高分子材料發展趨勢范文

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一、生物醫用高分子材料的特點

生物醫用高分子材料是一種聚合物材料，主要用于制造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械。按照來源的不同，生物醫用高分子材料可以分為天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2種。前者是自然界形成的高分子材料，如纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等；后者主要通過化學合成的方法加以制備，常見的有合聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性質，生物醫用高分子材料可以分為非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亞胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亞胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亞胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物醫用高分子材料作為植入人體內的材料，必須滿足人體內復雜的環境，因此對材料的性能有著嚴格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比較好，不能與人體產生排異反應；第三，化學穩定性強，不容易分解；第四，具備一定的物理機械性能；第五，比較容易加工；最后，性價比適宜。其中最關鍵的性能是生物相容性。

根據國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解釋，生物相容性是指非活性材料進入后，生命體組織對其產生反應的情況。當生物材料被植入人體后，生物材料和特定的生物組織環境相互產生影響和作用，這種作用會一直持續，直到達到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括組織相容性、細胞相容性和血液相容性。

二、生物醫用高分子材料的發展歷史

人類對生物醫用高分子材料的應用經過了漫長的階段。根據記載，公元前3500年，古埃及人就用棉花纖維和馬鬃縫合傷口，此后到19世紀中期，人類還主要停留在使用天然高分子材料的階段；隨后到20世紀20年代，人類開始學會對天然高分子材料進行改性，使之符合生物醫學的要求；再后來人類開始嘗試人工合成高分子材料；20世紀60年代以來，生物醫用高分子材料得到了飛速發展和廣泛的普及。1949年，美國就率先發表了研究論文，在文中第1次闡述了將有機玻璃作為人的頭蓋骨、關節和股骨，將聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況，對醫用高分子的應用前景進行了展望。這被認為是生物醫用高分子材料的開端。

在20世紀50年代，人類發現有機硅聚合物功能多樣，具有良好的生物相容性（無致敏性和無刺激性），之后有機硅聚合物被大量用于器官替代和整容領域。隨著科技的發展，20世紀60年代，美國杜邦公司生產出了熱塑性聚氨酯，這種材料的耐屈撓疲勞性優于硅橡膠，因此在植入生物體的醫用裝置及人工器官中得到了廣泛應用。隨后人工尿道、人工食道、人工心臟瓣膜、人工心肺等器官先后問世。生物醫用高分子材料也從此走上快速發展的道路。

三、生物醫用高分子材料的發展現狀、前景和趨勢

據相關研究調查顯示，我國生物醫用高分子材料研制和生產發展迅速。隨著我國開始慢慢進入老齡化社會和經濟發展水平的逐步提高，植入性醫療器械的需求日益增長，對生物醫用高分子材料的需求也將日益旺盛。2015年1月28日，中國醫藥物資協會的《2014中國單體藥店發展狀況藍皮書》顯示，2014全年全國醫療器械銷售規模約2556億元，比2013年度的2120億元增長了436億元，增長率為20.06%。但是相比于醫藥市場總規模（預計為13326億元）來說，醫藥和醫療消費比為1∶0.19還略低，因此業內普遍認為，醫療器械仍然還有較廣闊的成長空間，生物醫用高分子材料也將迎來良好的發展前景。

根據evaluateMedTech公司基于全球300家頂尖醫療器械生產商的公開數據而得出的報告《2015-2020全球醫療器械市場》預測，2020年全球醫療器械市場將達到4775億美元，2016-2020年間的復合年均增長率為4.1%。世界醫療器械格局的前6大領域包括：診斷、心血管、影像大型設備、骨科、眼科、內窺鏡，其中生物醫用高分子材料在其中都得到了廣泛的應用。

以往的醫學研究對組織和器官的修復，更多是選擇一種替代品，實現原有組織和器官的部分功能。隨著再生醫學和干細胞技術的迅速發展，利用生物技術再生和重建器官、個性化治療和精準醫學已經成為趨勢。因此傳統的生物醫藥高分子材料已經不能滿足現有的需求，需要模擬生物的結構，恢復和改進生物體組織與器官的功能，最終實現器官和組織的再生，這也是生物醫用高分子材料未來的發展方向。

生物醫用高分子材料在醫療器械領域中得到了非常廣泛的應用，主要體現在人工器官、醫用塑料和醫用高分子材料3個領域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料；或者說是具有天然器官組織或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工腎、人工關節、人工骨、人工肌腱等，通常被認為是植入性醫療器械。人工器官主要分為機械性人工器官、半機械性半生物性人工器官、生物性人工器官3種。第1種是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2種是指將電子技術和生物技術結合；第3種是指用干細胞等純生物的方法，人為“制造”出器官。目前生物醫用高分子材料主要應用在第1種人工器官中。

目前，植入性醫療器械中骨科占據約為38%的市場份額；隨后是心血管領域的36%；傷口護理和整形外科分別為8%左右。人工重建骨骼在骨科產品市場中占據了超過31%的市場份額，主要產品是人工膝蓋，人工髖關節以及骨骼生物活性材料等，主要應用的生物醫用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增強聚乳酸、自增強聚乙醇酸等。心血管產品市場中支架占據了一半以上的市場份額，此外還有周邊血管導管移植、血管通路裝置和心跳節律器等。

目前各國都認識到了人工器官的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，美國康奈爾大學的研究人員開發出了一種輕量級的柔性材料，并準備將其用于創建一個人工心臟。在我國，3D打印人工髖關節產品獲得國家食品藥品監督管理總局（CFDA）注冊批準，這也是我國首個3D打印人體植入物。

人工器官未來發展趨勢是誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械。人工骨制備的發展趨勢是將生物活性物質和基質物質組合到一起，促進生物活性物質的黏附、增殖和分化。血管生物支架的發展趨勢是聚合物共混技術，如海藻酸鈉/殼聚糖、膠原/殼聚糖、膠原/瓊脂糖、殼聚糖/明膠、殼聚糖/聚己內酯、聚乳酸/聚乙二醇等體系。

2.醫用塑料

醫用塑料，主要用于輸血輸液用器具、注射器、心導管、中心靜脈插管、腹膜透析管、膀胱造瘺管、醫用粘合劑以及各種醫用導管、醫用膜、創傷包扎材料和各種手術、護理用品等。注塑產品是醫用塑料制品當中產量最大的品種。與普通塑料相比，醫用塑料要求比較高，嚴格限制了單體、低聚物、金屬離子的殘留，對于原材料的純度要求很高，對加工設備的要求也非常嚴格，在加工和改性過程中避免使用有毒助劑，通常具有表面親水、抗凝血等特殊功能。常用醫用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前醫用塑料市場約占全球醫療器械市場的10%，并保持著每年7%～12%的年均增長率。統計數據顯示，美國每人每年在醫用塑料領域消費額為300美元，而我國只有30元，由此可見醫用塑料在我國的發展潛力非常大。

我國醫用塑料制品產業經過多年的發展，取得了長足的進步。中國醫藥保健品進出口商會統計數據顯示，2015年上半年，紗布、繃帶、醫用導管、藥棉、化纖制一次性或醫用無紡布物服裝、注射器等一次性耗材和中低端診斷治療器械等成為我國醫療器械的出口大戶。但是也必須清醒地認識到，我國的醫用塑料發展水平還比較落后。醫用塑料的原料門類不全、生產質量標準不規范、新技術和新產品的創新能力薄弱，導致一些高端原料導致國內所需的高端產品原料還主要靠進口。

目前各國都認識到了醫用塑料的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，英國倫敦克萊蒙特診所率先開展了塑膠晶狀體移植手術，不僅可以治療遠視眼或近視眼，還可以恢復患有白內障和散光者的視力；住友德馬格公司推出一種聚甲醛（POM）齒輪微注塑設備，在新型白內障手術器械中具有重要作用；美國美利肯公司開發了一項技術，可使非處方藥和保健品塑料瓶的抗濕性和抗氧化性提高30%；MHT模具與熱流道技術公司開發出了PET血液試管，質量不足4g，優于玻璃試管；Rollprint公司與TOPAS先進高分子材料公司合作，采用環烯烴共聚物作為聚丙烯腈樹脂的替代品，以滿足苛刻的醫療標準；美國化合物生產商特諾爾愛佩斯推出了一款硬質PVC，以取代透明醫療零部件中用到的PC材料，如連接器、止回閥、Y接頭、套管、魯爾接口配件、過濾器、滴注器和蓋子，以及樣本容器。

未來醫用塑料的發展趨勢是開發可耐多種消毒方式的醫用塑料，改善現有醫用塑料的血液相容性和組織相容性，開發新型的治療、診斷、預防、保健用塑料制品等。

3.藥用高分子材料，

藥用高分子材料在現代藥物制劑研發及生產中扮演了重要的角色，在改善藥品質量和研發新型藥物傳輸系統中發揮了重要作用。藥用高分子材料的應用主要包括2個方面：用于藥品劑型的改善以及緩釋和靶向作用，此外還可以合成新的藥物。

藥物緩釋技術是指將衣物表面包裹一層醫用高分子材料，使得藥物進入人體后短時間內不會被吸收，而是在流動到治療區域后再溶解到血液中，這時藥物就可以最大限度的發揮作用。藥物緩釋技術主要有貯庫型（膜控制型）、骨架型（基質型）、新型緩控釋制劑（口服滲透泵控釋系統、脈沖釋放型釋藥系統、pH敏感型定位釋藥系統、結腸定位給藥系統等）。

貯庫型制劑是指在藥物外包裹一層高分子膜，分為微孔膜控釋系統、致密膜控釋系統、腸溶性膜控釋系統等，常用的高分子材料有丙烯酸樹脂、聚乙二醇、羥丙基纖維素、聚維酮、醋酸纖維素等。骨架型制劑是指向藥物分散到高分子材料形成的骨架中，分為不溶性骨架緩控釋系統、親水凝膠骨架緩控釋系統、溶蝕性骨架緩控釋系統，常用的高分子材料有無毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纖維素、羥丙甲纖維素、海藻酸鈉、甲殼素、蜂蠟、硬脂酸丁酯等。

我國的高分子基礎研究處于世界一流，但是藥用高分子的應用發展相對滯后，品種不夠多、規格不完整、質量不穩定，導致制劑研發能力與國際產生差距。國內市場規模前10大種類分別為明膠膠囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羥丙基甲基纖維素（HPMC）、微晶纖維素、HPC、乳糖。高端藥用高分子材料幾乎全部依賴進口。專業藥用高分子企業則存在規模小、品種少、技術水平低、研發投入少的問題。

目前，藥物劑型逐步走向定時、定位、定量的精準給藥系統，考慮到醫用高分子材料所具備的優異性能，將會在這一發展過程中發揮關鍵性的作用。未來發展趨勢是開發生物活性物質（疫苗、蛋白、基因等）靶向控釋載體。

四、結語

雖然生物醫用高分子材料的應用已經取得了一些進展，但是，隨著臨床應用的不斷推廣，也暴露出不少問題，主要表現出功能有局限、免疫性不好、有效時間不長等問題。如植入血管支架后，血管易出現再度狹窄的情況；人工關節有效期相對較短，之所以出現這些問題，主要原因是人體與生俱來的排異性。

生物醫用高分子材料隸屬于醫療器械產業，其發展備受政策支持。國務院于2015年5月印發的《中國制造2025》明確指出，大力發展生物醫藥及高性能醫療器械，重點發展全降解血管支架等高值醫用耗材，以及可穿戴、遠程診療等移動醫療產品。可以預見，在未來20～30年，生物醫用高分子材料就會迎來新一輪的快速發展。

參考文獻

[1]奚廷斐.生物醫用材料現狀和發展趨勢[J].中國醫療器械信息，2006（5）：1-4.

