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關鍵詞:高分子材料可降解生物
我國目前的高分子材料生產和使用已躍居世界前列,每年產生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解,以盡量減少對人類及環境的污染。生物可降解材料,是指在自然界微生物,如細菌、霉菌及藻類作用下,可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便,只要保持干燥,不需避光,應用范圍廣,可用于地膜、包裝袋、醫藥等領域。生物可降解的機理大致有以下3種方式:生物的細胞增長使物質發生機械性破壞;微生物對聚合物作用產生新的物質;酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。按照上述機理,現將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。
1、生物可降解高分子材料概念及降解機理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下,能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。
生物可降解的機理大致有以下3種方式:生物的細胞增長使物質發生機械性破壞;微生物對聚合物作用產生新的物質;酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為,高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先,微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合,通過水解切斷高分子鏈,生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后,降解的生成物被微生物攝入人體內,經過種種的代謝路線,合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量,最終都轉化為水和二氧化碳。
因此,生物可降解并非單一機理,而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用,相互促進的物理化學過程。到目前為止,有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外,高分子材料在機體內的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關外,還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。
2、生物可降解高分子材料的類型
按來源,生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類,有醫用和非醫用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1微生物生產型
通過微生物合成的高分子物質。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物可降解性,可用于制造不污染環境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產的“Biopol”產品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低,強度及耐熱性差,無法應用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點較高,強度好,是應用價值很高的工程塑料,但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結構的共聚物,這種共聚物具有良好的性能,又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質素等均屬可降解天然高分子,這些高分子可被微生物完全降解,但因纖維素等存在物理性能上的不足,由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求,因此,它大多與其它高分子,如由甲殼質制得的脫乙酰基多糖等共混制得。
2.4摻合型
在沒有生物可降解的高分子材料中,摻混一定量的生物可降解的高分子化合物,使所得產品具有相當程度的生物可降解性,這就制成了摻合型生物可降解高分子材料,但這種材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的開發
3.1生物可降解高分子材料開發的傳統方法
傳統開發生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通過化學修飾和共混等方法,對自然界中存在大量的多糖類高分子,如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性,可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足,但一般不易成型加工,而且產量小,限制了它們的應用。
3.1.2化學合成法
模擬天然高分子的化學結構,從簡單的小分子出發制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物,這些高分子化合物結構單元中含有易被生物可降解的化學結構或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應條件苛刻,副產品多,工藝復雜,成本較高。
3.1.3微生物發酵法
許多生物能以某些有機物為碳源,通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發酵法合成產物的分離有一定困難,且仍有一些副產品。
;3.2生物可降解高分子材料開發的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料,得益于非水酶學的發展,酶在有機介質中表現出了與其在水溶液中不同的性質,并擁有了催化一些特殊反應的能力,從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。
3.3酶促合成法與化學合成法結合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性,而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量,因此,為了提高聚合效率,許多研究者已開始用酶促法與化學法聯合使用來合成生物可降解高分子材料新晨
4、生物可降解高分子材料的應用
目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途:(1)利用其生物可降解性,解決環境污染問題,以保證人類生存環境的可持續發展。通常,對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法,但這幾種方法都有其弊端。(2)利用其可降解性,用作生物醫用材料。目前,我國一年約生產3000多億片片劑與控釋膠囊劑,其中70%以上是上了包衣的表皮,其中包衣片中有80%以上是傳統的糖衣片,而國際上發達國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片,因此,我國的片劑制造水平與國際先進水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素,羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。
