高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。
高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。
二、高分子材料的结构特征
高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。
三、高分子材料按来源分类
高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。
天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。
四、生活中的高分子材料
生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料和纤维素举例说明。
（一）、塑料
塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。
塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、质轻。4、容易被塑制成不同形状。5、是良好的绝缘体。6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。
塑料的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，故有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。塑料则两种结构的高分子都有，由线型高分子制成的是热塑性塑料，由体型高分子制成的是热固性塑料。
塑料的应用：透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。
（二）、纤维素
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。纤维素是自然界中存在量最大的一类有机化合物。它是植物骨架和细胞的主要成分。在棉花、亚麻和一般的木材中，含量都很高。
纤维素的结构：纤维素是一种复杂的多糖，分子中含有约几千个单糖单元，即几千个（c6h10o5）；相对分子质量从几十万至百万；属于天然有机高分子化合物；纤维素结构与淀粉不同，故性质有差异。
高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。
高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。
二、高分子材料的结构特征
高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。
三、高分子材料按来源分类
高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。
天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。
四、生活中的高分子材料
生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料和纤维素举例说明。
（一）、塑料
塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。
塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、质轻。4、容易被塑制成不同形状。5、是良好的绝缘体。6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。
塑料的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，故有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。塑料则两种结构的高分子都有，由线型高分子制成的是热塑性塑料，由体型高分子制成的是热固性塑料。
塑料的应用：透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。
（二）、纤维素
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。纤维素是自然界中存在量最大的一类有机化合物。它是植物骨架和细胞的主要成分。在棉花、亚麻和一般的木材中，含量都很高。
纤维素的结构：纤维素是一种复杂的多糖，分子中含有约几千个单糖单元，即几千个（c6h10o5）；相对分子质量从几十万至百万；属于天然有机高分子化合物；纤维素结构与淀粉不同，故性质有差异。
关键词：环境；材料；可持续
为了保护环境，各国都在努力，然而，珍稀物种的灭绝、淡水资源的匮乏、全球气温的升高等环境污染问题依然存在，而且愈演愈烈，如何保证经济发展与环境的合理利用依然是世界性难题。为经济与环境协调发展，国际材料界出现了一个新的领域——生态环境材料。
1环境材料的分类
生态环境的发展是从上世纪初才得到发展的，由于人们工业化的发展，造成了人们对环境的巨大破坏，因此人们逐渐认识到环境保护的重要性，开始兴起了生态环境材料的发展，逐渐的成为现在的重要课题。(1)金属材料金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造及金属包装容器制造、不锈钢及类似日用金属制品制造，船舶及海洋工程制造等。金属材料作为使用最为广泛的一种材料，人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。目前最有效的方法是开发其特殊功能，优化使用，即低合金化，较宽的使用范围，促进金属材料的环境协调性。(2)无机非金属材料无机非金属材料也简称无机材料，无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。无机非金属材料是20世纪40年代后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的，已与高分子材料和金属材料并列为经济建设中的三大材料。包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。(3)高分子材料高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂(助剂)所构成的材料。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能——较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。新型高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中，被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。现代工程技术的发展，则向高分子材料提出了更高的要求，因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。(4)天然资源环境材料在自然界中存在许多天然材料与自然环境具有极好的环境协调性，主要包括无机类的天然矿物环境材料和有机类的天然生物资源高分子环境材料。天然矿物环境材料对环境功能作用主要体现在矿物表面吸附性作用与矿物吸附剂、矿物孔道过滤性作用与矿物过滤剂和分子筛、矿物层间离子交换作用与矿物交换剂、矿物热效脱硫除尘作用与矿物添加剂等方面。天然金属矿物具有在水介质中的微溶性化学活性作用与矿物反应剂，也能在污染治理领域发挥独特的作用。(5)环境治理功能材料随着人类生产活动和社会活动的增加，环境质量日趋恶化，自工业革命以来，由于大量燃料的燃烧、工业废弃物和汽车尾气的排放等原因，曾发生多起与环境污染有关的公害事件，已经引起了世界各国的重视。积极开发治理环境污染，恢复生态平衡是环境材料发展的重要方向之一。当前材料领域普遍采用天然材料改性的新型环境功能材料和以废治废及资源化技术来解决日益严峻的资源短缺及环境污染等难题。
2环境协调性评价(LCA)
(1)环境负荷评估方法是LCA(LifeCycleAssessment)。LCA主要包括三个方面：①通过确定和量化与评估对象相关的能源、物质消耗，废弃物排放，评估其造成的环境负担，具有良好的环境协调性。②评估能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响，零排放是不可能的，要在环境的允许范围内，可开发可不可发的尽量不开发。③辨别和评估改善环境的机会，用最小的投入保证最大的收获。(2)材料的环境协调性评价(MLAC)材料的环境协调性评价是将LCA的基本概念、原则和方法应用到材料的环境负荷评价中，与材料或产品的设计相结合。由于与材料相关的环境污染占的比重大，对材料进行环境协调性评价就显得非常重要。典型材料的评价，是众多产品评价的基础，对典型材料进行MLAC可以减少评价的重复。评价材料的优劣要根据这一背景，建立新的评价体系，补充新的评价内容。其研究范围不断扩大，从传统的包装材料，容器等产品领域转向各种金属、高分子、无机非金属和生物材料，从传统侧重于结构材料的评价转向对功能材料的评价。
3结语
21世纪是经济与环境协调发展的世界，世界经济的可持续发展必须以自然资源和环境协调性为基础。人类社会面临能源、资源危机和环境污染，这些问题严重威胁着人类及生物的生存环境，甚至关系到生物世界的生存。所以，我们必须充分考虑其环境协调性，加强材料的协调性设计，广泛应用环境材料。
参考文献：
[1]王天民.生态环境材料[M].天津大学出版社,2000.
一、功能高分子材料的介绍以及其研究现状
1.功能高分子材料的简介
功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子。
2.功能高分子材料的研究现状
在原来高分子材料的基础上，可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。
2.1高功能高分子材料
2.1.1光功能高分子材料
光功能高分子材料是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料，可制成各种透镜、棱镜、塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维、感光树脂、光固化涂料及黏合剂等。这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。在光的作用下，实现对光的传输、吸收、贮存、转换的高分子材料即为光功能高分子材料
2.1.2生物医用高分子材料
生物医用高分子材料需要满足的基本条件：除具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能；具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的、复杂的形态。
2.1.3电功能高分子材料
导电高分子材料通常是指一类具有导电功能、电导率在10-6S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105S/cm）的范围里变化。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
2.2新型功能高分子材料
2.2.1高吸水性高分子材料
高吸水性树脂是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。它可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，自身含有强亲水性基团同时具有一定交联度。，此外，高吸水性树脂的保水性能极好，即使受压也不会渗水，而且具有吸收氨等臭气的功能。高吸水性树脂在石油、化工、轻工、建筑等部门被用作堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封材料等；在农业上可以做土壤改良剂、保水剂、植物无土栽培材料、种子覆盖材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性树脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋垫、一次性尿布等。
2.2.2形状记忆功能高分子材料
形状记忆功能高分子材料自19世纪80年现热致形状记忆高分子材料，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支——形状记忆功能高分子材料。形状记忆功能材料的特点是形状记忆性，它是一种能循环多次的可逆变化。即具有特定形状的聚合物受到外力作用，发生变形并被保持下来；一旦给予适当的条件（力、热、光、电、磁），就会恢复到原始状态。
2.2.3生物可降解高分子材料
生物降解高分子材料具有无毒、可生物降解及良好的生物相容性等优点，所以其应用领域非常广，市场潜力非常大。高分子的降解主要是各种生物酶的水解，其中聚乳酸类高分子是已开发应用于生命科学新型生物可降解材料，生物降解高分子材料除了在包装、餐饮业、农业、医药领域的应用外，在一次性日用品、渔网具、尿布、卫生巾、化妆品、手套、鞋套、头套、桌布、园艺等多方面都存在着潜在的市场，有很好的发展前景。
二、新型高分子材料的应用
现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料不仅可以用于结构材料，也可以用于功能材料。
这些新型的高分子材料在人类的社会生活、医药卫生、工业生产和尖端技术等方方面面都有广泛的应用。在生物的医用材料界中研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯（PM-PPC）的新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料；在工业污水的处理中，可以利用新型高分子材料的物理法除去油田中的污水；开发的苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂及聚酰亚胺等热固性树脂复合材料，这些材料比模量和比强度比金属还高，是国防、尖端技术等方面不可缺少的材料；同样，在药物的传递系统中应用新型的高分子材料，在包转材料中的应用，在药剂学中应用等等。
三、开发新型高分子材料的重要意义
从上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力转到了高智能的高分子材料的开发上。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的丁业化。同时，也更加重视在降低和防止高分子材料生产和使用过程中造成的环境污染。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更重要的是能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产的能力，体现现代科技的高速发展。加快高分子材料回收、再生技术的开发和推广应用，大力开展有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。
四、结束语
材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。我国国民经济和高技术已进入高速发展时期，需要日益增多的高性能、廉价的高分子材料，环境保护则要求发展环境协调、高效益的高分子材料制备和改性新技术，实施高分子材料绿色工程。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活，工业的进步。
参考文献
[1]严瑞芳.高分子形状记忆材料.材料科学技术百科全书[M].北京：中国大百科全书出版社，2008：382～383.
