高分子合成材料的发展历程？高分子合成材料的发展方向

高分子合成材料是在人们长期生产实践和科学研究的基础上产生与发展起来的。人类远古时期就开始使用皮毛、棉花、淀粉、天然橡胶、纤维素、虫胶、蚕丝、甲壳素、木料等一系列天然高分子材料，但是，对这些高分子材料的本质结构却毫无所知。在19世纪中叶时仍然没有形成长链分子的概念，为了满足人类对高分子材料性能和品质的需求，人们开始对天然高分子进行改性研究并试图进行人工合成。

1839年，美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫黄共热后性能发生明显改变，从硬度较低、遇热发黏软化、遇冷发脆断裂的不实用材料，变为富有弹性、可塑性的材料。1840年，Goodyear和Hancock开发了天然橡胶的硫化技术，达到了增加橡胶弹性的目的，从而使得天然橡胶的性能发生改变并得到广泛应用。1851年，硬质橡胶实现商品化。1869年，美国化学家海厄特（John Wesley Hyatt）通过对天然纤维素的加工，制备了低硝酸含量俗称为赛璐珞的硝酸纤维素，这是人类发明的第一种人造塑料，也是第一种具有商业价值的塑料。3年后，第一个生产赛璐珞的工厂在美国建成投产，这标志着塑料工业的开始。1887年，法国人Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝（rayon）​。1907年，美国化学家贝克兰（Leo Hendrik Baekeland）用苯酚和甲醛反应制造出第一种完全由人工合成的树脂（酚醛树脂）​，这是用化学合成的方法得到并被实际应用的第一种高分子合成材料，贝克兰申请了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利技术，并于1910年10月10日成立了Backlite公司，从此拉开了人类制造和应用高分子合成材料的序幕。1915年，为了摆脱对天然橡胶的依赖，德国采用二甲基丁二烯制造合成橡胶，在世界上首先实现了合成橡胶的工业化生产。

对19世纪的大多数研究者而言，分子量超过10000g/mol的物质似乎是难以想象的，他们将这类物质同由小分子稳定悬浮液构成的胶体系统视为同一类物质。1920年，德国科学家赫尔曼·施陶丁格（Hermann Staudinger）否定了这些物质是有机胶体的观点，并假设那些称为聚合物的高分子量物质是由共价键形成的真实大分子，同时在其大分子理论中阐明聚合物由长链构成，链中单体（或结构单元）通过共价键彼此连接。较高的分子量和大分子长链的特征决定了聚合物独特的性能。尽管一开始他的假设并不为大多数科学家所认可，但最终这种解释得到了合理的实验证实，为工业化学家的工作提供了有力的指导，从而使聚合物的种类得到迅猛增长。直到这时，塑料、橡胶、纤维素与天然材料相似的本质才被人们所认识，用化学合成的方法大规模制备高分子合成材料的时代从此开始。1953年，Staudinger因“链状大分子物质的发现”获得了诺贝尔化学奖。

1926年，美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯，并于1927年实现了工业化生产。自1929年开始，美国杜邦公司的科学家卡罗瑟斯（Wallace Hume Carothers）研究了一系列的缩合反应，验证并发展了大分子理论，合成出聚酰胺66，即尼龙66。在1938年尼龙66实现了工业化生产。随后，聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、脲醛树脂、聚硫橡胶、氯丁橡胶等众多的合成高分子材料相继问世，迎来了高分子合成材料的蓬勃发展。1935年，英国帝国化学公司（ICI）开发出高压聚乙烯，因其极低的介电常数在第二次世界大战期间被用作雷达电缆和潜水艇电缆的绝缘材料，此后得到广泛应用。1940年，美国杜邦公司（DuPont）推出尼龙纺织品（如尼龙丝袜）​，其经久耐用，在当时的美国和欧洲风靡一时，尼龙66纤维制造的降落伞，更是大大提高了美国军队在第二次世界大战中的作战能力。

20世纪50年代，随着石油化工的发展，高分子合成材料工业的原料获得了丰富和价廉的来源，当时除乙烯、丙烯外，几乎所有的通用单体都实现了工业化生产。1953年，德国化学家齐格勒（Karl Waldemar Ziegler）和意大利化学家纳塔（Giulio Natta）发明了配位聚合的齐格勒-纳塔催化剂，这种催化剂能使乙烯在常温常压下进行聚合，其工艺简单、生产成本低，使聚乙烯和聚丙烯这类通用高分子合成材料走入千家万户。更重要的是，齐格勒-纳塔催化剂不仅可以应用于塑料合成，而且在橡胶合成等其他有机合成中都有广泛用途，它的出现加速了高分子合成材料工业的发展，得到了一大批新的高分子合成材料，并带动其他的与不同金属配合的配位聚合催化剂的开发，确立了高分子合成材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志。1963年，齐格勒和纳塔共同荣获诺贝尔化学奖。

20世纪60年代，高分子合成材料工业经过日新月异的发展，合成出各种特性的塑料材料，如聚甲醛、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等，以及特种涂料、黏合剂、液体橡胶、热塑性弹性体和耐高温特种有机纤维等，新产物和新产品层出不穷，使高分子合成材料产品成为推动国民经济增长的动力源和人们日常生活中不可或缺的材料。

20世纪70年代，高分子合成材料科学获得大发展，1971—1978年，美国科学家Heeger、MacDiarmid和日本白川英树有关导电高分子材料的研究成果，改变了高分子只能是绝缘体的观念，在塑料导电研究领域取得突破性的发现，这一领域的开创性研究“导电聚合物”获得2000年诺贝尔化学奖。高分子合成材料工业实现了生产的高效化、自动化、大型化（塑料约6000万t/年、橡胶约700万t/年、化纤约6000万t/年）​，出现了高分子合金（如抗冲击聚苯乙烯）及高分子复合材料（如碳纤维增强复合材料）​。

20世纪80年代，高分子合成材料不断深入发展，可以根据具体需求，通过分子设计使高分子合成材料多样化，在更大的范围内拓展应用。合成高分子化学向结构更精细、性能更高级的方向发展，如制备具有超高模量、超高强度、难燃性、耐高温性、耐油性等的高分子合成材料，生物医学材料，半导体或超导体材料，低温柔性材料等。

目前，高分子合成材料正向功能化、智能化、精细化方向发展，其由结构材料向具有光、声、电、磁、生物医学、仿生、催化、物质分离以及能量转换等相应的功能材料方向扩展，分离材料、光导材料、生物材料、储能材料、智能材料、纳米材料、电子信息材料等的发展表明了这种发展趋势。与此同时，在高分子合成材料的生产加工中也引进了各种先进技术，如等离子体技术、激光技术、辐射技术等，而且对结构与性能关系的研究也由宏观转到微观，从定性进入定量，由静态转为动态，正逐步实现在分子设计水平上合成并制备所要求性能的新型材料。同时高分子合成材料向低污染、低成本方向发展，高分子合成材料科学与资源、环境的协调发展越来越受到重视。