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高分子材料發(fā)展史
隨著生產和科學技術的發(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。并對人類的生產生活產生了巨大的影響。
高分子材料是以高分子化合物為基礎的材料。
高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料，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化的基礎。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資料，并掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。19世紀30年代末期，進入天然高分子化學改性階段，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，真正標志著人類應用合成方法有目的的合成高分子材料的開始。1953年，德國科學家Zieglar意大利科學家Natta，發(fā)明了配位聚合催化劑，大幅度地擴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代人類社會文明發(fā)展階段的標志?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，成為科學技術、經濟建設中的重要材料。并且高分子材料資源豐富、原料廣，輕質、高強度，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成為國民經濟建設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)模生產的還是只能尋常條件下使用的高分子物質，即所謂的通用高分子，它們存在著機械強度和剛性差、耐熱性低等缺點。而現(xiàn)代工程技術的發(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域之中的后起之秀，是在人們長期的生產實踐和科學實驗的基礎上逐漸發(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。但由于當時受科學技術發(fā)展的限制，直到19世紀中葉，人們仍未能探究到高分子材料的本質。高分子材料科學的發(fā)展萌芽于19世紀后期和20
世紀初。當時天然橡膠由異戊二烯，纖維素和淀粉由葡萄糖殘體，蛋白質由氨基酸組成的確立，使高分子的長鏈概念獲得了公認，孕育了高分子的思想。1872年德國化學家拜耳(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成紅褐色硬塊或粘稠物,但因它們無法用經典方法純化而停止試驗。20世紀以后,苯酚已經能從煤焦油中大量獲得,甲醛也作為防腐劑大量生產,因此二者的反應產物更加引人關注。
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世紀的“煉金術”。 20世紀30~40年代是高分子材料科學的創(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生，加工方法及結構性能不斷改善。美國化學家卡羅塞斯(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展。20世紀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)年產量為數(shù)級的生產技術日趨成熟。
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
80
年代產量已上升到僅次于丁苯橡膠的第
二位。
自
30
年代出現(xiàn)高分子合成技術到
60
年代實現(xiàn)大規(guī)模生產，
高分子材料雖然只有幾十年
的歷史，
但發(fā)展速度遠遠超過其他傳統(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域中找到了應用；
另一方面也是因為它們生產和應用所需的
投資比其他材料低
,
尤其比金屬材料低許多，經濟效益顯著。特別是到了
80
年代，工業(yè)發(fā)達
國家鋼鐵產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猛增了
100
倍。如果將生產量折成體積計算，塑料的生產已超過鋼鐵。
20
世紀末，高分子材料的總產
量已達
20
億噸左右。在當前的工業(yè)、農業(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的研究自
50
年
代開始，主要是根據國內資源情況、
配合工業(yè)建設進行合成仿制，
建立測試表征手段，
在此
過程中培養(yǎng)了大批生產和研究的技術力量，為深入研究奠定了基礎。
60
年代為滿足新技術
和高技術的需要，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
,
對于揭
開生命的奧秘有著重大的意義。
高分子化學和物理也獲得較快發(fā)展，
研究了產品結構和性能
的關系。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，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
“
關于聚合反應
”
的論文提出：高分子物質是由具有
相同化學結構的單體經過化學反應（聚合）
，通過化學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)結為核心的高分子概念，
加上他的高分子其
他方面的貢獻，獲得了
1953
年度諾貝爾化學獎，他無疑被公認為高分子科學的始祖。
1926
年瑞典化學家斯維德貝格等人設計出一種超離心機，
用它測量出蛋白質的分子量：
證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。
1926
年美國化學家
Waldo Semon
合成了聚氯乙烯，并于
1927
年實現(xiàn)了工業(yè)化生產。
1930
年
聚苯乙烯
(PS)
發(fā)明。
1932
年
H. Staudinger
總結了自己的大分子理論，出版了劃時代的巨著《高分子有機化
合物》成為高分子化學作為一門新興學科建立的標志。
1935
年
杜邦公司基礎化學研究所有機化學部的
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。
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分子量的方法。
1948
年
Paul Flory
建立了高分子長鏈結構的數(shù)學理論。
1953
年德國人
Karl Ziegler
與意大利人
Giulio Natta
分別用金屬絡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構與
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。高分子進入分子設計時代。
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構決定其性能，
對結構的控制和改性，
可獲得不同特
性
。高分子材料獨特的結構和易改性、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，
從而廣泛用于科學技術、
國防建設和國民經濟各個領域，
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。