[2]陈莉主编.智能高分子材料[M].北京：化学工业出版社，2006.
[3]何天白，胡汉杰主编，功能高分子与新技术，北京：化学工业出版社，2009.
从阻燃纤维的基本概念和原理入手，分析了有别于传统阻燃纤维的新型高性能阻燃纤维的特点，介绍了几种在尖端领域应用的特种阻燃纤维。指出在国家倡Т葱虑动发展的形势下，高新技术企业需要加快速度突破多年来的国际技术壁垒，纤维检验机构也应与时俱进地了解新型高性能纤维的特点及应用状况，在相关成分定性和定量方面及时弥补国内空白。
关键词：阻燃纤维；高性能；应用前景
1引言
国内市场上的阻燃纤维品种繁多，常见的几种阻燃纤维主要是基于普通纤维的添加阻燃成分或改进整理工艺获得，例如阻燃粘胶、阻燃涤纶、阻燃腈纶、阻燃维纶等等。但这些常规阻燃纤维的性能通常有一定的局限，不足以应对更加复杂的应用领域，能应用于军事尖端领域的技术还比较少。例如，国庆大阅兵时，通过天安门前的某些阅兵方队穿着的多地形迷彩作战服，就是采用自主研发的多纤维混纺阻燃面料，同时还具有高强、耐磨和良好的色牢度等理化性能。
高性能阻燃纤维必须能根据实际情况相应地满足对高强度、高模量、耐高/低温、耐辐射、耐色牢度等综合性能指标的要求。只有具备了上述性能，才可以应用在航空航天、抗低温抗辐射、装甲防护、舰艇绳缆等国防、交通领域以及高温过滤材料、电子绝缘材料、体育用品等军民两用领域。随着阻燃纤维种类的不断发展，其与各种常规纤维之间的混纺面料也不断地被开发出来，纤检机构很有必要及时地了解新型纤维的特点，尤其是在成分定性与定量方面不断开拓探索新的检验方法。
2阻燃纤维的作用原理和分类
2.1纤维阻燃的基本原理
广泛意义上的阻燃纤维（flame-retardantfiber）是指在火焰中仅阴燃，本身不产生火焰，当纤维离开火焰时，阴燃自行熄灭的纤维。不同种类阻燃纤维其具体定义不同，例如阻燃涤纶短纤维，在FZ/T52022―2012指在规定条件下测得的极限氧指数大于或等于29.0%的涤纶短纤维。
可燃物燃烧需要足够的温度和氧气，燃烧难易程度可通过极限氧指数（LOI）来表征。通常情况下，空气中氧浓度约为21%。因此，当LOI>21%时即表明该物质在空气中难以燃烧。阻燃的基本原理是减少热分解过程中可燃气体的生成和阻碍气相燃烧过程中的基本反应。其次，吸收燃烧区域中的热量，稀释和隔离空气对阻止燃烧也有一定的作用。纺织材料的可燃性可以用极限氧指数来表征，它是指在试验条件下，刚刚能支持材料继续燃烧所需的最低氧浓度，即氧在它和氮混合气体中的最低体积百分数。根据纤维的极限氧指数（LOI）值，可分为五个等级：LOI>30%为阻燃一级（不燃），LOI在27%～30%时为阻燃二级（难燃），LOI为24%～27%为阻燃三级（阻燃），LOI在21%～24%之间时为阻燃四级（可燃），LOI
实现阻燃功能，必须切断由热源、可燃物以及氧气组成的燃烧体系。通常，使纺织品阻燃主要通过以下一种或多种方法来实现：除去热源；提高织物发生热裂解的温度；促进成炭，减少挥发性气体的产生；提高可燃性气体燃烧所需的温度；隔绝氧气或者稀释氧气浓度。
2.2高性能阻燃纤维的分类
根据阻燃纤维材料的自身属性不同，可以分为本质阻燃纤维和改性阻燃纤维两种。本质阻燃纤维是指纤维大分子的分子链上本身具有阻燃性基团，纤维的阻燃性并不是通过改性处理而得到的；改性阻燃纤维是通过共聚、共混、复合纺丝、阻燃剂接枝等方法在最大限度保持原纤维特性的情况下赋予纤维一定的阻燃性，如改性涤纶、改性腈纶、改性丙纶、改性粘胶等等。
根据生产方式的不同，可以分为阻燃剂接枝阻燃改性和共聚共混阻燃改性，其中后者应用面更广一些；根据阻燃剂选用的不同，可分为卤系和磷系阻燃剂，后者可降低材料的热释放速率，具有较好的阻燃性，而且也降低了腐蚀或有毒气体以及烟的释放量，因此逐渐得到广泛应用。
3新型高性能阻燃纤维的性能特点
3.1聚f二唑纤维
聚f二唑（polyoxadiazolesfiber，简称POD）纤维，是一种芳杂环结构的耐高温特种纤维，具有良好的热稳定性、阻燃、耐腐蚀等性能。主要采用一步法合成和湿法纺丝技术。该纤维经国内众多科研工作者的努力，成功解决了阻燃改性、聚合、溶液流变、纺丝成形、后处理、老化等难题，成为我国又一具有自主知识产权并实施产业化的耐高温阻燃纤维新品种。
该纤维具有良好的耐热性、高温尺寸稳定性、耐腐蚀性、可纺性，可应用于过滤领域。该纤维的极限氧指数>30%，燃烧不熔融，几乎不产生收缩，燃烧后残碳量较高，燃烧气体烟密度小且毒性小。经试验证明，该纤维的热分解温度为539℃，高于同类的耐高温纤维，如芳纶1313、芳砜纶分别为414℃和422℃。
3.2聚芳酯纤维
聚芳酯（polyarylatefiber，简称PAR）又称芳香族聚酯，是重要的热塑性特种工程塑料之一，通常是指酯基两端连接芳环的聚合物，在工业上多指用双酚A（BPA）、对苯二甲酰氯（TPC）和间苯二甲酰氯（IPC）为原料聚合制得的树脂，实际上为一共聚酯。聚芳酯纤维是经熔融聚合纺丝法获得的特种纤维，该纤维不仅强度模量可与芳纶媲美，而且具有独特的轻质高强、抗撕裂、耐湿热，高低温性能、振动衰减性能以及优良的耐酸碱、耐磨损性能等。
该纤维热分解温度达到443℃，使用温度范围较广，可在-70℃至+180℃下长期使用。具有众多优势，由于采用熔融聚合、熔融纺丝方法制备纤维，因此在整个制备过程中没有溶剂挥发和有害气体排放，纤维属于绿色环保节能低碳材料。该纤维可满足某些高科技领域应用，如美国于1996年底发射的探路者号火星探测器就使用了聚芳酯纤维作为缓冲气囊原料，该气囊成功抵抗了火星表面严酷的环境并将探测器安全送达火星表面。该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐辐射、高技术等优良性能，可将其应用在航空航天、抗低温抗辐射、装甲防护、舰艇绳缆等国防、交通领域以及高温过滤材料、电子绝缘材料、体育用品等军民两用领域。
3.3聚酰亚胺纤维
聚酰亚胺（polyimidefiber，简称PI）纤维集优异的机械性能、耐高低温性能、介电性能、耐磨性能、防紫外线性能、化学和尺寸稳定性能于一体，是高性能纤维家族中的重要成员之一。耐温范围在250℃～350℃，在耐光性、吸水性、耐岬确矫姹确悸诤途郾搅蛎严宋更为优越，是目前使用温度最高和力学性能最好的有机纤维之一，该纤维凭借其优异的综合性能，已成为高温过滤、国防军工、航空航天、环境产业和原子能工业等重要领域急需的纤维新材料。对该纤维的研究工作起始于20世纪60年代。
