中国科学院长春应用化学研究所 简忠保 研究员
通用高分子材料是指能够大规模工业化生产,且已普遍应用于建筑、化工、农业、电子等国民经济重要领域以及人们日常生活的高分子材料。按用途一般将通用高分子材料分为五类,即塑料、橡胶、纤维、黏合剂以及涂料。
塑料作为最大宗的通用高分子材料,被认为是20世纪最伟大的发明之一。由于其具有价格低廉、加工方便、质地轻巧等特点,一经问世便迅速应用于日常生活的方方面面。
随着数十年来的发展,塑料的种类和应用范围不断扩大。目前,塑料根据用途可以分为通用塑料、工程塑料和特殊塑料三类。其中,通用塑料产量大、价格低,在日常生活中的应用范围最广,小到食品包装、玩具、箱包、绝缘零件,大到家电外壳、化工设备的保温、绝缘和减震材料。工程塑料的机械性能良好,能够替代金属用于制造各种机械零件。例如,机械设备中的齿轮、轴承等,电子设备中的集成线路板等,建筑中的窗帘滑轨、安全帽等。特殊塑料是指具有特殊功能和特殊用途的塑料,比如用于高温环境中化工设备的密封零件、无油润滑条件下的轴承等。
橡胶分为天然橡胶和合成橡胶,其中天然橡胶的使用历史已有好几个世纪了。自19世纪被用于轮胎后,橡胶开始深入人们的日常生活,同时也使得天然橡胶供不应求。因此,人们仿造天然橡胶的结构,合成了各种各样的合成橡胶。
目前,合成橡胶的数量已远远超过天然橡胶。随着社会发展至今,橡胶行业已是国民经济的重要基础产业之一。橡胶不仅广泛用于轮胎、胶管、电线电缆、医疗器具等日常生活不可或缺的场景,还在采掘、建筑、交通、机械、电子等重工业领域占有一席之地,比如飞机、导弹上的一些零部件以及电绝缘材料。
纤维与人们的日常生活关系极为密切,尤其在服装行业。纤维分为天然纤维和化学纤维。天然纤维是从动植物中获取的,如棉花、羊毛、蚕丝等;而化学纤维的种类繁多,人们熟知的有锦纶(尼龙)、涤纶(的确良)、腈纶(人造羊毛)等。化学纤维除了用作衣料,在工业生产中也有重要应用,可以用作渔网、绳索、降落伞、帐篷布等工业制品。
胶黏剂的发展历史悠久,早在两千年前,万里长城的建造过程中就使用糯米浆与石灰作为砂浆来粘合基石。时至今日,胶黏剂更是广泛应用于日常生活以及工业生产。上至航空工业的飞机制造、汽车工业的车辆组装,下到家具装修的人造板、办公用品的胶水。涂料的早期应用是作为油漆,起到保护及色彩装饰作用。伴随国民经济各行业的发展,涂料的应用范围也逐渐渗透到重要的国民经济领域。比如汽车、船舶、飞机涂料,高铁、城市轨道交通以及大型桥梁的防护涂料等。
通用高分子中,有一类材料不得不提到,即聚烯烃合成树脂。聚烯烃材料是指以一种或几种烯烃聚合或共聚制得的聚合物为基材的材料,是合成树脂中产量最大、用途最广的高分子材料。在全球塑料市场需求中,聚烯烃占一半以上,是需求量最大的塑料品种。
大宗聚烯烃产品深入人们日常生活的衣、食、住、行当中,例如鞋底、一次性餐具、塑料凳、汽车保险杠等。随着的进步,聚烯烃产品不断向高端发展,逐渐应用于在医用健康、国防军工、航空航天、电子数码以及5G技术材料等高领域。
聚烯烃材料因其安全无毒的特点,在医用领域占有的比重越来越大。当前疫情环境下,需求量巨大的医用必需品熔喷布口罩、医用防护服、护目镜等均属于聚烯烃产品。治疗新冠肺炎危重症患者需要使用ECMO机,其中核心部件“人工肺膜”也是一种高端聚烯烃。同时,为了尽早控制和结束疫情,疫苗的需求量越来越大,而另一种高端聚烯烃产品---环烯烃聚合物也进入了人们的视野。这种聚烯烃产品正在不断的取代易碎的玻璃用于疫苗瓶、预灌装注射器等医疗制品。此外,常见的医用聚烯烃产品还包括牙科、骨科和眼科等人工材料,如人工角膜、人工关节、人造骨骼、肢体矫正器等。
为了保证高通讯质量,减少由于天线罩吸收、反射电磁波而导致的信号传输效率降低,要求5G基站天线罩的透波性强;同时,还要求天线罩轻量化、耐候、耐热、耐腐蚀且环保。聚烯烃材料,如聚丙烯材料、环烯烃聚合物材料,作为功能高分子材料,在5G通讯领域的应用未来可期。除了天线罩,去金属化的5G手机壳、手机内置天线、高频电路板中,都用到了聚烯烃材料。
当今全球烯烃原料的多元化为聚烯烃行业带来了新的挑战。同时,全球新冠肺炎疫情的大环境,使得我们更加清晰的意识到国内聚烯烃行业对高端产品的迫切需求。当前,我国聚烯烃行业需要以创新发展、开发新品种为动力,生产高性能化、高值化、差异化、多元化的高端聚烯烃产品。