常見的高分子材料性能范文

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關鍵詞：高分子材料；老化；老化原因；防老化措施

1高分子材料及老化現象

1.1高分子材料簡述

高分子材料是指與人們生活息息相關的各種常見的材料，如塑料，橡膠，涂料，薄膜，纖維等。高分子材料被廣泛應用于汽車工業，航空，建筑，軍事建設等多種行業，為我國國民經濟的發展做出了很大的貢獻，同時也提高了人們的生活水平。但是高分子材料經常容易在強光，熱輻射，水浸泡等因素作用下發生降解，失去其利用價值。

1.2高分子材料老化

高分子材料的老化由于其特性，使用條件的不同，發生老化的現象和表現出的現象也有很大不同。有的會變脆，變色，透明度下降等，也有的會出現彈性下降，變軟，變粘等。歸納為如下幾個方面：①外觀變化：高分子材料在外觀上的老化現象主要有：出現污漬，裂縫，斑點，銀紋，粉化，發粘，收縮，或光學顏色改變；②物理性能改變：高分子性能在物理性能上老化的現象為：流變形能，溶脹性，溶解性變差，同時耐熱性，透水性，透氣性，耐寒性等也發生變化；③力學性能改變：力學性能的改變主要包括彎曲強度，剪切強度，拉伸強度，沖擊強度等力學性能下降。同時，材料的應力松弛，相對伸長率等性能也會發生相應改變；④電性能改變：電性能的改變包括介電常數，表面電阻，體積電阻，電擊穿強度等電化學性能的改變。

2引發高分子材料老化的原因

2.1內在因素

2.1.1材料的立體歸整性

分子鍵排列規整的區域成為結晶區，不規整的區域成為非結晶區。這兩種區域的分子排布差異很大，一般材料的老化發生在非結晶區，并逐步往結晶區蔓延。因此高分子材料的立體規整性對材料的老化會產生一定的影響。

2.1.2材料的分子量及其分布

材料的分子量和其分布直接影響了材料的老化性能。分子量分布的寬度影響了端基的數量，而端基的數量有決定了材料老化的難易程度。

2.1.3材料的化學結構

材料的鏈結構和聚集態結構直接影響了材料的性能。維持高分子材料聚集態的各分子間力中存在著很多弱鍵力，弱鍵很容易斷裂產生自由基，這種自由基反應產生的物質會使高分子材料極速的發生老化。

2.1.4材料中的雜質

高分子材料的加工合成過程有時會引入一些雜質，或者殘留一些化學助劑，這些都能引發高分子材料的老化。

2.2外在因素

①氧氣：由于氧氣的滲透作用，會與高分子聚合物上的弱鍵發生反應，引起主鏈結構的變化，從而引發材料的老化；②溫度：溫度的高低直接影響了高分子的性能和分子的斷鏈速率。材料的溫度越高，鏈運動速率越快，吸收的能量越多。當吸收的能量高于化學鍵的解離能時，鏈就會發生降解導致集團的脫落，使材料老化加劇。而當溫度降低到一定程度，會阻礙鏈的運動速率，使高分子材料變得更硬，更脆；③濕度：水分子對材料的老化也有一定的影響。由于水分子的滲透性極強，會逐漸的滲透入分子間使材料發生溶脹，從而改變了分子間作用力。因此破壞了材料的聚集態，發生了老化現象；④光照：當高分子材料吸收的光能高于分子鏈斷鍵的解離能時，會使分子鏈發生破壞，同時材料的結構也被迫發生改變，從而使材料的性能發生了改變，引起老化反應；⑤生物老化：在高分子材料的加工合成過程中，會使用一些助劑，助劑的使用同時也會引發霉菌的產生。霉菌微生物的生長代謝產生的分解霉和毒素不僅促使材料的被迫降解和老化，還會使接觸者接觸后感染到一系列疾病。

3高分子材料的放老化措施

3.1高分子材料的熱老化預防措施

熱老化預防措施主要通過改變材料的物理性質如溫度。增塑劑是一種應用范圍廣泛的降低玻璃化溫度的措施，可以使高分子材料在低溫下保持原狀態不發生老化。它包括分子增塑和結構增塑兩種形式。分子增塑是指增塑劑在分子水平上與高分子混溶，從而降低了高分子鏈間的相互作用力，增強了材料的柔順性。

3.2高分子材料的氧老化預防措施

在高分子材料的加工過程中，加入抗氧化物及含硫，磷有機化合物等，能夠與過氧自由基發生反應，從而降低或終止老化反應進程?？寡趸瘎┌▋煞N類型，即自由基分解型和自由基受體型。這兩種自由基抗氧劑協同作用，共同降低材料的老化速度。

3.3高分子材料的生物老化預防措施

霉菌是加快高分子材料老化的主要威脅。它能夠在極短的時間內使高分子材料發生老化。

4結語

高分子材料的結構是及其復雜的，其功能眾多。但其存在的老化問題也是亟待人們去解決的。上文已分析，引起高分子材料老化的因素有很多，其內部因素和外部因素共同作用引起高分子材料的結構改變，從而發生一系列的老化問題。在今后的研究中，必須要加大防老化的措施研究，才能從根本上解決高分子的缺陷。

參考文獻： 

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[關鍵詞]建筑工程；智能高分子材料；應用

中圖分類號：TU53；TQ317 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）22-0204-01

0 引言

文章綜述了智能高分子材料在建筑工程中的應用。自修復型高分子材料可大大降低建筑工程的生產成本，同時提高建筑物的安全性和環保性；導電高分子材料可實現光能與電能、熱能與電能的相互轉化，為建筑物提供能源；環境敏感型高分子材料則會根據環境變化改變自身性能，從而起到美化建筑物、保護居民隱私和保溫等作用。智能高分子材料應用于建筑工程中可以在很大程度上提高建筑物的智能化和人性化，改善居民的生活環境。

1 智能高分子材料概述

高分子材料具有獨特的固有性能，與金屬和無機材料相比，其生產成本較低，而且經過改性后無論是在強度還是在功能性上都可以與這兩者相媲美。隨著高分子學科近一個世紀的發展，越來越多的高分子材料種類的發現，高分子材料已經滲透到各個行業。尤其是在建筑行業，一些高分子材料具有保溫、防潮、抗菌等優良的性能，可以大大改善居民的居住環境。

建筑行業是我國的一大支柱產業，據有關資料統計，在500億平方米的既有建筑物中，大約450億平方米左右的建筑物為非節能型建筑。建筑物的冬季供暖和夏季制冷措施造成了這些建筑的平均年能耗占我國所有產業總能耗的30%以上。節能建筑受到了廣泛的關注，新增建筑物中節能建筑的比例有所提高，不過也僅有10%～20%。高分子材料的功能性使其具有良好的保溫效果，將其應用于建筑工程中可以大大降低供暖和制冷的能耗，甚至一些具有儲能作用的高分子材料還可以利用太陽能、風能等清潔能源為建筑物提供能源。

2 智能高分子材料在建筑工程中的應用綜述

2.1 自修復型高分子材料

自修復型高分子材料是指材料在受到損傷后可以通過材料自身的作用完成修復，自修復材料囊括了熱固性樹脂、熱塑性樹脂、彈性體、橡膠等各類高分子材料，可滿足建筑工程多方面的應用。將自修復型高分子材料應用于建筑工程，不僅可以提高材料的使用壽命和建筑施工的成本，而且還大大提高了建筑材料的環境友好性和安全性。

高分子材料基體中利用超分子作用進行自修復的過程也是一種可逆的修復過程，ChenYulin等于2012年制涑雋艘恢種Щ的聚丙烯酸酯，支鏈為帶有酰胺基團的柔性側鏈。由于柔性鏈段的作用，酰胺基團具有良好的動態性，而且在聚合物基體中存在著數以千計的酰胺基團，這些大量的動態氫鍵作用，可以在短時間內完成材料的自我修復。隨后J.Hentschel等又通過可逆加成C斷裂鏈轉移聚合方法制備了苯乙烯C丙烯酸丁酯嵌段共聚物，并在鏈末端引入了2-脲-4-（1-氫）嘧啶酮基團（UPy）。利用末端基團UPy的超分子作用，在45℃下受損材料修復后拉伸強度可恢復到原有的90%以上，斷裂伸長率可恢復到原有的75%以上。配體-金屬的配合物可逆自修復體系是從根本上利用超分子作用進行自修復的。M.Burnworth等于2011年在乙烯和丁烯低聚物的末端引入含有雜原子的配體，然后利用配體與金屬離子的配位作用制備出超分子聚合物。當材料受到損傷后，先利用紫外線輻射使金屬和配體解離，從而將超分子聚合物還原成低聚物，使材料的裂痕均一化，然后撤掉紫外線輻射后，金屬和配體重新配位，形成新的超分子聚合物。這種金屬-配體的自修復體系的修復過程非?？?，幾分鐘內便可完成修復。另外一種典型的超分子作用是離子作用，D.Mozhdehi等制備了一種側鏈含有咪唑基團的無規聚苯乙烯材料，并在材料本體中添加金屬鋅鹽。當材料受到損傷后，動態的咪唑基團和鋅離子之間的超分子作用可幫助材料實現自修復，并且整個修復過程在常溫下便可完成，3h內材料的力學性能可恢復到原有性能的100%。

2.2 導電高分子材料

在建筑工程中應用最廣泛的智能高分子材料之一便是導電高分子材料，這類材料能實現光能和電能、熱能和電能的相互轉化。其中，實現光能和電能相互轉化的導電高分子材料常用于能源材料和發光材料，如聚合物發光二極管（PLED）和聚合物太陽能電池；能實現熱能和電能的相互轉化的材料則常用于室內或墻體的保溫材料。

與常見無機發光二極管（LED）和有機小分子發光二極管（OLED）相比，PLED的成本較低、對環境污染較小，而且隨著噴墨打印技術的發展，PLED的制備、加工變得更加容易。PLED是一種以高分子材料為基體的材料，具有較突出的耐化學腐蝕性和耐候性，并且借助高分子材料優異的柔性和加工性能，可以制備出形狀各異、美觀大方的發光家具、發光地板、發光墻體等。聚合物制備的PLED器件具有較高的發光效率，且發光顏色和光強可以較容易地通過改變聚合物結構來進行調節，在建筑工程領域的應用前景較廣泛。另外，可應用于制備PLED的聚合物材料種類繁多，如聚苯預聚體、聚苯胺、聚芴、聚噻吩等共軛高分子材料；以高分子骨架為配體的稀土金屬配合物等。