在特种防护领域，聚酰亚胺纤维拥有良好的可纺性，可以制成各类特殊场合使用的纺织品，用作隔火毯、装甲部队的防护服、赛车防燃服、飞行服等防火阻燃服装，同时可做成阻燃絮片，用作军用防寒保暖服装。在绝缘及复合材料领域，聚酰亚胺纤维也是先进复合材料的增强剂，用于航空、航天器、火箭等的轻质电缆护套、高温绝缘电器、发动机喷管及耐高温特种编织电缆等的制造，还可用于制作新一代战斗机壳体、大口径展开式卫星天线张力索、空间飞行器囊体材料的增强编织材料等[2]。
3.4聚苯硫醚纤维
聚苯硫醚（polyphenylenesulfidefiber，简称PPS）是一种线型高分子结晶性聚合物，它以硫化钠和二氯苯为单体，在N-甲基吡咯烷酮或含碱金属羧酸盐（如醋酸钠等）的有机性溶剂中缩聚而得。该纤维在500℃前无明显的质量损失，具有很好的热稳定性。聚苯硫醚纤维具有较高的耐酸性能，对强碱、磷酸、氢氟酸及甲酸、醋酸等也有极强的抵抗力[3]。
该纤维具有一定的耐热性，但其玻璃化转变温度和熔点都不是很高，纤维的弯曲性能不佳、耐磨性差、强度低，因纤维表面缺乏极性基团，与其他材料复合时黏结性差、吸湿性差。但聚苯硫醚具有优异的耐热性、抗化学腐蚀性、阻燃性，以及良好的电性能及尺寸稳定性，是重要的高技术工程热塑性材料，具有十分广泛的用途，在环境保护、化学工业过滤和军事等领域中的应用尤为突出；在化学行业，PPS可以制成化学品的过滤网等；在电子行业，PPS可以制成电绝缘材料、电缆白胶层、特种用纸等；在航空航天行业，PPS可以作为增强复合材料、房屋材料的材质等；在机械行业，PPS可以作为复合材料的基材、造纸机毡布、干燥剂帆布等材料；在纺织行业，PPS可以作为缝纫线、防护服、防火织物、保温材料等。
3.5聚四氟乙烯纤维
聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylenefibers，简称PTFE）纤维是以PTFE乳液为原料，以聚乙烯醇（PVA）、聚氧化乙烯（PEO）等为助纺剂，通过纺丝或制成薄膜后切割或原纤化而得到的一种特种合成纤维。PTFE纤维根据表观颜色的不同被分为棕色PTFE纤维和白色PTFE纤维。棕色PTFE纤维通常是载体纺丝经烧结除去基质聚合物后得到，纤维手感非常柔软，且自性良好，广泛用于航空航天和国防军事等领域。白色PTFE纤维通常是由膜裂法和糊料挤出法制备，用其制成的滤料具有较高的过滤截面，从而可提高过滤效率[4]。
该纤维的正常使用温度范围为-190℃～260℃，其最高瞬时使用温度可达290℃，即使在-260℃的超低温下依然可保证一定的韧性。PTFE几乎不溶于所有的溶剂，可阻燃（极限氧指数高达95%），不吸潮，耐紫外线性能良好。纤维因具有许多优良的性能而在航空航天、石油化工、海洋作业、纺织、食品和造纸等领域都有着广泛的应用，尤其是在控制PM2.5和制作宇航服方面起着举足轻重的作用。
3.6聚苯并咪唑纤维
聚苯并咪唑（polybenzimidazolefibers，简称PBI）纤维，一种溶致性液晶杂环聚合物，通常由芳香族胺与芳香族二元羧酸或其衍生物缩聚而得。PBI纤维通过干法或湿法纺丝加工制成，纺丝溶剂主要有硫酸-水溶液、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）和二甲基乙酰胺（DMAc），其中DMAc较为理想。美国的制法是将3，3-二氨基联苯胺和间苯二甲酸二苯酯在DMAc中缩聚而成。
PBI纤维的LOI值达到了41%，属于不燃纤维。说明其具有极好的阻燃性能，在空气中不燃烧，也不熔融或形成熔滴。PBI纤维对化学药品的稳定性优异，对硫酸、盐酸、硝酸都有很好的抵抗性。PBI纤维具有突出的耐高温性能，在300℃的温度下暴露60min，能保持100%的原有强度；在350℃下放置6h，能保持其原有强度的90%以上；在600℃下，PBI纤维的耐高温时间可长达5s；即使温度高达815℃，PBI纤维也可以很好地耐受短时间的暴露。在长时间的暴露下，如在230℃下暴露8周，PBI纤维仍保留原有强度的66%[5]。
该纤维是一种综合性能优异的有机纤维，具有耐高温阻燃、化学稳定性好，力学性能、介电性、自性良好及燃烧时毒气产生少等优良性能，被誉为“阻燃之王”。其应用的领域十分广泛，涵盖航空航天、军工国防、消防保护、交通通信、环保净化等领域。例如，可被用于制作航天器重返地球时的制动降落伞及喷气飞机减速用的减速器、热排出气的储存器等；可被用行服、赛车服、救生服和消防服等等。
3.7聚丙烯腈预氧化纤维
聚丙烯腈预氧化（polyacrylonitrilepreoxidizedfiber，简称POF）纤维，在一定温度下经空气氧化形成部分环化结构的黑色纤维。极限氧指数（LOI）一般在40%～60%。一种新型阻燃纤维，这种纤维不仅具有优良的阻燃、耐热性能，而且纤维的耐化学试剂性能也优于一般的合成纤维，主要用于防护服装、阻燃装饰材料、过滤材料及密封材料等。
POF的抗燃性和绝热性极佳，当其平纹织物置于手心上，上面放一枚美国硬币，用1250℃氧-乙炔火焰对着硬币烧时，硬币化了而布料和手心安然无恙[6]。由于POF的耐磨性较差，一般须与其他高性能纤维混织使用，取长补短，例如与间位芳酰胺纤维混纺制成军服和消防服，与对位芳酰胺纤维混纺制成漂亮的西服，用上述火焰灯对着烧，既不燃烧又不收缩和变色。POF的其他重要用途有防火毡、C/C复合材料制的飞机和汽车刹车片、耐高温坩埚、航空和航天用耐高温部件以及各种代石棉的部件等。
4国内阻燃纤维发展现状及前景探讨
国内阻燃纤维的品种虽然很多，但主要还是传统加工生产获得，主要应用于普通民用领域。新型耐高温且具有多种复合功能的品种还较少，即使可以大批量生产的几种纤维，也在某些方面存在不足之处，如纤维的性能指标的稳定性、服用性能和耐色牢度等等方面。
国内阻燃纤维行业内的各生产企业一般都依托科研院所，有很强的产学研能力，通常能依据市场需要努力创新开发各种新型的耐高温阻燃纤维。上文中提到的聚f二唑纤维，即由江苏宝德新材料公司，无锡华东创新材料研究院和四川大学等单位合作对聚芳f二唑纤维进行了改性，2012年成功开发出耐高温阻燃改性聚f二唑纤维宝德纶（PODLON），使其阻燃等性能达到了世界领先水平，并实现了产业化，从而缓解了我国耐高温阻燃纤维长期依靠进口的局面。此项目的试验材料即取材于已经规模化生产的商品化纤维。
但是，更多的高性能纤维品种还是主要依靠进口。如美国杜邦公司的Nomex，日本可乐丽公司聚芳酯纤维，奥地利兰精（Lenzing）公司的聚四氟乙烯纤维等等。我国应加大在此领域的研发力度，不断提高产品在国际市场上的竞争力，逐步摆脱对进口的依赖。
参考文献：
[1]于伟东.纺织材料学[M].北京：中国纺织出版社，2006：149-150.
[2]尹朝清.聚酰亚胺纤维及其阻燃特性[J].纺织学报，2012（6）：116-120.
[3]梁雅卿.聚苯硫醚纤维[J].台湾人造纤维工业会讯，2005.
