科学和化学的研究范畴。在本课程的第一节课，一项重要的任务是使学生明确材料科学和化学的研究内容和范畴，这对于后续相关概念的讲解至关重要。材料科学的研究对象是材料，材料是对人类有用的物质，指的是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。而化学的研究对象是物质，物质是构成人类物质世界的基础。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料;材料科学是一门研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能及应用之间相互关系的科学;而化学则是从原子和分子角度研究物质的组成，结构、性质及相互转变规律的科学。因此，化学研究的尺度范围是原子、分子、分子纳米聚集体。材料科学最早研究的尺度范围在微米以上，如钢和陶瓷的组织结构。随着一些新兴材料的出现和发展，人们对材料的研究甚至小到电子结构。如近些年发现的拓扑绝缘体，其表面导电，体内不导电的性质由其拓扑的能带结构决定，而该拓扑结构则与电子的自旋运动有关，研究拓扑绝缘体必须从电子自旋角度认识其结构。因此，材料科学的研究范畴不断拓展，并于其它学科交叉。

4材料化学

通过学习材料的发展历程、材料科学与化学之间的区别和联系，学生已经对材料化学有了一定的认识，引导学生给材料化学下一个定义。材料化学是关于材料结构、制备、性能和应用的化学。本校材料化学专业选用曾兆华、杨建文编著第二版《材料化学》作为教材，教材的章节也是按照材料结构、制备、性能和应用进行安排的［4］。在这部分内容讲授过程中，可以让学生以教材目录为参照，讲到相关内容可以与教材相关章节进行对应。

4.1材料的结构

从三个层次讲解材料的结构，分别是电子原子结构、晶体学结构和组织结构。电子原子结构在很大程度上影响材料的电、磁、热和光的行为，并可能影响到原子键合的方式，因而决定材料的类型。在这个层次上研究的化学问题主要涉及原子序数、相对原子量、电离势、电子亲核势、电负性、原子及离子半径等。原子序数决定了材料的化学组成，电负性决定材料内部原子之间的键合方式，从而影响材料的导电性、强度和热膨胀系数等。晶体学结构主要指原子或分子在空间排列的方式，根据原子排列的有序性，将材料分为晶体和非晶体。晶体中出现局部无序，或对理想晶体的产生偏离，则出现缺陷。缺陷的存在影响材料的力学性能和电学性能等。如在本征硅内部掺杂磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成杂质原子缺陷，增加本征硅的导电性，形成N型半导体。组织结构主要指材料的物相组成及结构、晶粒的大小和取向等。在大多数金属、某些陶瓷以及个别聚合物材料内部，晶粒之间原子排列的变化，可以改变它们之间的取向，从而影响材料的性能。一般来说，减小金属的晶粒可以降低其熔点。在这一结构层次上，颗粒的大小和形状起着关键作用。大多数材料是多相组成的，控制材料内部物相的类型、大小、分布和数量可以调控材料的性能。

4.2材料制备

材料合成与制备就是将原子、分子聚集在一起，并转变为有用产品的一系列过程。材料制备的方法和工艺影响材料的结构，从而影响材料的性能。根据制备原理的不同，材料制备方法可以分为物理法和化学法。物理法指在材料制备过程中，仅改变材料内部原子或分子的聚集状态，不涉及化学反应的方法。如真空镀膜、溅射镀膜、脉冲激光沉积法等。化学法则在材料制备过程中，涉及化学反应，并且有新物质的生成。如固相反应法、有机合成法、水热法、沉淀法、化学气相沉积法等。以石墨烯材料为例讲解材料的制备方法。石墨烯作为二维单原子层材料，既可以采用物理法制备，也可以采用化学法制备。2004年发现石墨烯的报道，便是采用简单的胶带对撕方法制备，该方法依靠外力使石墨片层克服层间范德华力，使层与层之间分离，从而获得单层石墨，该方法也称为物理机械剥离法。利用甲烷、乙烯等烃类气体作为碳源，镍、铜、金等金属作为基片，采用化学气相沉积法则可以制备高质量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨为原料，利用化学插层剥离的方法也可以用来制备石墨烯［5］。但不同方法制备获得石墨烯的尺寸及性能差别较大，在不同的应用领域采用的石墨烯制备方法是不同的。