[2]張真，盧曉風.生物材料有效性和安全性評價的現狀與趨勢[J].生物醫學工程學，2002，19（1）：117-121.

[3]董亮，何星.生物醫用復合材料研究現狀及發展趨勢[J].世界復合醫學，2015（4）：340-342.

[4]奚廷斐.我國生物醫用材料現狀和發展趨勢[J].中國醫療器械信息，2013（8）：1-5.

[5]中國組織工程研究與臨床康復.中國生物醫用材料研究領域的問題及對策[J].中國組織工程研究與臨床康復，2011（34）：186.

[6]胡幗穎，張志雄，溫葉飛，等.組織工程技術的發展現狀及趨勢（三）——組織工程用生物材料的研究[J].透析與人工器官，2009（3）：9-27.

[7]張鎮，王本力.我國生物醫用材料產業發展研究[J].新材料產業，2015（3）：2-5.

[8]章俊，胡興斌，李雄.生物醫用高分子材料在醫療中的應用[J].中國醫院建筑與裝備，2008（1）：30-35.

[9]梅建國，莊金秋，湯少偉，等.生物醫用高分子材料的生物相容性及其表面改性技術[J].材料導報，2014，28（19）：139-142.

[10]黃瓊儉，徐益.生物醫用高分子材料在藥物控釋系統中的應用[J].生物技術世界，2013（2）：82-82.

[11]吳桐.淺談幾種生物醫用高分子材料的應用[J].科技資訊，2011（29）：52-52.

[12]王建營，朱治國，孫家躍，等.聚醚醚酮人造骨關節材料研究[J].化學世界，2004，45（1）：53-54.

[13]高茜斐.生物塑料發展現狀及前景[J].廣東化工，2015，42（15）：87-88.

[14]龍先鵬.淺析我國生物塑料前景[J].科技創新導報，2011（14）：96-96.

[15]全球醫藥塑料產量及潛力巨大[J].國外塑料，2013（9）：69-69.

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【關鍵詞】生物醫學材料；研究現狀；生物活性；發展趨勢

科學技術的發展，各種新型生物醫學材料被研制出來，并在醫學領域中得應用。到2000年為止，在全世界高達1600億美元的醫療市場中，醫用生物材料所占比率已經達到了一半，且以20%的增長速度遞增。二十世紀80年代是新型生物醫學材料輩出的時代，進入到二十世紀90年代，以珊瑚為原材料的骨移植材料、人工皮膚、豬心臟瓣膜在醫學領域中得以應用。二十世紀，美國采用新型聚氨酯材料研制出人造血管。中國在生物醫學材料的研制方面起步較晚，但是應醫學領域需要而對各種生物醫學材料有所應用。隨著國家對生物醫學材料研究的重視，國家開始啟動醫學生物材料項目，并將生物醫學材料納入到優先發展的產業當中[3]。在中國的“十二五”規劃中，還特別指出要將重點發展新型口腔植、人工關節、新型人工血管、人工心瓣膜以及各種人工修復材料等等生物醫學材料。

一、生物醫學材料研究現狀

（一）金屬生物材料

在醫學領域中，醫學金屬材料是較早采用的，且應用材料非常廣泛，包括不銹鋼材料、鈦合金材料等等。其中，不銹鋼材料具有較強的耐腐蝕性，因此應用效果非常好。由于人體內為較為復雜的電解環境，隨著316L不銹鋼的應用，解決了這一問題，但是，卻不具備生物相容性。鈦合金具有良好的耐腐蝕性和生物相容性，具有一定的生物材料強度。鈦合金的抗拉強度介于500兆帕至1100兆帕之間，使鈦合金的彈性與人體的骨骼彈性更為接近，以使材料植入到人體后，與人的骨骼更為匹配。

（二）高分子生物材料

醫用高分子材料的出現，使得醫用材料可以用于對損傷的人體器官以修復，以增強器官的恢復功能。目前所使用的醫用高分子材料分為可生物降解和非降解的高分子材料。可生物降解的高分子材料植入人體后，可以降解被為對人體無毒無害的CO2、H2O等對人體不會產生刺激性的物質。可生物降解的高分子材料可以是膠原蛋白或者纖維蛋白等等天然材料，也可以是聚乳酸等人工合成高分子材料。非降解的高分子材料屬于是惰性的高分子材料。聚乳酸在醫學生用于外科縫合線和藥物釋放的載體。由于其具有可降解性能，當傷口愈合后，就會被人體組織吸收。聚乳酸可以在降解的過程中，將藥物釋放到人體中，使藥物發揮作用。

（三）禿仙物材料

復合生物材料用于醫學領域中已經獲得了長足發展，但是，由于材料植入人體后，會對人體的生理環境產生抵抗力，因此會存在一些問題有待進一步研究。目前醫學領域中所采用的復合生物材料包括有三類，即生物陶瓷復合材料、金屬基醫用復合材料和高分子復合材料。生物陶瓷復合材料植入到生理環境中后，并不會產生毒性反應，且具有良好的生物活性和生理環境相容性。金屬基醫用復合材料在醫學領域中應用，金屬具有單一的生物活性，可以采用生物涂層技術，以提高金屬表面的耐磨性和生物相融合。高分子復合材料是一種接近人體自然骨骼的高分子復合材料。人體骨骼本身就是一種層狀的復合材料，采用這種復合材料替代，雖然可以起到治療作用，但是其韌性明顯要低于人體自然骨骼。

（四）無機非金屬生物材料

無機非金屬生物材料具有良好的化學穩定性和生物相容性，主要包括生物活性陶瓷和惰性的無機材料。生物活性陶瓷材料主要用于關節、牙齒等等的硬組織修復。但是，該種材料不會與人體的活體組織結合，從而影響治療效果。惰性的無機材料以醫用碳素材料為主。該種材料具有較高的耐磨性，韌性和強度都非常高，特別是具有良好的抗疲勞性，可以與人體自然骨骼相匹配。骨骼損傷者選擇這種材料可以獲得良好的治療效果[2]。此外，醫用碳素材料在人體的生理環境中并不會產生毒副作用，良好的化學穩定性和人體親和性，且具有抗血栓性和抗溶血性。如果對患者執行人工心臟瓣膜手術，醫用碳素材料是優先選擇的材料。

二、生物醫學材料研究的發展趨勢

生物醫用材料的發展進程中，從簡單的結構模仿發展為組織誘導再生，使生物醫用材料的單一性能逐漸向綜合性能發展。簡單的結構與外觀的仿制，向智能化仿生發展，使材料的應用已經與現代的醫療技術融合，并共同發展。根據目前醫學領域的發展程度，生物醫用材料的研究空間還很大，并會涉及到多種學科，包括材料學、工程學、控制論以及生物技術等等，這些學科都會對生物醫學的發展產生推動作用。特別是各種新技術、新方法的應用，將生物技術引入到智能化發展的思路，使生物材料不再局限于實驗室研究，而會在臨床上得以廣泛應用，以為醫療做出貢獻。

結論

綜上所述，生物醫學材料屬于是交叉學科，為材料學和醫學等等多種學科相互結合而形成。作為一門應用于醫學領域的新興學科，所研制的是用于醫學組織工程領域的各種新型的人工材料。根據技術含量的不同，生物醫學材料可以被劃分為金屬生物、高分析生物、復合生物和無機非金屬生物材料。隨著生物醫學材料研究的發展，使得生物醫用材料智能化發展。

參考文獻：

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【關鍵詞】形狀記憶；高分子材料；軍事應用

1.形狀記憶高分子材料簡介

形狀記憶高分子或形狀記憶聚合物（SMP，Shape Memory Polymer）作為一種功能性高分子材料，是高分子材料研究、開發、應用的一個新分支。它是在一定條件下被賦予一定智能高分子材料的形狀（起始態），當外部條件發生變化時，它可相應地改變形狀，并將其固定（變形態）。如果外部環境發生變化，智能高分子材料能夠對環境刺激產生應答，其中環境刺激因素有溫度、pH值、離子、電場、溶劑、反以待定的方式和規律再一次發生變化，它便可逆地應物、光或紫外線、應力、識別和磁場等，對這些刺激恢復至起始態。至此，完成記憶起始態固定變形態恢復起始態的循環。

1989年 ，石田正雄認為 ，具有形狀記憶性能的高分子可看作是兩相結構 ，即由記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能的可逆的固化和軟化的可逆相組成。可逆相為物理鉸鏈結構 ，而固定相可分為物理鉸鏈結構和化學鉸鏈結構，以物理鉸鏈結構為固定相的稱為熱塑SMP，以化學鉸鏈結構為固定相的稱為熱固性SMP。王詩任等認為 ，形狀記憶高分子實際上是進行物理交聯或化學交聯的高分子，其形狀記憶行為實質上是高分子的粘彈性力學行為。他們根據高分子粘彈性理論建立了一套形狀記憶的數學模型。總結來說，形狀記憶機理可分為：組織結構機理、橡膠彈性理論、粘彈性理論。

2.軍事材料特殊性分析

未來戰爭是高技術條件下的戰爭。不僅戰場環境變得更加惡劣復雜，各種類型的雷達，先進探測器以及精確制導武器的問世，對各類武器和裝備構成了嚴重的威脅。因此，不僅軍事裝備的質量要求一定可靠，而且，軍事裝備的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。