[4]胡友斌，安源胜，赵小平.聚四氟乙烯纤维性能及其制造工艺[J].化工新型材料，2009，37（9）：24-25.
[5]唐艳芳，王彪，陆仙娟，等.PBI及衍生物的合成及其溶解性能研究[J].材料导报：研究篇，2009，23（3）：21-24.
材料学专业毕业生的就业面比较广，主要就业方向包括计算机、金融、教育和科技咨询等领域。材料专业的毕业生可以从事高分子材料加工、高分子材料合成、信息材料、医用材料、新型建筑材料、电子电器、汽车、航空航天、贸易等工作，还可以进入研究院所、高等院校和海关、商检等部门工作。
材料学专业的分类
通常来讲，材料分为高分子、无机非金属、金属三大种类。从学科的角度来讲，不同的学校所开设的材料学专业也不相同。除了传统意义上的材料科学专业、有机高分子材料专业、无机非金属材料专业、金属材料专业之外，一些学校还增设了高分子复合材料专业、机械材料专业等。以北京航空航天大学的材料科学与工程学院为例，材料科学与工程学科为国家一级重点学科，下设材料科学系、材料物理与化学系、材料加工工程与自动化系、高分子及复合材料系等。
材料学专业就业知多少
从就业角度来讲，金属材料专业作为一门基础学科，应用面广，就业面也相对较广。复合材料因为博采众长，在性能上结合了各种材料的优势，作为一种新型材料广泛应用于生物、航天领域，就业前景也很好。
总体就业前景分析
其一，材料学专业性强，受国家重视，高技术人才供不应求。现代材料学科更注重研究各类材料及它们之间相互渗透的交叉性和综合性特点。经历近半个世纪对材料微观结构和宏观性质相关机制的探索和认识，材料学研究的范围得到巨大拓展，一些具有特殊功能的材料日益受到重视并快速发展，也为材料学的发展提供了前所未有的机遇和空间。这就需要有一定专业知识的人才投入到科研工作中，攀登材料科学的高峰。
其二，随着时代的进步，新型材料运用更加广泛，现代技术的发展也需要很多新型材料的支持。根据我国当前及未来发展的实际情况，材料学专业人才在各个行业需求量的增加为此专业的学生提供了很好的就业机会。
研究生阶段课题方向的选择很重要
据中国科学院学高分子材料专业研究生的王芬（化名）同学介绍，全班40个人，男多女少。虽然传统意义上是要去中石油、中海油等对口单位，但目前她投简历的对象主要是民营企业，这些企业对研究方向没有特别硬性的规定。
找工作的这段时间以来，王芬觉得材料学所有的专业中，金属材料学专业的就业面还比较宽。找工作时，用人单位会看重求职者的教育背景、研究方向以及课题方向，尤其当面试岗位是专职科研人员时，单位对专业方面的考量会针对毕业设计提出，因此研究生阶段的课题选择非常重要。她建议大家认真对待毕业设计。
脚踏实地的研究精神不可少
航天某院工作人员高女士建议，在学校期间，材料学专业的学生应该扎实学好专业基础知识。她认为专业理论基础扎实与否，一方面决定了就业面的宽窄，更重要的是决定了未来工作发展潜力大小。因为大家毕业后的工作与生活是比较忙碌的，很少再有机会系统学习。
以高女士的就业经历为例，她认为就业前应该事先做好以下准备：充分利用师兄师姐的经验、经历了解可能的工作方向，了解具体工作单位及岗位情况；面试前一定先尽可能了解面试的单位及岗位需求，做到有的放矢。
据哈尔滨玻璃钢研究院人事部一名负责人介绍，材料学专业的学生，要具备适应艰苦的工作条件的素质，因为做复合材料研究工作要经常去实验室，更重要的是搞科研一定要坐得下来，能够经得起反复失败和挫折的考验。
此外，在面试中，还应该积极锻炼个人表达能力，为自己增光。
走进材料学专业
高分子材料——性能优异，不可替代
高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有不可取代的优异性能，广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域。很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。然而，一些高分子材料会含有毒性，使用、实验时要注意。
中科院高分子材料学研究方向的研究生王芬（化名）说：“我在本科时读的是无机非金属材料学，在研究生时根据导师的研究方向，选择了高分子材料学，即有机无机复合材料学，重点研究塑料、橡胶等，应用到现实生活中，为钻井平台进行驱油。平日里我们大部分时间在实验室度过，研究对象为甲醛、乙醇、乙烷等化学物质，一些化学物质如甲醛会有毒性，因此要做好防毒设施。”
无机非金属材料——基础学科，必不可少
无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一，主要研究建筑、水泥、陶瓷、玻璃等材料。目前比较受到关注的纳米材料也属于无机非金属行列。
无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，通常把它们分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属材料两大类。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。常见的无机非金属材料有水泥、玻璃、陶瓷等。
关键词：水泥混凝土路面改建旧材料级配碎石再生碎石
中图分类号：TU375文献标识码：A
1.引言
目前我国每年都会产生大量的废弃混凝土，其一般的处理方法是将其运往郊外堆放或填埋，这不仅占用大量的耕地，且造成环境污染。近年来，混凝土由追求高强度、高性能逐渐向绿色混凝土方向发展。对废弃混凝土进行循环再利用，不仅是处理废弃混凝土的有效途径，还可以减小废弃混凝土对城市环境的污染，是发展绿色混凝土的主要措施之一。混凝土再生研究主要集中在再生集料性能方面以及再生集料对再生混凝土性能的影响，研究表明，通过改善破碎工艺和严格控制粒径，利用废弃混凝土完全能够生产出满足水泥混凝土用技术要求和级配要求的再生集料，再生混凝土通过适当改进其性能与普通碎石集料水泥混凝土性能几乎相当。这些再生集料究竟能否部分或完全代替新的集料，用于制备路面中常用的级配碎石，达到天然级配碎石的性能要求，从而节约道路建设费用，国内外对这个方面所做的研究并不多，因此有必要对其可行性进行探讨。本文对再生级配碎石的基本性能进行研究，得出再生碎石与天然级配碎石性能上的差异性，对如何更好利用再生碎石给出合理的建议。
2再生集料的基本性能
2.1再生集料的组成
再生集料按颗粒大小可分为再生粗集料和再生细集料。颗粒尺寸大于4.75mm的集料为再生粗集料，约占废弃混凝土块重量的65%；破碎后发现大部分为表面包裹有部分砂浆的石子，少部分为与砂浆完全脱离的石子，还有少部分颗粒为砂浆。颗粒粒径范围为0.075～4.75mm的集料为再生细集料，主要包括砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒，表面无水泥砂浆的砂粒，水泥石颗粒以及少量的破碎卵石颗粒。废弃混凝土中含有30%左右的硬化水泥砂浆体及70%左右的天然集料，这些水泥砂浆在破碎过程中大多数独立成块，少量附着在天然集料的表面，还有极少量则成为微细粉。
研究表明，废弃混凝土经过破碎除处理得到的再生集料中硬化水泥砂浆体、表面包裹砂浆的石子、与砂浆完全脱离的石子三者所占的质量百分比比较稳定，基本上维持在15%：65%：20%左右。再生粗集料中表面附着废旧砂浆的石子其颗粒自身差异性很大，有些颗粒的旧砂浆附着面大，有些颗粒的旧砂浆附着面小。颗粒表面附着的废旧砂浆量对混凝土的性能产生很大影响。关于再生粗集料表面是否包裹着砂浆和包裹砂浆的多少等情况与原始混凝土的强度等级及集料种类有关，原始混凝土强度等级越高，则再生集料表面包裹砂浆的程度越大；碎石表面包裹砂浆的程度比卵石表面的大。
2.2再生集料的物理力学性能
根据《公路工程集料试验规程》（JTJ058-2000）的标准，在路面废弃混凝土经破碎、筛分后，选择粒径范围为4.75～31.5mm的集料，测定其相关的物理力学性能参数，如表观密度、吸水率、压碎值、磨耗率等指标，并与天然集料的试验结果进行对比，试验结果见表1、2。
表1再生集料物理性质
表2再生集料力学性质
通过试验得出，再生集料的表观密度要稍低于天然集料，而其吸水率却远远大于天然集料。分析其原因，主要是因为再生集料颗粒附着30％左右的水泥砂浆，其密度要小于集料本身，从而导致表观密度的下降。然而砂浆的吸水性能要远远大于集料，而且在破碎的过程中会导致集料产生微小裂缝，在制备水泥混凝土过程中没有完全水化的部分水泥也会直接暴露在空气中，这些因素的共同作用导致再生集料吸水率远远大于天然集料。