2.3 環境敏感型高分子材料

環境敏感型高分子材料也是一種智能高分子材料，它們可以通過對環境改變的“感應”，來完成自身性能的變化。聚丙烯酰胺類材料是一種熱致變色材料，這類材料具有兩種不同的相結構，分別是高密度范德華力和高密度氫鍵結構，隨著溫度變化，這兩種相結構會發生互相轉換。材料會在較高的溫度下呈現淺色，而較低的溫度下呈深色，將這種材料應用于建筑外墻或制作窗戶，在夏季或溫度較高的白天則可以減少建筑物對熱量的吸收，在冬季或溫度較低的夜晚則提高建筑對熱量的吸收程度，從而達到建筑物本身對熱量和溫度的智能調節的目的。聚NC異丙基丙烯酰胺便是一種熱致變色的環境敏感型高分子材料，其相轉變溫度在人類較為舒適的體感溫度范圍內，約為31.5℃。當溫度低于31.5℃時，其聚合物鏈內部氫鍵作用密度大，這時材料外觀為黑色；當溫度高于31.5℃時，聚合物內部氫鍵作用減小，大部分轉變為范德華力，這時材料外觀為白色。當將這種材料用于建筑外墻涂料時，在較低溫度下顯黑色，加速熱量吸收，提高建筑內部溫度（2℃左右）；而在較高溫度下顯白色，反射熱量來降低建筑內部溫度（1℃左右），大大緩解了建筑供暖和制冷的能耗。

3 結語

智能高分子材料種類繁多，包括自修復高分子材料、導電高分子材料、環境敏感型高分子材料等。智能高分子材料不僅可以提高建筑物的智能化和人性化，還可以改善建筑的美觀程度，改善居民的物質和生活環境，具有較為廣泛的應用前景。

參考文獻

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一、生物醫用高分子材料的特點

生物醫用高分子材料是一種聚合物材料，主要用于制造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械。按照來源的不同，生物醫用高分子材料可以分為天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2種。前者是自然界形成的高分子材料，如纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等；后者主要通過化學合成的方法加以制備，常見的有合聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性質，生物醫用高分子材料可以分為非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亞胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亞胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亞胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物醫用高分子材料作為植入人體內的材料，必須滿足人體內復雜的環境，因此對材料的性能有著嚴格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比較好，不能與人體產生排異反應；第三，化學穩定性強，不容易分解；第四，具備一定的物理機械性能；第五，比較容易加工；最后，性價比適宜。其中最關鍵的性能是生物相容性。

根據國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解釋，生物相容性是指非活性材料進入后，生命體組織對其產生反應的情況。當生物材料被植入人體后，生物材料和特定的生物組織環境相互產生影響和作用，這種作用會一直持續，直到達到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括組織相容性、細胞相容性和血液相容性。

二、生物醫用高分子材料的發展歷史

人類對生物醫用高分子材料的應用經過了漫長的階段。根據記載，公元前3500年，古埃及人就用棉花纖維和馬鬃縫合傷口，此后到19世紀中期，人類還主要停留在使用天然高分子材料的階段；隨后到20世紀20年代，人類開始學會對天然高分子材料進行改性，使之符合生物醫學的要求；再后來人類開始嘗試人工合成高分子材料；20世紀60年代以來，生物醫用高分子材料得到了飛速發展和廣泛的普及。1949年，美國就率先發表了研究論文，在文中第1次闡述了將有機玻璃作為人的頭蓋骨、關節和股骨，將聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況，對醫用高分子的應用前景進行了展望。這被認為是生物醫用高分子材料的開端。

在20世紀50年代，人類發現有機硅聚合物功能多樣，具有良好的生物相容性（無致敏性和無刺激性），之后有機硅聚合物被大量用于器官替代和整容領域。隨著科技的發展，20世紀60年代，美國杜邦公司生產出了熱塑性聚氨酯，這種材料的耐屈撓疲勞性優于硅橡膠，因此在植入生物體的醫用裝置及人工器官中得到了廣泛應用。隨后人工尿道、人工食道、人工心臟瓣膜、人工心肺等器官先后問世。生物醫用高分子材料也從此走上快速發展的道路。

三、生物醫用高分子材料的發展現狀、前景和趨勢

據相關研究調查顯示，我國生物醫用高分子材料研制和生產發展迅速。隨著我國開始慢慢進入老齡化社會和經濟發展水平的逐步提高，植入性醫療器械的需求日益增長，對生物醫用高分子材料的需求也將日益旺盛。2015年1月28日，中國醫藥物資協會的《2014中國單體藥店發展狀況藍皮書》顯示，2014全年全國醫療器械銷售規模約2556億元，比2013年度的2120億元增長了436億元，增長率為20.06%。但是相比于醫藥市場總規模（預計為13326億元）來說，醫藥和醫療消費比為1∶0.19還略低，因此業內普遍認為，醫療器械仍然還有較廣闊的成長空間，生物醫用高分子材料也將迎來良好的發展前景。

根據evaluateMedTech公司基于全球300家頂尖醫療器械生產商的公開數據而得出的報告《2015-2020全球醫療器械市場》預測，2020年全球醫療器械市場將達到4775億美元，2016-2020年間的復合年均增長率為4.1%。世界醫療器械格局的前6大領域包括：診斷、心血管、影像大型設備、骨科、眼科、內窺鏡，其中生物醫用高分子材料在其中都得到了廣泛的應用。

以往的醫學研究對組織和器官的修復，更多是選擇一種替代品，實現原有組織和器官的部分功能。隨著再生醫學和干細胞技術的迅速發展，利用生物技術再生和重建器官、個性化治療和精準醫學已經成為趨勢。因此傳統的生物醫藥高分子材料已經不能滿足現有的需求，需要模擬生物的結構，恢復和改進生物體組織與器官的功能，最終實現器官和組織的再生，這也是生物醫用高分子材料未來的發展方向。

生物醫用高分子材料在醫療器械領域中得到了非常廣泛的應用，主要體現在人工器官、醫用塑料和醫用高分子材料3個領域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料；或者說是具有天然器官組織或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工腎、人工關節、人工骨、人工肌腱等，通常被認為是植入性醫療器械。人工器官主要分為機械性人工器官、半機械性半生物性人工器官、生物性人工器官3種。第1種是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2種是指將電子技術和生物技術結合；第3種是指用干細胞等純生物的方法，人為“制造”出器官。目前生物醫用高分子材料主要應用在第1種人工器官中。

目前，植入性醫療器械中骨科占據約為38%的市場份額；隨后是心血管領域的36%；傷口護理和整形外科分別為8%左右。人工重建骨骼在骨科產品市場中占據了超過31%的市場份額，主要產品是人工膝蓋，人工髖關節以及骨骼生物活性材料等，主要應用的生物醫用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增強聚乳酸、自增強聚乙醇酸等。心血管產品市場中支架占據了一半以上的市場份額，此外還有周邊血管導管移植、血管通路裝置和心跳節律器等。

目前各國都認識到了人工器官的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，美國康奈爾大學的研究人員開發出了一種輕量級的柔性材料，并準備將其用于創建一個人工心臟。在我國，3D打印人工髖關節產品獲得國家食品藥品監督管理總局（CFDA）注冊批準，這也是我國首個3D打印人體植入物。

人工器官未來發展趨勢是誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械。人工骨制備的發展趨勢是將生物活性物質和基質物質組合到一起，促進生物活性物質的黏附、增殖和分化。血管生物支架的發展趨勢是聚合物共混技術，如海藻酸鈉/殼聚糖、膠原/殼聚糖、膠原/瓊脂糖、殼聚糖/明膠、殼聚糖/聚己內酯、聚乳酸/聚乙二醇等體系。

2.醫用塑料

醫用塑料，主要用于輸血輸液用器具、注射器、心導管、中心靜脈插管、腹膜透析管、膀胱造瘺管、醫用粘合劑以及各種醫用導管、醫用膜、創傷包扎材料和各種手術、護理用品等。注塑產品是醫用塑料制品當中產量最大的品種。與普通塑料相比，醫用塑料要求比較高，嚴格限制了單體、低聚物、金屬離子的殘留，對于原材料的純度要求很高，對加工設備的要求也非常嚴格，在加工和改性過程中避免使用有毒助劑，通常具有表面親水、抗凝血等特殊功能。常用醫用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前醫用塑料市場約占全球醫療器械市場的10%，并保持著每年7%～12%的年均增長率。統計數據顯示，美國每人每年在醫用塑料領域消費額為300美元，而我國只有30元，由此可見醫用塑料在我國的發展潛力非常大。

我國醫用塑料制品產業經過多年的發展，取得了長足的進步。中國醫藥保健品進出口商會統計數據顯示，2015年上半年，紗布、繃帶、醫用導管、藥棉、化纖制一次性或醫用無紡布物服裝、注射器等一次性耗材和中低端診斷治療器械等成為我國醫療器械的出口大戶。但是也必須清醒地認識到，我國的醫用塑料發展水平還比較落后。醫用塑料的原料門類不全、生產質量標準不規范、新技術和新產品的創新能力薄弱，導致一些高端原料導致國內所需的高端產品原料還主要靠進口。

目前各國都認識到了醫用塑料的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，英國倫敦克萊蒙特診所率先開展了塑膠晶狀體移植手術，不僅可以治療遠視眼或近視眼，還可以恢復患有白內障和散光者的視力；住友德馬格公司推出一種聚甲醛（POM）齒輪微注塑設備，在新型白內障手術器械中具有重要作用；美國美利肯公司開發了一項技術，可使非處方藥和保健品塑料瓶的抗濕性和抗氧化性提高30%；MHT模具與熱流道技術公司開發出了PET血液試管，質量不足4g，優于玻璃試管；Rollprint公司與TOPAS先進高分子材料公司合作，采用環烯烴共聚物作為聚丙烯腈樹脂的替代品，以滿足苛刻的醫療標準；美國化合物生產商特諾爾愛佩斯推出了一款硬質PVC，以取代透明醫療零部件中用到的PC材料，如連接器、止回閥、Y接頭、套管、魯爾接口配件、過濾器、滴注器和蓋子，以及樣本容器。

未來醫用塑料的發展趨勢是開發可耐多種消毒方式的醫用塑料，改善現有醫用塑料的血液相容性和組織相容性，開發新型的治療、診斷、預防、保健用塑料制品等。

3.藥用高分子材料，

藥用高分子材料在現代藥物制劑研發及生產中扮演了重要的角色，在改善藥品質量和研發新型藥物傳輸系統中發揮了重要作用。藥用高分子材料的應用主要包括2個方面：用于藥品劑型的改善以及緩釋和靶向作用，此外還可以合成新的藥物。

