《人类科学技术史-418》当代有机高分子材料

高分子合成材料是20世纪用化学方法制造的一种新型材料。它具有不同于低分子的独特的物理、化学和力学性能。在短短的几十年内，高分子材料迅速发展，已与有几百上千年历史的传统材料并驾齐驱，在相当程度上取代了钢材、本材和棉花等材料。合成高分子材料的原料来自石油、天然气和煤，其资源比金属矿藏丰富得多。有机高分子材料主要有合成橡胶、塑料和合成纤维。

合成橡胶最早出现在1912年。德国采用二甲基丁二烯为单体合成了甲基橡胶。在第二次世界大战中，由于战争的需要，美国与德国展开了竞争，大力发展合成橡胶。面对德国的优势，美国奋起直追。1940年，杜邦公司的化学家卡罗瑟斯研制生产出以氯丁二烯为单体的氯丁橡胶。美国迅速建立起50多座合成橡胶工厂，到1944年产量已达63万吨。合成橡胶在第二次世界大战中为美军的运输建立了"功勋"。50-60年代，丁苯橡胶生产工艺不断改进，产量居合成橡胶之首。50年代，出现新品种——顺丁橡胶，60年代，在美国发展很快。异戊橡胶是人工合成的天然橡胶，于1962年研制成功。乙丙橡胶也由意大利、美国研制出来。60年代以来，一些特殊性能的橡胶如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等也陆续发展起来。硅橡胶用于耐高温达300℃、耐低温－100℃的憎水性橡胶垫圈、胶管、绝缘材料和密封垫等，还可以用于人造心脏和血管。特种橡胶目前已有200多种。它们在许多技术领域中各显神通。

第二次世界大战以前和战争期间，通用塑料已有很大发展。从50-60年代起，第二代塑料即工程塑料异军突起。工程塑料在一定高温(100℃以上）具有一定强度(＞50MPa)和刚度；比强度(即强度／比重）、比模量(模量／比重）均超过钢铁，耐磨、耐腐蚀、吸震、具有优良的绝缘和自润滑性。

工程塑料主要有ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、聚碳酸酯、聚酰胺(尼龙）、聚酯、聚甲醛及聚砜。ABS出现在50年代。美国将其用于汽车工业及管材，日本多用于家用电器。聚碳酸酯是高抗冲击透明塑料，可用作2倍音速飞机的风挡夹层和天窗盖，还可用作计算机齿轮、电动工具壳、安全防护用具。美国波音747客机有2500个部件用聚碳酸酯制造，每架飞机用量近2吨。特种工程塑料是指抗张强度大于45MPa，连续使用温度高于150℃的工程塑料，如聚芳砜、聚芳酯、聚醚砜、聚苯酯等。这类耐高温的特殊工程塑料主要作为功能材料用于飞机、汽车的轻量化及家用电器。

近年来高分子合金引起各国重视，出现高分子合金研究开发热，也获得了大量成果。高分子合金是像制造合金那样，把两种聚合物混合，以得到比单独组分性能更好或兼备二者优点的高分子材料。导电塑料是塑料园圃中的一朵奇葩。1977年，日本的白川与另外两个美国人发现一种塑料薄膜掺入碘后能导电。从80年代初，导电聚合物很快发展起来，已在许多工业领域内应用。此外，高吸水性塑料、高效分离膜塑料、隐形飞机使用的隐形材料等也已开发出来并获得应用。

近10年来，为减少废弃塑料对环境的污染，可降解塑料的开发日益升温。美国、日本、英国已在这方面领先。70年代，DNA重组技术和细胞融合技术，为可降解塑料发展提供了技术保障。在资源、能源、农业、人口、环境五大危机威胁下，利用生物技术制造新型材料已成必然。直接以发酵技术生产的结构材料微生物聚酯已步入了高分子材料行列。微生物聚酯是一种具有热塑性、生物降解性且耐紫外线辐射的生物高分子。由于具有良好的生物降解性并与生物组织相容，此类高分子材料可用于医药卫生领域及做一次使用的各种包装材料。由于其原料主要为农产品，因而还为从非化石资源生产材料指出了一个方向。英国ICI公司在80年代实现了中等规模的3-羟基丁酸均聚物及其与3-羟基戊酸共聚物的工业化生产。其产品不仅引起材料科学家的重视，而且获得了商业上的巨大成功。美国1970年开始光降解塑料的研究，到1990年降解塑料总销售量已达55万吨。80年代欧洲许多国家把光降解、淀粉添加剂型塑料购物袋、垃圾袋推上市场。日本80年代末几十家公司成立了生物降解研究会，研究微生物合成和天然高分子生物降解塑料。

合成纤维出现在本世纪30年代末40年代初。美国的卡罗瑟斯1939年生产出尼龙66，德国研制出了锦纶。聚酯纤维是英国1940年合成的，1946年实现工业生产。聚酯纤维中的涤纶制品深受欢迎，70年代已成为合成纤维中发展最快产量最大的品种。被人称为人造羊毛的聚丙烯腈纤维是1950年问世的。它的保温性、弹性都很好，强度比羊毛高，价格却比羊毛低，近30年来发展较快。这些种类繁多的合成纤维已成为人们主要的衣着材料。40年代初，尼龙丝袜近千元一双，只有少数名星才穿得起，在美国批量上市时人们排队购买。现在合成纤维制品已从奢侈品、代用品变为普及品，使人们的服装更加缤纷多彩。1970年合成纤维世界总产量为490万吨，1980年达1200万吨，预计2000年将达3500万吨。这不仅解决人们的穿衣问题，而且可节省大量棉田改种粮食，有利于解决世界粮食短缺问题。

80年代以来，高分子材料研究异常活跃，其性能也有很大提高。目前耐高温聚合物可在400℃条件下连续工作1万小时，在800℃条件下工作数小时，甚至在比太阳表面温度高一倍的9000℃高温下，短时间内也不致毁坏。自润滑聚合物可以作为轴承在－200℃至300℃的环境中工作。导电和压电高分子、感光和透光高分子、生物高分子、智能高分子等已在科研、生产和日常生活中广泛应用。人类已进入了高分子时代。

未来的高分子材料正大力朝着第三代特种工程塑料、特种合成纤维、特种合成橡胶、特种粘合剂和涂料等发展，并将向第四代微观结构及微观性能控制的新型塑料进军。