軍事裝備系統的可靠性（The Reliability of Armaments system）是指軍事裝備系統在規定的時間內，預定的條件下，完成規定效能的能力。要求裝備在特定的條件下長期存放和反復使用過程中，不出故障或少出故障，處于正常的使用狀態，且能實現其預期效能。因此，軍事材料必須擁有極強的性能和超長的工作壽命。軍事裝備的再生能力，指的是軍事裝備受到損壞后，能夠迅速進行戰場搶修的能力。戰場再生能力是提高裝備戰斗力的重要組成部分。形狀記憶高分子材料具有許多優異的性能，因此此類材料對于軍事方面的貢獻就十分明顯。在前期制造方面，由于其快速恢復能力，可以在很短的時間內完成對零部件連接、整合，為戰爭贏得極寶貴先機時間。在對裝備恢復方面，我們可以將記憶前的材料制造為較為規則，使用面積較小的部件，單一運輸時可以減縮空間，從而提高運輸效率，極大地提高了戰場的再生能力。

3.形狀記憶高分子材料在軍事方面應用展望

目前，形狀記憶高分子材料在軍事方面的成熟應用主要體現在在戰機的連接，加固，軍事通訊設備，戰爭醫療設備等方面。

3.1戰機接頭連接

在軍事戰斗機上通常裝有各種不同直徑的管道， 對于一些異徑管接頭的連接， 形狀記憶高分子材料可以大顯身手。其大致工藝過程如下： 先將形狀記憶高分子材料加工成所要求的管材， 然后對其加熱使管材產生徑向膨脹， 并快速冷卻， 即可制得熱收縮套管。應用時， 將此套管套在需要連接的兩個管材的接頭上，再用加熱器將已膨脹的套管加熱至其軟化點以上（低于一次成形溫度）， 膨脹管便收縮到初始形狀，緊緊包覆在管接頭上。

3.2緊固銷釘

在戰斗機的制造工藝中， 需應用大量的連接件進行連接。采用形狀記憶高分子材料制作緊固銷釘，將是戰斗機制造業中的一項嶄新工藝技術。

（1）先將記憶材料成形為銷釘的使用形狀；（2）再將銷釘加熱變形為易于裝配的形狀并冷卻定型；（3）將變形銷釘插入欲鉚合的兩塊板的孔洞中；（4）將銷釘加熱即可回復為一次成形時的形狀， 即將兩塊板鉚合固定。

3.3軍事通訊設備

形狀記憶高分子材料在軍事通訊設備方面的應用同記憶合金比較相似。后者在航空航天領域內的應用有很多成功的范例。人造衛星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發射人造衛星之前，將拋物面天線折疊起來裝進衛星體內，火箭升空把人造衛星送到預定軌道后，只需加溫，折疊的衛星天線因具有“記憶”功能而自然展開，恢復拋物面形狀。而高分子材料通常具有很好的絕緣性能，因此在通訊設施中不需要導電的部件中，用形狀記憶高分子材料代替，以獲得我們預期的目標，從而提高部隊的攜帶能力。

3.4軍事醫療設備

在需要單兵作戰的特殊場合，由于單兵的輜重，裝備等攜帶能力的限制，需要在有限的或體積下攜帶比較充足的醫療設施，從而為軍人的生命恢復提供必要的保障。利用低溫形狀記憶特性的聚合物聚氨酯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等可以制備用作矯形外科器械或用作創傷部位的固定材料，比如用來代替傳統的石膏繃帶。方法有2種：一是將形狀記憶聚合物加工成待固定或需矯形部位形狀，用熱水或熱吹風使其軟化，施加外力使其變形為易于裝配的形狀，冷卻后裝配到待固定或需矯形部位。再加熱便可恢復原狀起固定作用，同樣加熱軟化后變形，取下也十分方便；二是將形狀記憶聚合物加工成板材或片材，用熱水或熱吹風使其軟化，施加外力變形為易于裝配形狀，在軟化狀態下裝配到待固定或需矯形部位，冷卻后起固定作用，拆卸時加熱軟化取下即可。形狀記憶材料與傳統的石膏繃帶相比具有塑型快、拆卸方便、 透氣舒適、干凈衛生、熱收縮溫度低、可回復形變量大的特點，可望在矯形外科領域及骨折外固定領域得到廣泛應用。

4.結束語

目前，對形狀記憶材料的研究才剛剛開始，尚處于初級階段。形形狀記憶高分子材料雖然具有可恢復形變量大、記憶效應顯著、感應溫度低、加工成型容易、使用面廣、價格便宜等優點，但尚存在著許多不足之處，如形變回復不完全、回復精度低等。因而，在形狀記憶高分子材料的分子設計和復合材料研究等方面，還有待于進一步探索。另外，應根據現實需要開發新型的形狀記憶高分子或對原有的形狀記憶高分子有針對性地進行改性。因此， 在今后的研究工作中， 應充分運用分子設計技術及材料改性技術， 努力提高材料的形狀記憶性能及綜合性能， 開發新的材料品種， 以滿足不同的應用需要。另外， 還應注重新材料的實際應用， 早日形成工業產量，為我國的軍事建設及各項國民經濟建設服務。

【參考文獻】

[1]張福強.形狀記憶高分子材料.高分子通報，1993，（1）：34-37.

[2]石田正雄.形狀記憶樹脂[J].配管技術，1989，31（8）：110-112.

[3]王詩任，呂智，趙維巖，等.熱致形狀記憶高分子的研究進展[J].高分子材料科學與工程，2000，16（1）：1-4.

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關鍵詞：高分子材料 形狀記憶效應 自拆卸

中圖分類號：TS195 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0009-02

形狀記憶高分子材料（SMP，Shape Memory Polymer）是一種新型的智能材料（Intelligent material），它能感知外部刺激，從而恢復自身形狀的功能材料。形狀記憶高分子材料種類繁多，用途廣泛，其應用在商品防偽、醫療衛生、航空航天等不同領域。形狀記憶高分子材料具有形變量大、賦形容易、形狀恢復溫度易于調整、電絕緣性好等優點[1]；且易于制備具有形狀記憶性能的復合物。現在，電子產品（如智能手機等）的升級、換代越來越快。廢棄電子產品的回收、處理問題日益突出。廢棄電子產品中，含有很多重金屬，對環境的潛在危害巨大。垃圾的收集、分類耗費大量的人力、物力；在人力成本大大增加的當下，發展能夠自拆卸的構件、器件甚至產品將大大緩解這個問題。形狀記憶高分子材料具有的回復自身初始形狀的特性，使其在自拆卸構件的設計上具有很大的潛力。本文在討論形狀記憶高分子材料形狀記憶效應的基礎上，對形狀記憶材料在設計、制造自拆卸構件中的應用進行了綜述。

1 形狀記憶高分子材料的記憶效應及其機理

1.1 形狀記憶效應

形狀記憶材料是一種刺激、響應型的功能材料。這類材料能夠“記住”自己的初始形狀。形狀記憶效應就是指材料在外界的刺激下，能夠改變自身的形狀并回復初始形狀。不同的材料可以根據外部環境產生的不同刺激（如熱、磁、光、化學等），回復自身的初始形狀。如果在加熱的情況下，回復自身的初始形狀，則稱之為熱驅動的形狀記憶效應或熱致形狀記憶效應。以此類推，可以產生磁致、光致、化學驅動的形狀記憶效應。

1.2 形狀記憶高分子材料的形狀記憶機理

Huang等提出：可以將形狀記憶高分子材料看成由兩相組成，一相為固定相，另一相為可轉變相。當材料受外界環境刺激（如，加熱、光照等）時，可轉變相變軟，聚合物變形后，處于能穩定存在的臨時形狀；當材料再次受外界刺激后，高分子鏈運動，驅動聚合物回復初始形狀[3]。目前，形狀記憶高分子材料仍以熱致響應型為主，其產生形狀記憶效應的分子機理如圖1所示[4]。

當形狀記憶聚合物材料加熱到轉變溫度以上時，材料能容易地產生形變（如圖1黑色部分所示）；當溫度降低到轉變溫度以下時，材料處于臨時形狀（如圖1灰色部分表示）。圖1（a）表示轉變溫度為熔點的嵌段共聚物。當溫度低于可結晶組分的熔融溫度時，這些晶體形成物理交聯點，使材料能夠保持臨時形狀，并使材料具有一定的機械強度；當溫度高于熔點時，晶體相熔融，在鏈段運動下，材料恢復初始形狀。圖1（b）表示轉變溫度為熔點的共價交聯聚合物。當在高溫拉伸后的高分子鏈冷卻到轉變溫度以下時，高分子鏈段產生應變誘導結晶，形成結構不完善的結晶。這些不完善的晶體以及共價交聯點，使材料處于穩定的臨時形狀。當材料處于轉變溫度以上時，不完善的晶體融化，鏈段運動，材料回復初始形狀。圖1（c）表示轉變溫度為玻璃化溫度的高分子材料。該材料可以是共價交聯高分子，也可以是無定型高分子。當材料在高于玻璃化轉變溫度拉伸時，高分子鏈伸長，產生一定的相對位移；當溫度低于玻璃化轉變溫度時，材料中的無定形高分子鏈段運動受限，在共價交聯點或者糾纏的高分子鏈（形成物理交聯點）作用下使材料獲得穩定的臨時形狀。加熱時，這些凍結的無定形高分子鏈段再次運動，使其恢復到初始形狀。

2 自拆卸構件中的形狀記憶高分子

自拆卸[5]是指用形狀記憶材料制成的自拆卸構件代替傳統的連接件，當材料被加熱到形狀記憶高分子材料的回復溫度時，自拆卸構件的連接部分被激發回復初始形狀使其失去連接功能，實現產品的主動拆卸。隨著研究的深入，自拆卸構件的拆卸方法實現了多樣化。通常研究者會通過對熱致形狀記憶高分子材料進行整體加熱以達到激發溫度實現自拆卸，加熱的方式主要有空氣對流加熱、水浴加熱、紅外加熱。當然，不同的加熱方式，材料實現自拆卸所需時間也不相同。應根據不同的工作環境選擇不同的加熱介質。自拆卸構件可大大提高廢棄產品的拆解效率，促進材料的回收再利用，有助于保護環境。近年來，基于形狀記憶高分子材料設計、制造自拆卸構件越來越受關注。

劉志峰、李新宇等利用輻照分別對PVC、PE改性，研究利用輻照高分子制造的可自拆卸構件的形變回復率與回復速度。結果表明：形狀記憶高分子的形狀記憶效應與聚合物的交聯程度密切相關。通過調節輻射劑量來改變高分子的交聯程度，可調節材料的激發溫度。經4KGy劑量輻照的PVC，其激發溫度為85℃；而經100KGy劑量輻照的PE，其激發溫度為95℃。此外，形狀記憶材料在形變恢復率小于最大變形的80%時變形恢復速度較快，之后回復速度明顯下降。且拆卸時間和主動拆解率與加熱方式有關，水浴加熱方式要優于空氣加熱，可能與水的傳熱效果好有關[6]。