藥物緩釋技術是指將衣物表面包裹一層醫用高分子材料，使得藥物進入人體后短時間內不會被吸收，而是在流動到治療區域后再溶解到血液中，這時藥物就可以最大限度的發揮作用。藥物緩釋技術主要有貯庫型（膜控制型）、骨架型（基質型）、新型緩控釋制劑（口服滲透泵控釋系統、脈沖釋放型釋藥系統、pH敏感型定位釋藥系統、結腸定位給藥系統等）。

貯庫型制劑是指在藥物外包裹一層高分子膜，分為微孔膜控釋系統、致密膜控釋系統、腸溶性膜控釋系統等，常用的高分子材料有丙烯酸樹脂、聚乙二醇、羥丙基纖維素、聚維酮、醋酸纖維素等。骨架型制劑是指向藥物分散到高分子材料形成的骨架中，分為不溶性骨架緩控釋系統、親水凝膠骨架緩控釋系統、溶蝕性骨架緩控釋系統，常用的高分子材料有無毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纖維素、羥丙甲纖維素、海藻酸鈉、甲殼素、蜂蠟、硬脂酸丁酯等。

我國的高分子基礎研究處于世界一流，但是藥用高分子的應用發展相對滯后，品種不夠多、規格不完整、質量不穩定，導致制劑研發能力與國際產生差距。國內市場規模前10大種類分別為明膠膠囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羥丙基甲基纖維素（HPMC）、微晶纖維素、HPC、乳糖。高端藥用高分子材料幾乎全部依賴進口。專業藥用高分子企業則存在規模小、品種少、技術水平低、研發投入少的問題。

目前，藥物劑型逐步走向定時、定位、定量的精準給藥系統，考慮到醫用高分子材料所具備的優異性能，將會在這一發展過程中發揮關鍵性的作用。未來發展趨勢是開發生物活性物質（疫苗、蛋白、基因等）靶向控釋載體。

四、結語

雖然生物醫用高分子材料的應用已經取得了一些進展，但是，隨著臨床應用的不斷推廣，也暴露出不少問題，主要表現出功能有局限、免疫性不好、有效時間不長等問題。如植入血管支架后，血管易出現再度狹窄的情況；人工關節有效期相對較短，之所以出現這些問題，主要原因是人體與生俱來的排異性。

生物醫用高分子材料隸屬于醫療器械產業，其發展備受政策支持。國務院于2015年5月印發的《中國制造2025》明確指出，大力發展生物醫藥及高性能醫療器械，重點發展全降解血管支架等高值醫用耗材，以及可穿戴、遠程診療等移動醫療產品。可以預見，在未來20～30年，生物醫用高分子材料就會迎來新一輪的快速發展。

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關鍵詞：交叉學科；本科教學；互動；創新思維；實踐認知

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）07-0143-03

現代社會科技進步日新月異，創新性的研究和產品不斷涌現，其中非常多的成果都來自于交叉學科的貢獻。一個已經被普遍接受的共識是：學科交叉點往往就是科學新的生長點、新的科學前沿，這里最有可能產生重大的科學突破，使科學發生革命性的變化；同時，交叉科學是綜合性、跨學科的產物，因而有利于解決人類面臨的重大復雜科學問題、社會問題和全球性問題[1]。所以，對于本科教學中的交叉學科課程的教學就提出了更高的要求，如要求教師縱覽多個學科的發展，從而能站在交叉學科的前沿來引領學生去認知和創新性思考；同時，也要求學生積極主動地去檢索相關資料，能互動地參與到整個課程教學的過程中來。只有這樣，交叉學科的本科教學才能獲得理想的教學效果，提高學生的科學敏銳力和培養學生的創新性思維。盡管教育界對交叉學科研究生階段創新型人才培養已有較多思考[2]，但是迄今為止對交叉學科的本科教學的交流還很少。

本文以四川大學高分子科學與工程學院開設的“生物高分子及制品”課程教學為例，從課堂教學的多個方面提出了對交叉學科的本科教學的思考和體會。

一、課程背景

“生物高分子及制品”是四川大學高分子科學與工程學院為大三學生開設的一門課程，任課教師均來自我院醫用高分子材料及人工器官系。醫用高分子材料專業建立于1978年，并分別于1986年和1992年獲得碩士、博士學位授予權，是我國最早的培養生物醫用高分子材料專業人才的基地之一。系內的教師在生物醫用高分子材料及人工器官的科研、教學方面有30多年的豐富經驗。本課程所使用教材主要為我系老師合力編寫的普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《生物醫用高分子材料》[3]，并結合科研前沿做了豐富多樣的專題講解。目前一個年級有三個班平行授課，每個班的人數在70～90人。本門課程是典型的交叉學科產物，其內容涉及生物醫學、材料學（高分子材料）、工程設計、醫療器械等多個領域。教材的主要章節包括緒論、高分子材料和生物體的相互作用、生物醫用高分子材料的生物相容性和安全性評價、人工器官用高分子材料、醫療診斷用高分子材料、藥物緩控釋高分子材料、軟硬組織替代和組織工程用高分子材料、醫用高分子材料的設計。根據我院學生學術研究發展方向和工程應用發展方向并重的特點，在課堂講授的時候授課教師會盡量同時擴展到前沿的科研領域（如醫用高分子非病毒基因載體）和相關產業的應用環節（如生物醫用高分子材料制品的生產、消毒）等?？疾榉绞揭哉n堂討論、平時成績和期末筆試成績綜合打分。

二、互動式授課的幾點思考與體會

1.綜合多學科領域的講解方式。生物醫用高分子材料是功能高分子材料中重要的組成部分，是指在生物及醫學領域所使用的高分子材料?？傮w而言，本課程是兩個一級學科：材料學（其中的高分子材料）和生物醫學工程學（其中的生物材料）的交叉點。兩個學科的跨度很大，如何能生動形象地講解和引領學生思考至為關鍵。例如，在進行人工器官用高分子材料的講解時，我們通常會采取由淺入深的啟發式教學方法。首先，我們將人體器官做一個對應的抽象化的模型，其中包括腦—計算機、耳—聲音探測器、肺—氣體交換器、心—泵/液體輸送器、肝—化學工廠、腎—分離/凈化系統和血管—輸送管路等，以方便同學們從功能上理解人體器官并能針對性地對人工器官進行設計、思考。通過講解，同學們了解到研究人工器官并不能簡單考慮其與人體組織器官的類似，更重要的是能使其再現或部分再現人體器官的功能。舉例來說，在講到人工腎時，我們會先從醫學的角度講述腎臟的結構和功能，重點描述腎小球的濾過作用和腎小管的重吸收作用。其中，腎小球每天以125ml/min的濾過率處理約180L的血液，腎小管將濾過液中大部分的水、電解質、葡萄糖和其他小分子有用物質重新吸收入血液，而每天最終排尿量僅為2.0L。通過上述講解，同學們可以清楚地了解腎臟在人體中的主要功能，那么進一步的關于人工腎功能設計的講解也就順理成章了。人工腎是血液凈化技術中所使用的最重要的人工器官，再通過進一步關聯講解病理學的內容，我們可以使同學們了解到使用人工腎的血液凈化技術的目的和意義在于治療與血液相關的疾病，既包括腎臟方面的疾病如腎衰竭，也包括各種由于血漿成分發生病理改變而產生的血液性或免疫性疾病，如巨球蛋白血癥、系統性紅斑狼瘡、血友病和多發性骨髓瘤等。緊接著，針對不同的疾病和需要去除致病物質，我們很自然就將知識點轉到不同的血液凈化技術上來，分別講述血液透析、血液濾過和血液透析濾過三種人工腎技術。最終，三種不同的人工腎技術就引出了不同的生物醫用高分子材料和制品的需求和設計：通過對用于人工腎的各種生物醫用高分子材料的化學成分、物理性能的分析，以及對完成其制品的各種工程技術的描述和表征，使同學們融會貫通，掌握這個跨多學科交叉領域的知識點。再舉一個例子，在講組織工程用高分子材料章節時，由于這是一個非常前沿的跨生物學、醫學和材料學的交叉領域，如何有機結合多學科知識使同學們帶著興趣學習就非常關鍵。首先，我們會用“人耳鼠”等組織工程經典的圖片展開緒論，使同學們的目光一下子就被吸引住了，讓他們去思考：人類科技的進展真的有一天能實現更換人體的各個組織器官嗎？由于多個現實的案例擺了出來，他們就會意識到這是有可能并已經部分實現了的前沿科技。進而，我們就會用搭房子來做一個形象的比喻講解組織工程的三要素：細胞是磚塊，生長因子是建筑工人，而生物材料就是整個房屋的支架。而組織工程支架材料對生物相容性、生物降解性能的要求就使得生物醫用高分子成了其中的首選。在這樣的引領下，同學們的關注點自然就轉到了我們高分子學科與組織工程的關系，并能帶著興趣學習接下來的組織工程的原理和方法、軟骨組織工程支架材料、神經組織工程支架材料、血管組織工程支架材料、肌腱組織工程支架材料、皮膚組織工程支架材料、角膜組織工程材料、組織工程支架制品的制備方法等多個知識點。在講解的過程中，我們還會播放組織工程培養細胞、體外構建人工血管等錄像資料，讓同學們更直觀地認識生物醫用高分子材料在組織工程中的應用。

