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高分子材料發(fā)展史
隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，
人們不斷對材料提出各種各樣的新要求。
而高分子材料的出現(xiàn)逐漸滿足了人們的需要。并對人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了巨大的影響。
高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。
高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。
高分子材料按來源分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進(jìn)化的基礎(chǔ)。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術(shù)。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。19世紀(jì)30年代末期，進(jìn)入天然高分子化學(xué)改性階段，出現(xiàn)半合成高分子材料。1870年，美國人Hyatt
用硝化纖維素和樟腦制得的賽璐珞塑料，是有劃時代意義的一種人造高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，真正標(biāo)志著人類應(yīng)用合成方法有目的的合成高分子材料的開始。1953年，德國科學(xué)家Zieglar意大利科學(xué)家Natta，發(fā)明了配位聚合催化劑，大幅度地擴(kuò)大了合成高分子材料的原料來源，得到了一大批新的合成高分子材料，使聚乙烯和聚丙烯這類通用合成高分子材料走人了千家萬戶，確立了合成高分子材當(dāng)代人類社會文明發(fā)展階段的標(biāo)志?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無機(jī)非金屬材料相同，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料。并且高分子材料資源豐富、原料廣，輕質(zhì)、高強(qiáng)度，成形工藝簡易。很容易為人所用。
高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等。其中，被稱為現(xiàn)代高分子三大合成材料的塑料、合成纖維和合成橡膠已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與人民日常生活所必不可少的重要材料。盡管高分子材料因普遍具有許多金屬和無機(jī)材料所無法取代的優(yōu)點而獲得訊速的發(fā)展，但目前業(yè)已大規(guī)模生產(chǎn)的還是只能尋常條件下使用的高分子物質(zhì)，即所謂的通用高分子，它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點。而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，則向高分子材料提出了更高的要求，因而推動了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發(fā)展，這樣就出現(xiàn)了許多產(chǎn)量低、價格高、性能優(yōu)異的新型高分子材料。
高分子材料是材料領(lǐng)域之中的后起之秀，是在人們長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。幾千年前，人們就開始使用棉、麻、絲、毛等天然高分子作絲織物材料。有些加工方法還改變了天然高分子的化學(xué)組成，如：天然橡膠硫化，皮革鞣制，天然纖維制成人造絲等。但由于當(dāng)時受科學(xué)技術(shù)發(fā)展的限制，直到19世紀(jì)中葉，人們?nèi)晕茨芴骄康礁叻肿硬牧系谋举|(zhì)。高分子材料科學(xué)的發(fā)展萌芽于19世紀(jì)后期和20
世紀(jì)初。當(dāng)時天然橡膠由異戊二烯，纖維素和淀粉由葡萄糖殘體，蛋白質(zhì)由氨基酸組成的確立，使高分子的長鏈概念獲得了公認(rèn)，孕育了高分子的思想。1872年德國化學(xué)家拜耳(A.Bayer)首先發(fā)現(xiàn)苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結(jié)成紅褐色硬塊或粘稠物,但因它們無法用經(jīng)典方法純化而停止試驗。20世紀(jì)以后,苯酚已經(jīng)能從煤焦油中大量獲得,甲醛也作為防腐劑大量生產(chǎn),因此二者的反應(yīng)產(chǎn)物更加引人關(guān)注。
1907年貝克蘭和他的助手不僅制出了絕緣漆,而且還制出了真正的合成可塑性材料—Bakelite,它就是人們熟知的“電木”、“膠木”或酚醛樹脂。Bakelite一經(jīng)問世,很快廠商發(fā)現(xiàn),它不但可以制造多種電絕緣品,而且還日用品,于是一時間把貝克蘭的發(fā)明譽為20世紀(jì)的“煉金術(shù)”。 20世紀(jì)30~40年代是高分子材料科學(xué)的創(chuàng)立時期。新的聚合物單體不斷出現(xiàn)，具有工業(yè)化價值的高效催化聚合方法不斷產(chǎn)生，加工方法及結(jié)構(gòu)性能不斷改善。美國化學(xué)家卡羅塞斯(W.H.Carothers)于1934年合成了優(yōu)良紡織纖維的聚酰胺-66，尼龍(Nylon)是它在1939年投產(chǎn)時公司使用的商品名。這一成功不僅是合成纖維的第一次重大
突破，也是高分子材料科的重要進(jìn)展。20世紀(jì)50年代是高分子工業(yè)的確立時期，同時得到了迅速的發(fā)展。石油化工的發(fā)展為高分子材料開拓了新的豐富來源，人們把從煤焦油獲得單體改為從石油得到，重要的烯烴(乙烯、丙烯)年產(chǎn)量為數(shù)級的生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟。
由于出現(xiàn)了齊格勒納塔催化劑，在這種催化劑的作用下，生產(chǎn)出三種新型的定向聚合橡膠，
其中的順丁橡膠，
由于它的優(yōu)異性能，
到
20
世紀(jì)
80
年代產(chǎn)量已上升到僅次于丁苯橡膠的第
二位。
自
30
年代出現(xiàn)高分子合成技術(shù)到
60
年代實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，
高分子材料雖然只有幾十年
的歷史，
但發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他傳統(tǒng)材料。
世界高分子材料工業(yè)的迅猛發(fā)展，
一方面是由
于它們的優(yōu)異性能使其在許多領(lǐng)域中找到了應(yīng)用；
另一方面也是因為它們生產(chǎn)和應(yīng)用所需的
