改变高分子材料的途径精选(九篇)

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第1篇：改变高分子材料的途径范文

【关键词】高分子材料；废旧塑料；建筑材料；回收应用

以塑料、纤维、橡胶为主体的高分子材料在我们的生活当中随处可见，高分子材料与我们的生活息息相关，我们的生活与高分子联系也越来越紧密。随着社会和科学技术的飞速发展及人们消费习惯的改变，人们使用的高分子材料数量也迅速增加，由于通常高分子材料的使用寿命比较短，所以废旧高分子材料的数量也大量增加。由于大量的废旧高分子材料不能在大自然中自然降解，已经成为环境污染的一个重要来源。

日常生活中用量最大的热塑性高聚物聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等树脂制品的消费量达1135万t/年。据调查，每年产生废弃物数量巨大，美国1800万t，日本488万t，西欧1140万t，我国也有90万t。

目前，废旧高分子材料的处理方式主要是焚烧、填埋以及回收再利用。回收循环利用高分子材料主要有两种，一是物理循环技术，物理回收循环利用技术主要是指简单再生利用和复合再生利用，回收废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒进行成型加工。这类再生利用的工艺路线比较简单，生产量巨大，但再生制品的性能欠佳，一般制作档次较低的塑料制品。二是化学循环利用，通过对回收的高分子废旧材料的化学改性，生产达到同类或异类使用要求的产品。化学循环再生材料生产工艺复杂，投资高，产品改性彻底，但产量低，对回收高分子材料要求也高。

我国处理废弃的高分子材料的技术还是比较落后，大部分只是较简单地单纯再生及复合再生。大批量的废弃高分子材料都变成为垃圾，大量的废旧高分子材料已经严重影响了我们的日常生活如：分散在土壤中塑料地膜，易使土质板结，影响农作物对氧、空气、水分、光的吸收；地面上飞散的薄膜碎片易引起火灾、污染环境；部分废旧高分子材料在降解中释放对人体有害的气体及毒素。如何处理这些废旧的塑料、纤维、橡胶等已经成为一个日益迫切的环境和经济问题。

在我国，高分子材料使用量大，生产量也大，当然废旧高分子材料数量也巨大。建筑材料在我国的使用量巨大，如果这方面技术开发与应用得当，那么将是改善我国在高分子材料处理问题上的一条重要途径。

据统计，美国在20世纪末废旧塑料回收率达35%以上，废旧塑料品种的比例约为：包装制品占50%，建筑材料占18%，消费品占11%，汽车配件占5%，电子电气制品占3%。我国废旧塑料的回收率在20%左右，建筑材料占的比例更小。我国废旧塑料在建筑材料中的开发利用技术水平还比较低，还有广阔前景。

随着国家有关禁止使用粘土砖禁令的公布，开发使用新型墙体材料已经成为一种必然趋势，同时回收利用废旧高分子材料技术的发展，为废旧高分子材料复合成新型墙体材料提供了强有力的支持。目前已有许多这类技术发展相当成熟，并用于实际的生产当中。

英国威尔士Affresol公司开发出一种建造低碳住房（如下图）工艺，采用包装物废弃料和加工废料等再生废旧塑料及矿产品作为原材料，而且价格合理。每一座房屋约消耗18吨本应进行填埋的材料。

第一座这样的积木式房屋已被英国一家室内供暖和热水系统生产商伍斯特博世公司订购，房屋座落于英国伍斯特郡Warndon的工厂内。伍斯特博世公司向Affresol公司提供利用再生加热器回收的废旧塑料，将保证伍斯特博世公司实现零废料排放的计划。

（1）玻璃与塑料复合而成的样品砖

由塑料，玻璃复合而成的样品砖已经研制出来，在国外已经得到了较广泛的应用。其中塑料组分包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯以及ABS，相同的粒径形态，较窄的尺寸范围和尺寸分布与近似尺寸的棕色玻璃混合成玻璃塑料复合材料，其中玻璃的质量百分比根据不同的性能要求可为15%、，30%、45%。这种材料能在235℃模压成标准的粘土砖形状。当温度在20～50℃范围变化时，经过抗压实验，发现其断裂应力是普通粘土砖的两倍多。制备这种试样时所要求的塑料不需要区分热塑性和热固性，因此它的原料来源相当广泛。

（2）废旧塑料PVC做建筑线槽

在建筑施工中常使用玻璃条、有机玻璃条、橡胶、塑料条作为房屋施工用的分割线条和避水线条。这些材料的共同缺点是价格高，合肥华风改性塑料公司，使用塑料改性新配方，新技术开发出一系列用于建筑建材行业的改性废塑PVC线槽。不仅质量好，工人使用方便，产品有不同规格型号，更重要的是这种材料价格大幅度下降。

其工艺流程：

（3）利用废旧塑料和粉煤灰制建筑用瓦

哈尔滨工业大学的张志梅等研究了利用废旧塑料和粉煤灰制建筑用瓦的工艺方法和条件，用废旧塑料粉煤灰制成的建筑用瓦在性能上，完全可以满足普通建筑的要求。这种建筑用瓦的研制成功，不仅可以降低成本，还是消除“白色污染”的一种积极方法。

其工艺流程：

（4）利用废泡沫生产新型保温砖

青岛裕泰化工科技有限公司利用废泡沫具有优良的保温性能的特点，废物利用，再采用价格低来源广的化工原料，将废泡沫二次成形，研究成功了造价低廉、防火性好、保温性能优良的新型保温砖。

经测试，这种新型保温砖导热系数小于0.06W/m.K，优于0.09W/m.K的国家标准，含水率小于8%，密度小于225kg/m3，抗压强度大于0.21MPa，且耐候性强，适合国内不同气候的各地区使用，取代传统珍珠岩或煤渣等保温材料。

（5）废弃聚酯做改性水泥砂浆

聚合物改性水泥砂浆（以下简称PMC）在耐腐蚀性能、固化时间及某些力学性能方面大大优于传统硅酸盐水泥砂浆。在许多情况下，聚合物的独特性质使其在混凝土结构修补与保护中起到传统材料无法替代的作用，既可节省大量建筑物修补资金，又加快了施工速度。但是PMC的价格昂贵，尚未被广泛使用。

同济大学程为庄等用废弃的聚酯饮料瓶为原料，通过醇解、缩聚来获得再生型不饱和聚酯，继而开发出一种低成本、新型的“绿色”合物改性水泥砂浆，其价格适中，性能优良，既达到环境保护的目的，又可为扩大PMC的应用范围开辟新路。

【参考文献】

第2篇：改变高分子材料的途径范文

关键词：塑料制品；配方设计；理论；实践；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）27-0063-02

从事高分子材料专业学习的学生知道，“高分子成型加工”、“高分子物理”和“高分子化学”，共同构成了高分子材料专业的三大主干基础课程。而“塑料材料与配方设计”是高分子材料与工程专业成型加工分支下一门重要的专业课程，对合成树脂及塑料助剂的深入了解，正确的选用塑料原料和塑料助剂，合理的进行配方设计，在塑料成型加工过程中至关重要，也是获得品质优良塑料制品的技术保障。然而，“塑料材料与配方设计”在课程教学环节中，只是片面的理论介绍涉及某一材料的某一性能，大部分同学觉得课堂内容比较单一，理论性过多，实践性较少。鉴于以上不足，为了培养和提高学生理论联系实践的能力，适应目前社会对高分子人才的实际需求，力求学生能在较短的时间内掌握该课程的教学内容，特别是课程理论与实践教学有效的结合学习，改变传统的教学模式，本文从以下几个方面的教学改革进行了有效的探索。

一、围绕人才培养目标，夯实课程建设的教学改革探索

立足贵阳学院的人才培养目标――“突出实用、服务本地”，紧扣《贵州省新材料产业“十二五”发展规划》中涉及的高分子材料人才培养方向领域，我校根据具体情况和要求，对专业人才培养方案进行了认真地讨论，不断完善课程的教学大纲与基本要求，力求符合实际的需求。材料科学与工程本科生的课程和教学大纲应主要集中在材料科学与工程的四个基本要素――合成和加工、结构、性质、使用性能及其相互关系[1]。“塑料材料与配方设计”课程以每种塑料材料的合成、结构与性能关系、加工性能、应用性能、成型方法、改性以及最新的发展状况等角度，完整地将通用热塑性塑料、工程塑料、热固性塑料展现在每位高分子专业学生面前，从而使学生可以完整、全面地了解每种塑料材料以及各种助剂的功效、添加量、作用机理和最新发展状况。目的是使学生掌握高分子材料加工助剂的概况、合成、作用机理及其应用，重点掌握塑料增塑剂、抗氧剂、热稳定剂和阻燃剂的结构特点和作用机理，了解其结构与性能之间的关系，熟悉塑料制品实际应用配方设计。力求紧扣工程应用型人才培养的目标和工程实际，从应用型本科生学习的实际出发，重视理论与工程实际的结合，突出应用性较强的内容，有利于工程应用。通过该课程的学习，再配以一定的配方设计方法的讲授，为培养高素质应用型人才，提高学生综合素质打下坚实基础。

二、完善教学内容的教学改革探索

1.教学内容与专业特色相结合。“塑料材料与配方设计”是我校高分子材料专业一门重要的专业课，根据在以往的教学过程中的观察与经验，教学多采用传统模式，课程具有与物理化学联系密切、抽象概念多等特点，大多数学生觉得课堂内容难以理解，不感兴趣，丧失学好该课程的信心，然后就逐渐厌学甚至放弃学习。该门课程的授课对象是大学三年级的学生，处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期，求知欲强，精力充沛。面对这样的学生，如何有效地利用他们的求知欲，激发起学习该课程的兴趣，并针对他们的缺点，制定行之有效的方法及对策，使其通过该门课程的学习，培养起运用创新教学理念、联系科学研究和提高解决实际问题的能力，是值得我们教学工作者思考并认真对待的问题。如何围绕塑料制品的化学组成、结构及聚合方式、添加剂及其配比以及成型加工工艺、工艺条件及其控制、成型设备等知识内容对学生开展有效教学是一个重中之重。教学内容必须与专业特色有效结合，在向学生传授课程理论基础知识的同时，又要围绕当前贵州省高分子材料人才培养领域涉及的塑料成型加工新技术、新发展方向进行有效的结合介绍。遵循高分子材料的成型加工基本原理，着重对新的成型加工工艺进行研究，尤其是通用塑料与工程塑料的成型加工区别。在日常教学过程中，将高分子材料基础理论与实际日常生活中常见塑料制品的例子相结合，开展与学生的分析和讨论，启发学生在学习过程中牢牢抓住本课程的主题思想。例如：在介绍五大通用塑料制品尤其是PVC制品生产时，介绍了生产PVC软硬制品过程中各类助剂的选择及添加量控制，合理的配方设计，不同的成型加工方法，以及不同成型工艺生产的制品具有不同的特殊性能，应用的不同的场合，让学生掌握“高分子材料-成型加工-制品性能”三者之间的关系。