2.學生積極參與的教學互動形式。除了教師的有效引領作用外，學生能否積極參與教學過程的互動也是交叉學科本科教學能否成功的關鍵。對于本課程，我們主要采取了課外檢索學術資料做PPT報告和分組討論的形式。如前所述，我們將人體組織、器官分開并做了一個對應的抽象化的模型。對應于此，我們將學生分成了若干個小組，安排每個小組負責準備和主持一個主題的PPT報告和討論。我們會提前一周通知負責組的同學（通常為4～8人），事先與他們討論講述的主線和子方向，要求同學們分工合作，其中一些同學負責每人5分鐘的PPT講解，其他一些同學負責資料收集和整理工作。例如對肺的一個主題，通過一周的準備，同學們查閱了一定數量的文獻資料，準備了精美的PPT資料和講解內容：第一個同學做了呼吸系統和常見呼吸系統疾病的綜述；第二個同學的報告集中于描述現有的呼吸系統手術（尤其是肺部手術）中使用的大量生物醫用高分子材料和制品，例如包括呼吸道麻醉科導管、單肺通氣封堵導管等醫療器械；第三個同學從人工肺的研究角度出發，用較多的學術資料描述了該領域的研究前沿，進一步通過閱讀資料提出了現有研究的不足，并提出他們小組討論后對該領域的展望；最后一個同學結合工程實際，從生產設備、生產工藝等方面描述該領域醫用高分子制品的制備方法，并簡單提及國內外的主要生產企業。通過這樣的一個“準備—講述”的過程，該組同學系統地掌握了交叉學科從基本概念到學術研究，再到工業領域的諸多方面，并能邏輯清晰地講述給全班同學。在同學們的PPT講述過程中，任課教師會組織聽報告的同學們進行有益的討論。例如，在講解到有關生物醫用高分子材料和制品的生物相容性的時候，有做報告的同學會以隱形眼鏡為例講解，其制備原料主要是聚羥乙基甲基丙烯酸酯類材料。這時，我們會請有戴過隱形眼鏡的同學舉手，并組織討論：為什么隱形眼鏡有日拋、月拋和年拋的區別，它們對材料的要求有何不同？為什么夜晚要取下眼鏡進行清洗保養？作為使用者，自己戴隱形眼鏡會有什么樣的要求？通過這些問題的討論，同學們可以進一步了解作為交叉學科的產品，生物醫用高分子材料和制品不僅要在功能上滿足使用的醫學目的，還要求我們從材料學和工程學的角度去設計，才能獲得較為理想的使用性能。而且這樣的討論也容易引起同學們的興趣，避免過多過深的理論講解會導致的注意力分散。在整個PPT報告和討論的過程中，任課教師會針對同學們的資料準備情況、PPT講解情況和討論情況進行評價和打分，作為成績考核的重要標準之一。

3.創造條件結合實踐教學。交叉學科除了能在學術前沿激發出更多的創新性火花之外，往往還可以通過學科的交叉設計、生產出大量的實用的制品。本門課程針對的生物醫用高分子材料和制品就是典型例子，其所涉及的產業主要為醫療行業和醫療材料（器械）企業。因此，創造條件結合實踐進行教學就成了本門課程重要的組成部分。本門課程的授課教師大多與上述行業的企業有長年的產學研合作關系，已經完成或正在研發多項生物醫用高分子材料和制品的工作，因而具備較好的實際條件進行實踐教學。例如，任課教師與成都市的多家醫療器械生產企業建立了長期的科研關系，從而能將課程的認識實踐帶到其中的一些單位，包括人工腎的生產企業和醫療耗材（導管、輸液制品）企業等。通過實習參觀企業，以及在課堂上觀摩老師帶的各種生物醫用高分子材料和醫療器械，同學們對這門交叉學科涉及的產業有了更好的認識。另外，經常有高端的相關行業展會在成都舉行，例如2012年的第68屆中國國際醫療器械秋季博覽會在成都云集了國內外的多家企業。這種時候，任課教師就會及時公布展會時間，并鼓勵同學們去參觀，通過學習和對比國內外企業的產品，了解其設計理念和所使用的生物醫用高分子材料。展會結束之后，我們會和同學們在課堂上針對展會上的所見所想進行很多有益的討論，很好地幫助同學們更進一步地認識這門交叉學科的知識和產業。

4.結合教學內容邀請專業醫生講座的教學。結合課堂講授內容，我們會定期或不定期邀請一些醫生到課堂進行講座，如講授到血液透析時，我們會專門邀請四川大學華西醫院腎內科進行血液透析的醫生到課堂進行講座，從醫生的角度講述醫用高分子材料在血液透析制品方面的臨床應用。通過這些講座，使同學們更深刻了解醫用高分子材料及制品的實際應用，增加了學習的積極性和興趣。最后，由于交叉學科課程覆蓋的知識面非常廣，簡單地進行死記硬背的考試是不適宜的。經過商討，本課程的多位任課老師達成了一致的共識：平時的討論和報告占學生成績的很大一部分，期末考試以開卷方式進行，出題盡量是基于交叉學科的特點來綜合性地考查學生的邏輯思維、判斷和創新能力。通過八年多的教學實踐，我們發覺本課程的教學互動效果很好，也起到了很好的引領作用，有很多學生對這門交叉學科產生了濃厚的興趣，并相繼進入了生物醫用高分子材料和制品的科研或產業領域。

總而言之，交叉學科的獨特性決定了對其本科教學方法的靈活性、多樣性的要求。只有不斷解放思想、更新教學理念和完善教學手段，才能保證交叉學科教學的質量，才能更加有效地提高同學們的興趣和綜合能力，為更高階段的交叉學科創新性研究以及相關交叉學科的產業輸送人才。

參考文獻：

[1]路甬祥.學科交叉與交叉學科的意義[J].中國科學院院刊，2005，20（1）：58-60.

[2]吳宜燦.學科交叉與創新型人才培養的實踐與思考[J].中國科學院院刊，2009，24（5）：511-517.

[3]趙長生.生物醫用高分子材料[M].化學工業出版社，2009.

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[論文摘要]目前，靜電在生物工程中有著重要的應用。介紹高分子抗靜電的方法，闡明高分子材料抗靜電技術在我國的發展和策略。

靜電廣泛地存在于自然界和日常生活之中，如人們每時每刻呼吸的空氣每厘米就含有100500個帶電粒子；自然界的雷電；干燥季節里人身上化纖衣物由于摩擦起電而粘附在身體上，這一切都是比較常見的靜電現象。實際上，靜電在生物工程中有著重要的應用。

一、高分子抗靜電的方法概述

高聚物表面聚集的電荷量取決于高聚物本身對電荷泄放的性質，其主要泄放方式為表面傳導、本體傳導以及向周圍的空氣中輻射，三者中以表面傳導為主要途徑。因為表面電導率一般大于體積電導率，所以高聚物表面的靜電主要受組成它的高聚物表面電導所支配。因此，通過提高高聚物表面電導率或體積電導率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚?？轨o電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除靜電產生的化學添加劑，添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導率的有效方法，而提高高聚物體積電導率可采用添加導電填料、添加抗靜電劑或與其它導電分子共混技術等。

（一）添加導電填料

這類方法通常是將各種無機導電填料摻入高分子材料基體中，目前此方法中所使用的無機導電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。

（二）與結構型導電高分子材料共混

導電高分子材料中的高分子（或聚合物）是由許多小的重復出現的結構單元組成，當在材料兩端加上一定的電壓，材料中就有電流通過，即具有導體的性質，凡同時具備上述兩項性質的材料稱為導電高分子材料。與金屬導體不同，它屬于分子導電物質。根本上講，此類導電高分子材料本身就可以作為抗靜電材料，但由于這類高分子一般分子剛性大、不溶不熔、成型困難、易氧化和穩定性差，無法直接單獨應用，一般作導電填料與其它高分子基體進行共混，制成抗靜電復合型材料，這類抗靜電高分子復合材料具有較好的相容性，效果更好更持久。

（三）添加抗靜電劑法

1.有機小分子抗靜電劑。有機小分子抗靜電劑是一類具有表面活性劑特征結構的有機物質，其結構通式為RYx，其中R為親油基團，x為親水基團，Y為連接基。分子中非極性部分的親油基和極性部分的親水基之間應具有適當的平衡與高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的親油基團，羥基、羧基、磺酸基和醚鍵是典型的親水基團，此類有機小分子抗靜電劑可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性離子型4大類：陽離子型抗靜電劑；陰離子型抗靜電劑；非離子型抗靜電劑；兩性型抗靜電劑。

導電機理無論是外涂型還是內加型，高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下4種：（1）抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性，吸收空氣中的水分子，形成“海一島”型水性的導電膜。（2）離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度，從而增加導電性。（3）介電常數大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系數。概括起來一是降低制品的表面電阻，增加導電性和加快靜電電荷的漏泄；二是減少摩擦電荷的產生。

2.永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質量大的親水性高聚物，它們與基體樹脂有較好的相容性，因而效果穩定、持久、性能較好。它們在基體高分子中的分散程度和分散狀態對基體樹脂抗靜電性能有顯著影響。親水性聚合物在特殊相溶劑存在下，經較低的剪切力拉伸作用后，在基體高分子表面呈微細的筋狀，即層狀分散結構，而中心部分呈球狀分布，這種“蕊殼”結構中的親水性聚合物的層狀分散狀態能有效地降低共混物表面電阻，并且具有永久性抗靜電性能。

二、我國高分子材料抗靜電技術的發展狀況

我國許多科研機構和生產企業已陸續開發出一些品種，以非離子表面活性劑為主，目前常用的品種有，大連輕工研究院開發的硬化棉籽單甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸鈉）、DPE（烷基二苯醚磺酸鉀）；上海助劑廠開發目前多家企業生產的抗靜電劑SN（十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽），另外該廠生產的抗靜電劑PM（硫酸二甲酯與乙醇胺的絡合物）、抗靜電劑P（磷酸酯與乙醇胺的縮合物）；北京化工研究院開發的ASA一10（三組份或二組份硬脂酸單甘酯復合物）、ASA一150（陽離子與非離子表面活性劑復合物），近年來又開發出ASH系列、ASP系列和AB系列產品，其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑；ASB系列產品則為有機硼表面活性劑（主要是硼酸雙多元醇脂與環氧乙烷加成物的脂肪酸酯）與其他非離子表面活性劑復合而成；ASH和ASP系列主要是陽離子與非離子表面活性復合而成，杭州化工研究所開發的HZ一1（羥乙基脂肪胺與一些配合劑復合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工業研究所開發的IC一消靜電劑（咪唑一氯化鈣絡合物）；上海合成洗滌劑三廠開發生產的SH系列塑料抗靜電劑，已經形成系列產品，在使用效果和性能上處于國內領先地位，部分品種可以替代進口，如SH一102（季銨鹽型兩性表面活性劑）、SH一103、104、105等（均為季銨鹽型陽離子表面活性劑），SH抗靜電劑屬于結構較新的帶多羥基陽離子表面活性劑；濟南化工研究所JH一非離子型抗靜電劑。（聚氧乙烯烷基胺復合物）等；河南大學開發的KF系列等，如KF一100（非離子多羥基長碳鏈型抗靜電劑）、KF-101（醚結構、多羥基陽離子永久型抗靜電劑），另外還有聚氧乙烯醚類抗靜電劑，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專用抗靜電劑202、203、204等；抗靜電劑TM系列產品也是目前國內常用的，主要用于合成纖維領域。

從抗靜電劑發展來看，高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產品，尤其是在精密的電子電氣領域，目前國內多家科研機構利用聚合物合金化技術開發出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。

三、結語

我國合成材料抗靜電劑行業發展前景較好，針對目前國內研究、生產、應用與需求現狀，對我國合成材料抗靜電劑工業發展提出以下建議。

（一）加大新品種開發力度

近年來國外開發的高性能伯醇多聚氧化乙醚類非離子型表面活性劑；用于聚碳酸酯的脂肪酸單縮水甘油酯；用于磁帶工業的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；適應于聚烯烴、聚氯乙烯、聚氨酯等多種合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，總之國內科研院所應根據我國合成材料制品要求，開發出多種高性能、環保無毒的抗靜電品種，并不斷強化應用技術研究，以滿足國內需求。

