高分子材料的取向精選(九篇)

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第1篇：高分子材料的取向范文

關鍵詞：形狀記憶高分子； 記憶機理； 材料特性； 醫療；紡織

文章編號：1005－6629(2009)02－0053－04中圖分類號：O63 文獻標識碼：E

材料、能源、信息分別是現代文明的三大支柱，而材料是人類社會文明發展歷史上里程碑式的階段性標志。所謂的形狀記憶材料聽上去似乎有點玄乎，給人一種具有生物智能特性的錯覺。那么，它究竟是不是真的如此神奇呢？它的神奇之處在哪？

自1981年，有人發現高分子材料聚乙烯具有獨特形狀記憶功能，至1984年，形狀記憶高分子材料(Shape memory polymers，簡稱SMP)的概念在日本提出。可以說，SMP是當代材料化學發展的產物。時至今日，其功能已經得到了人們的廣泛關注。

1形狀記憶高分子的“記憶”機理

形狀記憶是指具有初始形狀的制品，經形變固定之后，通過加熱等外部條件刺激手段的處理，又可使其恢復初始形狀的現象。研究最早也最為廣泛的是熱致形狀記憶高分子(簡稱TSMP)。以此為例來闡述。

1.1 橡膠彈性理論對SMP形狀記憶特性的解釋[1]

圖1 線形高分子材料的溫度與形變的關系圖

如圖，Tg為玻璃化溫度(材料達到玻璃態與橡膠態時的臨界溫度)，Tt是粘流溫度。橡膠在室溫下處于高彈態，而塑料是玻璃態。這是由兩者分子結構和相對分子質量等因素的不同造成的。如果材料的玻璃化溫度高于室溫，則材料在室溫下處于玻璃態。如果材料的玻璃化溫度低于室溫，在室溫下它就處于高彈態。

橡膠在室溫下就處于高彈態，一根橡膠管在適當的外力作用下可伸長數倍而當外力解除之后便可回復到原長。但是，如果把一個橡膠管放在液氮里，它便會失去彈性，拿出來以后進行敲打，它也會像玻璃一樣極易被打碎。把它放到室溫下，使其溫度慢慢升到室溫，它仍會恢復為具有彈性的橡膠管。這便是所發現的橡膠的形狀記憶功能：橡膠的交聯網絡起到記憶其原來形狀的作用，而其玻璃態具有固定其形變的作用。

一般塑料的加工要先升溫到粘流態，吹塑后冷卻為一定形狀的制品，也是一樣的道理。

1.2 SMP的形狀記憶機理

從分子結構及其相互作用的機理方面加以解釋，形狀記憶高分子可看作是兩相結構, 即由記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能可逆的固化和軟化的可逆相組成。

固定相的作用在于成形制品原始形狀的記憶與回復, 而可逆相的作用則是形變的發生與固定。固定相可為聚合物的交聯結構、部分結晶結構、超高分子鏈的纏繞等結構?？赡嫦嗫梢允钱a生結晶與結晶熔融可逆變化的部分結晶相,或發生玻璃態與橡膠態可逆轉變的相結構。在高分子形狀記憶材料中,由于聚合物分子鏈間的交聯作用,即材料中固定相的作用束縛了大分子的運動,表現出材料形狀記憶的特性。并且,由于可逆相在轉變溫度Tg會發生軟化-硬化可逆變化,材料才可能在Tg以上變為軟化狀態, 當施加外力時分子鏈段取向改變, 使材料變形。當材料被冷卻至Tg以下,材料硬化、分子鏈段的微布朗運動被凍結、改變取向的分子鏈段被固定,使得材料定型。當成形的材料再次被加熱時,可逆相結晶熔融,材料發生軟化,分子鏈段取向逐漸消除,材料又恢復到了原始形狀。

圖2 圖為形狀記憶高分子在60℃下, 45秒內回復原狀[2]

由高分子材料形狀記憶原理可知，可逆相對形變特性影響較大，而固定相對于其形狀恢復特性影響較大。從這個理論出發,就可以解釋為什么凡是既具有固定相又具有可逆相結構的聚合高分子材料, 都可顯示出一定的形狀記憶特性。

2形狀記憶高分子的“記憶”分類

形狀記憶材料除了形狀記憶高分子之外，還包括形狀記憶合金(SMA)和形狀記憶陶瓷(SMC)。相比較而言，前兩者的應用更為廣泛。

表1熱致形狀記憶高分子的類型

而與SMA相比，形狀記憶高分子不僅形變量大、賦形容易、形狀響應溫度便于調整，而且具有保溫、絕緣性能好、不銹蝕、易著色、可印刷、質輕價廉等特點。以前的研究著重于對熱致形狀記憶高分子的研究，筆者按具體的組成物質將其分類，見表1。

隨著研究發展的深入，除了熱致形狀記憶高分子，人們還發現了其他類型的形狀記憶高分子。根據回復機理來定義的形狀記憶高分子材料類型。具體見表2。

表2 形狀記憶高分子的分類[4]

3 形狀記憶高分子的具體應用解析

盡管只有短短27年的發展史，SMP的應用已涉及社會的很多領域。

3.1SMP在醫療裝備中的應用[5]

首先，可以利用形狀記憶聚合物的記憶特性，制作外科醫療器械或介入診療(介入診斷及治療)器材。比如, 美國利弗莫爾國家實驗室將聚合物聚氨酯、聚降冰片烯或聚異戊二烯等注射成為螺旋形,加熱后拉直再冷卻定型,即制得血栓治療儀中的關鍵部件――微驅動器。裝配到治療系統上后，利用光電控制系統加熱，使其恢復到螺旋形可拉出血栓。這種方法快捷、徹底，沒有毒副作用，是治療血栓的有效途徑之一。

其次,利用低溫形狀記憶特性的聚合物聚氨酯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等可以制備用作矯形外科器械或用作創傷部位的固定材料，比如代替傳統的石膏繃帶。利用聚氨酯塑料的生物降解性能，通過內窺鏡可將由形狀記憶聚合物制成的器件, 如斷骨的外套管、血管的內擴管、血液的過濾網等精確地定位植入人體。此類材料在體溫的作用下能回復形狀,達到治療目的。這種治療方法, 不僅可以減小放置器件時所需的外切口, 而且由于器件本身在人體中可以逐步地通過降解而消失,不需要為取出器件而進行第二次手術，大大降低了危險性。

美國麻省理工學院報道了用形狀記憶材料來固定骨折部位的方法。將二次成型后的聚乳酸制件放入帶有裂紋的骨髓腔內。利用消毒后的鹽水對其進行加熱，使骨髓腔內的形狀記憶材料恢復到最初的形狀，變得較厚，從而和骨髓腔的內表面緊密接觸而不會滑移，固定作用良好。

另外，形狀記憶高分子材料還在手術縫合，止血、藥物釋放體系、人工組織及器官以及抗原響應等許多新興的高技術領域得到應用。

3.2SMP在紡織工業中的應用

形狀記憶聚氨酯在紡織品中的應用形式既可以進行紡絲以賦予紗線記憶功能，也可以作為織物涂層劑，或作為整理劑對織物進行功能性整理。利用它的透氣性可受溫度控制的特性，在室溫下就可以改善織物的穿著舒適度。具有良好的防水透氣、抗褶皺、耐磨性能。

3.2.1在防水透氣織物中的應用[2]

形狀記憶聚氨酯的透氣性可受溫度控制，在響應溫度范圍附近其透氣性有明顯的改變：將響應溫度設定在室溫,則涂層織物能在低溫(低于響應溫度) 時因低透氣性起到保暖作用;在高溫(高于響應溫度) 時, 因高透氣性起到散熱作用。聚氨酯的分子間隔隨體溫的升高或降低而擴張或收縮,正如人體皮膚根據體溫張開或閉合毛孔一樣,起到調溫保暖的作用。薄膜的孔徑遠遠小于水滴平均直徑,因此還可起到防水效果,使織物在各種溫度條件下都能保持良好的穿著舒適性。日本三菱重工公司已有相關聚氨酯涂層織物“Azekura”的報道。

3.2.2在防皺整理中的應用[6]

利用聚合物的形狀記憶恢復功能,以此類織物紗線或經形狀記憶整理的織物制成的服裝,具有不同于傳統意義上的防皺功能。當此類服裝具有足夠強的形狀記憶功能時,服裝在常溫下形成的折皺可以通過升溫來消除折痕,回復至原來的形狀。我們甚至可以設計高分子并將響應溫度調在室溫或人體溫度范圍內,從而可即刻消除形成的折皺。