還有研究者采用電熱激發，來實現產品自拆卸[7]。他們將電熱片貼在形狀記憶高分子卡扣根部來激發材料回復形變，實現零部件的分離。通過調節電熱元件的功率，控制自拆卸的時間，并實現了產品的多級拆卸。實驗表明：達到第一級主動拆卸時間為7 s，電熱片的功率為0.06 W；達到第三級主動拆卸時間為17 s，電熱片的功率為 0.025 W。研究者還利用熱風槍加熱材料，回復需22 s，而電熱片只需7s，可見電熱激發效率更高。左蘭等[8]提出可以利用PUs的形狀記憶效應來制造液晶顯示器的支架，將互聯網通訊產品上的液晶顯示器（LDC）等一些小的電子產品清潔地、無破壞地、快速地剝離下來。ChiodoJ.D.等[9]對利用聚氨酯設計自動拆卸技術做了可行性研究。宋守許等[10]利用形狀記憶材料作為液晶顯示器支架之間的自拆卸單元，運用ADSM方法對液晶顯示器支架進行重新設計，確定了主動拆卸結構的最優尺寸。由此可見，形狀記憶高分子材料在工業產品設計、特別是電子產品的應用有巨大的發展潛力。

3 基于形狀記憶效應的自拆卸構件的展望

形狀記憶聚合物自身具有很多突出的優點，但同樣也存在形狀回復的精度低、回復響應滯后、形狀記憶性能的穩定性等需要改進的地方。目前已有越來越多的研究者利用納米材料與形狀記憶高分子復合制備形狀記憶復合物，在保持材料形狀記憶特性的基礎上，進一步提高材料的其他性能，以適應不同環境下的需求。基于商用高分子材料制備形狀記憶高分子復合物材料，將會大大促進形狀記憶高分子材料的商業應用。新型智能材料的發展給傳統材料的設計觀念帶來更大的突破。形狀記憶高分子材料必將在眾多領域（如，電子設備、航空航天、自修復體系、醫療救護等）中得到更加廣泛的應用。

（致謝：非常感謝江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目（201311276047X）以及南京工程學院人才引進科研啟動項目（YKJ201207）的大力資助。）

參考文獻

[1] 左蘭，陳大俊.形狀記憶聚氨酯的研究與應用[J].彈性體，2002，12（6）：56-60.

[2] Hu J，Chen S.A review of actively moving polymers in textile applications[J].Journal of Materials Chemistry，2010，20，3346-3355.

[3] Sun，L.，Huang，W M.Mechanisms of the multi-shape memory effect and temperature memory effect in shape memory polymers[J].Soft Matter，2010，6，4403-4406.

[4] Lendlein A.，Kelch S.Shape-memory effect[J].Angewandte Chemie International Edition，2002，41，2034-2057.

[5] Chiodo J D， Billett E H，Harrison D J.Preliminary investigations of active disassembly using shape memory polymers[C]//Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing，1999.Proceedings of EcoDesign'99：First International Symposium on IEEE.1999：590-596.

[6] 劉志峰，李新宇，趙流現，等.SMP主動拆卸結構激發效果影響因素的試驗研究[J].中國機械工程，2010（18）：2243-2246.

[7] 劉志峰，成煥波，李新宇，等.基于電熱激發的主動拆卸產品設計方法及其設計準則研究[J].中國機械工程，2011，22（19）：2359-2364.

[8] 左蘭，陳大俊.形狀記憶聚氨酯的研究與應用[J].彈性體，2002，12（6）：56-60.

篇5

【關鍵詞】生物降解；天然；高分子；藥物緩釋

近年來，高分子材料被越來越多地應用于生物醫藥領域，其中尤以可生物降解高分子材料最為引人關注。這類材料不僅具備可生物降解性和生物相容性，還能在體內降解成小分子化合物，從而被基體代謝、吸收或排泄，對人體無毒副作用[1]。生物降解高分子材料被廣泛用于藥物緩釋載體、醫用手術縫合線、骨內固定材料、組織工程材料等，其中尤以用作藥物緩釋載體的研究最為廣泛而深入。

藥物緩釋就是將小分子藥物與高分子載體以物理或化學方法結合，在體內通過擴散、滲透等方式，將小分子藥物以適當的濃度持續的釋放出來。藥物緩釋體系有利于提高藥物療效、降低毒副作用，使藥物能在指定時間內按預定的速度釋放到指定的部位，使藥物在體內能夠保持有效濃度，減小或消除副作用[2]。目前，用于充當藥物緩釋載體的生物降解高分子材料主要包括天然高分子與合成高分子兩大類。本文主要綜述了天然生物降解高分子材料在藥物緩釋領域的應用，并將其分為以下幾類：

1、蛋白質類

（1）絲素蛋白

絲素蛋白是一種源于蠶絲的天然高分子材料，其性質穩定、無毒、廉價易得，具有良好的生物降解性和生物相容性。目前，絲素蛋白作為藥物緩釋載體的研究主要集中于絲素微球、絲素凝膠以及絲素膜三類。

絲素蛋白與其他天然高分子材料可以復合制得緩釋微球/微囊。韓龍龍等[3]研究了絲素蛋白-海藻酸鹽緩釋微膠囊的結構和釋藥性能。研究發現，復合微囊中的絲素蛋白與海藻酸鹽分子間有靜電和氫鍵作用，交聯劑戊二醛對微囊外層的絲素蛋白也有交聯固化作用，使得絲素蛋白與藥物間的物理交聯作用加強，藥物包封率提高。

水凝膠藥物釋放系統中，藥物通常以包埋或吸附的方式固定在凝膠中。當環境（如溫度、pH值或離子強度等）改變時，凝膠表面的孔洞變大，藥物便能從孔洞中釋放出來[4]。盧敏等[5]制備出具有交聯結構的絲素蛋白/聚氨酯（SF/PU）水凝膠。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到SF/PU水凝膠具有多孔結構，藥物釋放時間達到10h以上。馬曉曄等[6]通過自由基聚合的方法合成制備了自膨脹PAAS-SF semi-IPN水凝膠（聚丙烯酸鈉-絲素半互穿網絡水凝膠），發現隨著水凝膠中絲素蛋白含量的增加，凝膠的膨脹率增大，壓縮強度減小，藥物釋放速率加快。

絲素蛋白膜是一種多孔網狀結構的天然聚氨基酸膜。吳莉[7]以鹽酸利多卡因為模型藥物，絲素蛋白為膜材，制備了鹽酸利多卡因絲素蛋白雙層膜。實驗證明，雙層絲素膜比單層膜有更明顯的緩釋作用。陳建勇等[8]研究認為離子化藥物在絲素膜上的滲透性對外部溶液的pH值有良好的響應性能。當絲素膜荷電與藥物離子荷電不同時，藥物的滲透速度變慢；當絲素膜的荷電與藥物荷電相同時，藥物的透過速度加快。因此，可將絲素膜制成藥物滲透速度調控膜。

（2）膠原

膠原是人體內含量最豐富的蛋白質，膠原具有生物相容性和弱的免疫原性，并且具有高度親水性、透氧性等優點，因此是優良的藥物載體。膠原膜可解決非水溶性藥物的局部給藥問題，可將非水溶性藥物顆粒均勻分散在膠原基質中，制成混合藥膜。

廖紅勝等[9]制備了納米羥基磷灰石/膠原材料復合硫酸慶大霉素緩釋系統（nano-HA/C-GM-DDS），并觀察其體內釋藥效力。研究證實，nano-HA/C-GM-DDS在體內有較好的緩慢釋放效應，是一種較好的治療骨組織感染的生物材料。梁興宇等[10]采用煅燒掛漿法制備了膠原緩釋微球復合硫酸鈣/凍干骨支架，并且研究該種植體的細胞相容性。結果發現，制得的支架能促進成骨細胞的生長，并且發現細胞有向空隙內部長入的趨勢，經過表面修飾后的支架較原來的細胞相容性有了明顯提高。

（3）纖維蛋白

纖維蛋白粘合劑是由多種血漿蛋白成分組成的一種復合制劑，其主要成分為纖維蛋白原/ 凝血Ⅷ因子（主體膠）和凝血酶（催化劑），經過簡單處理后便可形成纖維蛋白凝膠。該凝膠為三維網狀結構，網眼可以形成儲藥庫，將治療用的藥物包合在凝膠內[11]。隨著凝膠被逐漸吸收和降解，藥物便可緩慢釋放，從而產生理想的藥物定向緩釋作用。

張宏偉等[12]探討了在大鼠坐骨神經損傷后，局部應用纖維蛋白凝膠（FG）-他克莫司（FK506）藥物緩釋系統對神經再生的影響。研究證明，FG-FK506藥物緩釋系統在大鼠坐骨神經再生中起到明顯促進作用。Kawasaki等[13]在生物膠緩釋作用的體外實驗中發現，膠內所含抗腫瘤藥物的釋放與膠內外藥物的濃度差密切相關。白波等[14]認為纖維蛋白凝膠的濃度及含水量對藥物的釋放有影響，凝膠濃度過高，則網孔越致密，藥物貯存效果降低，影響藥物的釋放速度和時間。

2、殼聚糖類

殼聚糖是一種天然的生物高分子線形多糖，其廣泛存在于低等植物菌類、藻類的細胞，節肢動物蝦、蟹、昆蟲的外殼，貝類、軟體動物的外殼中，是地球上僅次于植物纖維的第二大生物資源。殼聚糖具有良好的生物相容性、降解性、低毒性，在藥物載體方面得到大量的應用與研究。目前，殼聚糖緩釋體系主要分為：殼聚糖微球、殼聚糖納米粒子、殼聚糖緩釋膜、殼聚糖緩釋凝膠四種類型。

曲鳳華等[15]采用乳化-化學交聯法制備殼聚糖微球及殼聚糖-明膠復合物微球。在對殼聚糖藥物緩釋的研究基礎上，對殼聚糖復合明膠后，對藥物緩釋的影響情況進行了研究探索，研制出阿司匹林殼聚糖-明膠微球，為阿司匹林提供了一種理想的緩釋載體。吳永軍[16]用紅色無定形納米硒，輔以殼聚糖、玉米淀粉，合成出了納米硒-殼聚糖復合顆粒，在模擬消化液中研究了復合物的硒緩釋行為，考察了模擬消化液酸堿值、緩釋溫度、緩釋時間對硒釋放率的影響，得到了含硒復合物的最佳緩釋條件。董亮等[17]以殼聚糖和羧甲基殼聚糖混合物作為基質，采用溶劑揮發法制備丹皮酚藥膜，以體外釋放法研究藥膜對丹皮酚的控釋能力。結果發現以1∶1的殼聚糖和羧甲基殼聚糖混合為溶質（甘油含量為2%）制備的藥膜具有較理想的物理性質和藥物緩釋能力。林友文等[18]研究了不同配比、不同pH對殼聚糖/甘油磷酸鈉（CS/GPS）水凝膠的溫敏性及載藥凝膠緩釋性能影響，發現一定配比CS/GPS體系在37℃具有快速凝膠化特性，證實了溫敏性載藥凝膠對藥物具有緩釋作用。