參考文獻:
【關鍵詞】功能材料;高分子;現狀;發展
材料是人類賴以生存和發展的物質基礎,是人類文明的重要里程碑,如今有人將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱。進入本世紀80年代以來,一場與之相適應的“新材料革命”蓬勃興起。功能材料是新材料發展的方向,而功能高分子材料占有舉足輕重的地位,由于其原料豐富、種類繁多,發展十分迅速,已成為新技術革命必不可少的關鍵材料[1]。
1.功能高分子材料
功能高分子材料在其原有性能的基礎上,賦予其某種特定功能。諸如:化學性、導電性、光敏性、催化性,對特定金屬離子的選擇螯合性,以及生物活性等特殊功能,這些都與在高分子主鏈和側鏈上帶有特殊結構的反應基團密切相關。
2.功能高分子材料的研究現狀
在原來高分子材料的基礎上,可將功能高分子材料分為兩類:一類是以改進其性能為目的的高功能高分子材料;另一類是為賦予其某種新功能的新型功能高分子材料[2]。
2.1高功能高分子材料
2.1.1化學功能高分子材料
化學功能高分子材料通常具有某種化學反應功能,它將具有化學活性的基團連接到以原有主鏈鏈為骨架的高分子上。離子交換樹脂是一種帶有可交換離子的活性基團、具有三維網狀結構、不溶的交聯聚合物,在水中具有足夠大的凝膠孔或大孔結構,由于它具有高效快速分析和分離功能,目前已廣泛用于硬水軟化、廢水凈化、高純水制備、海水淡化、溶液濃縮和凈化、海水提鈾,特別是在食品工業、制藥行業、治理污染和催化劑中應用的更為廣泛。
2.1.2光功能高分子材料
在光的作用下,實現對光的傳輸、吸收、貯存、轉換的高分子材料即為光功能高分子材料。近年來,在數據傳輸、能量轉換和降低電阻率等方面的應用增長迅速。感光性樹脂由感光基團或光敏劑吸收光的能量后,迅速改變分子內或分子間的化學結構,引起物理和化學變化。光致變色高分子具有光色基團,不同波長的光對其照射時會呈現不同的顏色,而當其受到特定波長照射后又會恢復為原來的顏色。利用這種可逆反應可以實現信息的存儲、信號的顯示和材料的隱蔽,應用前景十分誘人。
2.1.3電功能高分子材料
依據材料的結構和組成,可將導電高分子分為兩大類:一類是依靠高分子結構本身所能提供的載流子導電的結構型導電高分子,在電致顯色、微波吸收抗靜電、等領域顯示出廣闊的應用前景。另一類是高分子材料本身不具有導電性能,依靠添加在其中的炭黑或金屬粉導電的復合型導電高分子,具有制備方便,實用性強的特點,在許多領域發揮著重要的作用,常用作導電橡膠電磁波屏蔽材料和抗靜電材料。
2.1.4生物醫用高分子材料
生物醫用高分子包括醫用高分子和藥用高分子兩大類。
醫用高分子材料材料科學應用于生物醫療的交叉學科,將加工后的無生命的材料用來取代或恢復某些組織器官的功能。醫用高分子材料作用于人體必須具備生物相容性、化學穩定性、耐腐蝕老化、易于加工等優點,主要用于人工器官、治療疾患、診斷檢查等醫療領域中。目前,醫用功能高分子材料在心血管的植入、局部整形和眼睛系統的矯正等方面獲得了較大成果。
新型高分子藥物,具有緩釋、長效、低毒的特點,分為兩類:一類藥物即為高分子本身,可以直接用作藥物,也可以通過合成獲得某些療效。另一類高分子藥物高分子本身沒有藥用價值,而是作為藥物的載體,以離子鍵或共價鍵的形式連接具有藥理活性的低分子化合物,制成高分子藥物控制釋放制劑。一方面達到將最小的劑量在作用于特定部位產生治效的目的;另一方面使藥物的釋放速率可控,在提高療效的同時降低了毒副作用[3]。
2.2新型功能高分子材料
2.2.1高吸水性高分子材料
近年來開發的高吸水性樹脂是一種新型功能高分子材料,它可吸收自身重量數百倍至上千倍的水,自身含有強親水性基團同時具有一定交聯度。此外,高吸水性樹脂的保水性能極好,即使受壓也不會滲水,而且具有吸收氨等臭氣的功能。高吸水性樹脂在石油、化工、輕工、建筑等部門被用作堵水劑、脫水劑、增粘劑、密封材料等;在農業上可以做土壤改良劑、保水劑、植物無土栽培材料、種子覆蓋材料,并可用以改造沙漠,防止土壤流失等;在日常生活中,高吸水性樹脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋墊、一次性尿布等。
2.2.2 CO2功能高分子材料
在不同催化劑作用下,以CO2為基本原料與其他化合物縮聚成多種共聚物。其中研究較多、已取得實質性進展、并具有應用價值和開發前景的共聚物是由CO2與環氧化合物通過開鍵、開環、縮聚制得的CO2共聚物脂肪族碳酸酯。把長期以來因石化能源燃燒和代謝而排放的污染環境、產生溫室效應的CO2視為一種新的資源。利用它與其他化合物共聚,合成新型CO2共聚物材料,對解決當今世界日趨嚴重的CO2含量增高等問題有重要的現實意義。
2.2.3形狀記憶功能高分子材料
形狀記憶功能材料的特點是形狀記憶性,它是一種能循環多次的可逆變化。即具有特定形狀的聚合物受到外力作用,發生變形并被保持下來;一旦給予適當的條件(力、熱、光、電、磁),就會恢復到原始狀態。根據不同的觸發材料記憶功能的條件,可將其分為電致型、光致型、熱致型和酸堿感應型。形狀記憶高分子材料是高分子功能材料研究新分支,在電子、印刷、紡織、包裝和汽車工業中具有良好的發展前景。
2.2.4生態可降解高分子材料
隨著人類對環境的重視,材料的可降解性成為新的性能指標,因此生態可降解高分子材料受到廣泛重視。目前我國生態可降解性高分子材料的發展還處于復制和仿制國外產品的初級階段,國外產品占據主要市場。高分子的降解主要是各種生物酶的水解,其中聚乳酸類高分子是已開發應用于生命科學新型生物可降解材料,盡管已形成了多個品種,但目前應用的生物可降解材料在生物相容性、理化性能、控制其降解速率和緩釋性等方面仍存在較多問題,有待進一步研究[4]。
3.開發功能高分子材料的重要意義
功能高分子材料其獨特的功能和不可替代的特性已帶來各個領域技術進步,甚至質的飛躍,且在各行業已產生相當高的經濟和社會效益,并導致許多新產品的出現。隨著人們對有機高分子材料研究的逐步深入和加強,功能高分子材料的方向包括兩方面:一方面,改進通用有機高分子材料,在不斷提高它們的使用性能的同時,擴大其應用范圍。另一方面,與人類自身密切相關、具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強。因此,功能高分子材料是未來材料科學與工程技術領域的重要發展方向,必將影響人類的生產和生活產[5]。
【參考文獻】
[1]張恒翔,蔡建,邱莎莎.功能高分子材料在軍用包裝中的應用[J].包裝工程,2011,(23):60~62.
[2]楊曉紅,王海英.新型有機高分子材料發展[J].科技資訊,2009,(4):7.
[3]楊北平,陳利強,朱明霞.功能高分子材料發展現狀及展望[J].廣州化工,2011,(6):17~18.
【關鍵詞】 高分子材料 可降解 循環利用