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3.3在數碼通訊產品中的應用

圖3 概念手機

如圖，這款手機的材料是具有形狀記憶功能的聚乳酸復合物（PLA）。聚乳酸(PLA)可稱為是一種生物塑料，無毒、無刺激，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，強度高，不污染環境，可塑性好，易于加工成型。應用聚乳酸材料制成的手機等設備不怕摔、擠、壓，但是畢竟屬于塑料制品，抗腐蝕性會受到一定局限，進一步研究后有待推出市場。

3.4 其他應用

3.4.1 “光驅動分子閥”

作為光能轉變為力能的轉換器，光致感應形狀記憶高分子凝膠不能產生很大的感應力。但是如果在多孔質的聚乙烯醇薄膜上接枝光致變色分子的凝膠，經此處理過的聚乙烯醇薄膜固定后，根據水的透過速度測定光照效果后我們可以發現：光照前，由于凝膠的小孔堵塞，水的透過速度很小；光照時，由于凝膠膨脹，水的透過速度增大6O倍；光照停止后，水的透過速度又減小。這就表明利用SMP材料的光照效應可制造可控啟閉閥。

3.4.2 “光緩釋劑”

高分子凝膠放入含有藥物的水溶液內，藥物則浸入凝膠中，然后取出凝膠。依據藥物從凝膠向水溶液的釋放速度受光照的影響情況來研究光照效果。結果表明，光的存在與否對藥物的釋放有顯著的影響。利用此效應，藥物以合適的速率和劑量放到人體病灶位置，可達到更好的醫療效果。

4應用展望

隨著SMP技術的愈加成熟，人們開始研制通過加溫處理使汽車外殼、機殼和建筑物某些部件自動除去凹痕的制品；同時還萌生了用形狀記憶聚合物制造機器人四肢的想法, 設想用跳躍來代替機器人現在那種步履蹣跚的行走方式。環保方面,將熱致感應形狀記憶高分子材料應用于環保,利用其形狀記憶特性回收電子產品的新思路也很有意義。設計用SMP材料替代電子產品的緊固件如螺釘、螺紋套管、夾子回收時通過加熱的方法自行脫落。解決電子廢棄物因體積較小、構造復雜而產生的處理困難的問題，同時實現回收利用, 節約成本, 減少電子廢棄物的環境污染。

參考文獻:

[1]楊青，鄭百林等.形狀記憶高分子材料記憶行為機理的理論分析[J].材料工程，2006年增刊1：492-494.

[2]胡金蓮,楊卓鴻.形狀記憶高分子材料的研究及應用[J].印染，2004，No. 3，44-47.

[3]朱光明.形狀記憶聚合物及其在生物醫學工程中的應用[J].生物醫學工程學雜志，2005，22(5):1082-1084.

[4]徐祖耀等.形狀記憶高分子材料[M].上海.上海交通大學出版社，2002年：314-340.

[5]李志宏等.形狀記憶高分子材料及其在醫療裝備中的應用[J].醫療衛生裝備,2007年9月第28卷第9期，26-28.

[6]韓永良等.熱致感應型形狀記憶高分子材料與纖維[J].合成纖維工業，2005，28.(1).

第2篇：高分子材料的取向范文

[關鍵詞]分形　自相似　分維　高分子

分形理論與耗散結構理論、混沌理論被認為是70年代科學上的三大發現。1967年曼德布羅特(b.b.mandelbort)在美國權威的《科學》雜志上發表了題為《英國的海岸線有多長?》的著名論文。指出海岸線在形貌上是自相似的，也就是局部形態和整體形態的相似。實際上，具有自相似性的形態廣泛存在于自然界及社會生活中，曼德布羅特把這些部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形(fractal)。并在此基礎上，形成了研究分形性質及其應用的科學，也就是現在的分形理論(fractaltheory)，自相似原則和迭代生成原則是分形理論的重要原則。

由于分形理論研究的特殊性，以及他在自然界應用的廣泛性，目前分形理論已迅速成為描述、處理自然界和工程中非平衡和非線性作用后的不規則圖形的強有力工具。自分形理論發展以來，國內外對分形理論在各方面的應用進行了大量的理論和實踐，材料學中也一樣，分型理論目前已滲透到了材料學的各個領域，尤其是高分子材料，下面就分形理論在高分子材料學中的應用做一淺議。

一、分形維數的測定方法

根據研究對象的不同，大致可以分為以下五類：改變觀測尺度求維數；根據觀測度關系求維數；根據相關函數求維數；根據分布函數求維數；根據頻譜求維數，分形在材料科學中應用時，一般應用的測定分維方法是：盒維數法、碼尺法和小島法。

二、分形理論在高分子結構中的研究

(一)高分子鏈結構中的分形

由于高分子尺寸隨鏈結構象而不斷變化，對這類問題的處理屬于統計數學中的“無規飛行”。但若從分形的角度來看，則高分子具有明顯的分形特征并可以跟蹤監測。對高分子中普遍存在的自回避行走也是如此，只是表現出不同的分形行為。又因為這類問題與臨界現象很相似，故我們亦能采用重整化群等有力工具。并且分數維的另一獨特功能是可靈敏地反映單個高分子的單個構象[4]。

(二)高分子溶液中的分形

由于高分子溶液中的大分子鏈使得其和普通液體在很多方面存在差異性，如普通液體所不具備的流變行為、應力傳輸等。在實際研究中。分形結構主要存在于高分子溶液中的凝膠化反應中，高分子溶液的凝膠化反應主要是指聚合物的凝膠化過程，是一種臨界現象，是介于晶態與非晶態之間的一種半凝聚態，這個過程中高分子鏈之間會形成的網絡結構，該結構是一類形狀無規、無序且不規整的錯綜復雜的體系。但該體系是可以用分形的方法研究的凝膠化反應，在亞微觀水平上存在自相似性。例如左榘等研究的苯乙烯一二乙烯的凝膠化反應。

(三)固體高分子中的分形

對于高分子材料，當固體高分子材料斷裂時，不同力學性質的材料將形成不同的斷面形貌，而斷面形貌一般為不規則形態，是一種近似的或統計意義的分形結構，可用分形理論進行分析表征，從而根據斷面的形狀定量評價材料的力學性能。而微孔材料中由于分布著大量微小的孔洞，這些微孔具有不規則的微觀結構，使得微孔材料無論在總體還是在局部都呈現出較復雜的形態，無法用傳統的幾何學理論進行描述，但可用分形幾何理論對微孔形態的復雜程度作量化的表征[5]。

(四)結晶高聚物中的分形

第3篇：高分子材料的取向范文

關鍵詞強磁場技術與應用產業化

六十年現了實用超導材料，八十年代出現了性質優良的釹鐵硼永磁材料，使人們可以不耗費很大的電功率獲得大體積持續的強磁場，發展超導與永磁強磁場技術是20世紀下半葉電工新技術發展的一個重要方面。在各國高能物理、核物理、核聚變，磁流體發電等大型科技計劃推動下，整個技術得到了良好的發展。低溫鈮鈦合金及鈮三錫復合超導線與釹鐵硼永磁材料已形成產業，可進行批量生產。人們已研制成功了15特斯拉以下各種場強，各種磁場形態，大體積的可長期可靠運行的強磁場裝置，積極推進著強磁場在各方面的應用。

1998年3月投入運行的日本名古屋核融合科學研究所的核聚變研究用的大型螺旋裝置（LHD）是當今超導磁體技術水平的典型代表。裝置本體外徑13．5m，高8.8m，總重約1600t，其中4.2K冷重約850t。它有兩個主半徑3．9m，平均小半徑0．975m，繞環10圈的螺旋線圈，三對內徑分別為3.2、5．4和10．8m的極向場螺管線圈，中心磁場前期為3特斯拉（4.2K），后期為4特斯拉（1．8K），磁場總儲能將達16億J。超導強磁場裝置需在液氦溫度下運行，從使用出發，努力減少漏熱以降低液氦消耗和研制配備方便可靠的低溫制冷系統有著重要的意義。經不斷努力改進，一些零液氦消耗和無液氦的超導磁體系統已在可靠的使用，它們只需配有小型的制冷裝置即可持續運行，不需專人維護，使應用范圍大大擴大。

我國在超導與永磁磁體技術方面也進行了長期持續的努力，奠立了良好基礎，研制成多臺實用磁體系統，有些已在使用，具備了按照需求設計建造所需強磁場裝置的能力。中國科學院電工研究所研制成功的磁流體發電用鞍形二極超導磁體系統（中心磁場4特斯拉，室溫孔徑0．44m，磁場長1m，磁場儲能8.8兆焦耳）和空間反物質探測譜儀用大型釹鐵硼永久磁體（中心磁場0.13特斯拉，孔徑1.lm，高0.8m）代表著我國當今的技術水平，無液氦磁體系統的研制工作也在積極進行中。