由试验结果可以看出，再生集料与天然集料的针片状含量相差不大，说明在生产再生集料的过程中对集料本身的破坏并不大，完全可以用再生集料代替天然集料用于某些特定的结构中。再生集料的压碎值与冲击值均大于天然集料，是由于再生集料表明附着一定量的砂浆，在压力或冲击力的作用下会脱离集料表面，从而导致压碎值以及冲击值的增大。
3再生级配碎石的力学性能
3.1再生碎石的级配设计及试样制备
级配是影响级配碎石强度及刚度最重要的因素。通常认为，影响级配的因素主要有最大粒径，公称粒径及4.75mm、0.6mm、0.075mm的含量，本试验选取最大粒径为31.5mm的级配进行研究，级配如表3所示。对比天然级配碎石、再生级配碎石以及按照天然集料：再生集料比例为4：6掺配而成的混合级配碎石，采用重型击实法确定最佳含水量如表4。
表3本试验选用级配
表4不同类型级配碎石的最佳含水量
3.2重复荷载三轴试验设备及试验条件
采用澳大利亚IPC公司（IndustrialProcessControlsLimited）生产的多功能材料测试系统（UTMUniversalTestingMachine）。动三轴仪器压力室所用的试样尺寸为100mm×100mm，轴向荷载气压动态输出，压力范围0～20kN。侧向压力采用气压，范围0～600kPa。数据采集通过连接于应力应变传感器上的电子采集系统获得，控制和数据采集系统将获得的数据通过软件实时显示其精确的结果。
采用半正矢波间歇荷载，即半正矢波加载0.1秒，间歇时间0.9秒。结合试验仪器自身特点，先在相同的围压下改变正应力，然后再改变围压进行下一轮试验。荷载组合见表5。
表5动三轴试验应力施加顺序
3.3试验结果分析
天然碎石、再生碎石以及混合级配碎石各制作了6个试件进行试验，得到不同碎石在不同试验条件下的回弹模量，如表6。
表6不同试验条件下不同级配碎石模量（MPa）
从试验结果可以看出，不管是天然碎石、再生碎石还是混合碎石，在不同的应力状况下均表现出不同的模量特性，应力等级越高，模量越大，这与级配碎石非线性弹性特性相符合。除了个别试验条件下再生碎石模量稍大于天然碎石，大部分情况下再生碎石模量都要小于天然碎石，应力等级越高，相差越大，综合所有应力状况，再生碎石模量约为天然碎石模量的86％；而混合级配碎石模量则非常接近天然碎石，约为天然碎石模量的96％。从分析结论得知，单独采用再生集料制备级配碎石，效果并不是很好，而在与天然集料按照一定比例掺配以后，改善效果非常明显，几乎可以达到完全由天然集料组成的级配碎石的效果。
4结论
通过试验比较再生集料与天然集料、再生碎石与天然碎石之间的性能差异，同时测试天然集料与再生集料按照一定比例掺配而成的混合碎石性能，得出以下结论：
（1）由于再生集料自身附着一部分水泥砂浆，导致其表观密度稍小于天然集料，然而吸水率远远大于天然集料；
第二作者：郑晓广；中平能化集团研究院副院长
摘要：本文主要介绍了高分子材料中塑料、橡胶、纤维的老化机理，并分别简述了这三种材料的部分防老化措施。
关键词：高分子材料；老化机理；防治
在高分子材料的使用过程中,由于受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境因素的综合作用,高分子材料的化学组成和结构会发生一系列变化,物理性能也会相应变坏,如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等,这些变化和现象称为老化,高分子材料老化的本质是其物理结构或化学结构的改变。下面主要介绍了高分子材料中塑料、橡胶、纤维的老化机理，及防老化措施。
1、高分子商品老化的机理
1.1聚烯烃类塑料商品的老化
此类塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等塑料商品。这类老化又有热氧老化和光氧老化之分。
热氧老化的反应机理和低分子的碳氢化合物的热氧老化的反应机理基本相同。其反应具有自动催化氧化的反应特点，因此是属于游离基链式反应机理，即包括链的引发、链的增长、链的终止三个过程。
聚乙烯等高分子商品，在自然条件下，进行储存和在使用的过程中，都会受到大气中各种因素的综合作用而发生老化，这一老化过程中，光氧老化是其主要的一种老化形式。对于聚乙烯等塑料商品，由于在它们的分子结构中，存在着容易吸收光的各种杂质，从而就引起了商品的光氧化反应。聚烯烃类塑料商品的光氧老化反应，是由四个反应过程来完成的。即由于含碳基的大分子链吸收了紫外光而引起的反应;在继续进行光分解反应的过程中，产生了一个酮分子和一个烯烃分子;当酮分子吸收了紫外光被激发以后，能将其能量转移给氧分子，把氧分子激发成单线态的氧分子;单线态的氧分子能同烯烃分子发生作用，生成含有氢的过氧化物，氢过氧化物再分解为游离基而引发了聚乙烯，就出现性能和外观的老化变质现象。
1.2橡胶商品的老化
目前已从实践过程中得到证实，许多橡胶商品的性能变坏，一般是由于老化的原因所引起的。各种天然橡胶商品的老化机理，主要是指它们在热和光等因素的综合作用之下，所进行的氧化反应的过程。这一反应过程的机理同聚烯烃类塑料商品的氧化反应基本相似。在反应过程的产物中，有诸多含氧基团的各种化合物。这些含氧基，在天然橡胶进行氧化反应的过程中，能使其大分子的分子链产生裂解反应，同时还能使分子链产生交联反应。
天然橡胶在有臭氧存在和有光照的条件下，其不饱和双键的丁键被极化，也就是讲臭氧分子能同双键发生作用，生成分子臭氧化合物，一般是以裂解反应为主，所以它的老化外观特征是使商品出现发粘和变软，或商品出现臭氧龟裂等外观老化现象。
合成橡胶商品，如丁苯、氯丁、丁睛等，一般的老化过程，主要是以交联反应为主，所以它的老化外观特征是使商品出现变硬和发脆等现象。
1.3合成纤维商品的老化
根据它们所使用的原材料和加工成型的方法的不同来看，主要分为人造纤维和合成纤维两大类。其主要品种有聚酞胺、聚醋、聚丙烯睛等合成纤维商品锦纶商品的老化机理，主要是酞胺键的断裂，生成毅基和胺基游离基。胺基游离基在继续反应的过程中，能生成胺基、末端狡基，放出二氧化碳。这样以来由于梭基的逐渐减少，也就是锦纶商品逐渐老化的过程。它的外观老化特征是使锦纶商品变黄。如果环境的相对湿度高，能加速锦纶商品的光氧老化速度，即降解反应速度;由于锦纶商品的降解反应是热敏性的，所以如果提高环境温度，能加快其光氧化反应速度，即加快了它的老化速度。
2、下面分别讲述塑料、橡胶、纤维的防老化措施
2.1塑料的防老化应从一下几方面着手
①在树脂合成阶段，就应尽量避免不稳定结构杂质的混入。
②改进成型工艺，因为成型时总要与空气接触，受热而塑化以便成型，但温度太高也会促使老化，因此必须尽量控制使温度低一些，或加入增塑剂使加工温度降低。
③为增强制品的抗老化能力应在配方中加入防老剂，可在合成时或成型配方中加入。现在我们的市售树脂往往都是加过防老剂的。如有特殊需要应加入所需的防老剂，往往不是一种，而是数种防老剂互相配合协同作用方能取得满意效果口防老剂的品种和用量目前主要凭经验，但防老剂必须有下列特性:与聚合物相溶性好;挥发性和萃取性要小;尽量不带颜色;无毒无臭;具有化学和热稳定性。
④使制品与环境隔绝，如涂防护漆，镀金属层等，
⑤针对使用条件选用不同性能的塑料。如聚氯乙烯虽价廉，但它抵抗热氧化和光氧化的性能较差，因而只能用于室内导线的绝缘，否则会出现意想不到的事故。
2.2为了提高橡胶材料耐老化能力，人们多从改善橡胶材料分子结构的稳定性着眼.目前，常用的橡胶材料防老化方法大致分为三大类:①橡胶分子结构的改性;②高分子材料的并用;③防老剂的引入。
①橡胶子结构的改性：所谓橡胶分子结构的改性，就是通过改变橡胶的化学结构来提高橡胶的稳定性.例如，绝大多数橡胶之所以比塑料更易老化，是因为橡胶分子中的双键遇氧(或臭氧)后易于氧化而断裂。因此，在保持橡胶弹性的前提下，降低分子链中的双键含量，程度上可改善橡胶的稳定性。
②高分子材料的并用：提高橡胶稳定性，除了采用上述从结构上降低碳链的不饱和度、引入刚性基团等方法之处，还可以采用高分子材料并用的方法去实现.它主要是根据制品工作性能及加工工艺的要求，在符合极性、相奋性等原则的条件下，将不同性质的高分子材料通过共混、共聚和共硫等方法，获得一种稳定性较好的新颖的高分子材料。
③防老剂的引入：防老剂是一类能够防护、抑制光、热、氧、臭氧、重金属离子等外因对于橡胶材料产生破坏的物质.在橡胶材料中添加防老剂，可以改善材料的加工性能、延长材料的贮存和使用寿命，方法简便而效果又显著，是当前橡胶材料防老化的主要途径之一。
2.3化纤类防老化