2.教学内容与科研实践相结合。“塑料材料与配方设计”课程教学内容应与教师科研实践有效结合，使两者达到互助互促的作用，以科研促进教学发展，将教师科研工作有效融入到教学实验中，体现教学与科研的互动，提高学生分析问题、解决问题、实验操作和使用计算机软件的能力。例如：塑料制品的增韧途径有多种方法，可将教师科研课题与相关课程知识相结合来进行教学，如聚合物纳米复合材料对塑料增韧的影响，尤其是近年来较热门的稀土偶联剂的研究，在增加粒子与基体树脂结合力的同时，兼顾一定的内作用等，可以鼓励感兴趣的学生参与到教师的科研实验中来，学以致用，加强对知识点理解的同时，拓宽视野，锻炼科研及动手能力。

三、丰富教学方法的教学改革探索

1.传统与先进多媒体辅助、计算机技术运用等教学手段相结合。传统的教学手段――板书由于其单调、枯燥的特点已不能完全适应当前的教学要求，而多媒体辅助――PPT教学使原本量大、抽象、复杂、枯燥无味的理论知识，通过形象、生动、直观的图文并茂形式表现出来，调动了学生的积极性和学习兴趣，便于学生对知识的理解和掌握[3]。比如通过多媒体电子课件辅助教学，对于高分子塑料制品成型加工过程中塑料助剂的作用机理的演示以及挤出成型、注射成型等成型加工过程的演示，更加直观和生动，利于学生对理论知识的进一步掌握。塑料配方设计是指确定配方中各种助剂加入量的方法。一个塑料配方中往往包括增塑剂、热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂、剂、填充剂、阻燃剂等多种添加剂。多种助剂的合理搭配，通过利于计算机技术（word、cad）来对配方设计进行科学地设计，有效地减少了实验次数，节省实验时间，使配方设计更加准确、快速，达到事半功倍的效果。

2.教师理论实践指导与学生自主学习相结合。在理论教学中，我们知道塑料配方设计的方法有两种：一种是单因素变量配方设计法；一种是多因素变量配方设计法。在课程理论教学过程中，尤其是正交设计法介绍环节，我们在教学中采用重点难点教师讲授、学生自主学习的方法。学生自主学习之后，采用课堂提问的方式以检验学生自主学习的学习成果，让学生了解正交设计法的使用特点，掌握多因素变量的实验方法，优化出最佳配方。学生具有较强的学习兴趣和能力，通过教师理论指导与学生自主学习相结合，我们将学生能力激发出来，使学生的学习变被动为主动，从而收到事半功倍的教学效果。在实践教学中，秉承贵州省的绿色发展观念，保护自然生态环境，走节能减排可持续发展之路，在塑料制品成型加工及废旧塑料回收及再生利用中，始终贯彻绿色生态理念，对日常生活废弃塑料，譬如食品包装、各类饮料瓶、储存容器及薄膜等塑料制品，有意识地进行分选挑捡，改性再生利用，将实验课程内容涉及到的包括塑料的混炼，塑料的双螺杆挤出成型、注射成型等各种加工方法工艺，通过相容性混炼技术来进行废旧塑料的再生利用。比如：回收的PP耐应力开裂性能较差且低温脆性较大，可选择回收HDPE及LLDPE制备再生共混物，也可以回收农膜与PP制备合金，利用适当设备经过混炼实施。这既增加了学生的实践操作能力，又培养了绿色环保创新意识。同时，成立课外实践兴趣小组，让学生充分调动主观能动性，开展探讨思考，与教师共同讨论分析，提出解决思路，找出解决问题办法，提高学习兴趣和逐步培养科研创新能力。

3.企事业工厂参观学习。本专业目前与贵州省材料产业技术研究院、龙里蓝图新材料公司等企事业单位建立了良好合作关系，建立了实习基地。通过与这些合作企业的协作，学生可以现场实地对各种成型加工所涉及的原料处理、设备、工艺流程、质量控制等实际生产过程进行近距离的感受，让学生们了解橡胶和塑料加工过程使用的原材料、工艺方法及工艺流程以及生产过程中所使用的仪器和设备。将知识与生产进一步联系和认识，毋庸置疑对学生有了很大的帮助。比如：参观塑钢门窗加工工厂时，讲解员详细地向学生介绍了加工车间的工作情况及以聚氯乙烯树脂为基本原料进行成型工艺的加工流程。通过参观，每一个学生都受益匪浅，知道了PVC，这也为我们以后专业方向的选择和学习打下了良好的基础。

随着市场对塑料制品需求的不断扩大以及塑料工业的高速发展，培养出高素质应用型人才，使其具备更加牢固的知识基础，更加灵活地运用知识的能力，成为当务之急。本课程通过几个方面的课程理论与实践教学改革，极大地调动了学生的学习兴趣，提高了学生的逻辑推理能力以及分析问题和解决问题的能力，在培养学生的积极自主学习能力、配方设计能力、实践能力等方面都取得了良好的效果。

参考文献：

第3篇：改变高分子材料的途径范文

摘 要：由于眼部存在诸多给药屏障，使得许多药物对眼部疾病的防治效果欠佳。为了使药物更好地发挥药效，许多新的给药方法和技术已成为研究热点。对近年来国内外眼部给药的研究进展作一综述。

关键词：眼部给药；新剂型；新技术；药剂学

中图分类号：R988.1文献标识码：A文章编号：1673-2197（2009）03-0125-04

由于眼睛特殊的解剖学构造及生理和生物化学性质，使得外源性物质难以进入其中。这里的外源性物质也包括了用于治疗眼部疾病的药物，上述因素造成最突出的问题就是眼部给药后生物利用度低，个别药物由于鼻泪管引流会引起全身不良反应。另外，传统的滴眼剂易从眼部流出，需要多次给药，眼膏剂易引起雾视，从而导致病人顺应性差。为此，广大的药学工作者一直试图研究采用各种领域的新技术、新方法来提高眼部给药的生物利用度，改善药物疗效，增加临床用药的安全性和病人的顺应性。鉴于此，眼部给药系统的研究越来越成为人们注目的焦点，本文就其研究进展进行综述。

1 前体药物（Prodrugs）

前体药物是指将活性药物衍生化成药理惰性物质，但该惰性物质在体内经化学反应或酶反应后，能够回复到原来的母体药物，再发挥治疗作用。前体药物相比于其母体药物而言，一方面能够改善其母体药物的膜渗透能力、溶解度和稳定性等物理化学性质；另一方面，还可以减轻快速代谢，掩盖不良气味，易于开发成制剂等。SHIRASOKI[1]等报道了多种药物通过采用了前体药物的方法，改善了药物的角膜透过能力。更昔洛韦的二肽单酯前体药物相比于其母体药物有着更好的角膜透过性和生物利用度[2]。阿昔洛韦也被作为模型药物用于前体药物的研究。与更昔洛韦相似，也是采用氨基酸或者肽类来修饰母体药物的，在改善了母体药物水溶性的同时，也降低了其毒性，并且增加了药物在体内的活性[3]。

软药（Soft drugs）是前体药物殊的一类，它被设计成易代谢失活，在完成治疗作用后，按预先规定的代谢途径和可以控制的速率分解、失活并迅速排出体外，从而避免药物的蓄积毒性。可见，其最主要的特点是在发挥出最大的治疗效果的同时，产生最小的副作用。软药研究的热点主要集中在治疗眼部炎症的甾体类抗炎药和治疗青光眼的β-受体阻断剂的开发[4]。

2 凝胶（Hydrogel）

2.1 生物粘附性凝胶

生物粘附性凝胶一般以具有生物粘附性的高分子材料为载体，增加药物制剂的粘度，延长药物在眼部的滞留时间，从而提高药物的生物利用度。常用的高分子材料有：丙纤维素（HPC）、聚丙烯酸类（PAA）、聚乙烯醇（PVA）、高分子量PEG、羟丙甲纤维素（HPMC）、聚半乳糖醛酸（PLA）、木质葡萄糖（xyloglucan）、葡萄糖（Dextrans）等。张宁等[5]采用羟丙甲纤维素（HPMC）制备氟啶酸眼用凝胶。HPMC的加入，增加了制剂的粘度。滴入眼部后，与角膜前的粘糖蛋白结合，延长了药物在眼部的滞留时间。高分子材料的加入，虽然能够增大制剂的粘度，但是由于粘度的增大，可能引起眼部的不适，并且容易导致剂量不易控制。

2.2 即型凝胶

即型凝胶的概念是在20世纪80年代提出的。制剂以滴入的形式滴入眼穹窿，在眼部的生理条件下，经相转变形成粘弹性胶体。眼部滞留时间的增加是最显著的特点。根据在眼表面发生相转变的机理的不同，即型凝胶可分为温度敏感型、pH敏感型、离子敏感型。

2.3 温度敏感型

温度敏感型凝胶的机理为由于高分子材料中氢键或疏水作用，在温度改变的条件下，导致聚合物的物理状态发生改变。温度敏感型凝胶在冷藏或室温下为溶液状态，当温度升到33～37℃时即形成凝胶。常用的高分子材料有：Poloxamer、羟乙基纤维素、木聚糖等。其中Poloxamer是最常用的高分子材料，常被单独使用[6]或联合其它高分子材料一并使用[7，8]，形成混合型的即型凝胶。

2.4 pH敏感型

pH敏感型凝胶在pH＜5时不能形成凝胶，当与泪液（pH7.2～7.4）接触几秒内即形成凝胶。这类常用的载体高分子材料有：卡波姆（Carbopol）、聚卡波菲（Polycarbophil）、聚丙烯酸树脂类（Eudragit）和PVP。卡波姆是此类中的代表，由于其分子结构中存在大量的羧基集团，在水中溶胀可以形成低粘度溶液，在碱性条件下，羧基离子化后分子链膨胀伸展形成凝胶。