隨著超導與永磁強磁場技術的成熟，強磁場的多方面應用也得到了蓬勃發展，與各種科學儀器配套的小型強磁場裝置已形成了一定規模的產品，做為磁場應用技術的核磁共振技術，磁分離技術與磁懸浮技術繼續開拓著多方面的新型應用，形成了一些新型產品與樣機，磁拉硅單晶生長爐也成為產品得到了實際應用。

醫療用磁成像裝置已真正成為一定規模的產業，全世界已有幾千臺超導與永磁磁成像裝置在醫院使用，我國也有永磁裝置在小批量生產，研制成功了幾臺0．6—1．0特斯拉的超導裝置。除繼續擴大醫療應用外，正在努力開拓應用磁成像裝置于工業生產過程監測與食品選擇，最近，日本進行了用于檢測西瓜糖含量與空穴及用于辨別Salmon魚雌雄性的實驗，取得了有意義的結果。用于高嶺土提純的超導高梯度磁選機已有十余臺在生產運行，磁拉硅單晶生長爐也已開始使用，但尚未形成規模，中國科學院電工研究所與低溫工程中心曾在九十年代初研制成功超導磁分離工業樣機，試制成功了兩套單晶爐用超導磁體系統，為產品的形成奠定了基礎。

總起來說，超導與永磁磁體技術已經成熟到可以提供不同場強，形態的大體積強磁場裝置，開始形成了相應的高技術產業，但大規模產業的形成與發展還有賴于積極地進一步開拓強磁場應用，特別是可能形成大規模市場產品的開拓，根據不完全的了解，目前主要進行的工作有：

1在材料科學方面

（1）熱固性高分子液晶材料強磁場下的性能及應用。國際上在0～15特斯拉磁場范圍內對高分子液晶材料的取向行為、熱效應、磁響應特性、固化成型過程等方面進行了研究，并作其力學性能和磁場的關系的定量分析，應用前景十分看好。

（2）功能高分子材料在強磁場作用下的研究。國際上高電導率的高分子材料、防靜電及防電磁輻射高分子材料的研究和應用取得了很大進展，某些材料纖維的電導率經強磁場處理后，可達銅電導率的1／10，是極具潛力的二次電池材料。在防靜電服和隱形技術方面電磁波吸收材料已用于軍工領域。

（3）強磁場下金屬凝固理論與技術研究。

（4）NdFeB永磁材料的強磁場取向。在NdFeB永磁材料加壓成型過程中，采用4～5特斯拉強磁場取向，可大大提高性能，國外已開始實際應用。

2在生物工程與醫療應用方面

（1）血液在強磁場下性能的改變及對生物體的影響。國際上研究了人體及動物的全血的強磁場下的取向行為及其作用的主體——血紅細胞的作用機制；血液在強磁場下流變性能的變化；血纖維蛋白質在強磁場下的活性變化及對生物代謝作用的影響；人血在強磁場中所受磁力、磁懸浮特性和光吸收特性。

（2）蛋白質高分子在強磁場下的特性及其應用。國際上研究了磷脂中縮氨酸在強磁場下的取向作用；肌肉細胞蛋白質在磁場中的磷代謝過程；神經肽胺酸在強磁場下的結構改變及蛋白質酰胺與氫的交換等。

（3）醫療應用。除繼續發展人體成像系統外，近年來國際上還研究了在4—8特斯拉強磁場下血纖維蛋白質的活性以及對血管中血栓溶解的影響；強磁場及磁場梯度對血纖維蛋白的溶解過程的影響；強磁場對動物血細胞的活性及其對心肌保護特性的影響；外加磁場對血小板流動性能的影響及其在醫療上的應用等。

3在工業應用方面

除繼續積極進行強場磁分離技術、磁懸浮技術的發展與應用外，近年來，國際上還研究了磁場對石油滯粘性能的影響及對原油的脫蠟作用；研究了磁場對水的軟化作用及改善水質的作用；研究了外加磁場對改善燃油燃燒性能及提高燃值的作用；通過在強磁場中的取向提高金屬材料的強度和韌性；通過表面吸出排除雜質、提高金屬質量等。

4在農業應用方面

第4篇：高分子材料的取向范文

摘要：材料是當今社會三大支柱產業之一，也是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類進步的一個重要里程碑。新教材在高一教材中介紹了高溫結構陶瓷、光導纖維、C60等新型無機非金屬材料；在高二教材中介紹了金屬陶瓷、超導材料等金屬材料，功能高分子材料、復合高分子材料等新型有機高分子材料；高三教材中氯堿工業里新型的離子交換膜等。材料是科學技術的先導，沒有新材料的發展，不可能使新的科學技術成為現實生產力。

展望世界未來的發展，經濟學家認為：以知識為主要勞動生產資料的產業，將成為未來商品生產的主流。在知識經濟的新時期里，為增強國力，化學課程需要用什么內容教育學生，應當實現什么價值，是規劃二十一世紀中學化學教育藍圖必須回答的首要問題。本文結合高中化學新教材（試驗本），從哲學價值論的觀點，來研究高中化學教育里的價值定位問題。

1 非科學角度的化學教育價值觀

按照教育價值的定義，化學教育價值有兩種含義：（1）化學教育中的內蘊價值，它討論社會對化學教育的需要或藍圖規劃問題，化學教育應該在學生身上實現哪些價值，即化學教育的目標是什么，“教什么”。全日制高級中學化學教學大綱（供試驗用）明確指出，全日制高級中學化學教學的目的是：“……。使學生進一步學習一些化學基礎知識和基本技能，了解化學與社會、生活、生產、科學技術的密切聯系以及重要應用，教育學生關心環境、能源、衛生、健康等與現代社會有關的化學問題；……培養他們的科學態度和訓練他們的科學方法；培養和發展學生的能力以及創新精神……；進行思想品德和辯證唯物主義教育。”（2）化學教育的功能價值，它討論怎樣的教學活動才具有教育上的價值，即教師“怎么教”、學生“怎么學”才能使學生有效地獲得化學教育中的內蘊價值。從化學教育的整體過程看，化學教育實踐有活動目標和活動手段需要研究，所以必然包括化學教育的價值目標和價值目標實現的基本策略這兩個價值子系統。

以上的化學教育價值分類只具有相對性，不應該絕對化。因為價值是客觀的，是從主體和客體之間的供需關系中產生的，因而價值應是主觀需要和客觀可能的辯證統一。如在化學教育活動中，應根據化學教育的總體目標和學生的認知規律和知識水平，因人施教，因時施教，形成一定的目標遞進層次結構。無論是在課程規劃、教材編寫、教法研究，還是具體的課堂教學活動中，都必須應用辯證統一的價值觀，指導化學教育的價值活動。

2 高中化學新教材的價值取向分析

化學教育目標的確定，決定于化學教育的價值取向。而被教育者又是教育形式、方法所服侍的價值主體。所以，化學教育價值研究，成了化學教育理論與實踐的必備基礎。從八十年代以來，國際化學教育會議的研究主題就是強調化學教育的價值：（1）化學是未來世紀的中心學科；（2）化學教育要向公眾普及，化學教育既包括未來化學家的教育，也包括非化學家的教育；（3）化學教育要聯系社會；（4）化學教育要在能源、環境、材料以及生命科學中發揮重要作用。

就高中化學而言，我國傳統的化學教育觀認為：化學教育是培養具有化學專長的人才，僅關心提高課程內容的理論水平，和化學學科知識技能的傳授，而不考慮大多數人提高化學素質的需要及創新能力的培養，致使大多數人學了化學用不上或不會用。他們缺乏化學的綜合素質和創新意識，不了解化學與社會、化學與材料、化學與能源、化學與環境、化學與生命科學等的密切關系?！度罩破胀ǜ呒壷袑W教科書（試驗本）化學》（以下簡稱新教材）在改革化學學術性課程的同時，更強調了社會、生活、生產、科學技術的創新對化學的需要，體現了由純化學學科走向應用技術與化學相結合的現代化學教育價值觀。因此，新教材的化學教育目標，不僅限于培養繼承傳統化學知識技能的人，更包括了提高全體公民的素質，培養學生的創新精神和實踐能力，最終達到提高綜合國力的目的。為此，高中化學新教材在價值定位上做了幾項重要改革：

1 化學與新材料、新技術

材料是當今社會三大支柱產業之一，也是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類進步的一個重要里程碑。新教材在高一教材中介紹了高溫結構陶瓷、光導纖維、C60等新型無機非金屬材料；在高二教材中介紹了金屬陶瓷、超導材料等金屬材料，功能高分子材料、復合高分子材料等新型有機高分子材料；高三教材中氯堿工業里新型的離子交換膜等。材料是科學技術的先導，沒有新材料的發展，不可能使新的科學技術成為現實生產力。通過對新材料的學習，使學生明確學習化學的目的，提高學習興趣。