3、淀粉類

淀粉作為一種可生物降解的高分子材料，來源豐富，價格低廉，具有良好的可降解性和生物相容性，尤其是支鏈淀粉天生具有螺旋狀孔洞結構，可作為藥物載體制成淀粉微球、淀粉膜等形式。

李仲謹等[19]以可溶性淀粉作為原料，N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，采用包埋法制備了氟苯尼考淀粉微球，采用體外動態釋藥法評價其釋藥特征。研究發現，氟苯尼考淀粉微球體外釋藥規律符合一級釋放方程和Korsmeyer-Peppas模型方程。李增和等[20]將聚乙烯醇（PVA）溶解后與淀粉（St）共混制得聚乙烯醇/淀粉復合膜，并考察了m（St）∶m（PVA）、反應溫度、增塑劑、交聯劑用量、反應時間對薄膜性能的影響，優化了實驗條件，最終制得拉伸強度、斷裂伸長率較大，吸水率和透NH4+率均較低，共混體系的相容性好的薄膜。

4、展望

天然高分子材料相比合成高分子材料，具有更好的生物相容性、低毒性、可降解性。未來在天然高分子材料在藥物緩釋方面的研究將側重于多種材料的復合改性（包括與無機材料復合、天然高分子之間復合、與合成高分子復合等）、緩釋載體構建以及臨床應用研究。隨著科技的不斷進步，天然高分子必將在醫藥領域發揮更積極的作用。

【參考文獻】

[1] Paquette DW， Ryan ME， Wilder RS. Locally Delivered Antimicrobials： Clinical Evidence and Relevance[J]. J Dent Hyg.2008；82 Supp 13： 10-15.

[2]金麗霞.藥物緩釋載體材料在醫藥領域中的研究及應用[J].中國組織工程研究與臨床康復，2011，15（25）：4699-4702.

[3]韓龍龍，張幼珠，尹桂波.再生絲素蛋白/海藻酸鹽包藥微膠囊的結構與釋藥性能[J].精細化工，2004，21（7）：521-524.

[4]張晟，杜建，孫蕊，等.蛋白質、多肽類藥物控制釋放體系的研究[J].高分子通報，2005（1）：14-19.

[5]盧敏，張海龍，楊偉平.絲素蛋白/聚氨酯水凝膠的制備及其釋藥性能[J].化工新型材料，2012，40（9）：50-52.

[6]馬曉曄，施麗君，周涓，等.聚丙烯酸鈉和絲素蛋白自膨脹水凝膠的制備及其釋藥性能[J].有機化學，2013，33（5）：1080-1087.

[7]吳莉，周欣穎，張學農.利多卡因絲素蛋白雙層膜制備及其生物相容性研究[J]. 中國新藥雜志，2010，19（2）：161-167.

[8]陳建勇，劉冠峰，沈之荃.絲素膜上藥物滲透量對溶液pH值的響應[J].功能高分子學報，1997，10（3）：387-392.

[9]廖紅勝，劉勇，楊述華，等.納米羥基磷灰石/膠原材料復合硫酸慶大霉素緩釋系統體內釋放實驗[J].華中科技大學學報（醫學版），2010，39（6）：822-824.

[10]蔡明銘，趙敏.更昔洛韋-纖維蛋白膠-羊膜復合物的緩釋特性[J].中國組織工程研究與臨床康復，2011，15（3）：419-422.

[11]梁興宇，王東，孫海鈺，等.TGF-β膠原緩釋微球復合新型生物活性多孔支架的制備以及其細胞相容性的研究[J].中國醫療前沿，2011，6（8）：5-6.

[12]張宏偉，紀云國，單偉，等.纖維蛋白凝膠-他克莫司藥物緩釋系統對大鼠坐骨神經損傷修復作用的實驗研究[J].中國醫藥指南，2013，11（10）：467-468.

[13] Kawasaki H， Shimizu T， Takakura K， et al. Pharmaco-dynamic study of mitomycin C mixed with fibrin glue for treatment of malignantbrain tumors[J]. No Shinkei Geka， 1994， 22（9）： 819-825.

[14]白波，韓大慶，吳景明，等.生物蛋白膠作為化療藥物載體治療骨肉瘤的意義[J].廣州醫學院學報，2005，33（5）：22-24.

[15]曲鳳華，栗明獻，陳微，等.殼聚糖微球及殼聚糖-明膠復合物微球的制備及緩釋性能研究[J].化工科技，2012，20（3）：43-48.

[16]吳永軍.納米硒-殼聚糖復合物緩釋作用研究[J].食品工業科技，2012，33（22）：141-145.

[17]董亮，崔華雷，尹輝，等.丹皮酚-殼聚糖膜的制備及丹皮酚緩釋性的研究[J]. 陜西中醫，2012，33（3）：357-359.

[18]林友文，方圓圓，孟曉丹.殼聚糖凝膠的溫敏性及其藥物緩釋性能研究[J]. 福建醫科大學學報，2009，43（1）：37-41.

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關鍵詞：涂料學；高分子專業；教學改革；涂料實驗

近年來，隨著我國對創新型人才培養問題的日益重視，大力加強素質教學，培養和激發學生的創造力的同時，進一步鞏固學生的基礎知識就顯得尤為重要[1]。在我國，無論是在綜合性院校、理工科院校，還是職業技術院校，大都開設了高分子的本科專業，包括：高分子化學與物理專業、高分子材料專業以及高分子加工專業等。在課程設置方面，基本都開設了高分子化學、高分子物理和高分子分析方法等基礎課程以及高分子專業基礎實驗。然而我們在教學實踐中發現，學生很難將之前開設的基礎課程中的知識融會貫通，對生活實例不能做出相應合理的解釋。高分子作為一個實用性很強的專業，各門專業課之間有著密切的聯系：利用高分子化學知識合成出不同結構的高分子材料，高分子材料的結構將直接影響其性能，在對材料進行加工時又需要運用高分子物理和流變學等知識[2]。如果學生們不能將專業基礎知識活學活用、融會貫通，那么他們將很難應對高分子專業相關工作中的實際問題。因此，我們嘗試針對高分子專業的培養方案，在開設高分子化學、高分子物理、高分子成型加工以及高分子結構分析方法這些專業課程的基礎上，新增了一門《涂料學》課程，安排在第7學期進行，計劃學時為32學時。力求通過本課程的學習，鞏固之前學到的專業知識并將其融會貫通，同時拓寬學生的知識面，提高其實踐能力。為了達到教學目標，培養出基礎扎實、有創新思維、創新能力的高素質人才，《涂料學》課程的本科教學內容和教學方法的設計就是必須考慮的首要問題。為此，筆者結合從事涂料課程教學與科研的經驗，參考接收本科生進行涂料實習單位的反饋意見，同時結合《涂料學》課程自身特點，做了一些初步的探討。

一、《涂料學》課程的特點和意義

高分子的主要應用領域集中在涂料、塑料、粘合劑和助劑四方面。進入21世紀以來，我國涂料行業發展迅速，對涂料行業科研技術人才的需求量大大增加[3]。為此，在國內一部分高校中的高分子相關專業開設了涂料相關課程。《涂料學》課程是建立在高分子化學、有機化學、無機化學、膠體化學、表面化學與表面物理、流變學、材料力學、光學和顏色學科基礎上的一門綜合性學科，但又不是這些學科的簡單加和而有其自身理論。對于高分子專業的學生而言，如何能將其學到的無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識貫穿統一起來，《涂料學》無疑是一個不二選擇。開設涂料課程，一方面使今后從事涂料行業的學生進入工作崗位后，盡快成為行業技術骨干；另一方面對于今后從事非涂料領域的高分子學生而言，課程的學習過程也是對之前學到的化學和材料學基礎知識鞏固、加強和提高的過程。

二、《涂料學》教學的主要內容

涂料學課程的內容多，課時少，教師難以在短時間內將涂料行業所需的內容講深、講透。在課程教學的過程中，教師應該堅持理論結合實際的教學方針，對知識結構優化調整，做到簡單而不淺顯，深奧而不枯燥。在教學內容上，要注重兩方面的統一：一方面注意《涂料學》課程章節間的聯系和統一，這門課程涉及到涂料概述、顏料、溶劑、樹脂等內容，各部分內容既相對獨立，又相互聯系；另一方面，要把握《涂料學》課程與無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識貫穿統一。教師在教學中應該重點介紹以下內容。

1.涂料的基本知識。這部分內容主要介紹涂料概念、組成、類別、功能以及發展概況。結合日常生活所接觸的涂料，使學生掌握涂料的基本概念、分類和作用。讓學生們了解到，現代涂料學的發展是以化學，特別是高分子科學為基礎，結合界面科學和流變學發展起來的。了解涂料的發展背景和面臨的挑戰，懂得涂料的發展趨勢。通過對目前報道較新的，具有特殊功能的涂料的介紹來激發學生對涂料的興趣，并為以后進行涂料的科學研究開好頭。

2.顏料相關理論。顏料和填料是涂料生產不可缺少的成分之一。其作用不僅是色彩和裝飾性，更重要的是改善涂料的物理化學性能，提高涂層的機械強度、附著力、防腐性能、耐光性和耐候性。讓學生了解遮蓋力、著色力和吸油值等基本概念。在授課過程中，這部分知識與物理化學中的雙電層理論聯系緊密，可以對以前的基礎知識鞏固提高。關于顏料的分散是教學的重點。

3.溶劑知識。溶劑是不包括無溶劑涂料在內的，各種液態涂料中所含有的，為使得液態涂料完成施工過程的必要的一類物質。原則上不構成涂膜，也不存留在涂膜中。在授課過程中，這部分知識與有機化學和高分子物理中的極性、溶解力、粘度等相關知識聯系緊密，可以對以前的基礎知識鞏固提高。在教學中，使學生掌握根據溶劑理論選用溶劑和改善涂料性能，了解有機溶劑對環境的危害，開發綠色水性涂料和高固體份涂料是涂料行業的趨勢。

4.樹脂知識。成膜物質是組成涂料的基礎，它具有粘結涂料中其他組分形成涂膜的功能，對涂料和涂膜的性能起到決定性的作用。例如，在丙烯酸樹脂章節中的內容與高分子化學基礎課中自由基聚合和聚合方法的相關知識密切聯系。不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂和聚氨酯章節中內容與高分子化學基礎課中的縮聚和逐步聚合相關內容聯系緊密。因此，授課的過程也是對以前的知識復習，深入體會和提高的過程，將這些基本知識與涂料制備技術相互滲透，相得益彰，這也正是開設《涂料學》課程的特色。