（二）加快復合抗靜電劑和母粒的研究與生產

今后要加快多種結構抗靜電劑及其他塑料助劑的復配，向適應范圍廣、效率高、系列化、多功能、復合型等方向發展。另外合成材料多功能母粒作為助劑已經成為今后合成樹脂加工改性的重要原材料，如著色、阻燃、抗菌、成核等母粒在國內開發方興未艾，國內要加快抗靜電母粒的開發與研究，促進我國抗靜電劑工業發展。

參考文獻：

[1]高緒珊、童儼，導電纖維及抗靜電纖維[M]．北京：紡織工業出版社，1991．148154．

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關鍵詞：高分子專業；實驗教學；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）22-0098-02

長期以來，國內高校高分子材料專業教學偏重理論課，專業實驗課所受重視程度不夠，基本上還是傳統的實驗。針對現存問題，筆者所在高校進行了高分子材料專業實驗教學改革，取得了良好的教學效果。鑒于此，高分子材料本科專業實驗教學改革應著力于以下五個方面。

一、正確認識實驗教學的作用，提高實驗課程在專業培養計劃中的比重

正確認識實驗教學是提高實驗教學效果的基礎。高分子材料專業理論教學與實驗教學這兩個方面相對獨立、相互依存、相互促進。實驗教學與理論教學相比，更具有直觀性、趣味性和連貫性，對于培養學生的動手能力、科學能力和創新能力具有不可替代的作用。實驗教學內容以理論教學內容為基礎，但比理論教學內容更加注重實際，強調動手能力與運用知識的能力。學生通過實驗教學的各個環節，能提高分析問題、解決問題以及創新的能力。由于以往過于強調理論教學，對實驗教學重視不夠，因而高分子材料專業實驗教學課時少，在專業培養計劃中的比重相對較小。為改變這一狀況，本實驗課程新增了60課時用于綜合性實驗教學，另外還新增了課時用于設計性創新性實驗。這樣，高分子材料專業實驗教學課時大幅增加，為保證實驗教學質量打下了基礎。

二、引入開放式實驗教學模式

集中實驗教學有其本身的優點，能在規定的時間內訓練學生的基本實驗操作技能，引導學生形成科學的實驗方法和嚴謹的實驗作風。然而，所有專業實驗都集中開課的話，學生實驗的積極性和主動性難以提高，主觀能動性不能得到很好的調動，不利于創新能力的培養。針對集中實驗的缺點，需要做大幅的改革。在學生接受了一定的集中實驗訓練，具備基本實驗技能之后，新增了綜合性與設計性創新性實驗，以激發主觀能動性，鍛煉學生分析問題解決問題的能力。將該部分專業實驗設置為開放性實驗，學生根據自己的課表選擇實驗時間，預約實驗平臺進行實驗，可提高學生的實驗主動性，也能解決實驗場地與時間難以安排的問題，從而彌補了集中實驗教學的缺陷。

三、補充更新實驗儀器設備，并將科研儀器用于實驗教學

由于全?；瘜W實驗教學的整合，高分子材料專業實驗儀器設備人均占有率下降，并且部分專業實驗教學儀器設備老化。通過申請專項經費，補充更新了實驗教學設備，保證學生能及時開展實驗。同時，針對開展綜合性實驗和設計性創新性實驗，為緩解實驗教學儀器設備的不足，學院測試中心為學生專業實驗提供免費測試分析服務。筆者所在學院測試中心由儀器分析中心和高分子材料加工中心兩部分組成，屬于211工程和985項目投資建設的公共實驗平臺，具有較大的規模，總面積達900平方米，擁有50余臺先進精密的大中型儀器設備，并且高端先進儀器設備還在不斷地引進當中。此外，還有雙螺桿擠出機、注射成型機、開煉機、密煉機和平板壓機等加工設備，面向高分子材料加工研究方向。該中心能為專業實驗教學提供強大的分析測試平臺支撐。學院還動員各課題組參與實驗教學，并可免費使用各課題組自有的儀器設備。

四、對實驗教學各部分內容進行合理組織，分階段進行教學

1.加強基礎實驗，訓練基本實驗技能。高分子材料專業基礎實驗以演示性和驗證性實驗為主，側重于某個反應、某個性能、單一操作的基本訓練，以鞏固和加深對專業基礎理論的理解，培養學生基本實驗操作技能，是養成良好實驗習慣的基本環節。通過這些基礎實驗的訓練，為后續的綜合性實驗和設計性創新型實驗打下了基礎。根據高分子材料三門專業課的內容，可以安排如表1所示的20個基礎實驗，基本涵蓋了高分子化學實驗、高分子物理實驗和高分子材料加工實驗。

2.增加綜合性實驗，提高綜合運用專業知識解決問題的能力。綜合性實驗要求對所學理論知識和基礎實驗知識進行有機融合，去解決比較復雜的實驗問題，其目的是綜合運用專業知識能力去分析和解決問題。綜合性實驗的選題在注重科學性的同時還要兼顧可行性和實用性，難度也要適中，最好能涵蓋高分子化學實驗、高分子物理實驗和高分子材料加工實驗這三部分內容。綜合性實驗要體現多門課程的融合，實驗操作涉及多種實驗技能的運用。在之前專業基本實驗的基礎上，再通過綜合性驗的訓練，讓學生經歷一個循序漸進的提高實驗技能的過程，掌握專業研究的基本方法。高分子材料專業綜合性實驗安排在基礎實驗之后進行，在大學第六個學期開課，綜合性實驗目錄如表2所示。

3.通過設計性創新性實驗提高創新能力。設計性創新性實驗本質上屬于“真刀真槍”的科研工作，共分為兩部分。第一部分是新型高分子材料實驗的設計，訓練學生實驗的構思、設計能力。學生與指導教師互選，共同確定感興趣的研究課題。學生查閱資料，了解課題研究背景與創新性，明確研究目標，提出具體實驗方案。與指導教師討論，修改、確定實驗方案，最后撰寫實驗設計報告。在上述實驗設計訓練的基礎上，可通過學校的PRP（Participation in Research Program）項目，開展創新性實驗工作，這是設計性創新性實驗的第二部分內容。PRP項目是我校專門為本科生開展創新性實驗提供的科研項目，有專門經費支持。通過師生互選，共同申報該類項目，學校批準后實施。PRP項目在老師指導下進課題組實驗室完成，屬于開放式實驗，包括課題立項、開題、中期匯報和結題答辯四個過程。

設計性創新性實驗是實驗教學方式方法的革新。由指導教師提出實驗項目、實驗目的，學生綜合運用專業知識設計實驗方案與具體步驟，在老師指導下完成實驗，最后總結，寫出實驗項目報告。通過設計性創新性實驗的訓練，動手能力、分析與解決問題的能力得到了提高，逐步了解科學研究的思路和方法，全方位地提升學生的創新能力。

五、采用實驗操作與實驗報告并重的評價方式

學生實驗成績的評價是實驗教學的重要環節，也是專業實驗教學改革的重要部分。以往基本上依據實驗報告做評價的方式存在嚴重弊端，需要進行改革。新的實驗成績的評價注重操作、注重過程、注重綜合運用知識的能力。根據實驗教學類型，成績評價有以下三種方式。對于基礎實驗，出勤和實驗預習報告占20%，實驗操作技能及實驗結果占50%，實驗報告占30%。對于綜合性實驗，實驗開題報告占30%，實驗操作技能及實驗結果占50%，實驗報告占20%。對于設計性綜合性實驗，考核成績由實驗總結報告成績和項目答辯的成績組成，分別占60%與40%的比重，強調綜合運用專業知識解決實際問題的能力。

綜上所述，對高分子材料專業實驗教學改革進行上述五個方面的改革實踐，并通過這一系列專業實驗的科學訓練，高分子材料專業學生能熟悉使用常見專業實驗儀器，達到掌握基本的實驗技能和實驗方法，綜合運用專業知識的能力得到加強，分析與解決問題的能力顯著提高，為畢業論文及以后的科研工作打下牢固的基礎。

參考文獻：

[1]卞軍.高分子材料與工程專業基礎實驗教學改革探析――借鑒美國大學理工科實驗教學及管理經驗[J].教育教學論壇，2014，（9）：26C28.

[2]韓哲文高分子科學教程[M].第2版.上海：華東理工大學出版社，2011.

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關鍵詞： 光學膠； 超彈性； 黏彈性； 動態力學行為； 本構模型； 靜態壓縮； 落球試驗

中圖分類號： TQ433； TB115.1文獻標志碼： B

引言

隨著消費電子產品功能的集成化、復雜化，大量的結構連接通過黏膠黏結實現.在當前最熱的移動終端市場，智能手機、平板電腦等結構中均出現大量的黏膠.黏膠材料的動態力學行為對結構可靠性的影響也越來越大.因此，在結構仿真中，黏膠材料動態力學行為定義的準確性對結構仿真結果的影響變得越來越重要.

常見的黏膠為高分子材料，一方面高分子材料均具有非線性的彈和大變形特性——超彈性特性[1]；另一方面，高分子材料的力學行為均表現出顯著的時間相關性，即率相關性[2].高分子材料力學行為的復雜性，導致當前還不存在一個物理意義明確，既可以描述高分子材料超彈性，又可以準確描述率相關性的本構模型.當前，對高分子材料超彈性的描述應用比較廣泛的是建立在唯象理論基礎上的應變能密度函數模型[3].對材料力學行為的率相關性定義的方法通常有2種：（1）以不同應變率下的材料變形行為為基礎，通過對不同應變率的力學行為進行插值，獲得材料的率相關特性[4]；（2）以特定與時間無關力學行為為基礎，通過引入與時間相關的函數方法對基準力學行為進行與時間相關的縮放，從而實現材料力學行為的率相關性描述[5].

本文選擇一種常見的光學膠為研究對象，基于Abaqus的超彈性和黏彈性材料模型，定義光學膠的動態力學性能，通過靜態壓縮和動態落球測試的仿真與試驗對比，基于Abaqus超彈性和黏彈性理論模型，對光學膠動態力學行為定義的有效性和準確性進行探討.

1試驗方法

1.1靜態壓縮試驗參數

測試設備為島津AG50kNX萬能試驗機，壓縮速度為0.1 mm/min，樣品尺寸為10 mm×10 mm×1 mm.