2化學與能源

能源也是現代社會三大支柱產業之一。隨著人類經濟活動的日益增大，人們對能源的需求急劇增加?；瘜W反應所釋放的能量是現代能量的主要來源之一，研究化學反應中能量變化具有非常現實的意義。高中化學新教材首次在化學教學中滲透了能量觀點，如，在高一化學第一章里提出如何提高燃料的利用率，開發新能源等與社會相關的問題。在鹵素中新增了“海水資源及其綜合利用”，在幾種重要金屬中增加了“金屬的回收和資源保護”，在原電池一節介紹了化學電源和新型電池等?；瘜W與能量、能源觀點的建立，不僅僅是為了教育學生節約能源，樹立環境保護意識，更側重培養學生創新意識和創新能力，增強社會進步責任感。尤其是在第二輪新教材改革中增加了一些開放性問題的研究，有利于培養學生的創新能力、實踐能力、團結協作能力等。

綜上所述，面對知識經濟的挑戰，聯系當前社會發展的實際，對于化學教育價值的研究投以探索的目光，是組建化學教育價值體系的一種科學方法，對研究化學教學的觀念、模式以及改革有著重要的指導意義。學校里的化學教育，無論是從理論還是從實踐的角度來看，都是一個大型的人文系統工程。按照系統論的觀點，它應該包括價值目標、時空環境、價值手段、過程監控和評估反饋等結構環節。以上僅是從高中化學新教材的價值目標和價值手段上進行的一些粗淺的探討，不足之處，敬請斧正。

參考文獻：

第5篇：高分子材料的取向范文

1111總體上，逐次拉伸法是將擠出的pp片材先經過縱向拉伸、后橫向拉伸來完成二次取向過程。生產過程中主要控制的工藝參數有生產線速度、溫度、拉伸比等。   1111bopp薄膜質量控制指標包括彈性模量，縱、橫向的抗張強度、斷裂伸長率、熱收縮率，摩擦系數，濁度，光澤度等，這些指標主要體現薄膜的力學性能和光學性能，它們與pp高分子鏈的聚集狀態如取向、結晶等有密不可分的聯系。   2 取向 1111由于聚合物分子具有長鏈的結構特點，聚合物成型加工過程中，在外力場的作用下，高分子鏈、鏈段或微晶會沿著外力方向有序排列，產生不同程度的取向，形成一種新的聚集態結構-取向態結構，致使材料在不同方向上的機械力學、光學和熱力學性能發生顯著變化。   1111bopp薄膜生產中的取向主要包括流動取向和拉伸取向。   2．1 流動取向[3]   1111流動取向發生在擠出口模中，bopp薄膜生產通常使用衣架型模頭，pp熔體在口模中成型段的流動近似為狹縫流道中的流動，在靠近流道壁面處熔體流動速度梯度大，特別是模唇處溫度較低，在拉伸力、剪切應力的作用下，高分子鏈沿流動方向伸展取向；熔體擠出時，由于溫度很高，分子熱運動劇烈，也存在強烈解取向作用。因此流動取向對bopp薄膜性能的影響相對較小。   2．2拉伸取向   1111bopp薄膜生產過程中的取向主要發生縱向拉伸和橫向拉伸過程，在經過縱向拉伸后，高分子鏈單軸縱向取向，大大提高了片材的縱向機械性能，而橫向性能惡化；進一步橫拉之后，高分子鏈呈雙軸取向狀態如圖2所示，因此可以綜合改善bopp薄膜的性能，并且隨分子鏈取向度提高，薄膜中伸直鏈段數目增多，折疊鏈段數目減少，晶片之間的連接鏈段增加，材料的密度和強度都相應提高，而伸長率降低[4]。但在橫拉伸預熱及橫拉伸時，由于溫度升高，分子鏈松弛時間縮短，利于解取向，加上橫向拉伸力的作用，會在一定程度上損害分子鏈的縱向取向度，導致薄膜的縱向熱收縮率減小。    

1111為了制得理想的強化薄膜，拉伸取向過程中，溫度、拉伸比、拉伸速度等工藝參數的控制非常重要[5]。bopp雙向拉伸通常在玻璃化轉變溫度tg至熔融溫度tm之間進行，如縱向拉伸溫度一般為80-110℃，橫向拉伸溫度為120-150℃，在給定的拉伸比和拉伸速度下，適當降低拉伸溫度，分子伸展形變會增大，粘性變形就會減小，有助于提高取向度；但過低的溫度會降低了分子鏈段的活動能力，不利于取向；在熱拉伸取向的同時，也存在著解取向的趨勢，因此拉伸之后應迅速降低溫度，以保持高分子鏈的定向程度。一般來說，在正常的生產溫度下，取向程度隨拉伸比的增大而增加，而隨拉伸速度的增加，拉伸應力作用的時間縮短，從而影響取向的效果。   3 結晶   1111晶態結構是高聚物中三維有序的最規整的聚集態結構，結晶是bopp生產加工過程中不可回避的問題，pp結晶的速度、結晶的完善程度、結晶的形態、晶體的大小等對生產工藝、薄膜性能都有非常重要的影響。   3．1結晶對生產工藝調整的影響   1111均聚pp有α、β、γ、δ和擬六方共五種晶系，其中α晶系屬單斜晶系，是最常見、最穩定的結晶。pp結晶貫穿著從熔體擠出到時效處理等bopp生產的整個過程。為了提高成膜性，pp擠出時采用驟冷鑄片，以控制結晶的生成，降低結晶度；在雙向拉伸時要求結晶速度較慢，以利于拉伸取向，較早、較快的結晶和較大的結晶顆粒都有可能導致破膜[6]；在橫拉后熱處理定型階段，為了提高剛性和強度，要求產生并加速結晶。   1111pp的最大結晶速率的溫度大約為0.85tm（也可以根據dsc測定的結果確定），溫度越高或越低如在tm或tg附近，越難結晶，在拉伸過程中要防止預熱、拉伸時結晶度急劇增加，因此不要在pp最大結晶速度的溫度區域內選擇拉伸溫度，最好在結晶開始熔融、分子鏈能夠運動的溫度下進行拉伸，即最大結晶速度的溫度到熔點之間。實際生產時應根據pp的熱力學特性來相應地調整生產工藝。   3．2結晶對bopp性能的影響   1111薄膜中pp的結晶度和晶體尺寸對bopp薄膜的機械力學性能和光學性能有重要影響。結晶度高則強度高，韌性差；晶體尺寸小而均勻，有利于提高薄膜的力學強度，耐磨性、耐熱性，提高薄膜的透明度和表面光澤度。   1111雙向拉伸過程中的結晶有著高聚物聚集態結構特殊性的一面，存在取向與結晶互生現象，即取向導致結晶，結晶中有取向。拉伸取向引起晶片傾斜、滑移延展，原有的晶片被拉伸細化，重排為取向態，形成取向的折疊鏈晶片、伸直鏈晶或球晶轉變為微纖晶狀結構等。因此薄膜的綜合性能進一步得到強化。   1111如研究表明，拉伸取向導致分子鏈規則排列，產生均相晶核，誘導拉伸結晶，形成串晶互鎖結構，可以大大提高取向方向pp的力學性能[7]；雙向拉伸也可以使pp中可能產生的較大顆粒晶體破碎，從而減小晶體尺寸，提高透光率，降低霧度。如pp經雙向拉伸后，霧度下降50%[8]。   1111從結晶的角度來看，要生產高質量的bopp薄膜，應盡量減小pp晶體的尺寸，一般可以從兩個方面考慮，其一，工藝調整，如各段的冷卻速度、溫度、拉伸比、拉伸速度等；其二是配方，如主料pp的選擇、成核劑的使用等。   1111在pp高性能工程化和透明改性方面，如何使pp結晶微細化、均質化也是重要改性途徑之一。   參考文獻 [1] 朱新遠，我國bopp薄膜現狀及專用料的開發，廣州化工，2000，28（1）：28

[2] 中國包裝技術協會塑料包裝委員會第六屆委員會年會暨塑料包裝新技術研討會論文集2002年3月，蘇州

[3] 尹燕平，雙向拉伸塑料薄膜，北京：化學工業出版社，1999

[4] 金日光，華幼卿，高分子物理，北京：化學工業出版社，1991

[5] 吳耀根，鄭少華，王云等，專利，cn1169911a

[6] 湯明，王亞輝，秦學軍，bopp專用料結構表征及性能研究，塑料加工應用，1999，（2）：1

[7] 申開智，胡文江，向子上等，聚丙烯在單向拉伸力場中形成雙向自增強片材及其結構與性能的研究，高分子材料科學與工程，2002，18（1）：145

[8] 李軍，王文廣，高雯，塑料透明改性，塑料科技，1999，129（1）：21

  吳增青，男，1958年3月出生，高級工程師，長期從事塑料成型加工研究。

第6篇：高分子材料的取向范文

    【論文摘要】針對高分子物理課程的特點,作者在高分子物理課堂教學中,從高分子物理歷史背景、基本概念公式、理論聯系實際并結合典型案例以及充分利用多媒體四個方面闡述了如何提高高分子物理課堂教學效果,并培養學生的專業學習興趣和專業思維能力。