2.5 离子敏感型

离子敏感型凝胶是由高分子材料与泪液中的电解质作用后，发生相转变而形成凝胶。

所用载体有gellan胶和海藻酸等。gellan胶是较理想的眼用材料，它在水溶液当中形成阴离子多糖，在与泪液中的一价、二价的阳离子结合后粘度变大形成凝胶，从而长时间维持药效。

3 微乳（Microemulsion）

微乳是粒径在10~1000nm之间热稳定的乳剂。微乳具有热稳定性好、粒径小、光透过性好、生产费用低、易制备等特点。为此，将微乳作为眼部给药载体的研究引起了人们的广泛关注。制备微乳时，选择合适的表面活性剂/助表面活性剂不仅可以增加微乳的稳定性，还可以改善难溶性药物的溶解度[9]。微乳除了可以改善难溶性药物的溶解度外，还可以增加药物的角膜透过率。A HASSE等[10]以肉豆蔻异丙酯为油相，卵磷脂为乳化剂，丙二醇和PEG-200为助乳化剂制备匹鲁卡品的微乳，采用家兔进行临床前的安全性评价。研究结果表明：该制剂对家兔眼组织无刺激，并且显示出缓慢释药特性。另一种以盐酸匹鲁卡品为模型药物的微乳，通过改变组分中水的含量可以改变微乳制剂的流变学性质，从而增加了药物在眼部的滞留时间，提高了生物利用度[11]。

4 脂质体（Liposomes）

脂质体是由磷脂双分子层构成，类似于生物膜，易于生物融合，可以促进药物对角膜的穿透。脂质体的粒径、表面所带电荷、制备方法以及制备脂质体时所用的类脂成分是影响其性质的关键因素。脂质体有小单室脂质体（SUV）、多室脂质体（MLV）和大单室脂质体（LUV）3种类型。脂质体作为眼部给药载体的研究主要集中在增加角膜透过率上。Y SHENAND等[12]比较了更昔洛韦脂质体与更昔洛韦滴眼液对兔角膜的穿透能力和眼内的组织分布。结果表明：更昔洛韦脂质体的角膜透过能力是更昔洛韦滴眼液的3.9倍，药时曲线下面积（AUC）则为更昔洛韦滴眼液的7倍。环丙沙星制备成多室脂质体（MLV）后，在眼部不易被泪液冲刷而造成药物流失，并且其药物释放特性取决于所用的类脂的种类[13]。

5 纳米混悬体（Nanosuspensions）

纳米混悬体是将水溶性不好的药物分散到合适的分散介质当中，以表面活性剂为稳定剂而形成的胶粒系统。纳米混悬体常采用高分子聚合物作为载体来增加药物的溶解度和生物利用度。文献[14]报道将氢化可的松、泼尼松龙和地塞米松3种甾体类抗炎药制备成纳米混悬体后，体内研究结果表明显著增加了它们在眼部的吸收。将药物制备成纳米混悬体后，也可以增加制剂的稳定性。R PIGNATELLO等[15]以EUDRAGIT RS100 和RL100为载体制备氯克罗孟（Cloricromene）的纳米混悬体，一方面改善了药物的生物利

用度；另一方面也增加了制剂的稳定性。

6 纳米粒（Nanoparticles）

纳米粒是将药物包封于载体材料中形成的固状胶态粒子，粒径通常在1μm以下。常用的包封材料有生物降解或非生物降解高分子材料、脂类、磷脂和金属。纳米粒在眼用制剂当中的研究主要集中在提高药物的生物利用度和缓控性能上。R CAVALLI等[16]采用妥布霉素为模型药物，制备了眼用固体脂质纳米粒。体内研究结果表明：与普通滴眼液相比，眼用固体脂质纳米粒持续释放药物长达6h，Cmax增加了3.5倍，药时曲线下面积（AUC）为普通制剂的4倍。S K MOTWANI等人[17]评价了以壳聚糖和海藻酸钠为载体制备的加替沙星眼用膜粘附纳米粒的体外释放特性。加替沙星在最初的1h内释药量较大，但在随后的24h内持续释药。

7 类脂质体（Niosomes）

类脂质体是由非离子表面活性剂制备的具有双层结构的囊泡，与脂质体有着很大的相似性，所以被称为类脂质体。水溶性药物和脂溶性药物都可以被其包封。Abdelbary等[18]研究了类脂质体包封的庆大霉素眼用制剂，采用不同的表面活性剂（吐温-60、吐温-80、苄泽-35）制备类脂质体。体外释放试验结果表明：经类脂质体包囊过后的庆大霉素与普通滴眼剂相比其释药速度更加缓慢；另外，眼部刺激试验的结果显示，类脂质体包封的庆大霉素眼用制剂家兔眼部组织无明显刺激。

8 树状体（Dendrimers）

根据Sahoo等的定义：树状体是一种在中心周围有一系列树状分支形成的大分子化合物。它们具有纳米级粒径，易于制备，表面含有多种基团的特性，使得它们更加适合作为眼部给药的载体[19-21]。树状体表面具有多种基团，如：氨基、羧基和羟基。由聚酰胺基构成的树状体被广泛用于药物传递系统的研究，亲水性药物和亲脂性药物都可以被其包裹[22]。树状体表面功能基团、分子量和分子大小的选择是考虑将其作为药物载体的重要参数。

9 环糊精（Cyclodextrins）

环糊精系由淀粉经酶解环合后得到的由6~12个葡萄糖分子连接而成的环状低聚糖化合物，是制备包合物的常用材料。药物制备成环糊精包合物后，改善其水溶性的同时且不改变药物原有的分子结构和能力。地塞米松、醋酸地塞米松和匹鲁卡品经环糊精包合后制成滴眼液，表现出了比普通滴眼剂更高的生物利用度[23，24]。KIM[25]等人将人表皮生长因子包合于HP-β-环糊精后，分散于泊洛沙姆的眼用凝胶系统中。体内试验表明：药时曲线下面积（AUC）被显著增加。

10 接触眼镜（Contact lenses）

接触眼镜是20世纪70年代出现的产品，起初并非药物制剂，而是一种放在眼角膜表面用于矫正视力的薄型软性角膜镜片。现在，将其作为眼部给药的载体被广泛关注[26]。接触眼睛作为眼部给药的载体的优点主要体现在：能够控制药物释放，增加药物在眼部滞留时间，改善药物的角膜透过率，提高生物利用度等。KIMAND等[27]以聚羟基乙基甲基丙烯酸为载体制备了地塞米松、醋酸地塞米松、地塞米松磷酸钠各自的含药接触眼镜，结果表明：相比于普通滴眼剂生物利用度更高，并且达到控释效果。

11 植入制剂（Implants）

最先上市的眼部植入制剂是美国ALZA公司的Pilocarpine Ocusert，它是一种控释眼用制剂，可以定时定量的释放药物，从而达到使降低眼内压效果延长的目的。眼用植入制剂根据所用高分子材料的不同，可以分为生物降解型和非生物降解型。生物降解型在释放完药物后，载体材料可被人体代谢而无需将空植入制剂取出；非生物降解型恒速释药后，最后要取出空植入制剂。由于植入制剂在眼部停留的时间较长，有的长达数年，所以对其无菌要求非常严格；同时为了避免眼部排斥，应尽量采用无毒的可生物降解高分子材料。

12 结语

能够制备出高效、方便的眼用制剂是每位药学工作者共同的愿望。但是，真正上市的眼用新剂型品种很少，大多数新方法和新技术都只停留在试验阶段，要实现商品化还有许多亟待解决的问题：药物载体的眼毒性，载药量小，药物释放控制困难，眼后段给药剂量难以控制等。因此，开发更有效的眼部给药方式和新剂型还需进一步努力。

参考文献：

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第4篇：改变高分子材料的途径范文

【关键词】导电高分子；聚乙炔；聚苯胺；聚吡咯；聚噻吩

近年来，导电高分子的研究取得了较大的进展，科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究，已使其成为一门相对独立的学科。目前研究比较多的结构型导电高分子主要有聚乙炔、聚芳杂环化合物及其衍生物、聚芳环和芳稠环化合物及其衍生物。

1.导电高分子材料的研究进展

1.1 聚乙炔（PA）

PA是研究最早、最系统，也是迄今为止实测电导率最高的电子聚合物。白川英树采用Ti（OBu）4/AIR3为催化剂，用纯的四氢呋喃及苯甲醚为溶剂，得到了球状或颗粒状的聚乙炔膜。Naarman采用对聚合催化剂进行高温陈化的方法，聚合物力学性质和稳定性有明显改善，高倍拉伸后具有很高的导电性。王佛松，钱人元等人用稀土Nb及烷基铝作催化剂，通过改变溶剂或添加剂的种类及稀土/烷基铝的比率获得了具有纤维状结构的聚乙炔薄膜，其电导率在10～1000S/cm。曹镛等用Ti（OBu）4

/AIR3为催化剂，用纯的四氢呋喃及苯甲醚为溶剂，得到了球状或颗粒状的聚乙炔膜。王岱山等通过对Shirakawa催化体系进行特殊处理，得到了高性能的聚乙炔膜。王佛松等通过增重法及红外电子自旋共振法研究了不同催化体系得到的聚乙炔的空气稳定性，清楚了聚乙炔中的共轭双键易与空气中的氧气发生反应生成羰基化合物，导致聚乙炔的共轭结构被破坏，降低其电导率。为了改善聚乙炔的导电溶解等性能，人们研究了各种取代聚乙炔，发现乙炔有取代基时，聚合物的电导率降低，但却大大改善了它的溶解性，取代聚乙炔大多数都是可溶的，且取代聚乙炔，尤其是含氟炔烃的稳定性还比聚乙炔好。