4.3材料性能

材料的性能由其结构决定，与材料制备的工艺和方法有关。性能是指材料固有的物理、化学特性，材料性能决定了其应用。广义地说，性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述，例如力学性能是材料对外力的响应、电学性能是对电场的响应、光学性能是对光的响应等。因此，材料的性能可分为力学性能和特殊的物理性能。常见的力学性能包括材料的强度、硬度、塑性、韧性等。力学性能决定着材料工作的好坏，同时也决定着是否易于将材料加工成使用的形状。锻造成型的部件必须能够经受快速加载而不破坏，并且还要有足够的延性才能加工变形成适用的形状。微小的结构变化往往对材料的力学性能产生很大的影响。材料特殊的物理性能包括电、磁、光、热等行为。物理性能由材料的结构和制造工艺决定。对于许多半导体金属和陶瓷材料来说，即使成分稍有变化，也会引起导电性很大变化。过高的加热温度有可能显著地降低耐火砖的绝热特性。少量的杂质会改变玻璃或聚合物的颜色。

4.4材料应用

材料化学已经渗透到现代科学技术的众多领域，如电子信息、环境能源、生物医药和航天航空等领域。例如，在电子信息领域，现代芯片制造离不开化学。光刻过程使用的光刻胶和显影液，镀膜过程中的化学气相沉积和原子层沉积，刻蚀过程中的反应离子刻蚀，这些工艺过程都离不开化学的作用。在环境能源领域，新型光催化材料和太阳能电池材料的研究和开发，离不开化学法制备材料和对材料进行化学掺杂改性。在生物医药领域，对传感材料进行化学改性提高其传感特性，对仿生材料进行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空领域，各种轻质、耐高温、耐摩擦等结构材料和功能化智能材料的研发都离不开化学。

5结语

通过对材料化学”绪论课的精心设计，使学生明确了该课程的性质和重要地位，大量的实例激发了学生学习的兴趣和求知欲，树立了学生学好该课程的信心，为课程的深入学习起到了奠基石的作用。以材料、材料与化学、材料化学”为主线进行讲授，使学生对本课程的内容有了更加清晰和深入的认识，取得了良好的教学效果。

参考文献

［1］禹筱元，罗颖，董先明.材料化学专业人才培养模式的改革与实践［J］．高教论坛，2010，1(1):23－25.

［2］杨卓娟，杨晓东.关于高校课程绪论教学的思考［J］．中国大学教学，2011(12):39－41.

［3］唐小真，杨宏秀，丁马太.材料化学导论［M］．北京:高等教育出版社，1997.

［4］曾兆华，杨建文.材料化学.2版［M］．北京:化学工业出版社，2013.

天然高分子材料的应用篇6

1.1高性能的包装材料

所谓高性能的包装材料主要是在包装设计的过程中，采用新型的纸质材料代替全金属包装材料，有效降低包装的成本，最大限度减少各类包装废弃物对生活环境的污染。

1.2可二次利用的包装材料

这里提及的可二次利用的包装材料，主要起源于国外。其中较为典型的就是瑞典等国家采用PET材质的饮料瓶，这种瓶子能够重复使用，有效减少包装材料造成的资源浪费现象。

1.3可食性包装材料

可食性包装材料具有能够供人们食用的特点。在现代包装材料的应用过程中，可食性包装材料主要包括了淀粉、蛋白质、植物纤维和其他天然物质等。目前，可食性包装材料主要应用于食品和药品等包装中。

1.4可降解包装材料

可降解包装材料主要是指包装材料经过一段较长的时间和处于特定环境下，所导致包装材料的化学结构发生化学性变化的塑料。其中具体表现为可降解材料在结束自身的使用寿命之后，当受到阳光紫外光的作用和土壤中水分的影响，能够在一定的环境中发生分裂和可降解的现象，最终以无污染的形态进入到生活环境中。目前，在包装材料应用中，可降解塑料材料主要分为合成光降解塑料、添加光敏剂的光降解塑料、生物降解塑料以及多种降解塑料等综合在一起的多功能可降解材料。除此之外，还可以根据可降解材料所处环境发生变化而分为光降解塑料、生物降解塑料、完全或者部分生物降解塑料等等。