1.2動態落球測試參數

動態落球測試在自制的落球測試系統內完成，動態落球測試系統示意見圖1.

圖 1動態落球測試系統示意

落球測試系統為三明治結構.光學膠由上、下2個墊塊夾持，落球對上墊塊施加一個沖擊載荷，光學膠作為載體，在下墊塊處產生一個沖擊力，通過力傳感器采集該動態沖擊力信號.落球高度不同，則施加在光學膠上的沖擊壓縮速度不同，從而在光學膠上產生不同沖擊壓縮速率作用，實現光學膠在不同應變率下的變形工況.本文中具體動態落球測試參數見表1.表1動態落球測試參數落球質量/g130樣品尺寸20 mm×20 mm×1 mm落球高度/mm5， 10， 15， 20

2仿真建模

2.1材料模型

本文選用的材料模型為Abaqus提供的超彈性和黏彈性理論模型.超彈性參數描述材料在靜態變形過程中的非線性彈；黏彈性參數的引入，起到隨應變率縮放的效應，從而實現材料力學性能與時間相關的率相關性.

Abaqus中對超彈性材料模型的定義存在多種應變能函數形式：MooneyRivlin，Odgen和多項式等.本文選擇的模型為Marlow模型，直接采用測試數據定義即可.光學膠超彈性由單軸靜態壓縮數據進行定義.

2.2仿真模型

本文中靜態壓縮和動態落球仿真均采用Abaqus/Explicit分析.由于光學膠的大變形特性，選擇的單元類型為C3D8R，用沙漏控制.

3結果與討論

3.1靜態壓縮仿真與試驗

采用Abaqus/Explicit分析進行光學膠靜態壓縮仿真，計算時間為20 ms.考慮到準靜態分析的目的，在壓縮仿真時不考慮材料力學性能率相關特性，因此，材料卡片的定義不包括黏彈性（率相關性）.靜態壓縮仿真與試驗結果對比見圖2，可知，仿真結果與試驗結果幾乎完全重合，表明超彈性模型對該光學膠非線性力學行為的定義和描述非常準確.圖 2靜態壓縮仿真與試驗結果對比4.2動態落球仿真與試驗對比

為驗證光學膠動態力學行為定義的準確性，本文采用自制的動態落球系統進行實際測試和仿真對比驗證.通過調整落球高度，實現光學膠在不同應變率下的沖擊壓縮工況.不同高度落球仿真與試驗結果對比見圖3，可知，隨著跌落高度的增加，落球系統的接觸反力峰值增加，沖擊振動的周期減??；同時，在應力波的周期和峰值方面，仿真與試驗結果均吻合較好.

另外，圖3存在3個方面的小差異：（1）在落球高度較低時（5和10 mm），起始階段仿真和試驗的沖擊波重合性很高，而在15和20 mm落球時，沖擊波起始階段存在一定差異；（2）峰值存在差異，仿真結果均大于試驗結果；（3）應力波的下降階段均存在偏差.對于第一個差異點，可能與仿真接觸定義有關，上墊塊與光學膠的剛度差異較大，而本文采用簡單的通用接觸，并未對其接觸剛度約束進行詳細的定義，接觸阻尼等也沒有考慮，因此在仿真結果中，沖擊振動起始階段存在一些微小偏差.對于第二個差異點，在整個落球試驗仿真系統中，除黏膠引入黏彈性特性外，落球系統其他組成部分的材料阻尼、結構阻尼等沒有被考慮，導致仿真結果與試驗結果在峰值上存在一點差異.對于差異點三，應力波下降階段在落球試驗的過程中反映的是光學膠壓縮中的回彈階段，這個結果表明當前光學膠參數定義中其加載階段比較準確，但是其卸載行為還存在一定的偏差，這主要是由于光學膠的非線性力學行為的復雜性引起的.在高分子材料的加載和卸載過程中，由于Mullins效應的存在，其加載路徑和卸載路徑并不重合.在Abaqus中對高分子材料Mullins效應的定義提供理論模型，但是由于其無法與率相關性（黏彈性）同時使用，本文沒有引入.

在仿真與試驗對比的基礎上，給出在準靜態壓縮和動態落球時光學膠壓縮變形的應變率分析結果，見圖4.

圖 4不同工況下光學膠變形應變率對比

在靜態壓縮過程中，光學膠壓縮變形的應變率為0.001 67 s-1；在動態落球仿真分析中，隨著落球高度的增加，光學膠的最大沖擊應變率增加.當落球高度為5 mm時，光學膠的最大壓縮應變率為18 s-1；當跌落高度為20 mm時，光學膠的壓縮應變率最大值接近50 s-1，光學膠變形的應變率在10～50 s-1量級，該結果表明本文落球系統有效實現光學膠在高應變率下的變形.結合二者的應變率分析和仿真與試驗對比分析，在準靜態到高應變率變形范圍內，基于Abaqus超彈性和黏彈性定義的光學膠力學參數，有效且準確地描述光學膠的動態力學行為，仿真與試驗結果均吻合較好，充分說明基于Abaqus的超彈性和黏彈性模型的本構定義，可以準確地描述光學膠的動態力學行為——非線性和率相關性.

4結論

從仿真與試驗對比的角度，分析基于Abaqus超彈性和黏彈性本構模型，對黏膠動態力學行為定義的準確性和可靠性，得到以下結論.

（1）Abaqus提供較完備的定義高分子材料非線性力學行為及其率相關性的方法，可以準確地描述高分子材料動態力學行為——非線性彈性和率相關性.

（2）給出一種簡單、方便地驗證黏膠材料高應變率力學行為的方法.

（3）在動態沖擊系統仿真中，接觸方式、阻尼等因素對結果存在一定影響，該部分工作還需進一步的研究.

參考文獻：

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篇8

【關鍵詞】環保購物袋；可降解；油墨；石頭紙

0.前言

隨著人們生活水平的不斷提高，人們的環保觀念也不斷提升。大家對過度包裝浪費資源，包裝物棄置污染環境等情況不斷發出聲討。國家也出臺了“限塑”令，通過有償使用減小購物袋的用量。但作為日常生活必不可少的用品，大部份購物袋在使用完后仍然會被丟棄成為生活垃圾。絕大部分最終作為塑料垃圾進入環境，而塑料大多化學性能穩定，在自然環境中分解需要100～300年。如果用焚燒方法處理，焚燒設施不僅需投入大量資金，焚燒時還會有二惡英等多種有毒物質產生，造成二次污染。而對于回收利用，收集或即使強制收集進行回收利用，它的經濟效益也不太好。所以要從根本上解決廢塑料的環境污染問題，就應該用能降解或易降解的購物袋代替普通塑料購物袋?，F在筆者根據多年的印刷和油墨生產實踐經驗，應如何為制造可降解環保購物袋的幾點應用體會，愿與大家共同探討。

1.制造可降解環保購物袋材料

制造新型可解環保購物袋，最重要的是要選用合適的材料。首先就是選用無污染的可降解材料替代普通塑料薄膜，還有就是選用合適的環保型印刷油墨。這樣才有可能制造出符合環保要求的購物袋。

1.1環?；牡倪x擇

目前可用的可降解材料有以下幾種：

1.1.1光降解塑料

光降解塑料一般是指在光（紫外光）的照射下，引起光化學反應而使大分子鏈斷裂和分解的塑料。光降解塑料可分為添加型和合成型兩類。添加型是在高分子材料中添加光敏劑，由光敏劑吸收光能后產生自由基，促使高分子材料發生氧化作用后進而引發聚合物分子鏈斷裂使其降解。降解式將光敏基團（如羧基、雙鍵等）導入高分子結構內賦予材料光降解的特性。常用的光敏劑有過渡金屬絡合物、硬脂酸鹽、N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鐵等，用量約1%～3%（質量）。合成型光降解塑料是通過共聚反應在塑料的高分子主鏈上引入羰基等感光基團而賦予其光降解特性的，并可以通過調節光敏基團的含量來控制光降解活性?，F在已知以一氧化碳或乙烯酮類為光敏單體與烯烴類單體共聚，可合成含羰基結構的聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC）等光降解聚合物。光降解塑料只能在光照下降解，受氣候環境、地理因素制約很大，如果埋地部分不能降解，而且價格較高，因此光降解塑料很難廣泛推廣使用。

1.1.2生物降解塑料

生物降解能很好的解決埋地部分不能降解的問題。目前研究開發的生物降解材料有天然高分子材料、微生物合成高分子材料、 人工合成高分子材料以及共混性高分子（添加型）材料。天然高分子型是利用淀粉、纖維紊、甲殼質、蛋白質等天然高分子材料制備的生物降解材料。其特點是貯存運輸方便，只要保持干燥，不需避光，應用范圍廣，不但可以用于農用地膜、包裝袋，而且廣泛用于醫藥領域。生物合成的完全生物降解塑料是微生物把某些有機物作為食物源，通過生命活動合成的高分子化合物。通過微生物合成而得到的生物降解塑料以聚羥基脂肪酸酯（PHA）類為多，其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯（PHB）、聚羥基戊酸酯（PHV）及PHB和PHV的共聚物（PHBV）?；瘜W合成法合成的生物降解塑料大多是在分子結構中引入能被微生物降解的含酯基結構的脂肪族聚酯，目前具有代表性的產品有聚己內酯（PCL），聚琥珀酸丁二醇酯（PBS），聚乳酸（PLA），以及最近國內研究最熱的二氧化碳基生物降解塑料等。另外按降解方法分生物降解可以分為：（1）生物物理降解法：當微生物攻擊侵蝕高聚物材料后由于生物細胞的增長使聚合物組分水解、電離或質子化而分裂成低聚物碎片，聚合物分子結構不變，這是聚合物生物物理作用而發生的降解過程。（2）生物化學降解法：由于微生物或酶的直接作用，使聚合物分解或氧化降解成小分子，直至最終分解成為二氧化碳和水，這種降解方式屬于生物化學降解方式。同樣生物降解塑料也存在價格較高

1.1.3光-生物雙降解塑料

光-生物雙降解塑料具有光、生物的雙重降解性。是當前世界降解塑料的主要開發方向之一。試驗表明光-生物雙降解塑料可在一個特定時間內（通常為9個月～5年）在環境中能完全分解。但由于合成型光降解塑料成本較高，研究較少。目前研究較多的是摻混型光一生物雙降解塑料。