1.2 聚芳杂环化合物及其衍生物

1.2.1 聚吡咯（Ppy）

聚吡咯也是发现早并经过系统研究的导电聚合物之一。由于聚吡咯容易合成，导电率高，科研人员对其进行了广泛而深入的研究，并且逐渐向工业实际应用方向发展。但其有难溶难熔的缺陷，难以加工成型。王长松等采用吡咯单体在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的乙酸乙酯溶液中，以三氯化铁作为氧化剂进行现场氧化聚合得到了复合聚吡咯2聚甲基丙烯酸甲酯，电导率高达3.05S/cm，而且该复合导电薄膜在空气中的稳定性极好。为了改善其溶解性，3位取代的聚吡咯衍生物引起了人们的广泛注意，这类聚吡咯衍生物有些是可溶的。目前已经分别合成了聚（3-烷基吡咯），聚（3-烷基噻吩吡咯）等。闫廷娟采用以丙烯酸甲酯，苯乙烯和丙烯酸为单体进行乳液聚合而合成新型P（BSA），以其为基体，交联后在低温下吸附吡咯蒸气同时进行氧化聚合，得到新型的聚吡咯导电复合薄膜，电导率可达220S/cm。在3位上引入带有双苯基聚吡咯，其可溶可熔，电导率为10-4～10-3S/cm。研究表明，以过量的FeCl3为氧化剂，氮甲烷为溶剂，合成聚（1-烷基-2，5亚甲基吡咯），其电导率可达10-5～10-6S/cm，这种聚合物在空气中稳定性好，成型加工性优良。

1.2.2 聚噻吩（PTi）

相对于其它几种导电高分子，聚噻吩类衍生物大多数具有可溶解、高电导率和高稳定性等特性。TenKwanyue等合成了一系列烷基取代聚噻吩衍生物，掺杂前为深红色，掺杂后聚3-甲基噻吩和聚3-已基噻吩最高电导率达1～5S/cm。Shi Jin以三氟化硼（BF3）-乙醚（EE）和AlCl3/CH3CN作为催化剂在低电位下进行电化学氧化聚合可以得到高导电性能的聚噻吩，其电导率可达到金属铝的电导率。用电解聚合法也可得到导电聚噻吩及其衍生物。

在单体中引入取代基，聚合物电导率可达1000S/cm以上的较高指标。在噻吩的3位上引入甲氧基，聚（3-甲氧基噻吩）的电导率为15S/cm，可溶于碳酸苯撑酯和二甲基亚砜中，并可浇注成膜。日本的小林等采用FeCl3，化学氧化法使3-丙基磺酸钠噻吩聚合，制得分子量10万、电导率为0.1S/cm的水溶性和自掺杂聚合物。另外，美国的Patilr则采用电解聚合法合成了侧链上具有丁基磺酸基的蓝色可溶性聚噻吩。若在聚噻吩的3，4位上引入环氧烷烃二羟基，可使聚合发生在2，5位上，这样的导电聚合物同时具有较好的导电性和稳定性，且具有电致变色。

1.3 聚芳环和芳稠环化合物

1.3.1 聚苯胺（PA n）

MacDiarmid 1983年发现聚苯胺（PA n）的导电性，聚苯胺很快成为导电高分子研究的热点。因为聚苯胺良好的热稳定性和化学稳定性而成为当前研究最多的导电高分子之一。现在，已基本明确其化学、参杂反应、导电机理等重要问题。可溶性聚苯胺的合成可以说是导电高分子发展的一个里程碑。80年代末，Armes等合成了导电态水乳胶，使聚苯胺的应用第一次成为现实。王利祥等通过控制反应后处理条件得到了部分可溶于四氢呋喃和二甲基甲酰胺的聚苯胺。Liu C.F.等在An聚合体系中加入含有—COOH基团的聚合物乳胶如JSR 640（丁二烯/苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸）可得到电导率为10-2～10-1 S/cm的稳定水乳胶。马永梅等通过沉淀聚合制备了二丁基萘磺酸或十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺，所得聚苯胺具有高导电率（3.0 S/cm），并易溶于普通有机溶剂。

1.3.2 聚对苯乙烯撑（PPV）

首次由Kanbe合成了棕色可溶于水的PPV聚合物粉末，但其聚合度仅为10。之后，Wessling改进了Kanbe的合成方法，在1972年制得PPV薄膜，Wessling给出10种相似合成方法，合成时由于所选择试剂和合成条件的不同得到的产率也稍有不同，其合成产率仅有41%。Gagnon在Wessl-

ing的实验基础上做了进一步的改进，于1987年合成出具有高产率的PPV，但是其合成产物的聚合度不高。总之，以上合成方法都不尽理想。Burroughes在前人工作基础上于1990年合成了具有完美结构的PPV，其电导率是比较高的。国内对PPV的研究始于1993年，PPV及其衍生物合成报道自1994年相继出现，从这些报道来看，一方面是对其发光、导电机理的探索，另一方面主要是跟踪了国外的合成方法，从合成方面而言，产物产率、电导率、纯度及合成方法都无新的突破。

2.导电高分子的应用

导电高分子材料具有易成型、质量轻、柔软、耐腐蚀、低密度、高弹性，具有优良的加工性能，可选择的电导率范围宽，结构易变和半导体特性，且价格便宜等特点。导电聚合物不仅在国民经济、工业生产、科学实验和日常生活等领域具有极大的应用价值，而且孕育的巨大潜在商机已使许多企业家将目光聚焦于导电高分子产品的开发和应用研究上。

2.1 电子器件—二极管、晶体管的应用

导电高分子材料在电子仪器部件中的应用得到迅速发展。1977年后，黑格利用导电聚合物发明了一种超薄并可以弯曲的电子器件—发光二极管，迈出了导电高分子实用化的第一步。1986年日本又用聚噻吩制成了场效应管。这将是导电高分子未来规模化应用的一个重要突破口。1990年英国剑桥大学R.H.Friendt首次报道具有半导体特性的导电高分子可以用于高分子发光二极管以来，高分子发光二极管的研究已成为90年代的研究热点。现在，发光二极管的性能已发展到可以与无机发光材料相媲美的程度，相继出现的聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩二极管已部分实现了商品化，与传统的无机发光二极管相比，高分子发光二极管具有颜色可调、可弯曲、大面积和低成本等优点。当前的研究主要是解决器件的发光效率及其寿命，正向实用化的方向发展。这一研究热点似乎成为导电高分子领域实现导电高分子实用化的突破口。

2.2 电磁屏蔽材料

传统的电磁屏蔽材料多为铜，随着各种商用和家用的电子产品数量的迅速增加，电磁波干扰已成为一种新的社会公害。对计算机房、手机、电视机、电脑和心脏起博器等电子仪器、设备进行电磁屏蔽是极为重要的。直接使用混有导电高分子材料的塑料做外壳，因其成形与屏蔽一体较其他方法更为方便，而导电聚合物具有防静电的特性，因此它也可以用于电磁屏蔽，而且其成本低，不消耗资源，任意面积都可方便使用，因此导电高分子是非常理想的电磁屏蔽材料替代品，利用这一特性，人们已经研制出了保护用户免受电磁辐射的电脑屏保。这方面聚苯胺被认为是电磁干扰屏蔽最有希望的新材料，也是制造气体分子膜的理想材料。

2.3 电池

导电聚合物具有掺杂和脱掺杂的特性，因此可以用作弃放电的电池和电极材料。日本钟纺公司已成功开发了聚乙炔塑料电池，以其质轻而大受消费者欢迎。在这方面，聚吡咯具有很大的优势，它有较高的掺杂程度和更强的稳定性，对电信息的变化也非常敏感，如果在传统的纺织物上涂上聚吡咯就能使其变成导电体，因此可溶性的聚吡咯可用于监测低浓度挥发性有机物的高灵敏度化学传感器。

聚乙烯用于二次电池的电极材料及太阳能电池材料，如果有机物的耐久性问题和高压下稳定的有机溶剂问题获得解决，那么，具有合成高分子的易生产加工成膜和可挠曲等特点的轻易、小型、高比能量的二次电池就有可能实现商品化。

有机光电导体材料的有机太阳能电池还只是在开发之中，与无机光电导体相比，有机光电导体一般都具有阻值高，稳定性（耐用性）差等缺点，但它有便宜，可大量生产，器件制造简单而大面积化，可选择吸收太阳光的物质等优点，因此，有希望成为太阳能电池和材料。

2.4 作为导体的应用—导电橡胶

导电高分子可用作电导体，目前已制出了在掺杂状态下能与铜媲美的聚乙炔。由于电性不够稳定，导电高分子尚不能替代铜、铝、银等金属而加以利用。日本通产省已把它列为下世纪基础技术研究之一。但是，导电橡胶中有一种叫加压性导电橡胶，这种橡胶只有在加压时才出现导电性，而且仅在加压部位显示导电性，未加压部位仍保持绝缘性。加压性导电橡胶可用作压敏传感器，还被广泛应用于防爆开关、音量可变元件、高级自动把柄、医用电极、加热元件等方面。

2.5 透明导电膜的应用

导电高分子可制成彩色或无色透明的质轻的导电薄膜，在一些特殊的环境中使用。透明导电膜，是在透明的高分子膜表

（下转第45页）

（上接第36页）

面上形成的对可见光透明的导电性薄膜，除了在历来的透明导电膜玻璃的应用范围内得到应用外，还可用作电子材料的基材，如在电致发光面板、液晶和透明面板、开关等电板材料、指示计检测仪器窗口的防静电和电磁屏蔽材料等方面已经应用，目前正集中精力进行开发薄型液晶显示的透明电极，透明开关面板，太阳能电池的透明电板等，估计在不久也将得到应用。

3.导电高分子实用化的研究方向

导电高分子在能源、光电子器件、电磁屏蔽、乃至生命科学都有广泛的应用前景。但是，至今未实现导电高分子的实用化。作为材料，离实际应用仍有相当大的距离，存在许多有待发展的方面。导电高分子的研究方向将集中在以下几个方面：

1）解决导电高聚物的加工性和稳定性。现有的导电高分子聚合物多数不能同时满足高导电性、稳定性和易加工性。合成可溶性导电高聚物是实现可加工性和研究结构与性能的有效途径。

2）自掺杂或不掺杂导电高分子。掺杂剂不稳定或聚合物脱杂往往影响聚合物的导电性。因此合成自掺杂或不掺杂导电高分子可以解决聚合物稳定性问题。

3）提高导电率。1988年一些学者已使聚乙炔（PA）拉伸后的电导率达105S/cm，接近铜和银的室温导电率。因此提高导电高分子的电导率将一直是该领域最有吸引力的基础研究课题之一。

4）在分子水平研究和应用导电高聚物。开发新的电子材料和相应的元件已引起各国科技工作者的重视。

如果技术上能很好地解决导电高分子的加工性并满足绿色化学的要求，使其实现导电高分子实用化，必将对传统电子材料带来一场新的技术革命。

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第5篇：改变高分子材料的途径范文

关键词：大班授课、小班研讨；教学模式；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）18-0207-02