1 生物可降解高分子材料的含義及降解機理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下,能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。生物可降解的機理大致有以下三種方式:生物的細胞增長使物質發生機械性破壞;微生物對聚合物作用產生新的物質;酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為,高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先,微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合,通過水解切斷高分子鏈,生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后,降解的生成物被微生物攝入人體內,經過種種的代謝路線,合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量,最終都轉化為水和二氧化碳。因此,生物可降解并非單一機理,而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用,相互促進的物理化學過程。到目前為止,有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外,高分子材料在機體內的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關外,還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。
2 生物可降解高分子材料的類型
按材料來源,生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類,有醫用和非醫用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1 微生物生產型
通過微生物合成的高分子物質。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物可降解性,可用于制造不污染環境的生物可降解塑料。
2.2 合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低,強度及耐熱性差,無法應用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點較高,強度好,是應用價值很高的工程塑料,但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結構的共聚物,這種共聚物具有良好的性能,又有一定的生物可降解性。
2.3 天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質素等均屬可降解天然高分子,這些高分子可被微生物完全降解,但因纖維素等存在物理性能上的不足,由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求,因此,它大多與其它高分子,如由甲殼質制得的脫乙酰基多糖等共同混制。
2.4 摻混型
在沒有生物可降解的高分子材料中,摻混一定量的生物可降解的高分子化合物,使所得產品具有相當程度的生物可降解性,這就制成了摻合型生物可降解高分子材料,但這種材料不能完全生物可降解。
3 生物可降解高分子材料的研發
3.1 傳統方法
傳統利用生物可降解高分子材料的方法主要包括:天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發酵法等。(1)天然高分子的改造法。通過化學修飾和共混等方法,對自然界中存在大量的多糖類高分子,如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性,可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足,但一般不易成型加工,而且產量小,限制了它們的應用。②化學合成法。模擬天然高分子的化學結構,從簡單的小分子出發制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物,這些高分子化合物結構單元中含有易被生物可降解的化學結構或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應條件苛刻,副產品多,工藝復雜,成本較高。(2)微生物發酵法。許多生物能以某些有機物為碳源,通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發酵法合成產物的分離有一定困難,且仍有一些副產品。
3.2 酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料,得益于非水酶學的發展,酶在有機介質中表現出了與其在水溶液中不同的性質,并擁有了催化一些特殊反應的能力,從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。
3.3 酶促合成法與化學合成法結合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性,而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量,因此,為了提高聚合效率,許多研究者已開始用酶促法與化學法聯合使用來合成生物可降解高分子材料。
4 結語
隨著高分子材料合成與加工的技術進步,生物可降解高分子材料在各行業得到廣泛、深入的應用。生物可降解高分子材料助劑、樹脂原料和加工機械一起組成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。此外,加工工藝水平、配方技術以及相關配套服務設施也成為完美展現制品性能的不可或缺的因素。我國生物可降解高分子材料工業起步較晚,發展遲緩,難以適應目前的發展趨勢,必須借助行業發展,探索一條具有中國特色的工業之路。在消化、吸收、仿制國外先進品種和技術的基礎上,針對不同行業要求和特點,開發出高效、多功能、復合化、低(無)毒、低(無)污染、專用化的生物可降解高分子品種,提高規模化生產和管理能力,改變目前行業規模小、品種少、性能老化且雷同、針對性(專用性)差、性能價格比明顯低于國外同類產品、創新能力低下、污染嚴重、無序競爭的局面,一些新型功能的生物可降解高分子材料的發展時間不長,消費量較低,卻帶來了產業新的突破點和增長點,豐富完善了整個體系,其高技術含量和巨大的增幅顯示了強大的生命力,創造一個投入產出比明顯高于其他化工產品的新產業。
關鍵詞:高分子 材料阻燃技術 應用 發展
中圖分類號:TQ31 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)10(b)-0198-02
高分子可燃材料具有優良的性能,其應用的范圍也越來越廣,特別是在建筑、交通、家具、電子電器等行業領域被大量使用,美化和方便了人們的環境和生活,獲得了顯著的經濟效和社會效益,已逐漸代替傳統材料。然而大多數該分子材料都易燃、可燃材料,在燃燒時熱釋放速率快、火焰傳播速度快、發熱量高、不易熄滅,還產生大量濃煙和有毒氣體。隨著高分子材料的廣泛應用,其潛在的火災危險性大大增加,因而如何提高高分子材料的阻燃性能,成為當前消防工作急需解決的一個問題。
1 高分子阻燃技術應用
1.1 高分子阻燃材料分類
關于阻燃高分子材料目前尚無明確分類,通常可按照獲取阻燃性能的方式劃分,可將其分為本質阻燃高分子材料和非本質阻燃材料兩種。一種是材料本身具有阻燃性;另一種是通過加入添加阻燃劑獲得阻燃性能。非本質阻燃材料可根據阻燃劑添加方式分為添加型阻燃高分子材料和反應型高分子材料。所謂添加型阻燃高分子材料,即在高聚物加工過程中,將阻燃劑以物理方式分散于基材中而賦予材料的阻燃性;反應型阻燃高分子材料的阻燃劑是在高聚物的合成中加入的,它作為一種單體參與反應,并結合到高聚物的主鏈或支鏈上,使高聚物含有阻燃成分[1]。