    高分子物理是研究高分子的結構、性能及其相互關系的學科,它與高分子材料的合成、加工、應用等都有非常密切的內在聯系,是高分子專業的一門非常重要的專業基礎課程。本課程的學習對學生深入掌握專業基礎知識和基本技能有著深遠的影響。然而高分子物理具有概念多而抽象、結構紛繁而復雜、性能多變等特點被公認為高分子專業最難講和最難學的專業課。不少學生認為高分子物理理論性強、數學推導多等,因而課堂上缺乏足夠學習興趣。另外一些學生反應平時課堂上能夠聽懂老師授課內容,但是在實際中遇到高分子物理具體問題,感覺不知如何解決等問題。針對以上存在的典型問題,高分子物理老師對該課程教學進行改革研究,探索各種教學方法如案例教學、啟發式、問答式互動教學等。作者所在學校將此課程安排在大學三年級的第一學期進行,此階段的學生對于該專業的認識還比較局限,筆者在高分子物理課堂教學中采取了一些適合本專業特點的方法和措施,以提高教學效果,培養學生的專業學習興趣、積極性和專業思維能力。在此過程中,作者有以下一些體會和感受。

    1注重高分子物理史的講解

    高分子物理的每個概念、公式,都有其出現的時間和年代,都是為解決一定的問題而提出的。適當講授高分子物理史,幫助學生通過高分子物理歷史訊號和高分子物理科學家認識高分子物理,有助于學生了解本學科的發展,積累一定的感性認識。比如在講解高分子的鏈結構高分子鏈的交聯時,引入橡膠硫化的發明史:兩千五百年前亞馬遜河流域的印地安人將橡膠樹汁徐在腳上,發明了橡膠靴子,不過一天后靴子會逐漸解體,直到1839年,Goodyear將橡膠原汁加入硫,使橡膠分子發生交聯制造出穩定的橡膠,開啟了橡膠工業的時代。另外,結合本系涂料專業特色,給學生介紹目前涂料的發展前沿自愈合涂料,其基本原理是高分子之間通過氫鍵作用產生物理交聯.通過以上講解使學生認識到交聯的重要性及對材料性能的影響,體會高分子物理的魅力,同時也擴大了學生的知識面,加深學生對高分子物理知識的理解。

    2深入淺出地講授基本概念、基本公式

    基本概念多是高分子物理課程的一個突出特點,一些概念高度抽象、不好理解,這對于剛剛接觸高分子物理的學生們來說,理解起來有相當的難度。如果在講解過程中,照本宣科,學生不僅印象不深,還會出現前學后忘,而且容易把概念相互混淆。那么,如何達到“多而不亂”、“多而不忘”的學習效果呢?以“高分子鏈無規線團”概念為例,課本上的定義比較抽象,難理解,在講課時可以將其具體化,并以Staudinger當時認為高分子鏈是硬梆梆的竿子,但這并不能顯示橡膠的彈性特性,Kuhn提出高分子鏈象意大利面條一樣有彈性、柔韌性的長鏈分子,以上高分子鏈形象生動的比喻加深了學生對高分子鏈構象的理解。再以“玻璃態和橡膠態”概念為例,把高分子鏈段比作蛇,因為蛇是冷血動物,其體內熱量主要來自周圍的環境,在溫度低的時候被凍僵保持不動以節省能量,這種狀態這有點類似高分子的玻璃態,在溫度高的時候從外界獲得能量可以運動,這點與聚合物的橡膠態類似,以上比喻使學生很容易理解玻璃態和橡膠態聚合物的鏈段運動情況,而且印象深刻不容易忘記。又如交聯橡膠彈性的統計力學應力一應變狀態方程非常重要,它將聚合物微觀結構與其宏觀力學性能聯系起來,課本上推導比較復雜,步驟多、公式多,不好理解而且容易忘。事實上只要抓住內能對橡膠彈性的貢獻為零,橡膠彈性的本質是嫡彈性,按照以下思路推導,思路比較清晰而且好理解,學生也就很容易理解公式中各參數的物理意義。

    3理論聯系實際并結合典型案例教學

    高分子物理理論性強,應用性也很強,高分子物理教材限于篇幅主要闡述基本原理、基本理論、等方面的內容,應用方面講得比較少。對于教師在講授這些基本知識的時候,不能只是簡單的以課本上高度概括的語言來描述,應注意理論聯系實際,并穿插豐富的,不斷更新的例子來說明,這樣可以使學生能夠更好的理解和掌握高分子物理。如在聚合物的液晶態一節中課本上對著名的芳綸纖維聚對苯二甲酞對苯二胺(杜邦公司的商品名為Kevlar)介紹較少,在講解中可以詳細分析該聚合物結構與性能的關系,其由剛性長分子構成而且其分子鏈沿長度方向高度取向,并且分子間有很強的氫鍵作用,其強度是鋼絲的5-6倍,因此由該纖維組成的織物能防止子彈的穿過,因此可用來做防彈背心。此外,該液晶態聚合物熔點在500℃以上,很難熔融加工,結晶性很強也很難溶解,杜邦公司Stephanie Kwolek選用復合溶劑N一甲基毗咯烷酮和少量無機鹽氯化鈣使其溶解,而氯化鈣的作用主要是破壞分子間的氫鍵,從而解決了溶解問題,以上案例使學生深刻的理解了液晶聚合物的結構與性能,而且還了解了其溶解的原理和加工的方法。作者主要從事有機無機納米復合材料的研究,積累了一些有關納米復合材料結構與性能的照片、數據與樣品。在“高分子玻璃化轉變、結晶、高分子的力學行為、粘彈性”等章節中列舉了較多的本課題組的研究成果和體會,不僅使學生加深了對多組分體系結構與性能的了解,還引發了同學對科研的興趣,使學生認識到學習理論的重要性,提高了學習的主動性。

    4充分運用多媒體教學

第7篇：高分子材料的取向范文

我國在住宅建筑節能設計方面雖有所進展，但住宅建筑節能設計方面還存在很多問題。比如:建筑節能的設計方式落后單一，對于住宅建筑節能設計只涉及到對房屋護進行保溫設計，對于住宅房屋的熱工參數，只能依靠供貨廠家提供的說明，對于可再生能源利用缺乏成果和經驗等等。對于節能設計的問題我們應該理性的面對，積極的研討解決。

2住宅建筑節能設計實現的成本

目前我國住宅建筑節能設計主要重視保溫和采光材料的選擇，而達到節能要求的材料很多時候價格比較高，在使用過程中因成本控制選擇低廉的材料，往往會使得節能設計的理念和效果不能完全的實現。另外住宅建筑節能設計忽視了建筑施工的成本，雖然達到了節能的效果，但房屋建筑施工成本過高也不能完全符合節能住宅的要求。我國還處在住宅建筑節能發展的初期，隨著住宅建筑節能市場競爭，要想在建筑行業中搶占先機，就要大力推進住宅建筑產業的發展，完善相關的節能法規和標準，國家給予相應的支持與扶持，保證節能設計得以實現。

3策略性優化住宅建筑節能的設計要點

3.1改變住宅建筑屋面的結構

住宅建筑屋面在熱量傳導中占有較大的比重，是造成住宅建筑內外熱交換的主要結構，在住宅建筑節能設計中要策略性地提高屋面結構的保溫效果，通過改變住宅建筑屋面結構，如倒置式屋面，推行屋面綠化的方式來改造屋面結構形式，建立保溫層和阻斷層，提高住宅建筑屋面的節能效果。此外住宅建筑屋面結構的調整還可以通過屋面角度設計、表面材料替換的方式來實現能源消耗的控制，進而實現住宅建筑節能設計的目標。

3.2創新住宅建筑圍護結構的節能設計

圍護結構是住宅建筑的外部結構，其能耗占比整個住宅建筑能耗的四分之一，在住宅建筑節能設計里應該控制圍護結構的尺寸和面積，降低住宅建筑的周長，縮小住宅建筑圍護結構的外部空間，進而控制住宅建筑的能源損失。在住宅建筑圍護結構中采用新型結構，將高分子材料一填充物的形式加注于圍護結構之中，降低住宅建筑的能要損失；也可以多選用輕質保溫材料作為圍護結構的主要材料，起到隔音、隔熱、保持室內環境的效果，同時減輕對建筑物的附著和壓力，控制住宅建筑的形變和裂縫，控制住宅建筑能耗過高的可能；還可以通過住宅建筑圍護結構的內外設置調整實現節能，在溫度低的區域可以將圍護結構的保溫層設計于外側，降低墻體內產生返霜、冷凝的現象；在溫度高的區域可以將圍護結構的保護層設計于內側，控制建筑物室內的溫度上升。