化纤类产品在生产过程中防老化也主要是添加各种防老剂(又称稳定剂)，依据防老剂在橡胶中的作用机理和功能，可分为:抗氧剂、抗臭氧剂、光稳定剂、抗疲劳剂等类别.防老剂的选择和使用应当根据纤维的性质及其老化机理、材料或制品的使用条件，加工条件等加以综合考虑。因此，防老剂除应具有良好的防护效果外，还要求具备下列一些性能:与纤维有良好的相容性(或相混性);热稳定性好;不污染制品;无毒或低毒;化学稳定性好;价格低廉。
还有一点就是化纤类商品在所处环境中的防老化，要严格禁止露天堆放;商品在库内的堆码一般是采用行列式、围垛式堆码成丁字形或井字形，以利通风散潮，;适宜温度最高不超过35°C，适宜的相对湿度为60%一80%，最高不超过85%:每月要定期检查一次，在检查中要重点注意包装所用的竹片，是否有虫蛀痕迹，如果一经发现要立即把竹片抽出，然后打包进行严格检查和采取有效的防治措施。
3、结语
真确的认识高分子材料的老化机理，并据此分别采用与之相适应的防老化措施，极大的改善高分子材料的适用范围、延长其使用年限、改善其材料性能的同时，节约了新材料材料，减少了对资源的浪费且使原有材料更好的发挥了应有的作用。（作者单位：郑州大学材料科学与工程学院）
参考文献：
关键词：高分子材料,；材料成型；控制技术
中图分类号：TB324文献标识码：A文章编号：
前言
随着现代社会科技水平的提高和科技工作者的努力，高分子材料成型技术得到了飞速的发展，在现代化的工业建设中起着越来越重要的作用。下面通过简要叙述高分子材料成型的基本原理、高分子材料成型过程中的控制。探析高分子材料成型及其控制技术。
1.高分子材料成型的基本原理及问题
通常，在传统的高分子工业生产中,高分子材料的制备和加工成型是两个截然不同的工艺过程。制备过程主要是化学过程：单体、催化剂及其他助剂通过反应堆或其他合成反应器生成聚合物。聚合反应往往需要几小时甚至数十小时,部分聚合反应还需要在高温、高压或真空等条件下进行。聚合反应结束后再分离、提纯、脱挥和造粒等后处理工序。制备过程流程长、能耗高、环境污染严重,增加了制造成本。合成的聚合物再通过加工成型,得到制品。一般采用挤塑、注塑、吹塑或压延等成型工艺,设备投资大。此外,加工过程中,聚合物需要再次熔融,增加了能耗。高分子材料反应加工是将高分子材料的合成和加工成型融为一体,赋予传统的加工设备(如螺杆挤出机等)以合成反应器的功能。单体、催化剂及其他助剂或需要进行化学改性的聚合物由挤出机的加料口加入,在挤出机中进行化学反应形成聚合物或经化学改性的新型聚合物。同时,通过在挤出机头安装适当的口模,直接得到相应的制品。反应加工具有应周期短(只需几分到十几分钟)、生产连续、无需进行复杂的分离提纯和溶剂回收等后处理过程、节约能源和资源、环境污染小等诸多优点。
高分子材料的性能不仅依赖于大分子的化学和链结构,而且在很大程度上依赖于材料的形态。聚合物形态主要包括结晶、取向等,多相聚合物还包括相形态(如球、片、棒、纤维及共连续相等)。聚合物制品形态主要是在加工过程中复杂的温度场与外力场作用下原位形成的。
高分子反应加工分为两个部分：反应挤出和反应注射成型。目前国内外研究与开发的热点集中在反应挤出领域。高分子材料的反应挤出通常包括两个方面：一是将反应单体、对话及核反应助剂直接引入螺杆挤出机,在连续挤出的过程中发生聚合反应,生成聚合物；二是将一种或数种聚合物引入螺杆挤出机,并在挤出机的适当部位加入反应单体、催化剂或反应助剂,在连续挤出的过程中,使单体发生均聚或与聚合物共聚,或使聚合物间发生偶联、接枝、酯交换等反应,对聚合物进行化学改性或形成新的聚合物。反应加工过程中涉及的化学反应有自由基引发聚合、负(或正)离子引发聚合、缩聚、加聚等多种反应类型,与传统反应需数小时或十几小时相比,其反应时间往往只有几分钟或几十分钟。
高分子材料的合成和制备一般是由几个化工单元操作组成的,高分子反应加工把多个单元操作熔为一体,有关能量的传递和平衡,物料的输运和平衡问题,与一般单个化工单元操作截然不同。由于反应加工过程中发生的化学反应(聚合)多为放热反应,传统聚合过程是利用溶剂和缓慢反应解决传热与传质问题的,而在聚合反应加工过程中,物料的温度在数分钟内将达到400-800℃,若不将反应过程中产生的热及时的脱除,物料将发生降解和炭化。传统的加工过程是通过设备给聚合物加热,而聚合反应加工中是需要快速将聚合生成的热量通过设备移去,因此,必须从化学工程和工程热物理学两个方面开展相应的基础研究。
高分子材料的物理机械性能、热性能、加工性能等均取决于其化学结构、分子结构和凝聚态的形态结构,而高分子材料的形态结构则与加工工艺有着密切的关系。
流变学是研究物体流动和变形的科学,高分子材料流变学是其成型加工成制备的理论基础。伴随化学反应的高分子材料的流变性质则有其自身的规律和特点。因此,研究反应加工过程中的化学流变学问题将为反应加工过程的正常进行和反应产物加工成制品提供重要的理论基础。
2高分子材料成型过程中的控制
一般说来，在六七十年代主要重视的是单一聚合物在通常加工过程中的形态；到了七八十年代以通常聚合物共混物相形态形成规律以及单一聚合物在特殊加工条件下形态成为主要研究对象；九十年代以来,主要从控制聚合物形态规律出发,研究新型聚合物、新型加工过程中聚合物形态形成、发展及调控,通过新型形态及特殊形态的形成,获得性能独特的单一或多相高分分子材料。
我国是自20世纪80年代以来,对聚合物及其共混物在加工中形态发展和控制给予了高度重视。方向上大体是与国际同步的。近年来,我们国家主要研究内容涉及高分子材料加工过程中形态控制的科学问题,包括高分子在复杂温度、外力等各种外场作用下聚合物形态结构演化、形成规律以及在温度、压力等各种极端状态下高分子聚集态结构的特点。在已取得的理论成果知道下,开发了多种新型高分子材料,有的产生了良好经济效益。多数聚合物多相体系不相溶,给共混物加工中形态控制和稳定带来困难。通常是加入第三组分改善体系的相容性。聚合物加工中制品处于非等温场中,制品温度对其形态及性能有很大影响。但在通常聚合物加工中制品温度控制非常盲目,原因是很难知道不同制品位置温度随时间的变化关系。关键是要弄清楚聚合物及其共混物在非等温场作用下制品温度随时间变化关系。研究微纤对基体聚合物结晶形态、结构的影响,发现不仅拉伸流动行式成核和纤维成核,而且发现纤维在拉伸流动场作用下辅助成核。将导电离子组装到微纤中,使微纤在体系中形成导电三维网络结构,从而显著降低体系的导电逾渗值和独特的PTC(电阻正温度效应)和NTC(电阻负温度效应)效应。
高分子材料的形态与物理力学性能之间有密不可分的关系,这是高分子材料研究中的一个永恒课题。与其他材料相比,高分子材料的形态表现出特有的复杂性：高分子链有复杂的拓扑结构、共聚构型和刚柔性,可以通过现有的合成方法进行分子设计和结构调整；高分子长链结构使得其熔体有粘弹性；高分子的驰豫时间很宽,并在很小的应变作用下出现强烈的非线。
3高分子材料的发展趋势
高分子材料的高性能化：现有的高分子材料虽已有很高的强度和韧性,某些品种甚至超过钢铁,但从理论上推算,还有很大的潜力。另外,为了各方面的应用,进一步提高耐高温、耐磨、耐老化等方面的性能是高分子材料发展的重要方向。改善加工成形工艺、共混、复合等方法,是提高性能的主要途径。
高分子材料的功能化：高功能化主要是指具有特定作用能力的高分子材料。这种特定作用能力,即“特定功能”是由于高分子上的基团或分子结构或两者共同作用的结果。这类高分子材料又称为功能高分子。例如,高吸水性材料、光致抗蚀材料、高分子分离膜、高分子催化剂等,都是功能化方面的研究方向。
高分子材科的生物化：生物化是高分子材料发展最快的一个方向。各种医用高分子就属于这一范畴。有人认为,除人脑仅1.5kg重的大脑外,其他一切器官均可用高分子材料代替。此外,生命的基础,细胞、蛋白质、胰岛素等也均属于高分子。生物化于是成为高分子科学的一个最主要发展方向。如合成或模拟天然高分子,使之具有类似的生物活性,代替天然的组织或器官。
结束语
综上所述，在科技日益进步的今天，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技术与装备的道路，把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。
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[关键词]支架材料；组织工程；细胞外基质
[中图分类号]R318.08[文献标识码]B[文章编号]1673-9701（2012）01-027-03