1.2 高分子阻燃技術
阻燃劑是用于提高材料抗燃性,即阻止材料被引燃及抑制火焰傳播的助劑。在現代化社會中,阻燃劑具有著諸多的類型,旨在能夠為了切實滿足不同環境下的防火需求,就其所包含的類型來看,主要可以分為以下3種。
第一種,是有機阻燃劑,主要用于針對有機物的燃燒預防,比如包括磷酸酯、鹵系和紡織物等等,具有著耐久性的特點。
第二種為無機鹽類阻燃劑,包括的產品主要有氯化銨、氫氧化鋁等等材料,這種類型的阻燃劑具有著無煙、無毒與無害的優勢,因此成為了目前應用領域最為廣泛的一種阻燃劑。
第三種為有機和無機混合類型的阻燃劑,這種類型的阻燃劑通常被科學界認為是無機阻燃劑的升級版,擁有著和無機阻燃劑同等的優勢,但相對來說具有著較高的成本,因此并未普及應用。而從不同阻燃劑的阻燃元素上看,又可以劃分為幾種,包括鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑和硅系阻燃劑等,其各自有著相應的優勢和缺點,但依然憑借著不同的特點被廣泛應用于不同的防火領域當中[2]。
受到近些年科學技術飛速發展的影響,高分子材料的阻燃技術水平也獲得了突破性的發展,包括阻燃劑微膠囊技術、交聯與接枝改性等等,無論是何種新技術的應用,其作用原理都大體相一致,區別主要在于對人工合成技術的依賴程度有所不同,最明顯的技術優勢更是在于對傳統材料阻燃之后所產生的有毒有害氣體的轉化,最具代表性的便是現代阻燃技術領域的納米技術應用,不僅能夠有效降低阻燃過程中各類反應對環境的污染,同時更憑借較高的技術水平全面提高了阻燃技術的安全性。
1.3 高分子材料燃燒及阻燃技術應用機理
高分子材料在空氣中受熱時,會分解生成揮發性可燃物,當可燃物濃度和體系溫度足夠高時,即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個過程,涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產物在固相及氣相中的擴散、與空氣混合形成氧化反應場及氣相中的鏈式燃燒反應等一系列環節。當高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解,且分解產生的可燃物達到一定濃度,同時體系被加熱到點燃溫度后,燃燒才能發生。而己被點燃的高分子材料在點燃源穩定后能否繼續燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當供給燃燒產生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需的總熱量時,高分子材料燃燒才能繼續,否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機理可看出,阻燃作用的本質是通過減緩或阻止其中一個或幾個要素實現的。其中包括6個方面:提高材料熱穩定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、形成重質氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前常采用的阻燃劑行為主要是通過冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學途徑來實現。燃燒和阻燃都是十分復雜的過程,涉及很多影響和制約因素,將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為某一種是很難的,一種阻燃體系往往是幾種阻燃機理同時起作用[3]。
2 高分子材料阻燃技術的研發動向分析
2.1 高分子材料阻燃技術的現代化發展體現
在現代工業領域當中,阻燃材料憑借著自身所具有的阻燃優勢,已經獲得了越來越廣泛的發展前景。傳統的添加阻燃劑,在熱量不斷加升的同時,其有毒氣體也將被釋放出來,產生有毒氣體將會嚴重危害心肺功能,因此,在傳統阻燃劑中,也相應增加了磷酸酯等化學物質,以便于通過磷酸酯來提升材質的氣體吸附能力,相比較來講磷氮化合物擁有更加高等的吸附能力,正是由于添加型阻燃劑中存在以上不同的化學物質,因此,阻燃劑安全系數也將被提升。由此也就確定了磷系阻燃劑的地位。伴隨著現代技術的發展各類阻燃產品均獲得了良好的發展應用空間,各類阻燃產品的優勢也開始越來越突出,由于阻燃材質中的阻燃性能受到影響,才最終達到阻燃的實際效果。相對來講,阻燃技術也通過阻燃劑的化學功能,改變其傳統的分子結構,以至于實現阻燃價值。因此,阻燃技術應具備一定的高分子材料脫水碳化功能,并在此基礎上,吸收相關的有毒氣體,當值在材料燃燒中,產生有毒氣體,威脅相關人員的生命健康。對此應當進一步加大對現有阻燃劑的研發力度,并在科學技術的支撐作用下對現有的阻燃劑進行改善與功能領域的創新,使現有的阻燃劑能夠具備傳統的阻燃性能優勢,還同時具有更多的現代化功能比如耐熱、抗輻射等等[4]。
2.2 高分子阻燃材料的綠色發展趨勢
高分子阻燃材料的綠色發展方向已經開始被充分重視,其是社會的現代化發展需要,阻燃劑在各個行業領域當中的應用量有著明顯的增加,所有新材料與新產品的更新換代頻率都在不斷加速。而與此同時,人們的環保意識也在不斷提升,因此,阻燃劑的技術發展方向也開始逐漸趨向于綠色化發展。尤其是近些年社會開始重點關注對可持續發展的建設,由此直接決定了阻燃劑的發展需要契合生態的關系。目前,國際當中已有一部分發達國家開始致力于從環保角度出發來限制對污染環境阻燃劑的生產與使用,該文認為,這樣的現狀本質上也是對人們生命財產安全負責的另一種形式。不可否認,中國作為生產制造大國,高分子產業的發展具有著顯赫的地位,在國際阻燃材料飛速發展的大勢所趨之下,消防部門同時出臺了新的規定,旨在為阻燃材料的科學化更新提供明確的方向指引。在當前市場競爭激烈的形式下,阻燃技術的開發在外界的推動下有了技術上的提高。尤其是低毒低煙、無鹵高效的環保阻燃劑更是起到了不可估量的作用。綜上,不管是鹵系阻燃劑還是無鹵阻燃劑,其必然趨勢都是向環保型無鹵阻燃劑發展,發展方向都以低毒化、環保化、高效化、多功能化為主[5]。
3 高分子材料阻燃技術的優化改革動向
當前,對于阻燃技術的研究,我國還有待加強,在相關技術研發力度,以及自主研發等環節,相對于國外先機技術仍然存在較大的進步空間。但根據我國當前研發技術來講,已經較傳統技術提升了許多。近些年國家積極進行科研技術支持,在研究經費中,研究技術中,積極給予幫助,使得各項技術研發工作中逐漸擴大,研發力度也逐漸加深,在國家技術支持上,當前各項技術研發應用皆取得了良好的成績,阻燃技術便是其中一項,在國家的扶持幫助下,阻燃技術應用價值逐漸得到挖掘,阻燃技術研發也漸漸深入到人們的視野之中。
由從傳統阻燃技術當前的阻燃技術研發,期間經歷中眾多變遷,最早阻燃技術是由物理作用的幫助喜愛,實現對氧氣的阻隔,最終達到阻燃的效果,當前新型阻燃技術的研發,使得性質阻燃上升至化學反應界面中,通過對材質化學分子的改變,使得可燃性材質逐漸具備阻燃技術,從融合阻燃逐漸轉變成為無機阻燃,并在阻燃技術研發的過程中,更加注重了對有害有毒物質的處理,通過添加可吸附分子,將有毒有害物質進行吸附,在實現了阻燃技能的基礎上,實現了無污染的目標。這種科技研發的成果符合了綠色發展以及可持續發展理念的要求。當前在阻燃技術研發中,微膠囊技術、納米技術等其他技術的影響,使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升,阻燃性能也隨著阻燃效果不斷變化。在阻燃技術應用中,復合型材料的應用也為阻燃技術提供了發展方向。