3.3優化住宅建筑門窗的節能設計

門窗是住宅建筑重要的建筑元素，是住宅建筑的功能結構和組成部分，同時也是住宅建筑能耗發生的重要部位。門窗導熱、滲透都會造成住宅建筑能耗上升。住宅建筑節能設計中應該做好：一，控制住宅建筑門窗面積，實現節能設計的效果，將門窗與墻面的比例控制在科學的范圍內，降低住宅建筑室內外溫度交換的面積，減少住宅建筑室內熱能的損失。二，提高住宅建筑門窗的密閉設計，可以在設計中采用新材料進行門窗的密閉，例如：選用高性質泡沫材料，利用高分子材料的擠密性和密封性來降低門窗與墻體之間的縫隙，堵塞外部空氣滲透的孔道；門窗材料選擇中，可以選用松軟、彈性大的密封膠條和泡沫封條，實現門窗材料上預防熱能損失；門窗制作中采用彈壓的方式，密閉玻璃和門窗之間的縫隙，起到對門窗的良好封閉效果

3.4利用太陽能實現住宅建筑節能設計目標

太陽能對于住宅建筑來講是取之不盡的清潔能源，只要在設計中通過必要的設計就可以起到利用太陽能，達到住宅建筑節能的效果，特別在廣袤的華北、西北和東北地區，促進太陽能產品達到住宅建筑節能設計的理念已經深入到住宅建筑節能設計工作的實際。新時期，在住宅建筑節能設計的細節和關鍵環節要突出對太陽能的深度理念，要講求太陽能的利用效率，同時做到太陽能設施與住宅建筑能夠做到和諧、統一、美觀。倡導住宅建筑與太陽能設施的一體化，有機地整合建筑節能和用能目標，突破住宅建筑設計在傳統形式上的結構和功能阻礙，堅定住宅建筑節能取向，在降低住宅建筑能耗，控制住宅建筑成本的同時，為節能提供新的空間、系統和結構。

4結語

第8篇：高分子材料的取向范文

關鍵詞：磁化學；無機合成；有機化學；環境保護

文章編號：1005－6629(2007)11－0053－04中圖分類號：O441 文獻標識碼：E

磁現象普遍存在于物質世界。20世紀初，電磁學奠基者法拉第就發現磁場與化學之間有著密切的聯系，并首先提出了磁化學的概念。經過數十年的努力，磁化學在實驗技術上有了很大進步，靈敏度高、分辨率強，大型儀器（核磁、順磁、磁天平等）的廣泛應用，直流、交流、脈動磁場的實施，超高磁場（40T以上）的建立，開辟了控制化學過程的新途徑，促進了磁化學的基礎理論研究和在化工領域的應用研究。

1磁場的特性及其對化學反應影響機理

1.1 磁場的特性

（1）磁場的能量較低。在化學化工中應用的場強一般都在1T以內，其能量一般只是粒子熱運動能量的萬分之一到百萬分之一，與化學鍵的鍵能相比，也差2~3個數量級。

（2）磁場能對任何置于其中的磁極或電流施加作用力。物質的本質是電性的，無論原子、分子，都是由帶負電的電子在某種原子核的正的庫侖場中運動，所以從微觀機理上看，磁場必然要對置于其中的運動的帶電微觀粒子（電子、質子、各種離子等）產生不同程度的影響，產生影響的作用力是洛侖茲力。洛侖茲力的計算公式見式(1)：

F的大小與磁感應強度B成正比，但方向總是與帶電粒子運動方向垂直，說明它不能改變帶電粒子的運動速率和動能。

1.2 磁場影響化學反應的機理

洛侖茲力本身的特性決定不能賦予體系能量，因而不能直接以能量因素影響化學反應，但它可以改變粒子的運動方向。化學反應是伴隨著電子運動狀態的改變而發生的化學鍵的斷裂和形成過程，每一舊鍵的斷裂和新鍵的形成都是軌道間的分裂和疊加的結果，軌道狀態及變化趨勢直接關系著鍵交換的可能性和形成的鍵的穩定性，若變形發生在有利于軌道疊加的方向，則可以加強對反應體系至關重要的離域效果，加速化學反應或降低活化能，若變形不利于反應需要的疊加方向，也可能對化學反應起負作用。磁場除了對前線軌道伸展狀態施加影響外，還可能由于變形產生極化效應，影響其解離的快慢和程度，從而影響化學反應速度。

參加化學反應的物質，根據組成物質分子在分子軌道中的電子配對或未配對，它在磁場中產生的效應不同，可把物質分為順磁性、反磁性和鐵磁性三類物質。

具有磁矩的分子表現為順磁性，外磁場會影響磁性分子的取向，亦即影響反應體系的熵。對于磁矩為零的分子或原子，其反磁性總是存在的，磁場亦可在一定程度上影響其取向；另一方面，類似于非極性分子的“瞬時偶極矩”一樣，磁矩為零的分子也有可能存在“瞬時磁矩”，從而使磁場對其取向施加影響。根據化學反應的過渡狀態理論，反應速率常數k的大小見式(2)：

可見，除了濃度、溫度影響反應速率外，還有兩個結構因素：活化焓（在液、固態反應時，約等于活化能）和活化熵能影響化學反應，即一個能量因素、一個熵因素。由于磁場對反應體系能量的影響一般較小，主要是影響分子、原子及電子的自旋方式和自旋取向，即影響反應體系的熵，從而影響反應速率。

除了上述基于量子化學基礎上的影響反應速率的過渡態機理外，磁場影響化學反應的機理還有多種，如自由基對機理，三重態-三重態機理，三重態-偶極子對機理和三重態機理等。

2 磁場在化學化工中的應用

磁化學分為無機磁化學、有機磁化學、生物磁化學和醫療磁化學等。本文僅介紹應用磁效應較多的一些具體的化工過程。

2.1無機磁化學合成

2.1.1合成氨

朱傳征等進行了常壓下磁場對合成氨催化反應的影響研究，結果發現，當控制N2與H2流速比為1∶3，預還原合成氨催化劑A體積為3.538mL，磁場能提高合成氨反應的反應速率和轉化率，這種關系并非線性，在低磁場下有一個最佳的磁場強度范圍（150~300mT），最大轉化率可達0.356%。上述效應的產生，主要是在磁場影響下，還原態的α-Fe晶體Weiss磁疇最小，導致順磁性的FeO超飽和，磁滯損失增大，飽和磁化減小，致使催化劑活性增加，從而提高轉化率。

2.1.2 合成無機功能材料

人工晶體是非常重要的電子、光子材料，而生長大尺寸及高質量的晶體材料一直是各類晶體材料制備的關鍵技術。1966年Chedzey 和Vecch各自獨立地通過磁場阻抑湍流實驗表明，外加磁場可提高晶體的微觀均勻性。上世紀70年代末，人們發現磁場對Si單晶生長中引入晶體的氧濃度影響很大。1982年，Hoshikawa在0.1T的磁場下，從熔體中生長的硅單晶的溶質條紋減少，同時Suzuk與其合作者也報道了在側向磁場下生長出無位錯5cm直徑的摻硼Si單晶。梁歆桉、金蔚青等通過實時觀察的方法研究了磁場對KNbO3晶體的生長邊界層及形貌的影響，發現磁場可部分抑制KNbO3熔體中的浮力與運動對流效應，使得隨磁場強度的增大熔體中溫度梯度減小，有利于氧化物晶體的生長。

2.1.3 合成性能優異的金屬材料

磁場能顯著影響鐵基合金的相變過程，馮光宏等進行的磁場處理對微合金鋼的相變過程研究表明，磁場處理對微合金鋼由奧氏體向鐵素體的轉變過程產生影響，一是增加了鐵素體的形核率，二是提高了晶粒的長大速度。由于磁場對鐵素體形核率的影響效果顯著，縮短了相變時間，最終得到細晶組織。穩恒磁場還可使低碳鋼的晶粒細化，使材料組織的均勻度提高。脈沖磁場處理則是一種新的非熱處理型降低焊接結構中殘余應力的方法。低頻磁處理能大大提高各種刀具和汽車輪機的使用壽命，這也是由于磁處理降低了工具中殘余應力所帶來的結果。

2.2 有機磁化學

2.2.1 酯化反應

外磁場對乙酸乙酯的合成有催化作用：

CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O (3)