三、教學方法

1.教學與生活、生產相結合，注重理論聯系實際。涂料是一門理論性和應用性都很強的交叉學科。理論知識比較晦澀，但大多數基本理論知識都已經在本科基礎課教學階段涉及，在涂料課程中只是有針對性的學習，必須與實際結合才能使學得的知識深化和牢固，也才能引起學生的興趣。在教學的初期階段，為了使得學生盡快入門，熟悉涂料學，就要將日常生活、生產與涂料結合，介紹生活和生產中涂料的應用，提高學生從心理上對課程的接受程度。眾所周知，涂料學的特點是“入門易、學懂難”。為了提高教學效率，改善教學效果，必須要注重理論聯系實際。這種聯系實際上是基礎知識與涂料學的聯系；涂料學與實際應用的聯系。把涂料學作為有機化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識實踐的對象，會使學生對所學過的基礎知識鞏固提高，為今后打下堅實的理論基礎。在涂料學理論實踐過程中，學生可以去涂料生產廠和研究院所參觀學習。學習涂料生產方法和檢測方法，了解生產設備和檢測儀器設備。學生往往很有興致，注意力高度集中，因此將理論知識寓于合適的實際背景中進行講授效果明顯。

2.開設涂料實驗。在高分子化學實驗的基礎上，開設涂料實驗課程[4]。高分子化學實驗中，一般開設甲基丙烯酸甲酯（或苯乙烯）的乳液聚合、聚酯合成實驗等，可以在這些實驗的基礎上，進一步開設丙烯酸乳液合成、低分子量聚酯合成以及低分子量聚酯與異氰酸酯固化等，并且可以進一步開設乳膠漆的制造、涂料性能檢測等系列實驗，讓學生自己合成樹脂，自己配制涂料，自己對涂料和涂層進行檢測。通過實驗，不但將課堂所學到的理論知識通過實驗鞏固提高，而且訓練學生進行涂料生產和科學研究的方法，培養學生的動手能力，分析和解決問題的能力。

四、結語

總之，筆者對在高分子專業本科教學中開設《涂料學》課程的必要性、優化教學內容、改進教學方法進行了初探，提出開設《涂料學》課程的必要性：一方面，對于處于專業知識學習的學生而言，通過本課程的學習，加強他們對高分子專業基礎知識的鞏固，為今后從事高分子相關專業的工作打好堅實的理論基礎；另一方面，針對今后從事涂料行業的學生，涂料行業快速發展，科技含量越來越高，涂料學課程的開設正好可以滿足涂料行業對大批高層次科研技術人員的需求。

參考文獻：

[1]徐光憲.我對素質教育的認識[J].大學化學，2004，19（3）：1-8.

[2]陳立貴，袁新強，李雷權，等.構建符合學校定位的高分子專業人才培養方案的研究[J].科技資訊，2009，（22），161-162.

[3]涂料工藝編委會.涂料工藝[M].北京：化學工業出版社，1997.

篇7

【關鍵詞】晶體學；材料化學；課程模塊

現代科學技術賴以發展的各種材料主要以固態形式存在。按照基本粒子排列的有序程度，固態物質可以分為晶態、非晶態和準晶態。鑒于大多數材料只存在于晶態之中且晶態材料具有特殊的規則性，在近代自然科學體系中，通過晶態獲得微觀立體結構信息已成為極其重要的研究渠道。因此，晶體學是材料科學發展的重要支柱。

材料化學是材料科學的重要分支，是一門研究材料的制備、組成、結構、性質及其應用的科學[1-2]。在材料化學的課程學習中，對于材料結構的認識尤為重要[3]。本文結合本科教學實踐，分析了《材料化學》課程的特點和存在的問題，闡述了以晶體學為主線的課程設計及教學方法。

1 《材料化學》課程的特點及存在的問題

首先，《材料化學》是材料類專業的重要專業基礎課，課程內容多，涵蓋了材料的制備、結構、性能及應用。從所涉及的材料來看，包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、納米材料、功能材料等。這就要求《材料化學》授課教師的知識面廣，在內容組織上不僅能體現不同材料各自的特點，還要強調它們之間的聯系。

其次，不同于《無機化學》等課程，作為一個較新的學科和課程，《材料化學》不具備經典、權威教材。目前，各大出版社的《材料化學》教材內容各不相同，有些甚至差別較大。此外，新材料的開發、傳統材料的升級一直是研究熱點。因此，材料相關的理論和知識日新月異。如何將新技術、新成果引入到《材料化學》課程中，做到知識與時俱進，是課程教學中面臨的一個重要問題。

2 以晶體學為主線的《材料化學》課程教學

2.1 課程內容模塊化

按照材料化學專業培養目標及山東科技大學人才培養的特點，材料化學課程選用李奇教授編寫的《材料化學》作為教材。根據對本課程的理解，以晶體學基本原理為主線，將課程內容進行模塊化整合，分為背景模塊、晶體學原理模塊、金屬材料模塊、無機非金屬材料模塊、高分子材料模塊和學科前景模塊。

2.2 課程設計及教學方法

背景模塊主要介紹材料化學課程在材料科學中的地位、材料化學課程內容、學習目的及學習方法，結合實際例子（如摔不碎的納米陶瓷刀，“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”――金屬玻璃等）激發學生對課程的興趣。

晶體學原理模塊中以晶體的周期性和對稱性為教學重點，結合宏觀實例解釋微觀的概念和原理。鑒于晶體學原理模塊內容較為抽象，在教學過程中采用多媒體與模型（主要是球棍模型）相結合的方式，通過對比教學加強學生對基本概念和原理的掌握。從晶體與非晶體的異同入手引出晶體的周期性和對稱性，從晶棱、晶面和晶胞三個層次分析晶體的特點，結合X射線衍射完整講解晶體學知識，引導學生構建完整的晶體學理論框架。

在學習晶體學知識的基礎上，金屬材料模塊、無機非金屬材料模塊和高分子材料模塊分別從三大類材料各自的結構出發結合制備方法引出材料的性能及應用。在金屬材料模塊的教學中，結合前期《無機化學》中有關金屬晶體的知識，引出“等徑圓球密堆積”的模型，從而分析金屬單質一維、二維和三維密堆積的基本形式。為了使學生更好的理解二維密堆積中四面體空隙和八面體空隙的產生，在教學中將學生分成若干小組，每組發放一定數量的乒乓球（代表金屬單質原子），請學生動手排出密堆積的形式。另外，準備已組合好的模型，讓學生從不同角度觀察二維密堆積，查找四面體空隙和八面體空隙的位置。通過二維密堆積的詳細講解和學生的動手組裝，使學生更好的理解密堆積，為后續金屬單質的三維密堆積和合金結構的學習打下良好的基礎。

在金屬材料中除了金屬晶體之外，還涉及到準晶這一特殊的結構。與晶體的長程有序不同，準晶具有長程準周期性平移序和非晶體學旋轉對稱性。這部分的教學中著重強調準晶與晶體在結構上的不同，并由此引出其制備和性能的特殊性。

在無機非金屬材料模塊的教學中，引導學生從比較離子晶體與金屬晶體的結構區別入手，結合球棍模型的組裝，使學生掌握離子晶體結構的解析方法。著重強調離子晶體結構分析中以往學生經常出現的錯誤。例如氯化銫（CsCl）晶體的解析，學生在根據晶體結構示意圖（圖1）進行分析時往往得出其為體心立方結構，但實際上CsCl晶體應該是簡單立方結構。該錯誤的出現是因為學生并未掌握離子晶體結構分析要點。在離子晶體的結構解析中，應首先分析負離子（或正離子）的排列方式，然后查找正離子（或負離子）的位置及其占據的空隙類型，最后分析正負離子的配位數以及每個晶胞中所含正負離子個數。只有按照這樣的分析方式才能正確得出晶體結構。在學生熟悉無機材料典型的晶體結構后，引出無機材料的經典制備方法，并比較各種方法間的差異，由此得出材料的性能和應用。在晶態無機材料的教學中，穿插近代科研中比較熱門的碳材料（如碳納米管、石墨烯等）和分子篩材料，分析這些材料的特殊結構及由此衍生出的特殊性質和應用。例如，分子篩材料特殊的孔道結構使其具有擇形催化性能并在石油化工領域中有著非常重要的應用。

圖1 氯化銫（CsCl）晶體的結構示意圖

另一方面，在無機非金屬材料中還涉及到非晶態材料。教學過程中通過晶體結構的周期性和對稱性，引出非晶態材料（如玻璃等）的結構特點，注重新興非晶態材料（如金屬玻璃）的合成及性能。

在高分子材料模塊的教學中，引導學生總結高分子與小分子在結構上的差異，引出高分子的晶態、非晶態、液晶態和取向態。結合偏光顯微鏡對球晶的觀察，使學生進一步明確晶態高分子與金屬晶體、離子晶體等的區別。通過高分子材料的晶態沒有小分子完善，而其非晶態的有序性卻高于非晶態小分子，引出高分子材料具有小分子所不具備的特殊性能和應用。

在前景展望模塊，主要從化學的角度針對材料的發展進行分析，使學生認識到材料的特殊魅力。結合材料化學的發展前沿，提高學生對材料學科今后發展趨勢的認識，為學生成為材料專業技術人才奠定堅實的基礎。

3 結語在材料化學課程教學中，以晶體學為主線將金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料串聯在一起。采用比較式教學、多媒體和模型相結合的教學手段，加深學生對材料結構、制備、性能和應用的理解和認識，提升學生分析解決問題的能力。

【參考文獻】

[1]米曉云，張希艷，柏朝暉，等.科研對材料化學課程教學的促進作用[J].現代教育科學，2009，1：112-114.