該文認為,在今后的發展中,隨著阻燃技術的提升,阻燃性能的變化,必將使阻燃形態以及其他性能達到提高,并在科研技術的研發過程中,隨著可持續發展理念的貫徹,堅信可燃材料阻燃技能將會更加環保。
4 結論
綜上所述,通過對阻燃技術的研究可知,阻燃技術經歷了從物理阻燃向化學阻燃技能的轉變,在化學阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。隨著阻燃技術研發的不斷加深,我們堅信,阻燃材料的發展也會與之相適應,產品結構也會相應調整,我們必然會找到解決的辦法,開發出符合人們需求的高分子阻燃材料。
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關鍵詞:高職;高分子材料化學基礎;內容;改革
《高分子材料化學基礎》是高分子材料加工技術專業一門必修的專業基礎課,是以高中(包括中專、技校、職高)化學基礎為起點,以高分子化學知識為核心內容,融入高分子化學所必要的無機化學、有機化學、物理化學知識,構建本專業基本的化學知識體系,培養本專業所需化學實驗操作基本技能,為學習后續的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基礎》、《塑料測試技術》、《塑料混配技術》、《塑料成型技術》等課程打基礎。顯然該課程是高分子材料加工技術重要的專業基礎課。但從目前該課程的內容體系來看,學科體系明顯,內容體系仍是無機化學、有機化學、物理化學及高分子化學知識體系的機械組合,其結果是課程內容多而雜,理論深而澀,給該課程的教學帶來困難而且教學效果欠佳,可以認為目前該課程體系無法適應高職教育的要求,所以很有必要對該門課程的內容進行改革。
一、課程教學內容改革的依據
本門課程教學內容改革的依據主要考慮如下三點:第一是考慮高分子材料加工技術畢業生主要就業崗位對化學知識、技能及態度的需要,保證畢業生在就業崗位上具有夠用的化學基礎知識與從事化學實驗室工作的技能;第二是考慮畢業生職業生涯發展的需要,要讓學生掌握能夠支持其進一步提高其專業水平所需的化學知識,為他們的職業發展提供后勁;第三是考慮目前高職生源的高中化學知識的掌握程度以及學習能力的實際情況。
為了掌握高分子材料加工技術專業畢業生的主要就業崗位對化學基礎知識、技能及態度的要求,我們對湖南塑料行業校企聯盟企業進行了走訪調查,調查的主要企業有湖南路路通塑業有限公司、湖南神塑科技有限公司、南車集團時代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益達塑業有限公司、株洲三鑫塑膠科技有限公司、株洲創業塑料有限公司,另外還對25家塑料加工企業通過電子郵件發送調查表進行了調查,28家外省企業進行了電話訪問調查,調查塑料加工企業達到61家。調查結果表明我校高分子材料加工技術專業畢業生就業主要有四大技術工作崗位,分別是塑料擠出技術員崗位、塑料注射技術員崗位、塑料配方技術員崗位、塑料測試技術員崗位。我們根據這四個主要技術崗位所需要的化學基礎知識進行了問卷調查,發出問卷調查表207份,回收調查表198份。《高分子材料化學基礎》教學內容需求調查表如表1所示。
從調查表中我們可以看出,《高分子材料化學基礎》七個單元的內容對我校畢業生主要就業崗位都是需要的,其中以塑料配方技術員對《高分子材料化學基礎》知識要求最高,統計需要數據達到1247次,其它三個就業的主要崗位對《高分子材料化學基礎》內容要求相關不大,均超過了1100次,就業的其它崗位對本門課程的要求相對不高,只有934次。由此我們可以得出,《高分子材料化學基礎》對本專業主要就業技術崗位來說非常重要,但對在其它崗位上就業的畢業生重要性相對降低。就各單元來說,以“碳鏈高聚物及其單體”單元最為重要,調查表中統計次數達964次,調查企業對象認為最不重要的內容是“高聚物合成”單元,只有573次,其次不重要的是“高聚物化學反應”單元,為707次,其它單元的統計次數多在800次左右,這幾個單元的內容是可以認為是很重要的。
通過本次調查,我們知道了《高分子材料化學基礎》哪些內容對畢業生就業崗位是最重要及很重要的,哪些內容相對不重要,為我們對《高分子材料化學基礎》課程教學內容的選取找到了可靠的依據。
對于教學內容的選取我們也不能完全采取實用主義的辦法,也就是說不是采用學生在企業的就業崗位用到那些知識我們就教授那些知識,高等職業教育屬于國民教育序列中的高等教育,還需要考慮學生職業生涯的發展,也就是說為學生提供能夠支撐其后續發展所必需的化學基礎知識。采取的措施是在學生高中化學知識的基礎上,將高等教育層次的化學基本的原理、理論融入各教學單元中,提高學生化學基本知識與技能,達到高分子材料加工技術專業大專層次所必需的化學基礎。
同時我們還要考慮目前高職生源的實際情況,目前高職生源一般來說對高中化學課程掌握的情況不理想,學習能力也有待提高,所以我們選取《高分子材料化學基礎》內容時也不能脫離生源基礎的實際情況,沒有必要將過深的化學理論納入教學內容,不然學生無法掌握教學內容,反而造成不利于提高教學質量的影響,如結構化學的內容、化學反應機理的動力學分析等內容不必作為《高分子材料化學基礎》的內容,以往的教學實踐也證明過深的教學內容對學生學習本門課程是不利的。容易造成學生失去學習的信心與興趣,從而從整體上影響課程教學效果。
二、教學內容的整合
如前所述,目前《高分子材料化學基礎》的內容體系是無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學等多門化學課的機械組合,每門課的教學課時在以往的教學中都在100個學時以上,即總課時在400學時以上,要在96學時的《高分子材料化學基礎》這門課教授完原來400學時以上的內容,顯然不對教學內容進行整合是不可能教授完相關內容,所以必須對高分子材料加工技術專業化學基礎的教學內容進行整合,整合的依據就有前面所述的三個考慮。在課程內容的整合過程中,必須防止以前出現的幾大化學內容簡單的機械的組合,為此要正確把握好這幾門化學基礎課中相關內容的整合和優化,按照高分子材料加工技術專業人才培養目標對知識、技能及態度的要求,科學地進行“綜合”,嚴格地把握好對相關課程內容“取”與“舍”的尺度。課程內容整合是為了改變以往按單一學科系統分別設置課程,各課程自成一體,缺乏聯系,重理論而輕實踐的現象和課程與課程間的內容重復,為此我們重新設計了《高分子材料化學基礎》的內容結構體系,課程內容體系如表3所示。
從《高分子材料化學基礎》教學內容新體系可以看出,新的內容體系打破了原來的幾大化學課程內容機械組合的學科體系,考慮課程的職業性,是根據本專業畢業生就業崗位對本門課程知識、技能及態度的需要來設計內容,沒有學科體系的影響。將無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學這四門課的內容根據職業崗位的需要進行了取舍,整合為一門課程,即《高分子材料化學基礎》。需要調整課程結構,重新優化課程內容,處理好相關內容的銜接。高分子材料化學基礎以高分子材料為主線,無機化學部分容入各教學單元中,有機化學與高分子化學知識密切結合,物理化學內容也容入相關教學單元,舍去過深理論性教學內容,教學內容結合實際,提高學生學習本門課程的興趣,從而提高教學效果。課后最后一個單元是綜合訓練,教學內容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鑒別及聚乙烯醇涂料的制備實驗等,這些教學內容結合生產及生活實際,很好地實現了課程教學目標,教學實踐證明,學生在學習這些內容時興趣昂然,取得了較好的教學效果。