酯化反應③經0.35T的磁場處理后，乙醇的NMR化學位移發生了變化，乙酸的電導率增加了0.201μs?cm-1，酯凈增率超過50%，反應速度加快。

根據此原理，可用磁場催化白酒的老熟。酒在磁場作用下，酒中的極性分子鍵受磁場影響，加速了極性分子的定向排列，使得各成分之間的化學反應容易進行，促進了酒中的酯化、氧化和締合，使酒中的高級醇、醛類的含量降低，酸、酯的含量增加，減少了自由乙醇分子數，使酒迅速達到穩定狀態，變得醇和香且雜味減小，從而達到催陳老熟的效果。經過一次磁化處理的酒，其自然老熟期可縮短3~4個月，使釀酒費用大為降低。當然，磁化老熟與自然老熟效果還是有一定的區別。

2.2.2 蔗糖轉化

蔗糖轉化為D-葡萄糖和D-果糖的反應一般需要在酸或酶的催化下進行。金增瑗等研究了磁場對蔗糖轉化的影響。結果發現，不同濃度HCl催化，未經磁化與經過磁化（B=0.30T）的蔗糖在轉化反應中旋光度到達零的時間不同，其中以2mol?L-1的HCl效果最好，磁化后到達旋光度為零的時間比未經磁化時間縮短18.25%。B=0.30T以下，隨場強增加，反應速率常數增加，說明磁場從動力學上影響了反應的進程，但高于0.30T以后反應速率常數趨于一定值。

蔗糖分子的構象見圖1：

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圖1 蔗糖分子的構象

蔗糖轉化反應的速率常數在適當的磁感應強度下有所增加，原因是1個半縮醛氧原子在磁場的作用下接受H+的能力變強，變強的原因應歸結于洛淪茲力改變了電子的運動狀態，促使分子磁矩發生旋進，造成1個半縮醛醚氧的軌道伸展狀態發生了有利于接受H+變形，促進過渡態半椅式糖苷陽離子的形成，從而加快了反應的進行。

2.2.3基本有機合成

磁場主要用來控制反應的路徑，從而有選擇地獲取所需的產物。如丁基鋰與芐基氯在溶液中進行的熱化學反應，可按式(4)進行：

式(4)中， A，B分別代表丁基和芐基；M為堿金屬原子；X為鹵素原子；A?、B?為兩個自由基，兩個自由基上方的橫線代表籠，表示兩個自由基處于籠中。此反應進一步進行有兩種可能：若發生籠內的重合，則產生化學結構不對稱的產物AB，若從籠中逸出，進行籠外反應，則會生成對稱產物AA，BB并按一定比例生成AB，在上述反應中施加磁場，就可用磁場來控制籠內與籠外產物的比例。

2.2.4 合成有機高分子材料

磁場對聚合反應的作用主要表現在影響聚合物的平均分子量、聚合產率、反應速率和立體構型等方面。黃駿廉等研究了磁場作用下異戊二烯在四氟乙烯-丙烯共聚物表面的光引發接枝反應。四丙共聚物是一種具有良好的化學穩定性和熱穩定性的含氟聚合物。將異戊二烯接枝于四丙共聚物表面，可將四丙共聚物的優良性能與含雙鍵聚合物的可反應性結合起來，開發出具有特殊功能的含氟高分子材料，但常規方法接枝，接枝率低，當相同體系的反應在外磁場中進行時，異戊二烯的接枝率提高得很快，且接枝鏈中3,4-聚合的產物大大增加。

蔡林濤等研究了外加磁場對苯胺電聚合過程的影響，發現當磁場方向垂直電極表面時，在0.58T處聚合速度約為無磁場時的2倍，當磁場方向平行電極表面時，隨磁場強度增大至0.7T時，聚合速度約為無磁場影響下的2.4倍。此外一些液晶型聚合物通過磁場取向拉伸法能使一種聚合物在某一方向上的電導率增加約100倍，且能改變聚合物的光學和機械性能。

2.3 環境磁化學

2.3.1 防垢與除垢

磁場對水的表面張力和活性、對水溶液中陽離子和陰離子、對水溶液體系中的各種微粒以及溶解結晶平衡等均有不同的影響。Grutsch J F等研究發現，利用磁處理能成功地控制CaCO3和CaSO4垢的沉積，將磁技術用于供暖系統等許多裝置的冷凝器，發現不再形成污垢，早先形成的鍋垢，則會溶解而被排出。

Dcren的研究表明，磁處理后的晶核增長受到抑制，成核速率卻大大增加，從而能生成更多的不規則的晶體。Donadson J D等的研究表明，在CaCO3溶液蒸發沉淀過程中，磁處理能使方解石和文石的比例由無磁場作用時的80:20變為20:80，文石結晶較疏松，不易結垢。

2.3.2磁分離技術

磁分離技術是利用水中雜質顆粒的磁性進行分離的，對于水中非磁性或弱磁性的顆粒，則可利用磁性接種技術使它們具有磁性而將其分離除去。如含Cr6+、Ni2+、Zn2+、Co2+、Cu2+、Sn4+、Hg2+、Mn2+、V4+、Ti3+等重金屬離子的工業廢水，不易分解和自然氧化，可用磁凝聚分離法去除。先加硫化物使重金屬離子與S2-反應生成沉淀，加Fe3+，調節溶液pH，再添加磁種，通過Fe(OH)3膠體的橋連作用與磁種結合，使磁種間靜電作用力減少，易于絮凝而形成較大的絮團，最后通過磁濾讓重金屬組分隨磁種濾出。

高梯度磁分離器則以高飽和磁密不銹鋼聚磁鋼毛或帶銳背的薄鋼板作為聚磁介質，當水中污染物對鋼毛的磁力作用大于其粘性阻力和重力作用時，污染物被截留在鋼毛介質上，在切斷磁路后，磁力消失，被鋼毛介質捕集到的污染物用水或氣水反沖洗下來，從而達到從廢水中去除污染物的目的。

2.3.3防治大氣污染

汽車尾氣中有害氣體排放物對環境的污染日益嚴重。俞明等進行了燃油磁化對發動機排放與節能影響的試驗研究，對裝夾于化油器入口處和懸浮于油箱中兩種類型的燃油磁化方式與無磁化狀況分別進行了對比試驗，結果表明：兩種磁化方法均使CO減少，懸浮油液的磁化方式對HC的排放效果沒有明顯影響，燃油經濟性隨狀況的變化而變化；而將磁化器裝夾于化油器入口處時，HC排放量和燃油經濟性均有一定的改善，可見，燃油磁化作用可以通過改變燃油特性，影響燃燒過程，進而降低發動機有害氣體的排放量。

3結語

磁化學作為一門新興的學科，有著廣泛的應用前景。目前，磁化學作用機理研究的較深入的領域主要在有機磁化學方面，如建立在自由基對理論之上的磁動力學理論。而有關磁場對水溶液體系的無機化學反應或結晶化學平衡等影響的機理，爭議較多且不夠深入。磁化學的應用研究還較多停留在實驗室階段和經驗性階段，應加強其基礎理論和開發應用的研究，以便設計出特殊的反應途徑，開拓新的反應通道，合成出用其他手段難以奏效的功能產物，從而使磁化學在化工領域發揮更大的作用。

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第9篇：高分子材料的取向范文

關鍵詞:含氟丙烯酸酯，乳液聚合，共聚

氟是迄今為止所知的電負性最大的元素，其原子共價半徑（0.064nm）僅比氫原子稍大，所以當碳氫鍵（C—H）上的氫被氟取代后，氟原子和碳原子形成的碳氟鍵（C—F）的鍵能增加了63kJ/mol[1]。同時由于氟原子核對核外電子及成鍵電子云的束縛作用較強，C—F鍵極性小，含有C—F鍵的聚合物分子間作用力較低［2］（例如PTFE的分子間作用力為32kJ/mol，而大多數聚合物的分子間作用力為4-40kJ/mol)，因而表面能低，具有非粘著性、自性、憎水憎油性。又由于氟原子可極化性小，所以折射率小，可用作光學材料。

由于材料領域對材料性能要求不斷提高，氟樹脂領域的研究十分活躍，至今，已有各種含氟樹脂材料的合成工藝被開發出來并應用到彈性體、泡沫塑料、涂料等產品中，力學性能及表面性能都很好的含氟丙烯酸酯材料更是近年國內外研究的熱點。

1含氟丙烯酸酯聚合物乳液聚合研究現狀

全氟丙烯酸酯聚合物是在原聚合物的側鏈上引入全氟基團，由于全氟側鏈取向朝外，對主鏈及內部分子形成“屏蔽保護”，氟原子的電子云把碳碳主鍵很好地屏蔽起來，保證了碳碳鍵的穩定性，使得全氟丙烯酸酯類聚合物物理性能穩定，耐久性及抗化學藥品性好。上世紀80年代出現的全氟丙烯酸酯聚合物乳液由于具有優異的表面特性，耐候性及環境友好性，已經在建筑涂料，紡織工業以及其他重要領域得到廣泛的應用[3－5]。