1.1.4石頭紙

石頭紙是一種由碳酸鈣研磨粉與高分子聚合物、膠合劑為原材料的新型材料，廣義上說石頭紙也是光-生物雙降解類材料。石頭紙具有既可替代傳統的植物纖維紙張、專業性紙張，又能替代傳統的大部分塑料薄膜，且具有成本低、可控性降解的特點，能夠為使用者節省大量的成本，且不會產生污染。從替代塑料包裝物角度看，它能為國家節省大量的石油資源，產品使用后能夠降解，不會造成二次白色污染。另外石頭紙與上面進過的幾種可降解塑料相比，還具有不可燃性，可書寫和辦公室打印，適用于大多數印刷方式，包括膠印（柯式印刷、平版印刷）、凹版印刷、凸版印刷、絲網印刷、輪轉印刷等。最重要目前已經能大量工業化生產，這是用于生產非塑料型環保購物袋的理想新材料。當然石頭紙也有一些不足的地方：就是石頭紙因含有大量的碳酸鈣而不透明性，硬度也偏大而導致抗屈拆性差等。

表1 幾種可降解基材性能對比表

1.2印刷油墨的選擇

印刷油墨是制造購物袋必不可少的組成部分。須然印刷油墨占購物袋的成本很小，只占3%～5%左右。但對于一個購物袋是否符合環保要求就尤為重要了。選擇印刷油墨要注意以下幾點：

1.2.1油墨的可降解性

油墨的連結料多為高分子聚合物，本質上也是一種塑料。因此現用大部分印刷油墨降解性能較差，如果將這些油墨和塑料一起填埋處理，讓其自然降解，一般需要50年以上才能在環境中能完全分解。因此為配套降解基材，必需選用以可快速降解的連結料所生產的油墨。現在市面上能找到的可降解油墨有以大豆油油墨、聚乙烯醇油墨、聚酮油墨，這幾類油墨通常只需5～10年即可完全降解。

1.2.2油墨中的重金屬含量

眾所周知人體如果攝入過量的重金屬，可造成嚴重的生理損害，引發多種疾病。重金屬進入人的機體后，會在人體內部積聚下來，并可能轉化為毒性更強的金屬化合物。以鎘為例，鎘元素進入人體后，在體內形成鎘硫蛋白，通過血液到達全身，并有選擇性地蓄 積于腎、肝中。情況嚴重時，使骨骼的生長代謝受阻礙，從而造成骨骼疏松、萎縮、變形等。慢性鎘中毒主要影響腎臟，最典型的例子是日本著名的公害病——痛痛病。慢性鎘中毒還可引起貧血。油墨中的重金屬通常來自于顏料，特別是一些重金屬化合物顏料，如鎘紅、鉻紅、鉻黃及銀朱等。另外可溶性重金屬鹽毒性大易于進入人體，因此我國、歐盟、美國都制定了油墨（涂料）涂層中可溶性重金限制：（見下表）

1.2.3油墨中其它有毒有害物質

油墨中可能存在有毒有害物質有：（1）連結料生產合成時殘留的單體，如劇毒物游離甲苯二異氰酸酯；（2）顏料生產合成時殘留的強致癌物多氯聯苯（PCB）、芳胺（MAK-Ⅲ）；（3）溶劑殘留導致苯、甲苯、二甲苯、甲醛超量。許多國家嚴格控制油墨干膜中的有毒有害物質含量。以甲醛為例：日本要求甲醛含量

2.結語

隨著近年不斷有新材料的發明，并逐步進入實用化、產業化。帶動更多環境友好的產品將進入我們的生活。我們相信，在不久的將來，真正可降解型環保購物袋會進入我們的生活，使“白色污染”會逐漸從環境中消失。我更期待這些環保新技術、新發明將為人類與自然的真正和諧作出巨大的貢獻。

【參考文獻】

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[2]王廣文.生物塑料和降解塑料的研究進展.[期刊論文]-塑料科技，2011，5.

篇9

大部分高分子材料在空氣中都是可燃的，所以存在一定的火災隱患，尤其是用于人員流量較大的公共場所的高分子材料，一旦發生火災將會給人們的生命財產安全帶來巨大的損失。頻頻發生的重大火災事故也督促著我們加快阻燃材料的研究，以在災難發生時為更多的生命爭取時間。

1常見阻燃填料的分類

在高分子材料中添加的起阻燃作用的物質也稱為阻燃助劑。任何物質燃燒都需要三個條件，即可燃物、氧氣(空氣)和點火源(熱量)。根據阻燃方式可將阻燃劑分為膨脹型阻燃劑和非膨脹型阻燃劑。膨脹型阻燃助劑不是單純的一種物質，而是幾種不同物質相互匹配，協同作用達到阻燃的效果，包括成炭劑、成炭催化劑和發泡劑。其中發泡劑在材料受熱時能分解出不燃性氣體(水蒸氣、氨氣、CO2等)使涂層膨脹發泡，常用的發泡劑有三聚氰胺、氯化聯苯、氯化石蠟等。成炭劑是在涂層發泡后，使其形成碳化層的物質，一般是含高碳的有機化合物，如淀粉、改性纖維素、季戊四醇等。成炭催化劑在高溫或火焰的作用下分解出酸性物質，促使成炭劑失水碳化。常用的成炭催化劑有聚磷酸銨、硫酸銨、磷酸銨、三聚氰胺、三(二溴丙基)磷酸酯、三氯乙基磷酸酯、磷酸二氫胺、磷酸氫二銨等。3種物質需搭配合理才能取得良好的阻燃效果。實際研究應用中常見的搭配是聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇的組合[1-3]。非膨脹型阻燃助劑常用的有含磷和鹵素的有機化合物(如氯化石蠟、十溴聯苯醚、磷酸三甲苯酯和β-三氯乙烯磷酸酯等)以及三氧化二銻、硼酸納、氫氧化鋁等無機類阻燃劑。在實際應用中某一種阻燃劑可以起到阻燃的效果，但不會太顯著，因此一般會選擇幾種不同的阻燃劑搭配使用，效果會更好。楊保平等[4]以SBR、丙烯酸單體和苯乙烯合成的丙烯酸接枝SBR樹脂為成膜物質，以Sb2O3、氯化石蠟、氫氧化鋁和硼酸鋅作為阻燃劑制備了符合要求的超薄型鋼結構防火涂料。蔣浩等[5]以紅磷和氫氧化鋁為阻燃劑制備了有機硅改性的環氧阻燃涂料，結果表明：有機硅改性環氧阻燃涂料的熱穩定性能良好。根據阻燃劑所含元素的不同可以將其分為無機阻燃劑、溴系阻燃劑、磷系阻燃劑、氯系阻燃劑、氮系阻燃劑和其他阻燃劑。溴系阻燃劑和氯系阻燃劑是鹵屬阻燃劑，目前應用比較廣泛，其生產工藝成熟，性價比較高，同時具有良好的阻燃效果，作用于氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。但由于其在阻燃過程中會釋放對環境和人體有害的氣體，應用逐漸受到限制[6]。磷系阻燃劑包括無機物紅磷[5]、磷酸氫二銨[7]等和有機物磷酸酯、聚磷酸酯等。無機阻燃劑是使用最多的一類阻燃劑，大部分無機阻燃劑具有自身難燃的優勢，并且在溫度升高時融化吸熱。除了上述提到的無機阻燃劑外，還有很多無機物具有優異的阻燃效果，如氫氧化鎂、碳酸鈣、碳酸鎂等[8]無機礦物，蒙脫土、高嶺土等陶土[9-11]，以及云母和石墨粉[12]等。

2新型阻燃填料

隨著各行各業對高分子材料需求標準的不斷提高，對新型高效的阻燃劑的研究也成為了阻燃材料研究的一個重要方面。XinLi等[13]用水熱合成法通過異丙醇鋁和碳酸氫鈉的反應制備了NaAl(OH)2CO3晶須，將其應用到乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物中時，聚合物表現出了優異的阻燃性能。BaoxianDu[14]等做了一系列實驗，比較了幾種納米阻燃填料對聚丙烯阻燃性能的影響，包括有機蒙脫土、層狀雙金屬氫氧化物、多面體低聚硅倍半氧烷和碳納米管。通過TG和錐形量熱儀測試，發現不同的納米填料在阻燃過程中發揮不同的作用，加入有機蒙脫土的聚丙烯的阻燃性能最好。

3阻燃填料的應用

阻燃劑種類和性能的多樣性，使得制造各種各樣的阻燃高分子材料成為了可能。Siska.Hamdani等[15]制備了3組以鈣和鋁元素物質為阻燃劑的硅復合電纜材料：非水合填料，如碳酸鈣；可釋放水的填料，如氫氧化鈣、氫氧化鋁、勃姆石；羥基官能化的填料，如氧化鋁、云母。JohanLindholm等[16]以幾組不同的阻燃劑加到聚氨酯中制備了聚氨酯阻燃膠黏劑：五水合偏硅酸鈉，碳酸鉀和硅膠的混合物，碳酸氫鈉，一水合草酸鈣，鋅、氯化鎂、鉀、氯化鋁和氫氧化鎂的混合物，聚磷酸銨，鈉和鉀的磷酸鹽。熱重分析結果表明：偏硅酸鈉的水合物在樣品表面形成了一層硅酸鈉的保護層，顯著延長了燃燒需要的時間。另外，加入聚磷酸銨的樣品具有最低的燃燒熱釋放速率。SonglinWang等[17]通過共沉淀的方法制備了Mg-Al-CO3LDH，并將它作為阻燃紙張的填料。Mg-Al-CO3LDH的結晶性和粒度以及阻燃紙張的各項性能通過XRD、FT-IR、TEM、TG-DTA、SEM等測試研究獲得。測試結果表明：Mg-Al-CO3LDH是具有高正電荷密度的六角層狀納米粒子，具備完美的晶體結構。阻燃紙張的氧指數在填料含量為20%時高于25%。Chuen-ShiiChou等[12]制備了膨脹型阻燃涂料，除加入了傳統阻燃涂料所必需的阻燃劑外還添加了季戊四醇作為碳源。實驗中分別使用了3種阻燃劑，分別是人工石墨粉、云母和石墨。阻燃測試結果表明：加入碳源的阻燃涂料與傳統阻燃涂料相比，阻燃效果明顯提高。