Researchprogressofscaffoldmaterialintissueengineering
WANGHaijiangCHENQifu
DepartmentofChestSurgery,AffiliatedHospotelofGuangdongMedicalCollege,theThirdPeople'sHospitalofShenzhenCity.Shenzhen518112,China
[Abstract]Cellscaffoldmaterialistheframeworkofregenerationintissueengineering.Thepropertyofcellscaffoldmaterialisthedirecteffectontheadhesion,proliferationandmetabolismfunctions.Therefore,cellscaffoldmaterialisoneofthecriticalfactorsintissueengineering.Currently,thescaffoldmaterialoftissueengineeringiscategorizedasthesynthesizedabsorbablemacromoleculepolymer,naturalmaterialextractsandextracellularmatrix.Basedonthepertinentiteratureinrecentyears,theresearchprogressofscaffoldmaterialintissueengineeringwassummarizedinthispaper.
[Keywords]Scaffoldmaterial;Tissueengineering;Extracellularmatrix
组织工程研究已有近30年的时间，在20世纪80年代YannasIV等[1]采用可降解胶原多孔材料作为模板进行皮肤再生的研究。Wolter与Meyer于1984年报道在聚甲基丙烯酸甲醋（PMMA）表面构建内皮细胞层用于眼科治疗，并首次应用“组织工程”这个词来描述其实验。其中细胞支架材料是组织再生的框架，其功能影响细胞的代谢、生长和粘附等，是组织工程研究的重要课题之一。
用于组织工程的支架材料应符合以下条件：①材料本身有生物活性，能够促进细胞增殖分化，可以诱导组织细胞再生；②材料可以降解，材料降解速度与细胞的生长相匹配；③无抗原作用；④组织生物相容性好；⑤有一定空隙率；⑥有一定力学强度，可塑形。根据来源不同，应用于组织工程的支架材料可分三大类：人工合成高分子可降解聚合物，天然材料提取物和细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）。现将细胞支架研究进展综述如下
1人工合成聚合物
人工合成聚合物的组织工程支架材料有聚乳酸、聚羟基乙酸和两者的共聚物聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物（PLGA）[2]。聚乳酸降解速度慢，可达2年，聚羟基乙酸降解速度较快，约4～8周，可根据聚乳酸、聚羟基乙酸构成比例控制支架的降解速度制成PLGA，实验研究PLGA组织相容性好，在体内可以降解为CO2和H2O，机械性能、降解可控性、微结构等符合支架材料的要求，PLGA形成的孔隙率可达95%以上[3]，能够按照设计要求大规模生产三维支架材料，广泛应用于组织工程支架材料的研究。Eberli.D等[4]构建空腔组织工程复合支架，将尿道平滑肌细胞和上皮细胞种植到PGA聚合物一侧，移植到小鼠皮下，1个月后发现支架上有这两种细胞生长，形成像活体的膀胱组织结构。Woo等[5]用多孔静电纺丝PLGA修复皮肤损伤，发现该材料能促进创伤愈合，无明显不良反应。Ren等[6]将家兔骨髓间充质干细胞与PLGA复合培养，修复家兔的下颌骨缺损，术后12周下颌骨缺损修复良好。
可降解聚合物优点是可标准化生产，可降解，组织兼容性好，其强度、结构和降解可调控。其缺点是价格昂贵，降解产物可诱发炎症反应，无细胞因子，不利种子细胞的黏附。
2天然材料提取物
天然材料提取物包括胶原、糖蛋白、蛋白多糖、壳聚糖、藻酸盐等，它们是正常组织的细胞外高分子物质，对细胞的黏附具有优势，但物理强度差,不易成形。
胶原是一种天然蛋白质，主要存在于动物的韧带、骨骼、皮肤等组织中。胶原生物相容性好，可以完全降解，常常用于骨等组织工程支架材料[7,8]。Rocha等[9]用含碱和碱土金属的盐溶液处理牛心包膜，制作海绵状胶原基质支架材料，修复Wistar大鼠胫骨骨折，结果该种支架材料显示很好的骨传导性能和较低的免疫原性，但因其降解速率快和机械强度差等缺点,不利于单独用作骨细胞支架。
丝素蛋白（Silkfibroin，SF）是一种从蚕丝中提取出的天然高分子纤维蛋白材料，主要以β折叠链、α螺旋的构象形式存在，力学性能取决于β折叠及其沿纤维轴方向高度聚集态结构[10]，目前被广泛应用于组织工程的研究。Charu等[11]在实验中发现SF有很好的机械性能，被加工修饰后可以改变表面特性、固定细胞生长因子，细胞可以在SF支架很好的生长。Rao等[12]对混合有不同含量丝胶的SF支架研究，发现SF支架孔隙率、机械特性与丝胶含量成正比，即丝胶蛋白越高，支架机械特性越强，孔隙率越高，并且细胞培养后支架细胞粘附良好，降解率低，不良反应是有轻微炎症。SF支架具有很好的细胞粘附性、生物相容性和较好的机械性能，缺点是降解速率缓慢，且亲水性差。
壳聚糖是一种天然有机高分子聚合物，它有独特分子结构和良好的生物相容性，材料来源广泛并且价格比较便宜，也容易塑形，是较为理想的细胞外基质材料，在生物医学组织工程研究中应用多。Yamane等[13]的实验证实软骨细胞在壳聚糖／透明质酸混合支架材料上能够粘附生长并维持其正常形态，并且见Ⅱ型胶原的表达。Ragetly等[14]实验中发现在结合Ⅱ型胶原的壳聚糖支架上细胞容易粘附，而在乙酰化的壳聚糖支架上细胞粘附率低，认为壳聚糖经脱乙酰化处理后才能用于组织工程，
3细胞外基质移植物（extracellularmatrixgraft,ECMG）
细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)是一种天然生物材料，经过脱细胞处理生物体原型组织后，保留了抗原性较低的蛋白多糖、胶原蛋白、糖蛋白等外，还含有多种调节细胞的生物因子和细胞因子，这些活性因子有利于细胞在材料上的粘附、生长和增殖[15]。其中生长因子是一种水溶性蛋白质，有利于组织再生和细胞的诱导分化，能够诱导和刺激细胞的增殖分化、维持细胞存活等生物效应。生长因子种类较多，碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子p、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子和表皮生长因子等是组织工程研究中相当活跃的生长因子。Akihiro等[16]，发现膀胱细胞外基质中含有FGF、TGF-p和VEGF等多种生长因子，这些生长因子都有利于促进组织修复和重构过程。对于SIS研究发现支架中包含有糖蛋白、纤维连接素、核心蛋白多糖等成分，作为生长因子的活性调节剂，在组织重建中起到重要的调节作用。于SIS中的生长因子主要包括酸性aFGF、VECF、bFGF、和TGFp，这些生长因子以激活或潜伏状态存在[17]。
与前述两类材料相比，ECM具有种属差异小,抗原性弱,不易引发宿主产生免疫排斥反应,良好的生物相容性和较好的生物降解性等优点[18]，作为组织工程支架材料具有广阔的应用前景。Rotariu等[19]用猪SIS修复兔2.5cm长尿道缺损，尿道层完全再生，与天然尿道几乎无区别。Siever等[20]用同种异体UECM修复兔尿道缺损，术后可见尿路上皮细胞长入基质，基质管腔可以被上皮细胞覆盖，并且在基质中看见平滑肌细胞，6~8个月时基质支架的三分之一有平滑肌细胞束覆盖，尿道动力学和尿道造影证实达到尿道重建修复功能。孙新君等[21]用异种的脱细胞骨基质(Acellularboneextracellularmatrix，ABECM)ABECM在动物体内实验，组织周围可见软骨生成、纤维细胞生长以及有新生血管。对照组用酒精浸泡后移植到动物体内，发现骨小梁间有大量炎性细胞浸润，无软骨生成，排斥反应明显，而ABECM组外周血T淋巴细胞无表明改变，实验表明ABECM对受体细胞免疫影响不大。Badylak等[22]将来自猪小肠黏膜下层（SIS）或膀胱黏膜去除上皮细胞和肌层，制成天然支架，用于犬的食管修复，发现食管的黏膜上皮在35天左右覆盖整个供体，50天后新生血管和肌束形成，2个月内支架材料被吸收，补片供体未出现狭窄，但管状供体出现狭窄，管径缩小约50%。黄桂林等[23]用家兔、SD大鼠的气管细胞外基质植入SD大鼠面颊部，发现术后3个月气管细胞外基质支架与周围组织相容较好，无明显炎性反应和气管腔塌陷。