投資比其他材料低
,
尤其比金屬材料低許多，經(jīng)濟(jì)效益顯著。特別是到了
80
年代，工業(yè)發(fā)達(dá)
國家鋼鐵產(chǎn)量已衰退而塑料仍以高速度在發(fā)展。
在過去的
40
年里美國塑料的生產(chǎn)猛增了
100
倍。如果將生產(chǎn)量折成體積計算，塑料的生產(chǎn)已超過鋼鐵。
20
世紀(jì)末，高分子材料的總產(chǎn)
量已達(dá)
20
億噸左右。在當(dāng)前的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、運輸、通訊乃至人類的生活中，高分子
材料與金屬、陶瓷一起并列為三類最重要的材料。我國對于高分子材料科學(xué)的研究自
50
年
代開始，主要是根據(jù)國內(nèi)資源情況、
配合工業(yè)建設(shè)進(jìn)行合成仿制，
建立測試表征手段，
在此
過程中培養(yǎng)了大批生產(chǎn)和研究的技術(shù)力量，為深入研究奠定了基礎(chǔ)。
60
年代為滿足新技術(shù)
和高技術(shù)的需要，研制了大量特種塑料，如氟、硅高分子，耐熱高分子及一般工程塑料，如
澆注尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛、聚芳酰胺；大品種如順丁橡膠。其中最突出的成就是
1965
年用人工合成的方法制成結(jié)晶牛胰島素
,
這是世界上出現(xiàn)的第一個人工合成的蛋白質(zhì)
,
對于揭
開生命的奧秘有著重大的意義。
高分子化學(xué)和物理也獲得較快發(fā)展，
研究了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能
的關(guān)系。到了些年，高分子材料發(fā)展更是迅速，并且越來越接近人們的生活。
總結(jié)以上則高分子材料發(fā)展大致可分為以下幾個階段：
15
世紀(jì)美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。
1839
年美國人
Charles Goodyear
發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，
使它從
硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材料?br />
1869
年
美國人
John Wesley Hyatt
把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制
造出了第一種人工合成塑料
“
賽璐珞
”
。
1887
年
法國人
Count Hilaire de Chardonnet
用硝化纖維素的溶液進(jìn)行紡絲，
制得了第一
種人造絲。
1909
年
美國人
Leo Baekeland
用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第一種完全人工合成的塑料
——
酚醛樹酯。
1920
年
德國人
H. Staudinger
發(fā)表了
“
關(guān)于聚合反應(yīng)
”
的論文提出：高分子物質(zhì)是由具有
相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)（聚合）
，通過化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，高分
子或聚合物一詞即源于此。
首次提出以共價鍵聯(lián)結(jié)為核心的高分子概念，
加上他的高分子其
他方面的貢獻(xiàn)，獲得了
1953
年度諾貝爾化學(xué)獎，他無疑被公認(rèn)為高分子科學(xué)的始祖。
1926
年瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人設(shè)計出一種超離心機(jī)，
用它測量出蛋白質(zhì)的分子量：
證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。
1926
年美國化學(xué)家
Waldo Semon
合成了聚氯乙烯，并于
1927
年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
1930
年
聚苯乙烯
(PS)
發(fā)明。
1932
年
H. Staudinger
總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時代的巨著《高分子有機(jī)化
合物》成為高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。
1935
年
杜邦公司基礎(chǔ)化學(xué)研究所有機(jī)化學(xué)部的
Wallace H. Carothers
合成出聚酰胺
66
，
即尼龍。尼龍在
1938
年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
1930
年
德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁鈉橡膠和丁苯橡膠。
1940
年
英國人
T. R. Whinfield
合成出聚酯纖維（
PET
）
。
1940
年代
Peter Debye
發(fā)明了通過光散射測定高分子物質(zhì)分子量的方法。
1948
年
Paul Flory
建立了高分子長鏈結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論。
1953
年德國人
Karl Ziegler
與意大利人
Giulio Natta
分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯
與聚丙烯。
1955
年
美國人利用齊格勒
-
納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與
天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。
1956
年
Szwarc
提出活性聚合概念。高分子進(jìn)入分子設(shè)計時代。
1971
年
S. L Wolek
發(fā)明可耐
300
℃高溫的
Kevlar
。
1970
年以后
高分子合成新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，高分子新材料層出不窮。
至今為止，
由于高分子材料以其結(jié)構(gòu)決定其性能，
對結(jié)構(gòu)的控制和改性，
可獲得不同特
性
。高分子材料獨特的結(jié)構(gòu)和易改性、易加工特點，使其具有其他材料不可比擬、不可取
代的優(yōu)異性能，
從而廣泛用于科學(xué)技術(shù)、
國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，
并已成為現(xiàn)代社會
生活中衣食住行用各個方面不可缺少的材料。