1.5利用自然资源开发天然包装材料

所谓天然包装材料主要是指自然环境中自然生成的天然生物材料。目前应用较多的天然包装材料包括竹子、木材、麻类、柳条、芦苇等，这些包装材料主要来源于自然环境中，能够在受到自然环境中的水、光照等条件下分解掉。这种包装材料不仅不会对生态环境造成污染，而且还会有效降低包装材料的生产成本。

2在现代包装设计中应用绿色生态包装材料的作用

绿色包装的内涵主要是指保护生态环境、节约资源成本，从源头上减少各类包装材料产生的包装废弃物。在我国长久的发展过程中，在选择物品包装材料的过程中，大部分是取材于自然中，如：竹子、草木、芦苇等。这些纯天然的包装材料不仅具有一定的天然美感，而且还具有保护生态环境，减少资源浪费的作用，顺应了生态环境的发展规律。

2.1包装设计的市场需要

在现代人们综合素质提升，对生态环境保护的意识不断增强的背景下，现代消费者对绿色生态环保的包装设计越来越重视。其中，通过相关数据了解：80%的美国人和70%的英国人等在购买物品的过程中会思考这个物品包装的生态标准。在现代包装设计中，应该充分尊重消费者的心理情况，尽量在包装设计和制造中减少破坏生态环境的成分，这也是现代包装中必须重视的一个问题。其中，造成这种现象的主要原因就是对生态环境的关注催生了新一代的绿色消费者，这些新的消费群体都会对物品将会对环境产生的影响进行思考。因此，在现代包装设计中应用绿色生态包装材料符合现代包装设计的市场需要。

2.2推动现代包装设计创新

为了更好的在现代包装设计中应用绿色生态包装材料，便需要从原材料的选择入手，充分利用现代科学技术，开发一些可降解、可食用、可重复使用的包装材料。同时，在制作包装材料的过程中，还应该坚持节约材料的原则，坚持在满足包装材料基本要求的基础上，减少包装材料的使用量，从而避免现代包装材料造成浪费资源的现象。除此之外，在包装制作的过程中，还需要注意包装材料的辅助材料的有害性，尽量避免在包装材料制作过程中添加一些如铅、汞等有毒物质，最大限度降低包装材料对生态环境的污染。中国端午节吃的粽子，其使用的便是粽叶。这种粽叶主要生长在一些较高的山岭中，根系发达，具有较强的生命力。这种植被不仅能够起到保护生态植被的作用，而且又是一种取之不尽的自然材料，所以被称之为山岭的绿色银行。这种粽叶无毒，而且不会对大自然造成污染。因此，在粽子的包裹过程中应用这种粽叶，不仅能够减少对大自然的污染，而且不会对人体造成伤害。同时，这种粽叶生长速度快，成本低廉，是一种较好的无污染一次性食用包装材料。还有一些人们，将这种粽叶作为餐桌上的食品包装，既美观，又环保节约，推动了现代包装设计的创新。

2.3资源和环境保护的需要

在现代商品的生产过程中，包装是一种必不可少的组成成分，主要应用在各类商品的开发和制作中。物品包装虽然能够给人们带来短暂的方便，但是也造成了大量资源浪费和环境污染的问题。在现代包装设计中应用绿色生态包装材料能够减少资源浪费，对环境起到保护的作用，其主要原因是绿色生态包装材料具有回收和再利用的功能。通过相关数据了解到，大部分人们在使用完物品包装之后便选择丢弃，从而导致食品包装成为污染环境的垃圾。从这个问题能够看出物品包装材料的回收和再利用工作具有非常重要的作用。如果所使用的包装材料全部是易降解和生态环保的，能够被回收再利用，直接分解，就能够将对生态环境造成的影响降到最低。例如，上图是使用竹子为主要原材料的包装物品。这些包装物品在设计的过程中，从原材料的选择方面开始都凸显了生态绿色理念。竹子高大，生长速度较快，分布范围较广。因此，在现代包装设计中，竹子作为包装材料的一种类型，能够被广泛的应用。其中，在竹子的生产加工过程中，主要是根据竹子的特性进行加工制作，并不需要添加过多的辅助材料。同时，采用竹子制作的包装，在结束使用寿命之后，放置于特定的环境中很容易被降解，并不会对生态环境造成较大的影响。一般情况下，包装材料设计师在包装设计的阶段，便会结合竹子自身的本质特性，充分发挥其作为包装材料的循环再利用的作用，从而达到一物多用的目的。