篇8

關鍵詞：緩釋制劑；微球；PELA

根據《中華人民共和國藥典》2005年版規定， 緩釋制劑（sustain release preparation，SRP）系指口服藥物在規定釋放介質中， 按要求級緩慢地非恒速釋放， 與其相應的普通制劑比較， 給藥頻率減少一半或有所減少， 且能顯著增加患者順應性的制劑[1]。緩釋制劑是第三代藥物制劑， 這種制劑由于克服了頻繁給藥的弊端， 有利于降低藥物的不良反應， 能在較長時間內維持體內藥物有效濃度， 可減少用藥的總劑童，用最小劑量達到最大藥效， 從而可大大提高患者服藥的順應性， 被廣泛用于治療多種疾病。隨著經濟和科學技術的發展，新輔料、新材料、新設備和新工藝的不斷涌現及藥物載體的修飾等， 更為藥劑工作者在緩釋、控釋制劑領城的探索和發展提供了廣闊空間[2]。其中非甾體類止痛藥由于在止痛消炎方面的良好療效，以及釋放時間短需頻繁給藥的特點被多次改良為新試劑投放市場。而納米微球作為緩釋藥物載體的技術在多做藥物研制方面取得成功，本文就近幾年來納米微球非靶向緩釋制劑的開發，特別在非甾體類止痛藥緩釋制劑上的研究進展和發展趨勢作一綜述。

1.微球緩釋制劑

緩釋、控釋制劑作為一種較新劑型， 它克服了常規制劑一日給藥頻繁、使用不便而且血藥濃度起伏很大、有“峰谷”現象、不良反應多等缺點， 可較持久釋放藥物， 減少用藥頻率， 降低血濃峰谷現象， 提高藥效和安全度。級釋制劑按制劑型可分為片劑、膠囊劑、膜制劑、眼用制劑、微球等[3]

1.1微球制劑

微球（microsphere）是指藥物溶解或分散在高分子材料基質中形成的粒徑為l-40微米的微小球狀實體，而粒徑在10―1000nm之間的通常稱之為納米球（又稱毫微球、納米粒）。制備微球的載體材料很多，主要分為天然高分子微球（如淀粉微球、白蛋白微球、明膠微球、殼聚糖等）和合成聚合物微球（如聚乳酸微球）。微球技術作為一種新型給藥技術，首先通過調節和控制藥物的釋放速度實現長效的目的，同時又能保護藥物，特別是蛋白質、多肽類藥物免遭破壞，掩蓋藥物的不良口味，減少給藥次數和藥物刺激，降低毒性和副作用，提高療效。此外，微球還與某些細胞組織有特殊親和性，能被器官組織的網狀內皮系統所內吞或被細胞融合，集中于靶區逐步擴散釋出藥物或被溶酶體中的酶降解而釋出藥物。目前有關微球應用的報道很多，很多微球產品已經進入市場，包括米諾環素可吸收性微球、美國Genetech公司的生長素、日本武田公司的亮丙瑞林微球等。其中亮丙瑞林微球緩釋時問長達6個月，僅治療與激素相關腫瘤的醋酸亮丙瑞林一個產品。2OO6年在美國市場的年銷售額就達6.99億美元，充分顯示了這類產品的潛力。微球的應用可分為兩大類：靶向和非靶向，本文主要從這非靶向的方面對微球制劑現有的應用進展進行綜述，同時還簡要介紹微球制劑現在存在的一些問題和解決方法[3]。

2.PELA納米微球的研究進展

中國科學院成都有機化學研究所將聚乙二醇（PEG）引入聚乳酸（PLA）中，制成聚-DL乳酸-聚乙二醇共聚物（PELA），PELA作為一種可生物降解的高分子材料，是一種以D，L-聚乳酸為硬段，聚乙二醇為軟段的高分子共聚物。與以往的高分子共聚物聚乳酸（PLA）相比，提高了微球親和性，增加了藥物在微球儲存和降解過程中的穩定性[4]。其分子結構如下：

海藻酸鈉在溶液狀態下能與金屬離子如 Ca、Al等發生化學反應，其結果是金屬離子將Na置換出來，并將海藻酸鈉的長分子鏈維系在一起而形成凝膠。海藻酸鈉液滴與氯化鈣反應形成海藻酸鈣凝膠微球的過程是溶膠一凝膠相轉移過程。

海藻酸鈉濃度過高 （>2.5%）會導致溶液過粘，不利于滴制法的進行，而濃度過低 （

3. 總結

生物可降解聚合物納米粒作為控釋 、緩釋制劑已日見倪，雖然目前上市的產品不多，但是用其作疫苗、生長激素胰島素、抗腫瘤藥、避孕藥等藥物載體的研究正廣泛而深的進行，并且許多藥物正處在實驗室及臨床研究階段。藥在體內循環時問延長是藥物控釋成功的關鍵，通過聚合物納米粒進行表面修飾可以達到這些目的。目前這一技術在運動醫學相關藥物上運用得并不多，通過對相關文獻的研究，將生物可降解聚合物納米微球作為緩釋制劑進行研制是有嘗試意義的。

參考文獻

[1] 中華人民共和國藥典.北京；化學工業出版社，2005.

[2] 朱斌，陳曉光.緩釋制劑的研究進展[J] .四川職業技術學院學報.2007，11.

[3] 任海霞，朱家壁，湯h .微球制劑的應用研究進展[J].藥學進展. 2007，02.

篇9

關鍵詞 熱塑性彈性體 TPE 新材料

一、熱塑性彈性體概述

自20世紀60年代，橡膠界就提出了熱塑性彈性體的概念，并將熱塑性彈性體稱為繼天然橡膠、合成橡膠之后的“第三代”橡膠，屬于改性塑料。熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer，以下簡稱“TPE”）是有機高分子材料，在正常使用溫度下，一相為流體；另一相為固體，兩相之間相互作用，使得熱塑性彈性體在常溫下具有橡膠彈性，高溫下又能塑化成型的高分子材料，具有類似于橡膠的力學性能及使用性能、又能按熱塑性塑料進行加工和回收，它在塑料和橡膠之間架起了一座橋梁。就加工而言，它是一種塑料；就性質而言，它又是一種橡膠。TPE是近年來發展較快的一種新型高分子材料，它在世界范圍內耗用量的增長速度遠遠高于通用橡膠品種，加工廢料可以回收利用，具有省資源、省能源及生產效率高的特點。

二、總體環境分析

（一）市場需求

根據國際市場研究機構Ceresana近期的報告顯示，2014年全球TPE銷售額達167億美元，到2022年將以年率4.7%的速度增長，中、美、日、德是TPE最大的消費國，合計占2014年全球TPE需求的63%。[1]亞太地區是全球TPE需求最大的區域，到2017年TPE需求量在全球TPE需求量中所占份額接近50%，[2]其中中國是TPE需求最大的國家，未來對TPE的需求繼續以超過8%的速度增長。

“以塑代鋼”、“以塑代木”正在成為人類社會生產和消費的一種趨勢，我國目前的塑鋼比（塑料消費量：鋼鐵消費量，體積比）只有4U6，還遠遠低于發達國家和世界平均水平（美國7U3，德國6U4，世界平均1U1），行業發展潛力巨大。

（二）社會價值

TPE生產工序簡單、高效、低加工能耗和可重復加工性，不但能夠從根本上解決傳統熱固性橡膠難以回收再利用的問題，緩解石油資源危機和實現可持續發展的目標，還能夠從很大程度上實現節能的目的，使其具有節資、節能雙重意義，此外，TPE一般不含鹵素和增塑劑，燃燒不會產生有毒物質，潛在的經濟效益和社會效益很大，屬于可持續發展的“綠色”高分子復合材料。

（三）政策扶持

新材料是戰略新興產業發展的基石。《新材料產業“十二五”發展規劃》和《關鍵材料升級換代工程實施方案》制定產業規模目標2萬億元，并初步制定2020年我國新材料產業的發展路徑。“十二五”期間我國新材料產業規模穩步增長，年均復合增速保持25%左右，全國超過80%的地區在戰略性新興產業相關發展規劃中選擇發展新材料產業，預計“十三五”期間新材料產業仍將保持高速增長。

（四）技術水平

目前國內的TPE尚處于發展的初級階段，尤其是低端彈性體材料的行業集中度低、產品缺乏差異化、技術門檻低，綜合競爭能力處于劣勢。國內研發集中在科研院所，企業獲得國家研發投入的力度小，只有少數的公司能夠持續在研發上投入。因此，在技術創新上與跨國企業存在明顯的差距，在高端產品上鮮有能同外資形成強烈競爭的公司。

三、行業環境分析

（一）現有競爭者的競爭

少數的跨國巨頭，如科騰、日本三菱、德國膠寶等主導著高端產品的市場份額。具有自主知識產權并不斷創新的國內品牌企業，如金發科技、銀禧科技、寧波市青湖彈性體科技有限公司等也在逐漸壯大，具備高端產品研發和生產能力的公司，存在明顯的競爭優勢，而一般企業的產品集中在中低端領域，隨著下游客戶集中度越來越高，議價能力趨強，導致無法滿足下游客戶的需求而失去競爭力，甚至逐步退出市場，這類的TPE企業也是數量最多的，其規模普遍偏小，利潤較薄。

（二）新進入者的威脅

產品生產工藝并不復雜，但是過程控制嚴格。一方面是根據客戶需求量身訂制的原料配方，高品質的產品對配方的要求非常高；另一方面是生產過程中工藝系數的調整，需要大量的行業經驗積累。

對于并不具備行業背景的公司，由于存在上述的進入壁壘，一般難以在行業內對既有公司形成有力挑戰，但是上游供應商一般是“大而全”的化工巨頭，如果TPE存在穩定和巨大的利潤空間，則可能會吸引供應商突破壁壘進入行業，供應商可以相對容易向下游延伸產業鏈，基礎材料供應商若改變產品開發方向和產品線的設置，可以迅速轉換角色為競爭者。

（三）供應商議價能力

跨國企業在原材料供應方面處于寡頭壟斷的地位，國內僅中石化和中石油具備較高水平的研發和生產能力，但是大部分高質量原材料主要來自跨國企業。國內企業普遍存在對上游原材料供應商依賴程度較高的風險。上游供應商的稀缺導致TPE公司對于化工巨頭的價格調整不具備議價能力。

（四）消費者議價能力

相關標準的實施，進一步促使TPE加快取代部分天然橡膠、合成橡膠和塑料，從而有效增加了下游對TPE的需求，從一定程度上降低了客戶的議價能力。

對于普通類的TPE產品，由于生產工藝簡單，進入門檻低，市場供應量充足，隨著下游細分行業的集中度在日趨提高，所以下游客戶對此類的產品和公司具備較強的議價能力。此外，下游客戶對TPE行業的要求在持續改變，包括差異化、及時服務、產品生命周期越來越短，作為TPE的供應方需要迅速對下游公司的需求做出回應，并及時滿足才可能保持競爭力。

（五）替代品的威脅

TPE內部的產品細分存在替代品，但目前暫無相關產品可以對TPE行業進行有效替代。

四、結論

具備環保性質的新材料TPE在全球范圍內有著巨大的市場需求，中國已是TPE需求最大的國家，中國政府將新材料列入戰略新興產業，國內材料工業處在蓬勃發展的態勢中，TPE行業下游客戶對產品的持續創新，在增加TPE產品需求的同時也對TPE的品類和性質提出更高的要求，發展功能性的TPE產品能夠有效建立競爭優勢，而技術含量低的普通TPE產品則會陷入價格競爭的紅海。國內的TPE公司需要加大研發投入，重點發展功能性的產品，有效區隔競爭對手，而不是通過低價走量的模式掙扎在利潤微薄的低端產品中。

（作者單位為廣東深圳市平安證券有限責任公司）

參考文獻

[1] 熱塑性彈性體市場預計將年增長4.7%[J].世界橡膠工業，2015.