含氟丙烯酸酯聚合物合成多為自由基聚合，所用引發劑大多數是水溶性過硫酸銨、過硫酸鉀（鈉），但也有用氧化還原體系或油溶性引發劑（如偶氮二異丁氰AIBN）來合成高性能含氟聚合物乳液的相關報道。目前的合成方法多采用乳液聚合，但也有本體聚合[6～10]、溶液聚合[11,12]等其它傳統聚合方法的報道。近年來由于環境問題日益受到重視，出現了無污染的以超臨界CO2為分散介質的多相分散聚合[13]以及微波、等離子體引發聚合體系[14]。

含氟丙烯酸酯聚合物乳液可以通過常規乳液聚合方式來制備。Linemann等[15]用乳液聚合的方法在氮氣氛圍中制得了聚丙烯酸四氫全氟癸酯和聚甲基丙烯酸四氫全氟癸酯。在聚合中使用的是固體引發劑（V-50），乳化劑為C18TAB，最后得到的乳液的平均粒徑為191nm。Thomas等[16]用微乳液聚合的方法合成了甲基丙烯酸全氟烷基酯與丙烯酸丁酯的共聚(BuA/FMA,98.6/1,4)，最后得到的共聚物粒子的平均粒徑為64.2nm。Boitevin[17]比較了丙烯酸四氫全氟辛酯和甲基丙烯酸四氫全氟辛酯的均聚物以及與甲基丙烯酸嗎啉代乙基酯的共聚物，發現均聚時全氟丙烯酸酯的反應活性要比其甲基丙烯酸酯的類似物高，但共聚時則相反。并且全氟丙烯酸酯單體的活性隨著間隔基團長度的增加而增加，可能跟全氟側鏈失電子效應的減弱有關。

由于含氟單體價格昂貴，目前所合成的含氟丙烯酸酯聚合物乳液主要是將含氟單體和丙烯酸酯類單體或其它乙烯類單體通過乳液共聚合而制得。該方法合成條件簡單、操作易控，可制得穩定的共聚物乳液，產物防水性、防油性、耐候性及耐腐蝕性較好。Shimokawa等[18]采用常規乳液聚合法將丙烯酸酯、丙烯酸和（甲基）丙烯酸氟烷基酯進行共聚，合成了防水防油性能優良的含氟丙烯酸酯乳液共聚物。Yamaguchi及Robert等[19,20]將含氟烷基丙烯酸酯、含硅烷甲基丙烯酯、甲基丙烯酸酯（甲基丙烯酸十二烷基酯，甲基丙烯酸羥乙酯）等，通過乳液共聚合制得了防水、防油性能優異的含氟、硅共聚物乳液。Yamaguchi等[21]以F3C(CF2)7(CH2)2O2CC(CH3)CH2,CH3(CH2)11O2CC(CH3)﹦CH2和馬來酸為單體，以AIBN為引發劑進行自由基共聚制得乳液。Shirnokawa等[22]將丙烯酸-(全氟辛基)乙酯、甲基丙烯酯丁酯、丙烯酸按5：90：5的質量比混合，通過乳液聚合得到含氟水乳液。Chen[23]與其同事采用IPTI-A復合乳化劑（含有兩種非離子乳化劑和一種陽離子乳化劑），以RfCH2CH2OC(O)CH﹦CH2(Rf﹦C6F13～C14F29、C18H37OC(O)C(CH3)C﹦CH2為單體和2甲羥基丙烯酰胺交聯劑進行共聚，并且利用小角度X射線散射技術研究了聚合物的表面形態，討論了其對聚合物斥水斥油性的影響。鄧寶祥等[24]以全氟丙烯酸酯和十二醇丙烯酸酯為原料，采用自由基引發乳液聚合方法，以二元單體共聚合成了含氟聚合物乳液，并討論了乳化劑、引發劑的類型及用量，分散體系等的影響。湖北大學的陳艷軍等[25]以丙烯酸全氟烷基酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯為單體原料，在陰離子乳化體系中采用一次投料方式制備了含氟丙烯酸酯的三元共聚物乳液，發現聚合中使用較少的氟單體就能大大提高乳膠膜對水的接觸角。Linemann等[26]發現TMAFMphase實驗法是分析含氟涂料成膜形態及膜微結構的一種有效方法，并用此法測試了聚甲基丙烯酸全氟辛基乙酯乳液與聚丙烯酸丁酯共混乳液的成膜條件，結果表明在高于含氟組分熔點的溫度下，退火工藝有利于含氟組分在膜表面富集，這為制備含氟量低、污染小的防水涂料提供了理論依據。

Park等[27,28]首先利用鏈轉移劑(HOCH2CHSH)制備端羥基的寡聚甲基丙烯酸甲酯，再和丙烯酰氯?；铣蒔MMA單體。接著PMMA大單體與甲基丙烯酸全氟烷基乙酯（FMA）在以V-50和NP-50分別作為引發劑和乳化劑的條件下，制備了PMMA與PFMA的接枝共聚物，發現當FMA的含量(FMA/MMA,wt)大于0.01時，PFMA-g-PMMA與水的接觸角大于100°。要比二者的無規共聚物平均高出10°左右，這是因為后者分子鏈中甲酯側基阻礙了全氟基團在外層的堆積。

2含氟丙烯酸酯聚合物乳液聚合的研究熱點

對于含氟丙烯酸酯聚合物來講，空氣和其界面間的分子間作用力十分低，導致聚合物固體的表面自由能極低，一般很難被有機溶劑和水潤濕，而且表面還趨于不粘性和低摩擦系數。己有的研究表明氟化丙烯酸酯聚合物的表面性質，如拒水性、拒油性、自潔性等，是由于高聚物中的全氟鏈段朝空氣伸展，占據聚合物/空氣界面的緣故。另外全氟側鏈還可保護聚合物的內部分子，從而提高了高聚物的耐候性。但是含氟丙烯酸酯單體的價格十分高，過多的使用該類單體勢必會提高改性后的丙烯酸酯聚合物的價格。因此合成上只要能使氟化組分中的全氟側鏈盡可能多的位于聚合物和空氣界面上,即可制得性能好、含氟量低的氟化丙烯酸酯聚合物,從而降低含氟丙烯酸酯聚合物的制備成本。目前有效地使含氟組分位于氟化丙烯酸酯類聚合物和空氣界面上,以降低體系的表面張力的方法主要有以下幾種:

(1)將丙烯酸酯與全氟丙烯酸酯進行無規、接枝、嵌段共聚,后兩種方法都可在FA單體用量不超過1時,使共聚物的表面性能達到PFA均聚物的水平。華東理工大學的李鯤郭建華等人[29]就是通過“活性”聚合的技術,得到了結構精確控制的含氟共聚物.通過原子轉移自由基聚合方法（ATRP）使得含氟結構單元以嵌段的形式連接于碳氫主鏈的末端,從而使含氟結構的效能達到最大化。

(2)在上述方法的基礎上

設計具有特殊粒子形態的聚合物乳液,如在聚合的過程中將氟化單體采用延時滴加工藝,將少量含有長鏈全氟烷基的氟化單體共聚到其它乙烯基聚合物的主鏈上,制備以含氟組分為殼,丙烯酸酯組分為核的核殼型聚合物乳液。在成膜時,核和殼相在膜中完全分散,由于疏水性和表面張力的不同,含氟的殼相會優先遷移到表面,使體系的表面能降低。此種方法以ParkI-J,LeeS-B等人所做工作最具代表性[27,28,]。(3)使用含氟復合乳化劑配成乳化體系，可以有效地提高乳液的穩定性，增加含氟單體進入大分子鏈的能力，提高體系的表面性能。Suzuli等[30]就是使用陽離子型的含氟表面活性劑和不含氟的陽離子型表面活性劑復合作為乳化劑代替常規乳化劑，將丙烯酸酯、羥甲基丙烯酰胺、丙烯酸氟烷基酯通過乳液共聚合，制備穩定性很好的熱固性含氟丙烯酸酯共聚物乳液。

（4）采用反應型乳化劑或反應型引發劑，減少乳化劑用量或不用乳化劑，采用微乳液合成方法，可以大大減小乳液粒徑，提高體系的穩定性。

3展望

(1)由于材料領域對材料新性能的要求越來越高，對于具有優異耐侯性能和獨特表面性能的含氟丙烯酸酯的研究和應用值得關注。

(2)今后含氟丙烯酸酯的發展重點應該集中在：隨著對含氟丙烯酸酯的理論探討進一步深入，完善共聚物中氟鏈段結構與表面性能改善關系的理論解釋；開發氟化丙烯酸酯的新產品和新工藝，確保在較低含量的氟單體用量的情況下達到較好的表面性能。

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