三、課程整合注意問題及效果
關鍵詞:功能高分子設計;雙語教學;探究式教學
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)26-0210-02
“十二五”規劃指出,目前我國新材料產業正處于強勁發展階段,新材料產業約占國內生產總值的15%,預計年增長速度保持在20%以上。而其中的高分子材料由于獨特的結構和易改性、易加工的特點,使其擁有其他材料不可比擬、不可取代的優異性能,從而被廣泛應用于科學技術、國防建設和國民經濟各個領域,并已成為現代社會生活中衣食住行用各個方面不可缺少的材料。而其中功能高分子材料興起于上個世紀60年代,是高分子材料滲透到電子、生物、能源等領域后開發涌現出的新材料,指在其原有優異力學性能基礎上,還具備化學反應活性、導電性、光敏性、生物相容性、選擇分離性、仿生性、磁性等特定功能的高分子及其復合材料,近年來在高分子材料領域占主導地位。
而功能高分子設計課程就是面向功能高分子材料方向本科學生的概論性課程,是一門研究與功能高分子相關的分子設計與合成方法的學科,主要包括各種特殊的功能單體的設計與合成、各種活性聚合方法及當前高分子設計相關范疇的最新研究成果和方向。目的是使學生在已有的有機合成和高分子化學課程的基礎上,進一步掌握功能高分子的單體設計與合成、活性聚合方法等理念與技能,培養學生初步具有設計功能單體和選擇聚合方法的能力,并了解本學科方向前沿新動向,為今后學生在功能高分子材料領域就業或繼續深造打下基礎。如何讓功能高分子設計課程的教學更適應時代的要求,滿足和諧社會創新人才培養的需求,是我們必須研究和探索的問題。
如今,國內高校的功能高分子設計課程教學所存在的問題主要表現為兩方面:(1)以漢語教學為主。功能高分子設計課程中,一部分重要內容為講述先進功能高分子材料,需要緊跟該領域前沿性發展情況,而最新的研究成果基本都會以英文的形式出現在國際刊物、國際會議資料以及互聯網上,查閱英文文獻是獲取這些最新信息的主要途徑,并且國外已有許多原版教材可直接作為圖書資料使用[1,2],導致學生僅被動依靠教師翻譯講述,無法自主獲取該領域最新的研究成果,致使學生對學科發展前沿了解不足,固步自封,也不利于提高學生的專業英語水平。(2)以“注入式”教學方法為主[3,4]。通常由教師在講臺上講授分析原理、目的、內容及測試實例,不利于激發學生興趣,導致學生主觀能動性發揮不夠,不利于培養學生的綜合能力和創新思維。綜上所述,傳統的漢語主講,注入式教學為主的功能高分子設計課程教學無法保證高質量的教學效果和質量,不利于培養既具有扎實專業理論功底,又具有良好外語水平的創新型復合人才,所以,筆者在32課時的課堂實踐基礎上提出了采用雙語教學和探究式教學相結合的方法,主要包括以下四階段的探索。
一、專業英語的有效學習
功能高分子類專業課的雙語教學旨在促使學生獲取專業知識的同時提高英文運用能力。其中的教學核心是培養學生運用英文思考、求知、交流專業知識的能力,為學生今后在專業領域運用英文進行交流以及科學研究打下基礎,不可舍本逐末過多地注重英文語法與詞匯的講解,所以稱之為英語的“有效學習”。
選取化學工業出版社的《高分子材料專業英語》,進行常用高分子單體、有機試劑及實驗器具單詞的教學,從共有詞頭和詞根出發,比如聚合“poly-”和烴“-ene”等,目的使學生在4個課時內可以做到看懂常用單詞,但并不盲目追求拼寫與語法。
二、團隊合作的開放討論
在完成初期的英語學習后,將學生分為6~8人小組,給出8~10個專題講座方向,讓學生進行小組內部討論,找出本小組最感興趣的方向,隨后委派代表在課堂陳述,最終制定6個專題。目的是教授學生感興趣的專題,而不是照本宣科地講述功能高分子領域的“老三篇”。比如學生提出專題為“導電高分子材料在電子類產品上的應用”,既與傳統專題“導電功能材料”相關,又與當今信息時代的大環境切合,可以有效提高學生的主觀能動性,使學生思維碰撞,激發學生興趣,促進創造思維的發展。
在此過程中,讓學生充分表現、合作與競爭,使教師指導和學生自主探究相結合,傳授知識和解決問題相結合,單一性思考和求異性思維相結合。要密切關注討論的進程和存在的問題,及時進行調整和引導;充分調動學生討論的積極性,及時發現優點,特別是善于捕捉后進生的“閃光點”,及時給予鼓勵。
三、英文文獻的小組pk
在確定專題以后,采取“2-1-1”的4課時講座模式,即教師進行2課時的專題講座,學生進行1課時的文獻閱讀與表述,最后進行1課時的課堂大討論,要求小組學生分工將文獻進行總結梳理,得出自己的結論和解釋。不同的學生或者團隊可以就同一問題提出不同的解釋或看法。他們要能夠將自己的結論清楚地表達出來,大家共同探討,使大家思維相互碰撞,努力撞擊出創造思維的火花。
以“感光功能高分子材料”為例,教師主要講述感光類高分子材料的光作用機理、感光基團、常見感光高分子材料,并通過英文前沿文獻的講述讓學生了解感光高分子材料的應用,隨后布置小組分工英文文獻閱讀,在下次課堂上讓各個小組代表進行文獻講述。文獻講述不需要全篇翻譯,注重理解該感光材料的合成方法和過程,以及其制備的目的和意義,并能通過小組討論與自主思考去試圖提出該文獻的創新點及不足之處,做到不迷信文獻。講述完成以后,教師帶領所有小組對各小組的表現對進行點評與提問,模擬答辯模式,很好地鍛煉學生的口頭表述能力和心理素質。最后進行小組相互評分,評出感光功能高分子材料專題文獻講述的第一名,充分提升同學們的競爭意識,引爆課堂氣氛。
四、功能設計的綜合應用
最后4課時為考核課時,考核目的為讓學生具備可以初步具備設計特定功能高分子材料的能力,比如選取“我身邊的綜合功能高分子材料設備”,讓每小組選取生活中常用的物件,指出其所含有的兩種或多種功能高分子材料,并通過小組討論、課程復習及資料查閱指出如何設計新型的功能高分子材料來取代傳統材料。例如,有小組圍繞“手機”進行協作,指出手機的表觀柔感涂層為感光功能高分子材料,具有快速、綠色、高效的特點,可采取無機填料與高分子復合的方法進行性能改進;而手機的內層電路板為導電高分子材料,可通過先進的印刷電子的方法快速制備一體化電路,降低制作成本。由此,讓學生從更深層面上理解功能高分子材料擁有廣泛應用性的特點,消除了學生“學而無以致用”的疑慮,顯著提高了學生的主觀能動性,有效培養了學生的綜合能力和創新思維。
總之,在功能高分子設計課程中,開展雙語教學與探究式教學相結合的方法對于人才培養是一項非常有意義的工程,在教學實施過程中,因材施教、循序漸進,從教學的準備、策略、方法和細節等各環節精心設計及有效實施,并不斷探索與改進。培養出既具有深厚的專業知識基礎,又具有良好專業外語的運用能力,同時洞悉學科前沿的創新性復合人才。
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【關鍵詞】高分子材料 涂層 泵維修 技術與應用
1 高分子的分類和特點
1.1 高分子分類
按照不同的標準,高分子有很多的分法,不過主要還是以下幾種分法:高分子化合物按照其來源分,主要分為合成高分子化合物和天然高分子化合物兩種。而在天然的有機高分子化合物中。其成份有淀粉、纖維素、蛋白質、天然橡膠這幾類;按照高分子化合物結構中的分子鏈分類,可分為支鏈型高分子、線型高分子和體型高分子;按照高分子化合物受熱時表現的行為不同可將其分為熱塑性高分子和熱固性高分子。按照高分子化合物的使用情況和工藝性質分類,可分為塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑和密封材料。