保溫隔熱填料

隨著煤、石油和天然氣類化石燃料儲存量的日漸減少和能源消耗量的日益增加，能源短缺問題成為一個不容忽視、亟待解決的難題。下面主要介紹用于建筑材料保溫隔熱填料。建筑物在使用期間，采暖、空調、通風、熱水供應等方面消耗了大量的能源，這些能源約占人類總能源消耗的30%～40%。我國能源利用率全國平均僅為30%左右，而工業發達國家能源利用率已達70%以上，在熱能損失中因保溫不良造成的損失占很大比例[18]。為了保持建筑物內部溫度、減少空調能源的消耗，響應對建筑節能提出的要求，近年來國內外在保溫涂料的保溫機理和產品開發方面做了大量的研究工作。外墻保溫涂料主要分兩大類，一類是厚層外保溫系統，利用降低熱傳遞的阻隔原理，例如膠粉聚苯顆粒保溫，無機?；⒅楸氐龋Ч黠@；另一類是薄層涂料，利用減少太陽光吸收的原理減少熱能的侵入，太陽輻射熱易通過向陽面，特別是東、西向窗戶和外墻以及屋面進入室內，從而造成室內過熱，因此這些部位也是建筑物夏季隔熱的關鍵部位。外墻保溫涂料系統由粘結膠漿、保溫板、抹面膠漿、玻璃網格布、裝飾面層等多種材料組成，能起到良好保溫隔熱、抗裂耐候、透氣節能及裝飾作用的新型建筑物外墻外保溫裝飾系統已成為現今最經濟有效的節能解決方案之一。

1常見保溫隔熱填料的分類

根據保溫隔熱機理的不同可將建筑用保溫隔熱填料分為阻隔型、反射型和輻射型3類，其絕熱機理不同，應用場合和所得到的效果也不同[19]。目前國內生產和使用最為廣泛的保溫建筑涂料使用的是阻隔型保溫填料，其保溫機理是利用導熱性能較差的材料添加入涂料中，降低涂料整體的導熱性。尤其是復合硅酸鹽類保溫涂料，是以多種含鋁、鎂的硅酸鹽非金屬礦物纖維為原料，摻雜一定數量的輔料和填充劑，并加入化學添加劑制成的，典型產品主要由海泡石、蛀石、珍珠巖粉等無機隔熱骨料、無機及有機黏結劑及引氣劑等助劑組成[20]。另一類保溫隔熱填料為反射型填料，由于添加的填料對太陽光有反射作用，由其制成的反射太陽熱型絕熱涂料能夠有效降低炎熱地區夏季墻面的溫度，其應用已引起眾多學者的關注并對其進行研究?？招牟Ａ⒅槭悄壳胺瓷湫捅馗魺崽盍现凶钪饕墓δ苄蕴盍?，它是20世紀60年展起來的一種微粒材料，由鈉硼硅酸鹽材料經特殊工藝制成薄壁、封閉的微小球體，球體內部包裹一定量的氣體，具有低密度、低導熱、低吸油率、耐高溫、電絕緣強度高、熱穩定性好、耐腐蝕、粒徑及化學組成可控等優點[21-22]。第3類為輻射型填料，以紅外輻射為代表，其隔熱原理是通過將吸收到的太陽光能轉為熱能，再將熱能以紅外輻射的方式向外擴散。因此，由其制成的涂料具有降溫的作用。研究表明多種金屬氧化物(如Fe203、MnO2、CO2O3、CuO等)摻雜形成的具有反型尖晶石結構的物質具有熱發射率高的特點[23]，因而廣泛用作隔熱節能涂料的填料。利用多種隔熱機理的綜合作用制備的復合型保溫涂料，可充分發揮各方面的優勢，使其具有更好的保溫效果。

2新型保溫隔熱填料

納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，尺寸在1~100nm之間，是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒(納米級)后，顯示出許多奇異的特性，包括光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質。有學者研究了一些納米無機填料，摻雜在成膜物中可制備出透明隔熱涂層，用于建筑物窗戶玻璃的透光隔熱，效果顯著。這類納米無機填料主要是納米氧化錫銻和納米氧化銦錫等。對于納米隔熱填料的隔熱機理，鐘樹良等[24]認為，太陽光的入射頻率高于涂膜中納米粒子的振動頻率時會引起振動粒子的高反射，從而對紅外波段能量起反射阻隔作用。羅為等[25]認為，其隔熱性能源于分散在其中的納米ATO對太陽輻射的吸收，而非反射。

篇10

關鍵詞：藥物 控制釋放 速率 微凝膠

傳統給藥方式主要有口服、眼部給藥等方式，但均存在一定缺陷。如口服蛋白質藥物時，腸內的多種蛋白酶、肽酶都會使蛋白質藥物發生降解失活；并且，血藥濃度必須達到最低藥效濃度，藥物才具有療效，而多數情況下，只有部分藥物能夠到達患病部位，大多隨血液分散到身體的各部位，許多藥物都有一定的毒副作用，藥物劑量的增加有可能會傷害正常的組織、器官，甚至可能引發新疾病或后遺癥。

藥物控釋緩釋系統對藥物在人體的釋放進行控制，使患病部位的藥物濃度在所需時間內達到血藥濃度，能顯著提高藥效、降低用藥量、減少毒副作用，那么作為藥物載體的生物材料就起著關鍵作用，要對藥物緩釋、導向、延長壽命均能發揮效果，因此對載體材料的要求就相當高。目前常見的藥物緩控釋系統主要有微球、膠束和水凝膠三大類[1-3]，且研究中有關藥物緩釋的載體大多數為不可降解的智能型或可降解但響應性較差的高分子材料，而我們需要的是同時具有智能響應并生物體內可降解特性在藥物控制緩釋載體材料領域進行應用。

理想的藥物控制緩釋系統能在控制藥物在有機體內釋放地速率的同時，保持藥物有效濃度、降低毒副作用，釋藥速率是該系統研究的重要指標。對于實現藥物控制緩釋的方式，目前一般使用的主要有擴散、化學、滲透及磁控制四種：

擴散控制體系是人們研究最早、最透徹、應用最廣的，有儲庫、基質兩種形式。在儲庫型系統中，藥物被包裹在高分子膜里，釋放時通過高分子膜的擴散過程，控制著釋藥速率。但此類體系應用較少，因為高分子膜一旦破裂，被包裹的藥物就會全部釋放出來，在臨床應用中存在極大的安全隱患。而基質型系統中，藥物以溶解或分散的形式均勻地分在聚合物基內，釋放時通過高分子基質的擴散過程控制著釋藥速率?？拷叻肿幽け砻娴乃幬锟芍苯俞尫?，膜內的藥物則得先擴散到膜表面再釋放，所以藥物向膜表面擴散的距離增加而藥物的釋放量呈現下降趨勢，即釋藥量會隨時間的延續而下降。另外，滲透體系通過調節聚合物在某溶劑里膨脹或鹽類產生的高滲透壓加藥物壓出，以實現對聚合物中釋藥速率的控制。最后一種是磁控制體系，是以調節振蕩磁場的強度控制來聚合物分子鏈的運動，進而控制分散在聚合物內藥物的釋放速率，釋藥速率隨聚合物分子鏈運動加強、磁場強度增大而加快。

微凝膠屬于上述常見緩釋系統的微球類，并同時存在擴撒和滲透兩種機理。微凝膠是一種在良好溶劑中可以溶脹的、尺寸一般在納、微米水凝膠微粒，具有與水凝膠類似的交聯的三維網絡骨架結構，一個分子便構成一個微凝膠粒子。微凝膠特殊的結構與尺寸使其近年來被廣泛地應用于醫學等領域行業，其熱點主要集中于負載模型藥物實現控釋緩釋效果。

微凝膠在溶脹時內部網絡孔徑增大，藥物或活性組分進入，消溶漲時，微凝膠網絡孔徑縮小，藥物將被“關”在微凝膠內，實現包裹。根據微凝膠特性，藥物速率主要可通過溫度、pH、電場、磁場及降解等方式進行控制。載藥微凝膠進入人體后，由于病灶部位的溫度和化學環境等較正常部位有所不同，微凝膠會自行釋放所載的藥物[4]。

Hoare等研究水溶性藥物（尤其是陽離子藥物）的電性與PNIPAm類微凝膠表面分布的羧基在特定范圍的相互作用，考察載藥影響因素。表面有較多羧基的微凝膠結合的陽離子藥物較少，中性及陰離子藥物的吸收，不依賴微凝顆粒表面分布的羧基影響。陽離子藥物的吸收最大值出現在羧基主要分布在核的微凝膠，比羧基主要集中在殼面的多1倍。該現象可能是由于微凝膠表面的羧基與陽離子藥物結合，使微凝膠表面 “皮膚層”發生塌陷。隨著藥物疏水性的增大，以及陽離子誘導“皮膚層”發生相轉變，致使微凝膠表面變得越來越緊密，阻礙藥物的吸收，導致載藥量大幅減少。使用表面無羧基分布的PNIPAm微凝膠模型研究載藥時，同樣可以觀察到藥物的高吸收，這說明疏水性在調節藥物-微凝膠相互作用也有重要影響。

Liu等以苯硼酸（PBA）對P（NIPAm-AA）微凝膠單層膜進行了修飾，得到了P（NIPAM-PBA）微凝膠膜層。分別用茜素紅S（ARS）和異硫氰酸熒光素（FITC）標記胰島素，并將分別裝載在P（NIPAM-PBA）微凝膠膜層中，研究葡萄糖對該微凝膠體的調節控制行為。實驗發現：較低溫度下，標記過的胰島素的釋放以被動擴散方式進行；溫度一旦高于P（NIPAM-PBA）微凝膠的相變溫度，藥物由于微凝膠消溶漲而以被“擠出”微凝膠外的方式釋放。ARS和葡萄糖均可以與苯硼酸結合，因此，在整個實驗溫度內，葡萄糖存在以及和微凝膠表面苯硼酸的結合，會刺激微凝膠中ARS標記的胰島素進行釋放。而對于胰島素經異硫氰酸熒光素標記在P（NIPAM-PBA）微凝膠中的釋放， 4℃和37℃時，葡萄糖的作用分別為促進和阻礙其釋放，實驗結果證明該P（NIPAM-PBA）微凝膠對葡萄糖具有明顯響應行為，可應用于葡萄糖控制的緩釋系統。

藥物在經由控釋體系的釋放效果是否達到預期，主要取決于該系統中藥物的載體的性質，所以，生物可降解的高分子載體是近年來藥用材料的研究熱點。雖然可生物降解高分子材料制備的微凝膠在生物醫學上具有明顯優勢，但目前科研水平距離負載藥物于人體內控制緩釋仍舊有很多工作需要完善。因此，研究應更多的注重實用性以及實際應用的安全性，繼續開發符合并滿足人類需求的聚合物微凝膠將是今后的研究所側重的方向。

參考文獻

[1]蘭婷. 聚乳酸微球的制備及性能研究[D]. 西安：西北大學，2007.

[2]楊柳. 生物可吸收聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物自組裝納米膠束藥物控釋體系研究.上海：復旦大學，2010.

[3]王君蓮. 可注射溫敏水凝膠的制備及性能研究[D].西安：西北大學，2011.