近几年，大班授课、小班研讨这种创新型课堂教学模式逐渐在我国高校中被采用，四川大学高分子科学与工程学院在本科学生高分子物理课程的教学中尝试采用了大班授课、小班研讨的教学模式。有效地激发了学生的想象力和创造力，调动了学生学习的积极性主动性，加强了教师与学生之间的互动与交流，加深了学生头脑中对课程一些基本原理、问题的理解，有效提高了教学效果。

一、高分子物理课程中引入“大班授课、小班研讨”教学模式的意义

著名的哲学家、数学家阿尔弗雷德·诺斯·怀特海曾经对于大学的意义做过这样一番精彩的论述：“大学是进行教育和从事研究的场所。大学之所以有理由存在，是因为它使老少两代人在富于想象力的学习中，保持了知识与生活热情之间的联系”。如果能为书本上的知识插上想象的翅膀，年轻人就能激发无穷的创造力。这就是我们将“大班授课、小班讨论课”模式引入高分子物理课程的初衷，即在课本知识的基础上，给学生广阔的思考空间，以激发他们无穷的想象力和创造力。大班授课以向学生传授课程的基本概念、基础理论为主，小班讨论以讨论、分析和解决实际问题为主，为学生答疑解惑。大班授课、小班研讨就是将这两种传统的教学模式结合起来的课堂教学方法。在课程教学过程中，具体是老师根据教学大纲的安排进行主体内容、知识与理论的讲授；小班研讨是将大班的学生分成讨论小组，在教师组织与指导下进行的相互讨论。这需要教师事先布置讨论题目和学习任务，要求学生要提前准备，查阅相关资料，然后对这些资料进行归纳、分析和整理。小班讨论时需要学生分工合作、充分表达、善于倾听、学会总结，教师则要抓住适当时机进行点评并加以引导。相比于大班授课小班研讨课的班级小、人数少，所以学生的参与度高，每个学生都能参与，并且必须动脑、动手、开口。小班研讨课改变了单一的通过老师讲授获取知识的方式，知识不再是的单向传递，而是一种多向交互。小班研讨课的内容丰富、形式多样，更能调动学生学习的积极性主动性，学生在讨论前需要做充分的准备，学会收集信息，并做出相应的分析和判断，再综合运用知识发现问题、提出问题、分析问题和解决问题。此外，在讨论过程中需要认真倾听与表达，有利于加深学生对所学知识的理解，更能激发学生的想象力和创造力。“高分子物理”属于高分子材料等专业本科生的专业基础课，课程内容繁多、体系庞杂、知识点多，虽然与高分子材料的实际性能结合得较为紧密，但内容机理相对枯燥，使用形式单一的讲授法，学生理解非常困难，无法达到预期的教学效果，更无法培养学生强烈的好奇心、独特的思维方式和丰富的想象力，因此对于大班授课、小班研讨有着内在的本质性的要求。

二、大班授课、小班研讨的在高分子物理课程中的实施

大班授课沿用了以往传统的讲授法，主要给学生们系统讲授课程的主要内容；小班研讨则形式多种多样，针对一些与课程相关的实际问题展开讨论。在大班授课、小班研讨的实施过程中，小班研讨是这种教学模式的核心，需要实实在在做好讨论前的准备、讨论中的组织和讨论后的评价三个环节的工作。

1.小班讨论课前的充分准备。首先教师在讨论前要精选教学内容，只有那些具备多种选择并与高分子材料实际应用紧密结合的教学内容，才适合选作学生的讨论题目。此外，还要有一个范围相对广一些的研讨主题供学生选择。所以我们在选题上着实下了一番心思，希望既能与高分子物理学科紧密联系又能激发同学们的思考，于是我们在基本科学问题的基础上，设置了一些情景模拟题，以下是其中一个思考题：“你是中国海洋石油总公司（简称中海油）的一名高级工程师，有一天新闻中传来噩耗，你们的渤海湾油田发生非常严重的漏油事故。给渤海湾水域环境造成了非常严重的危害，事件平息后，公司高层决定你们实验室未来两年的研究重点是在完全水环境下超疏水亲油材料的研发，用于对水体中油污的清理。今天你将要向公司高层陈述你所设计的这种超疏水亲油材料。（提示：发泡材料为佳，质量轻，在水中不会因为重力作用而下沉）”。这个思考题的目的是让同学设计一种超疏水亲油材料，结合上去年中海油的漏油事故，让学生对这个题目的现实意义有更深层次的理解。同学们在表现形式上也有更多的选择。然后，将学生进行合理分组，由小组组成讨论大组，大组人数控制在20人左右。将讨论题目布置给学生，并使学生明确教学目标以及自己所要做的事情。学生在讨论课前所要做的准备就是大量收集与题目相关的资料和信息，并对这些材料进行归纳整理，准备进行讨论。

2.小班讨论过程中教师的组织和学生的参与。讨论过程中学生是主体，这就既要求他们积极主动地表达自己的观点，又要求他们能认真仔细地倾听别人的看法。教师则主要负责讨论的组织和引导，把握讨论进展的程度，在恰当的时机给予适当的指导，力求使每一位学生都参与到讨论中来。研讨进行的过程中，要将主题发言、点评和自由讨论相结合。在讨论中我们的具体方法是：先由每个小组选出一人，关于讨论题目进行5分钟的观点陈述或说明；再进入自由提问时间；小组成员（未做陈述者）提出问题，也可指定其他任一小组成员（未做陈述者）回答，也可以抢答（但也必须是小组内未做陈述者），若小组只有一人，则陈述、提问及回答等全部由自己完成；如此循环，直至每个小组成员都回答一次问题，结束；最后每小组选出一名成员，针对刚才的讨论进行总结，时间为2分钟。学生在讨论课环节的成绩占期末成绩的10%，讨论课环节的成绩包括两部分：评委给分加上讨论中发言、提问等表现的加分；任课教师、助教、高年级研究生（友情客串）组成评委组，评委给分由每位评委给分，去掉最高分和最低分后的平均值。讨论的形式可以多种多样，实验证明学生们各方面才能都远远超出我们的预想，各个组的内容都很丰富、形式也很多样化，如：小品、相声、话剧、访谈、歌曲等等。将高分子物理的相关知识通过这些新颖的形式表现出来，这样既能使学生较为准确的掌握，课堂氛围又轻松有趣，又能充分调动他们的积极性和主动性。通过小班研讨课，同学们纷纷表示得到了很多收获。台上的同学表演的精彩纷呈，台下的同学提问也非常的热烈。每个同学都加入到了这次活动中来。最后经过评委现场打分决出了“最佳创意奖”、“最佳全能奖”、“最佳辩手”的奖项，并给获奖的团队颁发了奖品。

3.小班讨论课后的总结与展望。同学们对“小班讨论”课给予了很高的评价，总结之后可以用“新颖、有趣、丰富”三个词来形容。“新颖”是指选题的创新性，援引一位同学的话：“我从未上过如此有趣的课程，原以为高分子物理都是严肃而枯燥的，没想到和生活如此贴近，我们学习更有劲儿了！希望这种形式的课程能够多一些。”“有趣”体现在表现形式的多样性。每个青年人都是一个有待开发的小宇宙，在这次讨论课中，作为老师也有很多收获，我们看到了每个学生身上的潜力，更坚定了我们作为一名教师的使命感和光荣感。小班讨论课同学们呈现的知识用“丰富”来形容一点也不为过。同学们在资料的收集和查找上也花费了一番功夫，调动了网络、纸质图书、四川大学数据库等一切资源。经过讨论课，无论是老师还是学生都觉得获益匪浅。小班讨论课结束后，根据收集的学生的反馈，结果表明我们在“高分子物理”课程的教学中采用的“大班授课、小班研讨”的教学模式达到预期的目的，现有的讨论题目在近几年仍适合在其它班级继续讨论。今后教学中的应进一步加强“小班讨论”，一方面拓宽讨论内容，另一方面在讨论形式上引入辩论等形式。这正是小班讨论式教学法与大班讲授法的区别之处，在成绩的评定时侧重的是学生在讨论过程中的表现，而非讨论的结果；这就要求在评价讨论结果的同时，对学生在整个讨论过程中的态度、思维过程、行为细节等进行相应的记录与评价，所以如何更科学合理地评定小班讨论中学生的成绩是值得今后商榷的问题。

大学是培育人才的最高殿堂，而大学教育的成功并不仅仅由考试成绩的优劣来衡量。跳脱出让学生在课堂上“吃大锅饭”的教学模式而重视每一个学生的个体关怀是助力学生走向成功的重要途径。激发学生的创造力并给与他们更广阔的舞台是这次高分子物理“小班讨论课”的核心价值所在。而我们也在教学改革的道路上成功的迈出了第一步。

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第6篇：改变高分子材料的途径范文



关键词：纳米材料生物医学应用

1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性

1.1纳米碳材料

纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。

碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。

1.2纳米高分子材料

纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。

1.3纳米复合材料

目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。

此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。

2纳米材料在生物医学应用中的前景

2.1用纳米材料进行细胞分离

利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。

2.2用纳米材料进行细胞内部染色

比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。

2.3纳米材料在医药方面的应用

2.3.1纳米粒子用作药物载体

一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。

磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。

2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料

Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。

2.3.3智能—靶向药物

在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。

2.4纳米材料用于介入性诊疗

日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。

2.5纳米材料在人体组织方面的应用

纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。

目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。

纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

第7篇：改变高分子材料的途径范文

国际生物降解聚合物学术讨论会(InternationalSymposiumonBIOdegradablepoly-Iner:)于1995年n月14一15日在日本东京举行，主要讨论生物降解聚合物的设计、合成、性质及其应用。与会者150余人。会议收集论文近70篇，有20位世界著名专家、学者作了特遨报告.会议分PHA(生物聚酷)生产的生物学及生物技术、PHA的合成与生物降解、分子设计与生物降解等专题进行讨论。徽生物合成的聚合物，一般称为生物聚合物(Bi叩olymer)，具有可完全生物降解的特征。在废弃的合成高分子材料产品对环境造成日益严重污染的今天，开发出与通用高分子材料性能相似，且又可完全生物降解的生物聚合物已成为高分子材料科学与工程，以及生物工程领域的热点之一。本文主要介绍采用生物技术进行生物聚合物研究的最新进展。