1.2 高分子特點
高分子涂層材料是近幾年年來在機械制造業和機械修理業當中,快速迅猛發展起來的一項新型材料和新技術。它能夠將單一材料的機械零件轉化成為復合型材料結構,以金屬為基體以便可以承受零件設計的強度,以高分子材料涂層為表面用來改善零件的耐磨性、防震性和抗腐蝕性等。高分子化合物擁有很多跟低分子化合物不同的特殊性能,比如其機械強度較大、可塑性很好、彈性也較高、硬度非常大、耐熱、耐磨、耐溶劑、耐腐蝕、氣密性恨好、電絕緣性強等,由于高分子材料具有以上的一些特性,使其在各行各業有了比較廣闊的應用。可以見得我們平常使用的普通高分子材料,均是將各種添加劑加入高分子化合物中所得到的,這些高分子化合物的性質決定了高分子材料的一些基本性能,因此各種不同添加劑的作用就是在于能夠更好地發揮、保持和改進高分子化合物的性能,滿足對設備的不同要求,能用在更多不同的方面。
2 高分子涂層與泵維修方面
2.1 泵涂層的防腐性能
在泵工作過程中,經常會輸送帶有酸性或者堿性的具有腐蝕性介質的液體或固體雜質,這樣很容易造成泵的有點腐蝕、縫隙腐蝕、氫脆、侵蝕、磨損等嚴重后果。當今在施工過程中應用比較多的防腐蝕材料是以環氧樹脂為主。在金屬材料內和環氧樹脂間都存在較好的防腐蝕耐磨性能和粘接強度較高,能夠有效的隔斷帶有腐蝕性的物質與金屬表面接觸。而對于環氧樹脂這種材料能耐絕大多數的酸、堿、鹽類的腐蝕,尤其是在氯離子侵蝕嚴重的海水中用的泵有很好的防腐效果。
2.2 泵耐磨修復和保護
市場上目前生產高分子材料的廠家主要有Devcon(得復康)、Be-lzona(貝爾佐納)、Metaline、Loctite(樂泰)、ARC、Thortex等等。從聚合物的類型可以將高分子材料分為聚氨酯(PU)和環氧樹脂(EP)二種。以聚氨酯(PU)為主要成分的涂層具有類似橡膠的彈性和韌性,細粉的固體(指的是直徑小于1 mm的顆粒)耐磨損性能比較良好,并且可以大量吸收汽蝕產生的沖擊能量。以環氧樹脂(EP)為主要成分的涂層中通常會添加碳化硅、陶瓷的粉末或者顆粒作為填料,這樣能夠非常有效的增強耐溫和耐磨損的性能。
2.3 涂層修復和傳統焊補的區別
泵在受到腐蝕或磨損的時候,傳統方法會通常采用堆焊、補焊等修補方法,這種方法很容易導致局部產生熱應力變形,慢慢改變裝配的尺寸,修補后就不能恢復到正常的組裝狀態了,嚴重時甚至會導致整個部件成為廢品。如果用高分子涂層去修復工件,修復涂層在施工時就會呈現出流體狀,在這種情況下再在常溫常壓下16 個小時就可以完全固化,這種方法不會產生熱應力,部件修復后就可以順利裝配。
2.4 涂覆后泵能節能增效
由于鑄造缺陷或加工不良等原因,泵過流部件表面經常會出現粗糙的表面,這樣會導致摩擦阻力發熱,然后引起能量損失。我們常規減小阻力的方法主要是精密機加工、拋光等;亦或者采用不銹鋼材料來增強表面的光潔度,這樣不僅會大大增加生產成本,而且拋光的金屬表面更不能解決腐蝕等問題,特別是在海水介質多的條件下,氯離子濃度極高,很容易侵蝕不銹鋼的表面。受腐蝕的金屬慢慢表面產生凹坑和裂縫,但如果采用堆焊的方法去修復,就容易導致熱應力變形,最終泵體無法回裝。另外,本體金屬和焊縫金屬會容易形成原電池,構成電解雙金屬腐蝕效應,導致第二次腐蝕。刷涂或噴涂陶瓷環氧樹脂,施工后其會流成非常光滑的表面,而且表面也具有油性疏水性,可以大大降低流體的阻力。施工時先用膏狀陶瓷修補劑刮抹到金屬表面來填補凹坑。再在兩邊刷涂陶瓷防護劑,使得最終表面變得更加光滑。
3 高分子涂層在實際中的應用
從20世紀初期以來,蘇爾壽泵業上海技術服務中心(簡稱蘇爾壽)使用了高分子材料涂層的方法,已經修復了40多套造紙紙漿泵、50多套火電廠FGD漿液循環泵的葉輪、側板及泵殼。并且,對于水處理用泵、冷卻水循環泵、真空泵和攪拌器葉輪的防腐涂層也取得了非常好的效果。具體應用領域見表1。
4 結語
由于高分子化合物具有相對分子質量很大,一般都處于固體或凝膠狀態,具有很好的機械強度的特點,又因為其分子是由共價鍵結合而形成的,因此有非常好的絕緣性和耐腐蝕性能,而且由于其分子鏈較長,分子的長度與直徑之比大于一千,因而有較好的高彈性和可塑性。另外,高分子涂層具有高彈性、熔融性、溶解性、溶液的行為和結晶性等方面特性,所以,高分子涂層在高溫油泵蠟油泵、輻射泵等泵的維修中擁有很大的優勢,可以解決傳統修理方法不能解決的很多問題。因此,高分子涂層在今后維修泵的過程中應用會越來越廣泛。
參考文獻
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關鍵詞:高分子材料與工程;應用型轉變;人才培養
中圖分類號:G642
文獻標識碼:A 文章編號:16749944(2017)09024202
1 引言
2015年10月21日,教育部、國家發展改革委、財政部聯合了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》(教發[2015] 7號),至此地方高校轉型發展成為國家深化高等教育領域綜合改革的一項重要部署[1]。鑒于高校轉型發展的新形勢,遼寧省于2015年確定首批10所高校116個專業開展應用型轉型試點工作,遼寧石油化工大學高分子材料與工程專業為其中試點之一,作為以“工科為主、石油化工為特色”的遼寧省屬綜合性重點大學以及卓越工程師教育培養計劃試點高校,遼寧石油化工大學率先邁出了應用型本科轉型改革的步伐,積極響應我國高等教育改革方針,明確了該校應用型人才的培養目標。高分子材料與工程專業針對應用型轉變下,如何加快應用技術人才培養,以提升高校服務經濟社會發展能力,開展了一系列的改革與探索。
2 遼寧石油化工大學應用型人才培養定位
應用型本科教育本著立足地方、面向全國、依托行業、服務區域經濟發展的原則,以行業需求為人才培養目標[2]。與研究型大學以及高職高專的定位不同,該校立足于打造高水平應用型大學,高分子材料與工程專業的人才定位為 “創新應用”型人才,即培養的學生不僅能勝任操作生產設備等一線生產工作,而且還具備較高的創新知識能力。為達到此目標,在大學四年的培養教育過程中,學習理論知識、培養實踐動手能力以及實踐科技創新方面要三管齊下,使學生具備完整的理論知識體系,運用學科專業知識應用于實際的能力以及創新的邏輯思維。其就業領域主要面向國內外大中型科技生產企業的一線生產、檢測及產品研發崗位,經過一定時間的錘煉并最終走上各企業的中高層核心崗位,并成為企業骨干力量。
3 “創新應用”型人才培養模式改革
針對以上定位,在課程體系,實踐環節以及本科生科技創新方面開展了一系列的探索與改革。
3.1 課程體系和教學方法改革
由于高分子材料種類繁多、來源豐富,而且各高校開設此專業的背景以及所依托的優勢學科也不盡相同,所以其培養模式和教學內容側重點均有所不同[3~6]。專業核心課程是人才培養的核心要素,我校依據自身優勢,設置的專業核心課程有《有機化學》、《物理化學》、《材料科學與工程基礎》、《高分子化學》、《高分子物理》、《聚合物流變學》、《高分子材料研究方法》、《高分子材料成型加工原理》、《聚合物共混改性》、《高聚物合成工藝學》。通過對這些課程的學習,學生具有拓展自己知識和創業的能力,具有較扎實的自然科學基礎、材料科學與工程的基礎理論和高分子材料與工程的專業知識。同時,在教學過程中高校教師要避免填鴨式教學,大力推廣啟發式、案例式和研討式教學,讓學生更多地參與到課堂教學中去,在分析、討論和解決問題的過程中理解、應用所學到的專業知識,并且能夠識別、表達高分子材料成型加工與改性相關的工程問題,最終利用科學基本原理進行合理分析。對于一些專業核心課程,我們還進行了慕課的建設以及推廣校際課程學習,全面利用課上和課下時間,結合網絡,調動學生全過程學習的積極性。