细胞外基质（extracellularmatrix，ECM）具有下述优点：①良好的生物相容性、适当的生物可降解性；②支架能维持细胞形态和表型，有一定机械强度；③免疫原性低、细胞的亲和性好；④含有多种细胞因子，促进细胞粘附与增殖，诱导组织再生。但是由于目前脱细胞技术的限制，细胞外基质研究还要进一步的深入才能更好的应用于组织工程实验与临床研究。
4支架材料的表面修饰和性状改善
由于大多数支架材料在促进组织重建中存在一些缺陷，也限制了组织工程支架材料的应用，例如人工合成材料亲水性差，细胞不易于吸附，天然支架材料降解过快，不易于塑形等，为了解决上述问题可以对细胞支架的性状进行改善及表面的修饰等。Baman等[24]为了使细胞与支架更易于黏附，在聚乳酸生物支架材料中用三氟乙醇建立通道。Park等[25]用过氧等离子及亲水性聚丙烯酸处理PLGA后，发现其亲水性及细胞增殖能力明显提高。Wang等[26]用超声瞬间腔化作用打通聚乳酸生物支架材料原有泡沫样空间结构中多孔，改善了支架材料的组织相容性，促进了细胞与支架的黏附作用。Sato等[27]为了提高对成纤维生长因子22、转化生长因子β1等细胞因子的结合力，在对端胶原多孔支架表面覆盖肝素化的聚苯乙烯膜，然后在支架上种植软骨细胞，结果很大程度提高了细胞分化增殖能力。
Jeong等[28]研究明胶/PLCL共聚纳米纤维支架，细胞能很好的在支架上粘附增殖、生长，并具有一定的机械强度，与对照组相比细胞数量明显增多。将VEGF包裹于PLGA/海藻酸钠纳米微粒中，体外持续释放超过21天，与空白组及VEGF单次注射组对照，显示体外人脐静脉血管内皮细胞增殖优势明显，显示纳米微粒作为一种VEGF缓释系统载体，在组织工程血管化中前景光明。大量的实验证实通过对支架材料的表面修饰和性状改善及可以解决其性能上的缺陷，更利于种子细胞在支架上的粘附、增殖与生长。
5小结
目前应用于组织工程的支架材料有人工合成高分子可降解聚合物，天然材料提取物和细胞外基质三大类，由于支架的材料来源及制备方法不同，性能差别也比较大，至今还没有找到一种材料能够完全符合细胞生长的要求，因此探索制备更加接近体内细胞生存环境的支架材料是今后研究的方向。主要包括材料降解吸收率与组织器官的再生速率相一致，加强材料的表面修饰、生物活性因子及纳米技术等促进细胞在支架上粘附、识别、诱导分化，通过对支架材料的表面改性来增强其对细胞的粘附能力及力学强度，并且加入各种活性因子调控细胞的生长，以获得理想的组织工程支架材料。
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关键词：高分子材料可降解生物
我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。
1、生物可降解高分子材料概念及降解机理
生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。
生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、ph值、微生物等外部环境有关。
2、生物可降解高分子材料的类型
按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。
2.1微生物生产型
通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ici公司生产的“biopol”产品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(pet)和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。
2.4掺合型
在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的开发
3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法
传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。
3.1.2化学合成法
模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。
3.1.3微生物发酵法
许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。
;3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。
3.3酶促合成法与化学合成法结合使用
酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料
4、生物可降解高分子材料的应用
目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。
参考文献：
［1］侯红江,陈复生,程小丽,辛颖.可生物降解材料降解性的研究进展［j］.塑料科技,2009,(03):89-93.
一、高分子材料与工程
高分子材料与工程专业培养具备高分子材料与工程等方面的知识，能在高分子材料的合成、改性、分析测试和加工成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。
本专业学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识。
学习课程
聚合物加工原理、聚合物成型工艺、聚合物流变学、高分子物理、高分子化学、物理化学、有机化学
毕业生具备的专业知识与能力
掌握高分子材料的合成、改性的方法;
掌握高分子材料的组成、结构和性能关系;
掌握聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论和基本技能;
具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试，并开发新型高分子材料及产品的初步能力;
具有应用计算机的能力;
具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。
就业方向
该专业毕业生可到石油化工、电子电器、建材、汽车、包装、航空航天、军工、轻纺及医药等系统的科研(设计)院所、企业从事塑料、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、复合材料的合成、加工、应用、生产技术管理和市场开发等工作，以及为高新技术领域研究开发高性能材料、功能材料、生物医用材料、光电材料、精细高分子材料和其它特种高分子材料，也可到高等院校从事教学、科研工作。
高分子材料与工程专业的20所大学
二、复合材料与工程专业
复合材料与工程专业培养具有良好的思想素质，强烈的社会责任感，健康的体魄和健全的心理素质、德、智、体全面发展，掌握新型复合材料生产原理和生产工艺、能胜任无机材料、高分子材料、新型复合材料等生产企业基层管理工作和实际岗位操作，具有较高综合素质，“用得上、留得住”的应用型人才。
专业特色
该专业既重视学生数学、力学和材料科学的基础理论培养，又重视学生的工程能力训练，并对有关专业课实行教学内容的国际接轨。课程设置注重基础理论与工程的结合、自然科学知识教育与文化素质教育结合，理论与实践相结合。学校会设有工程设计制图课程设计、工程训练、下厂实习、毕业实习、毕业设计和毕业论文等实践环节。实验有高分子物理实验、高分子化学实验、复合材料制备与加工实验、材料性能测试实验等。
就业方向
本专业学生毕业后可毕业生可以就业于与复合材料相关的汽车、建筑、电机、电子、航空航天、国防军工、信息通讯、轻工、化工等有关企业和公司，担任工程研究人员、工程师和营销管理人员，从事设计、研发、分析、生产、测试、评价、营销、管理等工作;也可以在高等院校、研究设计院所从事科研教学工作。
开设院校
哈尔滨工业大学、西北工业大学、华东理工大学、南京工业大学、青岛大学、青岛科技大学、长江大学、中北大学、河北工程大学等