1生物梁合物的主要种类与结构

生物体内合成的大分子物质，均可称为生物聚合物，如蛋白质、核酸、淀粉等。这里所说的生物聚合物，是指由徽生物合成的聚醋，它是不同于蛋白质、核酸、淀粉的一类新的天然高分子物质。徽生物合成的聚醋，因既具有生物可降解性，又具有通用高分子材料的可加工性而受到人们的关注。这种由徽生物合成的聚醋，统称为聚经墓链烷酸醋(氏lyhydroxyalkanoate，简称PHA)，许多细菌都能在体内合成和积累PHA.在细菌细胞缺乏营养物质时，将水解PHA以摄取养料.现已发现百余种细菌具有合成和积累PHA的功能，并已从20多种细菌中克隆出了PHA合成醉的结构基因。最近又发现合成与积累PHA的细菌可分为两组，一组以八女口左矛阴es翻tr’功hus为代表，主要合成C:~CS单体单元的短链PHA;另一组以尸，-己动”洲a，。酝卯俐二，为代表，可合成具有C‘~cl‘的中等链长的PHA单元。PHA实际上包括一系列的聚酷，最常见的聚醋与它们的结构如下:甲墓侧链聚经墓T酸醋[Poly(卜hydroxybutyrate)，pHB〕（图略）这种结构特征有利于A在环境中的降解证明，PHA能被环境中广泛存在的某些细菌所降解.这些细菌可分泌出PHA的解菜I或水解醉。

2PHA的生物合成

在限载而碳像充足的条件下，许多好暇或厌氧菌都可合成和积爪亚徽米大小、由PHA（图略）一般情况下，PHB在细胞中积爪约为细胞干t的0%一30%，在限载情况下，一些A-:璐必“‘盯和月以‘aligen毋s菌株可积爪自身干!90%的PHB.对PH旧的生物合成过程的研究表明，Pl王B的“建筑块”是乙陇一辅醉A，并以图5和图6的途径进行合成。合成的PH卫分子t的大小取决于细曹的种类，也与分离方法有关.若分离方法沮和，如用溶荆萃取，或直接分离出天然的PHB东粒，则可获得高分子t的PHB，分子t可从10万至上百万，甚至更高.研究还表明，在一个PHB硕位中，往往包含，几千个PHB分子，并发现在可合成PHB细，的一个细胞内，至少有1800。个PHB聚合醉分子，而且在PHB的积累过程中始终保持着这一数量在限氮、限磷培养基中加入有萄精和丙酸，A女口左g翻esotroPhu，菌可合成和积累PH-BV.PHBV中的HB对HV的单体比可用有萄糖对丙酸的比率加以调节，而PHBV的机械性能和热塑性直接依赖于聚醋中HB和HV的比例。

3生物技术

在PHA合成中的应用生物聚合物将成为下世纪重要的工业材料，PHA的大规模生产就成为实现这一目标而迫切需要解决的首要间题。为了提高细菌对PHA的合成能力，80年代后期，科学界已逐渐开始采用徽生物技术，用基因工程的方法解决这一问题，其过程（图略）由PHB的生物合成过程可知，该过程涉及到3种醉:卜酮硫解醉，乙酞乙酞一辅醉A，PHB合成酶。这3种酶是使合成PHB得以实现的生物催化剂。即是说，在合成PHB细菌的染色体DNA上存在着对应于这3种醉的基因。日本的T.Yamane等人已从尸ara~，d活月泣七叹方“n:菌中克隆出这3种基因，分别表示为PhbA，PhbB和Ph扫C，并分析了这3种基因的核昔酸顺序，确定了3种墓因所编码的醉的氛墓酸组成及分子（图略）对醉结构的分析表明，来像于尸a、~。J胡it八fiea。中的户阴硫解阵与乙曦乙跳一辅醉A与来自其他菌种的这两种醉有，较高的氮基破同像性，同探性分别为“.7%与74.0%.对PhbA和phbB基因的结构及表达研究表明，在重组的大肠杆菌中沪劫峨和州幼B墓因能同时被转录，而且只能在PhbA墓因的上游检侧到启动子活性，因而断定这两个墓因形成了一个操纵子.phbC基因则与户肋A和PhbB墓因操纵子间隔10kb的核昔破.户舰(墓因的开放阅读框架前是一段启动子序列和一核抢体结合位点，开放阅读框架之后是转录终止子。对PhbC墓因表达的研究，是将启动子、Ph扫C开放阅读框架和终止子的整个系统擂人一高拷贝、且具有广泛宿主菌适应性的载体，再导进尸，J翻.戊命。。，，结果使，体内积早的PHAt有较大幅度犷提高.如以正一戊醉为原料，积早的PHA的t是原始出发菌的2.4倍。在基因工程中，提高外撅墓因表达水平的方法很多，较常用的是选排强的启动子，提商羞因的转录水平，从而提高墓因表达产物的产t。日本N.Toyoda等人为了提高PHB合成相关基因在光自养型菌种伪“”砧叫州a中的表达水平，提高PHB的产t，首先用启动子探针型穿梭质粒从光自养型细菌勿.echococcoPcc7942中克隆出了强启动子，用该强启动子与户肋A，PhbB和Ph扫C，以及合适的克隆载体进行了体外，组，再将盆组体导入伪口，砧配才叮匆，构建了墓因工程菌，希望户劫叭，Ph五B和Ph夕C墓因能在其中高拷贝表达，产生更多的PHB合成醉，合成出更多的P妇旧.日本K.Kataoka等则致力于寻找可高拷贝复制的质粒，他们从足阿“爪拍昭“:sP.MA4筛选出pMA4质粒，采用电冲击法将pMA4导入匆”ech~，sP.MA19蔺株，发现pMA4在.勺月echococc“:sP.MA19中的拷贝数达300以上.若以这种高拷贝质位做毅体，嵌人与PHB合成相关的3种墓因，再克隆进入MA19菌株，就可能使PHB的产t有较大幅度的提高。奥地利维也纳大学的科学家们在以荃因工程中最常见的大肠杆菌为宿主，，组建能合成PHB的基因工程菌的同时，在重组体中还引人了曦菌体的热教溶解签因，使细菌易裂解而自动释放出PHB，大大简化了提取时所要求的苛刻条件和过程.也降低了成本。

4PHB解二研究

在对Pl犯合成醉进行研究的同时，对PHB解琅醉和水解醉也进行了研究.日本T.Tan业等人从湖水中筛选出对PHB有解获作用的菌株，从该菌中分离出PHB解聚酶。醉的分子量约为50000，最适作用pH为9.0，温度37℃，可将PHB分解成3一经基丁酸的单体或二聚体。然后又以粘性质粒pWE15为载体，以大肠杆菌为宿主菌，从c.acid例Ora二:YM1609中克隆出PHB解聚酶基因。该塞因约由2.9kb核昔酸组成。由转化菌中获得的PHB解聚酶与出发菌c.acid门oransYM16o生的PHB解聚醉在分子量、醉比活性和底物专一性上都十分相似。日本的M.Nojiri和K.Kasuya等分别采用基因工程技术，对来自Alcalig翻esfaecalisTl中的PHB解聚酶基因进行研究时发现，PHB解聚酶基因编码着488个氨基酸，其中包含着一段由27个氮基酸残墓组成的信号肚.酶结构上存在着两个功能区，一个是起催化作用的区域;另一个是与底物相结合的区域。通过定位突变，确定了酶的活性中心为位于肤链上的第139位的丝氮酸。另外，由第51位和95位半肤氨酸构成的双硫键在维持酶的生物活性所具有的构象中起重要作用.PHB水解酶在PHB的生物降解中同样具有重要的作用。日本K.Zhang等已从尸。-己俐，a:sp.Al中同时分离出PHB解聚酶与水解酶。水解酶能将PHB水解成D(一)一3一经基丁酸醋的低聚物。该酶的分子量为72000，作用pH为7.0~8.5.克隆该酶基因并做基因结构分析后发现，该酶基因的开放阅读框架由2112个核昔酸组成。M.Shiraki等则从Alcali-gene，faecalisTl中分离出与从尸seudomonassP.Al中发现的相同功能的PHB水解酶基因，基因长3kb，位于PHB解聚酶基因的下游，酶的分子量为70000.

5PHA共聚醋的聚集态结构与生物降解性的关系

PHB是可生物降解的生物聚合物，但其生物降解仍受许多因素的影响。无论是采用PHB解聚酶，还是在天然降解环境，如活性污泥、堆肥、土壤中的降解均表明，其固体形态对这种可部分结晶的生物聚醋的降解影响很大。意大利的M.Scandola在研究PHB与其他材料共混后的生物降解性时发现，选用不同的高聚物组分与PHB共混，可形成一系列具有不同相态的共混体，即从完全相容到完全不相容。由于PHB的结晶度很高，以PHB为主的共混体系不仅在两组分不相容时含有PHB的晶相，而且当两组分在融体状态下完全相容，且共混体系的玻璃化转变温度低于室温的情况下，仍含有晶相。因此，在大多数情况下，以PHB为主的共混体，是一多相体系。这种共混体在PHB解聚酶的作用下或是在降解环境中，会发生如下现象:①对于不相容体系，PHB相的生物降解取决于PHB对酶的可接近性，PHB的暴礴表面及PHB区域的连通程度是生物降解的控制性步骤。由于共混体的相组成和共混条件强烈影响相分布，因而对生物降解的程度与速度也有控制作用.②对于相容体系，因为PHB与其他共混组分形成混合的无定形相(常与结晶PHB共存)，共混体的物理状态—无论是橡胶态还是玻璃态，都对共混体的生物降解起关键作用。只有当混合的无定形相是橡胶态时，才能观察到解聚现象，说明了PHB链段的活动性是酶作用的必要条件。徽生物合成共聚酷P(3HB一co一4HB)的生物降解与共聚物中的3HB与4HB有关。P(3HB~c。一4HB)的结构式是:（式略）日本J.sait。等人的研究表明，P(3HB一co一4HB)在活性污泥和海水中的生物降解性都很好.共聚醋3HB与4HB的比例不同，生物降解的程度也不同。P(3HB一co一93mol写4HB)的生物降解性最好，低结晶度的P(3HB一eo一14mol蚝4HB)与P(3HB一eo一41mol%4HB在25℃的活性污泥或海水中发生生物降解播要4周。在用PHB解聚醉进行降解研究时发现，P(3HB)的酶降解受制于薄膜的结晶度，P(3HB一co一4HB)薄膜的受破坏程度随粉其中4HB组分的增加而增大。美国M.M.Satowski等在用显徽观察、广角与小角X衍射、中子散射等方法研究PHA的形态与醉降解的关系时也指出，PHA的降解与其晶体结构有关，而PHA的晶体结构又受到共混与热处理的影响。因而应定t确定PHA的晶体结构，以控制降解速率。日本的H.Mitom。等还通过，0Co下射线预辐照，在PHB和P(H冬HV)上引发接枝甲墓丙烯酸甲醋、2一经乙基丙烯酸甲醋和丙烯酸。结果是:在PHB与P(HBHV)上辐照引发接枝甲基丙烯酸甲醋，会抑制其生物降解，接枝2一轻乙墓丙烯酸甲醋，会促进生物降解.由于PHB与丙烯酸接枝后亲水性大大提高，因而生物降解性比接枝2一经乙墓丙烯酸甲醋的生物降解性还好.研究还表明，辐照引发接枝主要集中在PHB及P(HB一HV)的无定形区，生物降解也主要发生在无定形区。

