智能高分子材料技术

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1、智能高分子材料技术“智能材料”这一概念是由日本的高木俊宜教授于1989年提出来的。所谓智能材料,就是具有自我感知能力,集累积传感、驱动和控制功能于一体的材料,也是具有感知功能即识别功能、信息处理功能以及执行功能的材料,具备感知、反馈、响应三大基本要素。它不但可以判断环境,而且可以顺应环境,通过感知周围环境的变化,适时做出相应措施,达到自适应的目的。智能材料可用图作出描述。迄今为止,人们已开发出许多种智能高分子材料。由于高分子材料与具有传感、处理和执行功能的生物体有着极其相似的化学结构,较适合制造智

2、能材料并组成系统,向生物体功能逼近,因此其研究和开发尤其受到关注。智能高分子材料又称智能聚合物、机敏性聚合物、刺激响应型聚合物、环境敏感型聚合物，是一种能感觉周围环境变化，而且针对环境的变化能采取响应对策的高分子材料。什么是智能材料？行动识别分析判断二、智能高分子材料的应用1.智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应,发生突变,呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同,可以将高分子凝

3、胶分为不同类型的刺激响应性凝胶。智能高分子凝胶主要有pH性凝胶,化学物质影响性凝胶,温敏性凝胶,光敏性凝胶,磁场响应性凝胶,影响内部刺激性凝胶。高分子凝胶是指三维高分子网络与溶剂组成的体系。其网络的交联结构使它不溶解而保持一定的形状;因凝胶结构中含有亲溶剂性基团，使它可被溶剂溶胀而达一平衡体积。这类高分子凝胶可随环境条件的变化而产生可逆的、非连续的体积变化。高分子凝胶的溶胀收缩循环可用于化学阀，吸附分离、传感器和记忆材料;循环提供的动力可用来设计“化学发动机”;网孔的可控性适于智能药物释放体系。高

4、分子凝胶的刺激响应性包括物理刺激(如热、光、电场、磁场、力场、电子射线和X一射线)响应性和化学刺激(如pH值、各种化学物质和生物物质)响应性川。随着智能高分子材料的深人研究，发展具有多重响应功能的“杂交型”智能高分子材料已成为这一领域的重要发展方向。例如，刘锋等合成的含不同梭基量的两个系列的pH值敏感及温度敏感水凝胶聚(N一异丙基丙烯酞胺一CO一丙烯酸(NA)及含聚二甲基硅氧烷的聚(N一异丙基丙烯酞胺一CO-丙烯酸(NSA)，可使吸附在水凝胶中的木瓜酶随生物体内环境变化自行完成药物的控制释放。据报

5、道，紫外辐射法合成的甲基丙酞胺一N，N二甲氨基乙醋水凝胶具有较好的透明性和适当的弹性，在40℃和pH=3时亦有明显的温度和pH值敏感性;将叶绿酸(Chlorophyllin)共聚到PNI以M中，可得到具有光敏和温敏双重功能的水凝胶[3，5]。2.智能织物美国学者将聚乙二醇与各种纤维(如棉、聚醋或聚酞胺/聚氨醋)共混物结合，使其具有热适应性与可逆收缩性。所谓热适应性是赋予材料热记忆特性，温度升高时纤维吸热，温度降低时纤维放热，此热记忆特性源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋结构间的氢键相互作用。温度升高

6、时，氢键解离，系统趋于无序，线团松弛过程吸热。当环境温度降低时，氢键使系统变为有序，线团被压缩而放热。这种热适应织物可用于服装和保温系统。其中包括体温调节和烧伤治疗的生物医学制品及农作物防冻系统等领域。此类织物的另一功能是可逆收缩，即湿时收缩，干时恢复至原始尺寸，湿态收缩率可达35%。可用于传感/执行系统、微型马达及生物医用压力与压缩装置。如压力绷带，它在血液中收缩，在伤口上所产生的压力有止血作用，绷带干燥时压力消除。当前，分子纳米技术与计算机、检测器、微米或纳米机器的结合，又使织物的智能化水平提

7、高一大步。自动清洁织物，自动修补织物等越发引起人们的注意3.形状记忆高分子材料高分子材料的形态记忆功能由其特殊的内部结构所决定。在其内部存在着互相结合成网状的架桥，架桥的存在使高分子链间不发生滑动，其形状记忆程序如下图1。[9]形状记忆高分子材料是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或演化交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料。形状记忆过程可简单表述为:初始形状的制品一2次形变一形变固定一形变回复。把它加热到高于Tg使之变形后，再冷却至室温，由于高分子链运动变形使之保持一定状态。

8、再重断加热到介以上，残留的翘梭被解放出来，恢复到原来架桥出现时的形态。性能的优劣，可用形状回复率，形变量等指标来评价。医疗上，形态记忆树脂可代替传统的石膏绷扎，具有生物降解性的形状记忆高分子材料可作医用组合缝合器材、止血钳等。航空上，被用来作机翼的振动控制。利用高分子材料的形状记忆智能可制备出热收缩空管和热收缩膜等。近几年来，我国已先后开发出石油化工、通信光缆等领域所用热缩制品及天然气、市政工程供水及其它管道接头焊口和弯头密封与防腐的辐射交联聚乙烯热缩片。聚全氟乙丙烯(FEP)热收