[2] 2017年全球熱塑性彈性體需求量將達到580t[J].橡膠科技，2014.

[3] 熱塑性彈性體行業競爭現狀、技術創新和發展趨勢[J].中國橡膠，2014.

[4] 關注三類投資機會：細分龍頭+模式創新+前沿技術[J].中信證券，2015.

篇10

關鍵詞：建筑防水涂料；問題；發展方向

中圖分類號：TU5文獻標識碼： A

引言

建筑防水涂料是由瀝青、合成高分子聚合物、合成高分子聚合物與瀝青、合成高分子與水泥或以無機復合材料等為主要成膜物質, 摻入適量的顏料、助劑、溶劑等加工制成的溶劑型、水乳型或反應型的, 在常溫下呈無固定形狀的粘稠狀液態或可液化之固體粉末狀態的高分子合成材料。將涂料單獨或與胎體增強材料復合,分層涂刷或噴涂在需要進行防水處理的基層表面上, 即可在常溫條件下形成一個連續、無縫、整體且具有一定厚度的涂膜防水層, 從而滿足工業與民用建筑的屋面、地下室、廁浴間和外墻等部位防水抗滲的要求。目前，建筑防水材料主要有瀝青基防水涂料、聚合物改性瀝青基防水涂、料聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料以及無機防水涂料等眾多類別，形成了品種和功能比較齊全的防水材料體系。

一、現有建筑防水涂料的類別

（一）按照涂料的基料和分散介質分類

根據成膜物質不同防水涂料可分為瀝青類、高聚物改性瀝青( 亦稱橡膠瀝青類) 、合成高分子類(又可再分為合成樹脂類、合成橡膠類)、無機類、聚合物水泥類等五大類。按其涂料狀態與形式, 大致可分為溶劑型、反應型、乳液型三大類型。

1.溶劑型防水涂料。溶劑型防水涂料其作為主要成膜物質的高分子材料是以溶解于( 以分子狀態存在于) 有機溶劑中所形成的溶液為基料, 加入顏填料、助劑制備而成的,它是依靠溶劑的揮發或涂料組分間化學反應成膜的, 因此施工基本上不受氣溫影響, 可在較低溫度下施工。

2.反應型防水涂料。反應型防水涂料其作為主要成膜物質的高分子材料是以預聚物液態形式存在的, 反應型防水涂料是通過液態的高分子預聚物與相應的物質發生化學反應成膜的一類涂料。反應型防水涂料通常也屬于溶劑型防水涂料范疇, 但由于成膜過程具有特殊性，因此單獨列為一類。

3.乳液型防水涂料。乳液型防水涂料為單組分水乳型防水涂料, 涂料涂刷在建筑物上以后, 隨著水分的揮發而成膜。乳液型防水涂料的品種繁多，主要有：水乳型陽離子氯丁橡膠瀝青防水涂料；水乳型再生橡膠瀝青防水涂料；聚丙烯酸酯乳液防水涂料；EVA( 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物) 乳液防水涂料; 水乳型聚氨酯防水涂料；有機硅改性聚丙烯酸酯乳液防水涂料等。

（二）按照涂料的組分不同進行分類

根據防水涂料的組分不同, 一般可分為單組分防水涂料和雙組分防水涂料兩類。單組分防水涂料按液態不同, 一般有溶劑型、水乳型兩種；雙組分防水涂料, 則以反應型為主。

（三）按使用部位分類

建筑防水涂料按其在建筑物上的使用部位不同，可分為屋面防水涂料，立面防水涂料、地下工程防水涂料等幾類。

二、建筑防水涂料的現狀和存在問題

（一）瀝青基防水涂料

瀝青基的防水涂料是水乳型的，這種乳化瀝青是冷施工使用的防水涂料，我們將石油瀝青促使在乳化劑的作用中，經乳化機的強烈攪拌來制成。讓瀝青在攪拌機的攪拌中被分散變成細小顆粒，使它并被乳化劑迅速包裹起來，然后形成懸浮在水中的乳化液體。

瀝青基防水涂料存在的主要問題在于：瀝青沒有被改性，它的低溫柔性與抗開裂性都不到位，所以只能應用于不是很重要的部分防水工程，它的用量已經逐漸減少，很快會淘汰。

（二）聚合物改性瀝青基防水涂料

聚合物改性瀝青防水涂料的主要產品有水乳型丁苯橡膠瀝青防水涂料、溶劑型以及水乳型氯丁橡膠瀝青的防水涂料、溶劑型與水乳型SBS改性瀝青涂料，這些產品比瀝青基的防水涂料的性能都好，具有很好的市場發展前景。

聚合物改性瀝青防水涂料存在的問題：溶劑型聚合物改性瀝青防水涂料給環境造成的污染大，水乳型聚合物的改性瀝青防水的涂料質量沒有完全穩定；聚合物改性瀝青防水涂料有時在力學性能與防水性能，耐久性很多方面不夠理想。

（三）聚氨酯防水涂料

聚氨酯防水涂料是一種主鏈上含有較多氨基甲酸酯基因的高性能高分子合成材料，單組分（S）聚氨酯防水涂料是以異氰酸酯、聚醚為主要原料，配以各種助劑制成的反應型柔性防水涂料。多組分（M）聚氨酯防水涂料是由A組分和B組分組成：A組分一般以異氰酸酯與聚醚的多種型號混合物加成聚合而成；B組分是與NCO反應的聚醚、含芳香烴的焦油類物質或無機化合物。廣泛適用于工業與民用建筑的屋面、地下室外墻面、廚房和衛生間樓面、地面等部位的防水、防潮。

聚氨酯防水涂料存在的問題：養護過程中溫度、濕度必須嚴格控制，不能有明顯的波動；

由于聚氨酯散發出刺鼻的氣味，對人的身心健康產生一定的影響；施工溫度應在5℃至35℃；調配好的漿料要在1h內用完，否則會造成污染及浪費。

（四）聚合物乳液防水涂料

聚合物乳液防水涂料以聚合物為主料配以一些添料及其他助劑而生產的一種單組分防水涂料。按聚合物的品種能夠分為很多種，有丙烯酸酯類乳液防水涂料與乙烯-醋酸乙烯乳液（EVA）類防水涂料等等。聚合物乳液防水涂料是一種高彈性防水材料，主要用于間歇耐水環境的屋面、墻面、地面等。

聚合物乳液防水涂料的問題在于：低溫施工性受限制，需5℃以上施工或者創造5℃以上條件方可施工。

三、我國建筑防水涂料的發展展望

由于防水涂料能夠刷涂或噴涂在需要進行防水處理且形狀復雜、管道縱橫、變截面的各種基層表面上, 并能在常溫環境下固化形成一個連續、無縫、整體的涂膜防水層, 有利于提高建筑工程的防水抗滲功能。展望未來的防水涂料, 防水涂料呈以下發展趨勢：

（一）研發環保型防水涂料成為重點

當前的防水涂料, 屬溶劑型的居多。防水涂料中含有大量的有機揮發物，在配漆和施工過程中，大量VOC 排向大氣，造成大氣污染。同時施工人員在施工過程中不可避免地會吸入部分VOC。它們不但對皮膚具有侵蝕作用, 而且對人體中樞神經系統、造血器官、呼吸系統有刺激和破壞作用, 可引起頭疼、惡心、胸悶、乏力、嘔吐等癥狀, 嚴重時會抽搐、昏迷甚至死亡。目前我們的防水涂料很多為溶劑型，它污染環境，對身體有害，資源浪費大量，因此，應加大開發與推廣應用水性的涂料，一是用水代替揮發性有機溶劑，二是提高固含量，三是展粉末涂料。

（二）研制開發多功能防水涂料

現在使用的大多防水涂料的功能都很單一，防水抗滲, 而且施工必須在無明水的基材表面和非下雨天進行，這對防水涂料應用有著很大制約作用。未來的防水涂料將集防水、裝飾、保溫、隔熱等多種功能于一體, 且能在潮濕的基材上進行施工。所以，開發多功能的防水涂料，使它既防水，保溫，隔熱又能裝飾。

（二）開發高性能的防水涂料

由于技術、施工等方面的原因, 目前的防水涂料產品性能相對較差，如拉伸強度較低、延伸率較小、耐候性較差、使用壽命較短等等。未來的防水涂料將向著各項性能較高、對基層伸縮或開裂變形適應性較強、環境適應加強的方向發展。

（三）納米防水涂料將快速發展

像防水涂料這樣的外用涂料，對涂料的耐老化、耐洗刷、抗紫外等性能要求很高。在涂料中加入納米材料，所得的納米涂料其耐老化、防滲漏、耐洗刷等性能均得到很大提高, 從而可以提高涂料的檔次，延長涂膜的使用壽命。經納米材料改性后的防水涂料產品外觀顯得更加飽滿、勻和，涂膜光潔細膩，觸感優良，防水性好，與基底材料的粘接力大大提高，尤其明顯的是改性后的涂料抗紫外線、耐洗刷性能非常優越。

（四）新型防水涂料施工工具得到開發和利用

從施工工藝看，目前，在涂料的施工技術方面，主要是手工刷涂、滾涂，對于大型防水工程來說，耗時、勞動強度大。從材料質量看，需要在施工現場混合均勻的雙組分聚氨酯涂料、聚合物乳液水泥涂料必須將粉料充分分散，其中不能夠有分散不開的粒、團，建筑防水涂料檔次較低，質量也不夠穩定，未形成系列產品，且品種和質量方面差距較大。所以開發研制新得施工工具有重要的意義。例如采用雙噴頭或多噴頭噴槍, 能使涂料與胎體增強材料或固化劑等進行混合噴涂, 不但可以加快涂膜固化速度、增加涂膜強度和便于控制涂膜厚度, 而且可以大大增加施工進度、降低勞動強度。

結束語

隨著我國建筑業的發展, 防水涂料的應用越來越廣泛。但是一些防水涂料還存在諸多問題。隨著科學技術的發展，防水涂料產品功能和性能將不斷提高，環保型防水涂料將得到推廣應用，新的防水涂料施工工具、施工機械將得到有效利用，施工技術水平、施工工藝水平將得到大幅提升，建筑工程的防水防滲將得到可靠的保障。

參考文獻

[1]廣夏.淺議我國建筑防水涂料[J].建筑工作信息，2013，（8）.

[2]沈春林，蘇立榮，李芳等.建筑防水涂料[J].化學工業，2013，（16）.