第8篇：改变高分子材料的途径范文

关键词：地质工程；土质边坡；高分子稳定剂；加固机理；生态护坡；强度；抗冲刷性

中图分类号：P642 文献标志码：A

Abstract： The polymer soil stabilizer was used to protect the soil slope surface ecologically. The strength， anti-erosion and vegetation growth of soil modified with polymer soil stabilizer were evaluated in the laboratory. The ecological slope protection mechanism was analyzed by the test results and microscopic scanning. Engineering example application was carried out to prove the ecological slope protection effect. The results show that the strength and anti-erosion of soil are improved by polymer soil stabilizer， and the vegetation growth is promoted； the ecological slope protection mechanism of polymer soil stabilizer is that a mesh membrane structure of soil particle on slope surface is formed by the wrapping of polymer soil stabilizer， to improve the strength and anti-erosion of soil and provide a well growth environment， so as to achieve the effect of the ecological slope protection； the feasibility of ecological slope protection with polymer soil stabilizer is verified by engineering example， therefore， this method can be considered as an effective solution for the soil slope surface treatment.

Key words： geological engineering； soil slope； polymer soil stabilizer； reinforcement mechanism； ecological slope protection； strength； anti-erosion

0 引 言

随着社会经济的发展，人类工程活动对地表作用日益加剧。在开发建设项目的大量施工过程中，由于开挖造成原有的生态体系失衡，原生植被遭到严重损坏，形成许多的土质边坡[1-3]。这些边坡土壤土质松散、含水量降低、易风化，容易造成坡面侵蚀、水土流失、坡体坍塌、河流阻塞、滑坡、水污染等灾害[4-11]，从而危害人民生命财产安全及农田水利等基础设施安全[12-13]。目前，常用的防治措施主要有浆砌片石护坡、换土、湿度控制、土工织物加固、挡土墙、土钉、抗滑桩等[14-17]。这些工程措施在一定条件下可有效解决土质坡面的稳定性，但在许多情况下还存在问题，如未从根本上解决土体的工程性质，不能满足生态绿化要求，工程造价高等。因此，探索一种既能有效防止土质坡面水土流失又能结合坡面生态环境建设，既能提高土体工程性质又能降低坡面治理成本的土质坡面生态防护技术是一项紧迫任务。

20世纪90年代以来，随着人类环保意识的加强，高分子稳定剂（也称为高分子固化剂）作为一种新型环保的土体加固材料，在美国、日本等发达国家开始蓬勃发展。高分子稳定剂利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，并利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质，改变土体本身的性质，同时具有掺入量较少、运输方便、施工简单、固化效果稳定、生态环保等优点。高分子稳定剂广受国际学者的关注，并取得了一批重要的成果。Bae等研究了水溶性聚丙烯酰胺在黏性土工程特性改良中的应用[18-20]；Iyengar等报道了高分子聚合物稳定路基土效果显著[21]；Ates介绍了水性聚合物可显著改善砂性土的抗液化性能和无侧限抗压强度[22]；Liu等从2008年开始对高分子稳定剂进行自主研发，对其性能进行了室内研究，取得了一系列创新性成果[23-26]。

本文针对土质边坡坡面稳定性问题，从土体改性机理出发，采用课题组自主研制的高分子稳定剂对土质坡面进行生态护坡，结合室内和现场试验详细介绍了高分子稳定剂坡面加固机理，验证了该方法在土质边坡坡面加固中的有效性，为土质边坡坡面治理提供一条有效的解决途径。

1 高分子稳定剂概况

高分子稳定剂是一种高聚物类土体稳定剂。高分子稳定剂利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，或者利用表面活性剂改变土颗粒表面的亲水性质，从而提高土体的强度、水稳定性和抗冲刷性等性能。

本试验所选取的高分子稳定剂为自主研制的聚醋酸乙烯酯型稳定剂（简称PAS）。PAS系列高分子稳定剂为乳白色液体，通过乳液聚合而成，黏稠状，质地细腻，无可见颗粒物，是一种可与水以任意比例互溶的有机高分子稳定材料。该稳定剂是一类近中性、高固含量、低黏度的有机高分子材料，在自然干燥条件下，具有良好的成膜性，并且具有较好的稳定性能，在储藏、运输及使用过程不会产生产品变质失效现象。本文所用的高分子稳定剂pH值为6～7，固含量（质量分数，下同）为41%，黏度为920 mPa・s，吸水率为34%，凝胶率为1.48%。该稳定剂对环境没有污染，自然环境下降解时间一般为2～3年，但根据固化剂中的添加剂可以调节在自然环境下的降解时间。

2 试验目的、内容、结果与分析

为了深入了解高分子稳定剂改良效果和改性机理，对其改性土强度、抗冲刷性和植被生长等进行室内试验评价。室内试验所用的土样均取自江苏省南京市浦口区的下蜀土，其液限为53.6%，塑性指数为19.7，相对密度为2.72，最佳含水率（质量比，下同）为15.6%，最大干密度为1.74 g・cm-3。

2.1 强度试验

2.1.1 试验目的

通过无侧限抗压强度试验和抗剪切强度试验，测出不同高分子稳定剂含量的改性土试样强度，并计算内聚力和内摩擦角变化。

2.1.2 试验内容

首先，将从现场取来的土样在自然状态下风干，破碎并过2 mm标准筛。试样制备前将高分子稳定剂稀释成5种不同含量（体积分数，下同）（0%（参照样）、5%、10%、20%和30%）的稀释液，然后与土样拌合。试验设计含水率为17.8%，干密度为1.7 g・cm-3。土样拌合均匀后采用静力压实法压实制成相应的土样，在室温下分别养护48 h后进行无侧限抗压强度试验和抗剪切强度试验。试样尺寸分别为39.1 mm（直径）×800 mm（高）和61.8 mm（直径）×200 mm（高）。无侧限抗压强度试验所采用的仪器是南京土壤仪器厂有限公司生产的YYW-2 型应变控制式无侧限压力仪，其升降板的速率控制在24 mm・min-1。抗剪切强度试验所采用的试验仪器是ZJ 轻便型应变控制式直剪仪，试验过程中垂直施加的四级荷载分别为50、100、200、300 kPa，应变速率为0.8 mm・min-1。

2.1.3 试验结果与分析

从高分子稳定剂改性土的无侧限抗压强度和抗剪切强度参数（表1）可以看出：改性土试样的无侧限抗压强度在经过48 h养护后均有明显提高，其强度随着高分子稳定剂含量的增大而增大；改性土试样的内聚力均有较明显的提高，并随着高分子稳定剂含量的增加而增大，在含量为0%～10%时，试样的内聚力上升最为明显，在含量为10%～30%时，试样的内聚力增加速度明显降低；而对于内摩擦角，试样在改良前后没有明显变化，同时改性土试样的内摩擦角随着高分子稳定剂含量的增加而变化量很小。

2.2 抗冲刷性试验

2.2.1 试验目的

在模拟降雨条件下，观察不同高分子稳定剂含量的改性土试样表面土颗粒从试样中分离出来的数量情况及试验的抗冲刷效果。

2.2.2 试验内容

本试验采用自主设计的冲刷试验模拟装置（图1）对高分子稳定剂坡面加固效果进行初步评价。试验中先将土样盒（16 cm×16 cm×3 cm）盛满烘干土样并压实，称重得到土样盒质量（m0）与土样质量之和（m1），将不同含量的高分子稳定剂稀释液均匀喷洒在试样表面（喷洒量为3 L・m-2），在室温条件下养护48 h。养护后，试样放置于坡度为30°可调角支架上进行冲刷测试，收集冲刷下的土量。收集盒中的土放置在烘箱烘干24 h，得到其质量为m2，土样的抗冲刷率R =（m1- m2）/（m1-m0 ）。土样的抗冲刷率越小，则冲刷越严重，抗冲刷能力越弱。此试样模拟降雨的强度为2.8 L・min-1， 降雨时间为30 min。

2.2.3 试验结果与分析

试样在不同含量（0%、5%、10%、20%和30%）的高分子稳定剂稀释液作用下，测试所得的抗冲刷率分别为298%、788%、870%、945%和989%。高分子稳定剂改性土试样在模拟降雨条件下，表面土颗粒从试样中分离出来的数量有明显的降低。改性土的抗冲刷能力有了很大程度的提高，并随着高分子稳定剂含量的增加而不断加强。未改性土试样在经过冲刷后，表面具有较为明显的冲刷破坏现象，抗冲刷率只有298%，而改性土试样冲刷后土体基本保持完整结构，当高分子稳定剂含量达到20%和30%时，试样的抗冲刷率分别高达945%和989%，达到很好的抗冲刷效果。

2.3 植被生长试验

2.3.1 试验目的

观察喷洒不同含量高分子稳定剂对土体结构影响和表面破坏情况及对植被生长的影响。

2.3.2 试验内容

为了了解高分子稳定剂对植被生长的影响，通过植被的种子发芽和生长对比情况进行评价。本试验选用的植被为百喜草，先将草种撒在装有土样的土样盒（16 cm×16 cm×3 cm）中，在其表面喷洒水及含量为5%、10%、20%、30%的高分子稳定剂稀释液，放置于人工模拟气候箱中进行养护，气候箱的温度设置为28 ℃，观察草种的发芽和生长情况以及土样表面土颗粒的破坏情况。