3.2 實踐環節改革
實踐教學環節是培養學生動手能力的關鍵環節,我們主要開展的實踐性教學環節包括工程訓練、生產實習、計算機在材料科學中的應用、課程設計、高分子材料創新實驗、畢業設計(論文)等,共計36學分。①計算機在材料科學中的應用和課程設計模塊,運用理論知識進行綜合性訓練;②通過工程訓練與生產實習進入高分子材料相關企業檢測、生產崗位,熟練生產設備與職業技能、感受企業文化生活;③在高分子材料創新實驗,畢業論文環節進入學術課題組,以中高級職稱教師作為指導教師,參與國家級,省級以及企業工藝改進、產品研發等項目,培養學生的應用能力;④積極開展校企聯合,邀請相關高分子材料優秀企業的工程師來校分享企業生活,開展技術專題報告。經過多層次、多維度的能力培養及實踐教學環節,學生能逐步將專業理論知識與實際應用相結合,最終轉變成牢固的職業技能,并可以進一步提升。
3.3 科技創新教育開展
“創新應用”型人才培養的最終目標是使學生具備創新能力,具有開拓精神,因此,我們開放實驗平臺,以大學生挑戰杯、大學生創新創業大賽、大學生工業設計大賽、以及各個教師的國家省級科研項目等為依托,鼓勵學生參與,在導師的指引下,完成項目應用專業知識,并獲得各種榮譽或專利等,經過此過程的培訓,學生的創新能力會得到大幅度的提高。
4 結語
高分子材料與工程專業“創新應用”型人才具有應用和創新能力的雙重保障,在職業發展上有更大的空間,既符合用人市場對人才的需求,又符合學生成長的長遠規劃。以學生為本,是高校的發展之基,也是滿足社會經濟發展對專業人才培養的需求,應用型轉變應以促進學生能力的培養和行業對人才需求之間形成良性循環為主旨,而我國地方普通本科高校向應用型轉變仍需在探索中不斷前行。
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一、 微膠囊壁材的分類
壁材是構成囊的外殼。不同的壁材在一定程度上決定著產品的物化性質。目前可作為微膠囊壁材材料的物質主要有3類:天然高分子材料、半合成高分子材料和全合成高分子化合物。另外,一些無機材料也可作為微膠囊壁材的材料。
1.天然高分子材料
用作微膠囊的天然高分子材料主要包括碳水化合物、蛋白質類、蠟與脂類物質等。
天然高分子材料無毒或毒性很小、不需大量的有機溶劑、對環境危害小、粘度大、易成膜,但機械強度差,
2.半合成高分子材料
用作微膠囊殼材料的半合成高分子材料主要是纖維素衍生物。如甲基纖維素、乙基纖維素等,另外還有雙硬脂酸甘油酯、羥基硬脂醇等油類。
半合成高分子材料的特點是毒性較小、粘度大、成鹽后溶解度增大。但由于半合成高分子材料易水解,不適合高溫處理,需在使用時臨時配制。
3.全合成高分子材料
常用于微膠囊囊殼材料的全合成高分子材料可分為生物降解和不可生物降解2類,主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚脲等。
全合成高分子材料特點是成膜性好、化學穩定性好、機械強度大、儲存運輸方便、可生物降解或可生物吸收。但需要大量有機溶劑、成本高,對環境危害大,因此要選擇無毒或低毒、對原藥溶解性較好的溶劑。
4.無機材料
目前大部分微膠囊用無機材料包覆的不多,但從生物降解和環境保護方面考慮,用無機材料對活性組分進行包覆有很大的發展前景,如碳酸鈣或磷酸鹽等。
二、 微膠囊制備方法分類
微膠囊化的基本步驟:
1) 芯材為分散相,壁材在分散相或連續相中;
2) 通過乳化等手段,使芯材以一定的粒度分散在連續相中;
3) 通過某一種方法將壁材聚集、沉漬或包覆在已分散的芯材周圍;
4) 合成的膜殼是不穩定的部分,需利用化學和物理方法進行處理,以期達到一定的機械強度。
微膠囊的制備可歸納為物理化學法、物理機械法和化學法。
1.物理化學法
在液相中進行,囊芯物與囊材在一定條件下形成新相出來,故又稱相分離方法。它的步驟大體可分為囊芯物的分散、囊材的加入、囊材的沉積和囊材的固化四個步驟。相分離方法又分為單凝聚法、油相分離法、改變溫度法、液中干燥法、復相乳液法。
2.物理機械法
本法是將固態或液態藥物在氣相中進行微膠囊化,需要一定的設備條件。物理機械法又分為噴霧干燥法、噴霧凝結法、空氣懸浮法、多孔分離法。
3.化學法
化學法是利用在溶液中單體或高分子通過聚合反應或縮合反應,產生囊膜制成微囊的方法。特點是不加絮凝劑,常先制成W/O型乳濁液,再利用化學反應交聯固化。化學法又分界面聚合法、原位聚合法、輻射交聯法。
三、 微膠囊在化妝品中的應用
微膠囊化可將固體、液體甚至氣體包覆在一個微小膠囊中,采用此技術可保持產品性能穩定,解決傳統工藝的不足。另外它對保護生物活性分子和組織的活性也有較大促進作用。很多化妝品中已經采用了微膠囊技術,將微膠囊應用于化妝品中,其優越性主要表現如下:
1.保護芯材,有效防止外界環境因素對芯材的破壞等不良影響。pH值、氧氣、濕度、熱、光和其他物質等,提高其穩定性。有些物料容易揮發和氧化,如胡蘿卜素,接觸空氣中的氧氣會被氧化,采用復凝聚法制備胡蘿卜素微囊,研究表明胡蘿卜素原料于光照條件下半衰期為6.9天,而胡蘿卜素微囊在相同條件下半衰期為24.8天,胡蘿卜素微囊為原料的3.6倍,將胡蘿卜素制成微囊可增加化妝品的穩定性。再如維生素C,性質極不穩定,分子中含有連烯二醇基[-C(OH)=C(OH)-]的結構,具有很強的還原性及內酯環的結構易水解。一方面與空氣接觸自動氧化生成脫氫抗壞血酸,脫氫抗壞血酸水解生成2,3-二酮C古羅糖酸,并可進一步氧化生成蘇阿塘酸和草酸,從而失去治療作用。另一方面維生素C的水溶液不穩定。pH過高或過低都能使內酪環水解,并可進一步發生脫羧反應而生成糠醛。后者受空氣影響經氧化和緊合而呈黃色。空氣、光、熱和重金屬都可以加速本反應的發生。通過將其制成維生素C微囊達到解決其不穩定的問題,同時達到控制維生素C的釋放,維持穩定它的濃度,用于化妝品中可減少涂抹次數,降低化妝品不良反應的目的。
2.隔離不相容組分。微膠囊化成分可與其它組分相隔離。當原料中由幾種容易相互起作用的成分組成時,把其中某種成分微囊化后使其互相隔離,阻止成分之間發生化學反應,提高各自的穩定性,延長保質期。在配制染發化妝品時,利用微膠囊這一特性,可將染發劑與氧化劑兩者之一微膠囊化,即可得到使用方便的一劑染發化妝品。再如化妝品中經常用到的凝露,晶瑩剔透的外觀,內通常加有彩色微囊,包裹著油類,既達到了產品美觀的視覺感受,又滿足了滋潤皮膚的效果。
3.控制釋放,有效地控制芯材的釋放,使芯材效能得到最大限度的發揮。該微膠囊壁相當于一個半透膜,在一定條件下可允許芯材物質透過,以延長芯材物質的作用時間。如化妝品中具有清涼爽膚作用的薄荷醇。由于它幾乎不溶于水,擴散力強、易揮發而不持久、暴露在空氣中易升華的特點,給生產貯運帶來諸多不便,貨架期短。利用微膠囊技術可以提高它的貯藏穩定性、降低揮發性,從而延長貨架期,實現添加產品的控制釋。再如以聚乳酸為囊材制備的茶多酚緩釋微囊,粒徑多在100~200um,最大包封率為49%,該微囊具有緩釋和保護茶多酚的雙重作用。用于化妝品中既安全又高效。
4.屏蔽味道和氣味,掩蓋芯材的異味。亞麻油由于具有不雅味道難用于好的化妝品,做成微囊后用于化妝品不僅無味,不易被氧化,而且具有很好的護膚功效。再如特有色澤和氣味的中草藥液微膠囊化后,配置到化妝品中,可以制得無色無味的優質化妝品。
5.改變芯材的物理和化學性質。將有利于液體或半固體的流質體轉化為自由流動的固體粉末,有利于物料的使用、運輸、保存,并可簡化工藝,防止或延緩了產品劣變的發生。
6.需要改變物質功能的化合物。將疏水性物質通過表面處理,使其具有相反的性質。如神經酰胺微膠囊化后就可以直接加入水劑產品。