性能提升方面
高性能化:为满足航空航天、电子信息等高技术产业需求,不断开发具有更高强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性、耐老化性的高分子材料。如通过创造新的高分子聚合物,或利用新型催化剂和催化体系,改变合成工艺及共聚、共混、交联等方法对高分子进行改性。
功能多样化:功能高分子材料是发展热点,包括电磁功能、光学功能、物质传输与分离功能、催化功能、生物功能、力学功能等高分子材料。如开发出可用于信息存储的磁性高分子材料、用于生物检测的生物活性高分子材料、能实现海水淡化的分离功能高分子材料等。
智能化:使高分子材料具备对环境刺激(如温度、pH 值、光照、电场、磁场等)做出响应的能力,实现性能的自我调节或功能的切换。如形状记忆高分子材料,在特定温度等条件下能恢复到预先设定的形状,可用于医疗领域的智能器械、航空航天领域的自修复结构等。
材料形态与应用方面
复合化:单一材料向复合材料发展是重要趋势。高分子树脂作为结构复合材料的主要基体材料,与高性能增强材料(如碳纤维、玻璃纤维等)结合,可制成性能更优异的复合材料。如碳纤维增强高分子复合材料,具有高强度、轻量化等特点,广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
纳米化:将高分子材料与纳米技术相结合,制备出纳米高分子复合材料。纳米尺度的填料或添加剂能显著改善高分子材料的性能,如提高材料的阻隔性、导电性、抗菌性等。如在塑料中添加纳米银粒子,可赋予塑料抗菌功能,用于食品包装、医疗用品等领域。
应用领域拓展:在传统应用领域不断深化的同时,还向新兴领域快速拓展。在医疗领域,用于组织工程、药物缓释、生物传感器等;在新能源领域,用于太阳能电池、锂离子电池、燃料电池的隔膜、电极材料等;在环保领域,用于水处理、空气净化、可降解包装材料等。
绿色可持续发展方面
生物基与可降解:利用可再生资源(如植物纤维、淀粉、油脂等)开发生物基高分子材料,以及研发可在自然环境中快速降解的高分子材料,以减少对石油等不可再生资源的依赖,降低白色污染。如聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等可降解高分子材料,已在包装、医疗、农业等领域得到应用。
循环利用:加强高分子材料的回收利用技术研发,提高回收效率和再生质量,实现资源的循环利用。如通过物理回收、化学回收等方法,将废弃塑料转化为新的高分子材料或其他有用的化学品。
绿色生产:在高分子材料的生产过程中,采用绿色化学工艺,降低能源消耗,减少污染物排放。如使用无毒无害的原料、溶剂和催化剂,优化合成工艺,提高原子利用率等。
技术与研发方面
精准合成与分子设计:借助先进的分析测试技术和计算模拟方法,深入研究高分子材料的结构与性能关系,实现高分子的精准合成和分子设计。通过精确控制高分子的分子量、链段结构、拓扑结构等,定制出具有特定性能的高分子材料。
加工技术创新:开发新的加工技术和装备,提高高分子材料的加工精度和效率,实现高性能化和功能化的加工目标。如增材制造(3D 打印)技术在高分子材料领域的应用不断拓展,可实现复杂形状高分子构件的快速制造。