2.3.3 试验结果与分析

从高分子稳定剂对植被生长的影响结果（表2）可知，高分子稳定剂对植被生长无任何不良影响。高分子稳定剂改性土中的草种生长和发育均较好，其中高分子稳定剂含量为30%的土样中草种发芽提前一天，且发芽率高。改性土表面土颗粒结构完整性好，产生的裂隙量也明显减少。此结果主要是由于高分子稳定剂改性后的土颗粒水稳定性得到较大程度的提高，土体结构及其物理性质（如孔隙度、通气性、透水性等）得到明显改善，为植被提供了良好的生长环境，促进了植被生长。

3 生态护坡机理分析

高分子稳定剂生态护坡的机理见图2。高分子稳定剂喷洒到土质坡面后，高分子链上的内部高分子长链逐渐展开，高分子链上的亲水基团醋酸基（-OOCCH3）、羧基（-COOH）和羟基（-OH）通过氢键及阳离子交换作用与土颗粒形成紧密的连接结构（图3）。而主链上具有疏水性的C―C长链通过扩散、渗透和缠绕在土颗粒表面及空隙内形成网状膜结构，增强土颗粒间的连接，最终在坡面形成一定厚度的弹性网状膜土体结构（图4）。在护坡的植被还没有生长前，通过高分子稳定剂的化学、物理和网状膜结构的作用，可以在根本上增强土体强度，提高边坡抗冲刷性，防止在坡面产生大量的冲沟及水土流失，还可以提高土体的保温性和透气性，有利于植被的生长和发育，减缓表面径流和雨水的冲刷。而根系发达的植物根系力学效应可视为三维加筋纤维分布，通过水平根系的加筋作用和垂直根系的黏结型锚杆加固作用来提高坡面土体的附加“内聚力”和承载能力，从而在高分子稳定剂和植被的共同作用下达到良好的生态护坡效果。

边坡表层土在高分子稳定剂所形成的膜结构作用下，土颗粒表层结合水的变化速度大幅度降低。在降雨时，土颗粒表层结合水缓慢地吸收增加，在干燥条件下，减少的速度也十分缓慢，同时高分子链上的亲水基团也具有较强的保水性，这样在一定条件下可以较好地调节边坡表层土的含水率，促进植被生长，同时防止土体表面开裂。

4 工程实例

为了进一步了解高分子稳定剂的生态护坡效果，笔者进行了现场试验研究。试验场地选择在江苏省南京市浦口区，试验段土质为弱―中等胀缩性下蜀土， 在坡面未处理前， 坡面冲刷十分严重， 植被无法生长（图5）。

针对本试验坡段的土质特点及气候因素，结合绿化效果及护坡效果，本次现场试验选用了百喜草、狗牙根和白三叶等3种植物，并按等份均匀混合。这3种植物对生长环境要求较低，根系发达，是极好的水土保持植物品种，非常适于边坡防护工程，可以起到较好的生态护坡作用。

4.1 施工程序

（1）坡面整平阶段：在道路施工过程中，由于路堑边坡多为机械开挖，往往造成坡面平整度较低，出现低洼不平，造成边坡整体视觉及感观上的不足，也给施工带来很多不便。因此，对坡面必须要进行人工整平。

（2）施肥播种阶段：为了使绿化植被能有更好的生长环境，施以有机肥及其他复合肥料，同时播撒用于边坡绿化的草种。如果有合适的喷播机械，这一阶段的工作可合并到高分子稳定剂喷洒阶段，即将肥料和草籽与高分子稳定剂混合后一起喷洒到坡面上。

（3）高分子稳定剂稀释阶段：高分子稳定剂黏度较大，在使用过程中一般都要将其稀释到一定含量后再喷洒，本次试验稀释含量为20%。

（4）高分子稳定剂喷洒阶段：将高分子稳定剂稀释液按一定单位面积喷洒量均匀喷洒在撒过草种及肥料的边坡表面，喷洒采用的方式为高压机泵喷洒。如果具备有种籽、肥料和高分子稳定剂混喷的机械泵，则施肥播种阶段可省略。

（5）边坡养护阶段：由于种子发芽需要一定的温度、水分和阳光等自然环境，所以在种子发芽和生长过程中，要定期对边坡进行洒水养护。

（6）生态护坡效果评估阶段：对现场试验坡段的抗冲刷性、坡面破坏程度、植被生长情况等定期观察，对护坡效果进行综合评价[27]。

4.2 生态护坡效果分析

试验段施工期为4月下旬，白天气温为18 ℃～30 ℃，喷洒施工期间天气晴朗，有利于高分子稳定剂在坡面成膜，满足高分子稳定剂的施工天气要求。为了更好地对比高分子稳定剂的护坡效果，试验过程中留了小面积没有喷洒稳定剂的坡面进行效果对比。施工后，定期对试验段边坡进行现场评估。从现场试验区的植被发育和坡面情况可知，施工45 d以后，经过几次暴雨的冲刷，高分子稳定剂喷洒后的坡面基本上没有被冲刷的迹象，坡面植被生长良好，而比对坡面有了较为明显的冲沟，植被破坏较为严重。120 d以后，经过炎热的夏季和雨水的冲刷，改良后的坡面（图6）已被植被完全覆盖，得到充分的保护；而对比坡面（图7）冲刷严重，沟痕变宽变深，水土流失十分严重，仍无植被发育。从上述现场护坡效果可以得出，高分子稳定剂可以提高土体的抗冲刷性，具有较好的生态护坡效果。

5 结 语

（1）自主研制的高分子稳定剂可以在较大程度上提高土体的强度和抗冲刷性，同时可以促进植被的生长。

（2）高分子稳定剂生态护坡机理是通过包裹土质边坡坡面的土颗粒形成网状膜结构，提高土体的强度和抗冲刷性等性能，给坡面植被提供良好的生长环境，从而达到生态护坡的效果。

（3）工程实例进一步验证了高分子稳定剂应用于土质边坡生态护坡的可行性，为土质边坡坡面治理提供了一条有效的解决途径。

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第9篇：改变高分子材料的途径范文

【关键词】纳米技术；化纤开发；扰电磁波辐射；红外功能

中图分类号：TF12 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）04-170-01

利用这些好的特性，成功的生产了具有多种功效、多附加值的纺织品，具有很大的经济效益。文章基于这一背景主要探讨了纳米技术在化纤开发中的应用，其中化纤主要研究了功能性化纤。

一、纳米技术与材料在化纤开发中的应用

利用纳米技术可以生产出较强功能性的化纤，有下面三种途径可以实现：

1.将纤维细化，让其细化到纳米级的程度，这样才能够达到特殊用途领域的要求，例如：超细化纤维被用作为复合形式的增强材料；

2.通过采用纳米材料来对以往使用的传统材料改变其性质，例如湿法纺丝中的溶液一起混合使用，就是把纳米粒子溶解后的高聚物进行均匀的搅拌，在经过聚合反应以后才可以加工纺丝；在融纺的过程中，把熔融的聚合物中均匀的分散纳米粒子，这样才能够配制功能性纤维；

3.把纤维按照纳米进行处理并且让其实现功能化。

（一）抗紫外线纤维

化纤纺丝的时候，不仅要增加抗紫外线剂，而且也要在纤维的表面的上抹上抗紫外线剂，这样就能配制成抗紫外线纤维。使用的添加剂有一种是具有反射紫外线的物质，比如说紫外线屏蔽剂，在一般情况下，大多选择使用类似A12O3、MgO、高岭土等金属氧化物的粉状物质；另外的一种是具有强烈的选择性的将紫外光进行吸收，而且还可以为减少透过性的物质从而将能力进行转换，人们已经约定俗成的称作是紫外线吸收剂，常见的都是某些无机物，除了上面所说的几种金属氧化物质，还有TiO2、纳米云母等物质；另外还有为数不多是有机化合物，通常容易见到的是水杨酸醋类、金属离子聚合物等。在太阳发射出的紫外线中，能够对人造成伤害的波段是200到400纳米之间。具有吸收紫外线的特点并且属于这个波段范围内的有纳米TiO2、纳米云母等。如果把微量的纳米微粒放到化学纤维里去，那么就会出现把紫外线进行吸收的现象。这样就能够有效的保护人体不会受到紫外线的伤害。在目前比较常用的大部分的抗紫外线功能添加剂的主要是由纳米TiO2、纳米ZnO以及其它化学助剂组成的，通常情况下把细度调制到30到500nm的范围内。有些化纤是经不住日晒的，其原因是有机高分子材料经过紫外线的照射就会发生分子链的降解，从而有很多的自由基出现，影响了纤维和纺织品的颜色、色泽、强度等。然而纳米ZnO粒子却是具有十分稳定性能的紫外线吸收剂，把它很均匀的分散在高分子材料中，通过它对紫外线能够吸收的特性，可以阻止分子链发生的降解，这样就能够实现防日晒耐老化预期目的。

（二）抗静电化纤

衣物和化纤地毯等由于静电效应，摩擦产生放电效应，同时易吸灰尘，给使用者带来诸多不便；另外一些操作平台、船舱焊接等一线工作，静电易产生火花而引起炸。

因为静电效应，所以一些衣物和化纤地毯等物体会因摩擦而产生物理上的放电效应。另外，化纤类的物质还容易吸收灰尘，这样一来会给造成使用者一些不必要的麻烦；还有某些需要操作平台、船舱焊接等方面的工作环境下，很容易产生静电，继而因为静电容易产生火花很可能造成爆炸的后果。

考虑到安全性，为解决十分关键的静电问题，必须提高纤制品的质量，然而纳米微粒正好为解决这个困难指出了一种新的方式方法。把少量的纳米微粒放入到化纤制品里，把具有半导体的属性的粉状物质比如0.1%到0.5%的纳米TiO2、纳米ZnO等，加到树脂里面，这样就能够产生很好的屏蔽静电的功效，从而很大程度上降低了静电效应，使得生成的制品在表面上的电阻值高达108到109欧姆，这样一来在很大程度上就提高了安全系数。

（三）扰电磁波辐射纤雄

由于目前的微波通讯技术以及电子信息技术的飞速发展，对于像电子、电器这样的很多产品都已经走进了广大居民的生活。这些产品虽然使得人们的生活变得快捷、方便、高效；但是也产生了一些类似如电磁干扰《EMD以及电磁污染等负面问题。这些电磁辐射会损坏人们的身体，使得人体的健康受到严重的威胁。如果在化纤加时，能够增添一些如纳米Fe2O3、纳米NiO等这样的纳米微粒；那么就可以制出能够抗电磁波辐射的纤维，从而可以强烈的将电磁辐射进行吸收；这样一来，就能够防护人们的身体。