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1、 高分子膜材料运用与前景摘要:高分子膜具有制备简单、性能稳定以及与指示剂相容性好等特点。本文介绍高分子膜材料的分类和性能的研究, 着重从高分子膜的性能、应用等方面综述高分子膜材料的研究进展情况, 同时概要叙述高分子膜材料今后的发展远景。关键词:高分子膜；蒸馏性膜；透过性膜；膜的电性；膜的应用 ,膜前景。前言：高分子膜虽然很早高分子膜虽然很早就出现, 但是对它进行较系统的研究还是近年来才开始的。在20年代, 由于石油工业的发展促进了三大合成材料品种的不断增多, 高分子膜的应用范围也在逐渐扩大。由包装膜开始, 到30年代已将纤维素膜应用于超滤分离；40年代则出现了离子交换膜和电渗析分离法；50年代
2、出现了反渗透法膜分离技术；60年代由加拿大和美国学者分别成功地制造出了高效能膜和超过滤膜, 总之, 国外高分子膜技术的发展是很迅速的。近年来, 我国的科研工作者也开始重视这方面的研究, 膜的种类及应用领域在不断扩大, 其中用量最大的是选择性分离膜, 如离子交换膜、微孔过滤膜、超过滤膜、液膜、液晶膜等。目前已应用的领域有核燃料及金属提炼、气体分离、海水淡化、超纯水制备、污废处理、人工脏器的制造、医药、食品、农业、化工等各方面。 1.高分子膜材料性能 水处理膜受益节能环保在水资源总量控制与水权流转等相关政策下，污水处理行业将成为用水指标的“创造者”，从而将极大扩展污水处理公司的市场空间，进而为水处
3、理膜企业带来增长动力。有消息称，水利部制定的关于实行最严格水资源管理制度的意见，已完成10个部委的会签，将在进一步修改后上报国务院。该意见是对今年中央一号文件中有关实施最严格水资源管理制度的细化。根据水利部规划，“十二五”期间，我国污水回用率将达到10%。资料显示，一些外国企业的高端超滤膜价格已由10年前的400多美元/平方米下降为现在的约50美元/平方米，价格压力减小，有利于水处理膜广泛应用。目前，微滤、超滤、反渗透等膜技术在海水淡化、给水处理、污水处理与回用等领域的工程应用规模迅速扩大。专业人士透露，“十二五”期间，国内海水淡化膜的市场空间在12-18亿元，MBR膜的市场空间在12亿元左右
4、。行业的爆发性增长，取决于节能环保标准的大幅提高。太阳能电池膜引领光伏趋势 可令薄膜太阳能电池产生电压的薄膜厚度仅需数m，目前转换效率最高达13%，可以价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金属片等不同材料作为基板。由于光伏电池薄膜具备良好的可挠性，可以制作成非平面构造，扩大受光面积。专家认为，未来5年内薄膜太阳能电池将大幅降低成本，届时这种薄膜太阳能电池将广泛用于手表、计算器、窗帘甚至服装上。太阳能电池薄膜正在展现出勃勃生机。目前薄膜太阳能电池产量占全球太阳能电池总量的18%左右，预计2030年占比能达到30%。另据行业权威人士估计，未来十年，光伏建筑将成为非晶硅太阳能电池应用的最大市场，前景十
5、分诱人。平板显示薄膜带动消费升级平板显示产业的许多上游关键基础材料都是与真空薄膜材料和薄膜技术紧密相关的，例如：ITO导电玻璃、彩色滤光片、背光模组材料、增亮膜、手机面板材料、PDP屏幕表面防辐射薄膜等，都要采用薄膜材料。平板显示行业和触控面板行业蓬勃发展，资料显示，全球LCD面板今年6月份销售额达到72亿美元；触控面板需求呈现爆发式增长，订单应接不暇；各种显示膜材料如ITO导电膜、PET薄膜等市场前景非常广阔；AMOLED作为一种新型显示材料，成长速度惊人，2010年OLED年收入10亿美元左右，2016年市场规模将超过70亿美元。半导体及微电子用薄膜用途广泛半导体及微电子用薄膜市场持续景气
6、，变频家电对于薄膜电容需求量高于普通家电，随着其节能环保优势得到推广，未来市场空间极大。另外，随着风电和太阳能发电投资比重的加大，铝电解电容器缺口巨大。而LED芯片本质上也是一种膜成长技术，其主流工艺是MOCVD.2.高分子膜材料的应用各种不同类型的高分子膜已经在许多方面得到广泛应用，却很有竞争力。CO2回收膜：是日本工业技术院化学技术研究所新发明的一种环境保护膜, 它是用聚醚矾合成的一种琼脂凝胶状薄膜。这种高分子膜可以分离和回收工厂或火力电厂排放的二氧化碳, 其效率达到世界先进水平。废水净化膜：瑞典发明。它主要依靠一个命名为“ Antric” 的废水处理系统。这种系统是塔状结构, 塔中固体表
7、面生长一层生物膜, 当废水从膜上滴下, 塔内就会产生厌氧环境,使废液中有机物去除, 同时产生含硫气体。这种气体再经清洁器循环净化, 即分离出硫元素而废水亦已变得澄清无毒。诊测癌患膜：日本医学家将蚕丝溶解、干燥制成一种超纯丝素膜, 附上与抗原反应的单克隆抗体后,即可用来诊断癌症。由于它可使抗体固化在素膜上, 加人血液与过氧化酶标记的抗体后, 通过用装有载电极的免疫传感器测定癌细胞所释放的氧气的数量, 即可诊断是否患肠症。除臭生化膜：日本公司从绿茶中提取黄酮类化合物搅拌进聚乙烯材料制成五种除臭薄膜, 可除去7090%的抓硫醇, 硫化氢, 甲服四大恶臭。时间至少保持24小时。同时还可除去体臭以及卫生
8、间、厨房、饲养场和医院等场所的臭味。食品控气保鲜膜:美国Htrcules公司采用一种新的食品保鲜膜, 它是利用新型的聚合物薄膜制成的包装材料。其技术的关键是采用一种带有细小气孔的薄膜。这种薄膜能控制包装内氧气与二氧化碳的交换, 保持一种能放慢水果和蔬菜呼吸的最佳气氛。此外, 它还能作为标签直接覆盖在密封容器的通气孔上, 通过将适宜的包装材料与新鲜食品的特性结合, 来实现包装内的最佳气氛控制。超铜电导膜:日本筑波大学与日立制作所合作研制出一种电泉岸高于金属铜的新型聚乙炔膜, 其膜长20厘米、宽3厘米、厚50微米。在制法上其关键在于采用了向列型液晶。当乙炔原料与这种液晶掺在一起, 添加铝钦系催化剂
9、后, 在磁铁附近即会产生高分子反应。生成的聚乙炔分子与液晶一起伸展结构上呈现金属原子那样的排列形式, 所以易于导电。其电导率目前已达12000西门子厘米, 但世界各国的研究目标则是实现100000西门子厘米。无电阻耐蚀膜:日本东洋苏打制造公司与佐上中心化学实验室合作制成一种高性能氛基阴离子交换膜。这是通过高分子反应, 把氛基阳离子交换膜改变为具有阴离子型阴离子交换基极性开关的一种膜。该膜能耐受60氯饱水处理1500小时而不会产生不良影响。这一时间大约为烃基膜的倍。此外在60的6N的硝酸溶液中处理几百个小时, 对其电阻和化学结构也不会引起任何影响。由于它在含卤族元素离子的溶液中的电阻较低, 在氯
10、化钠溶液中的电阻少于1欧姆/厘米2, 因而可用来制造各种高性能电池以及高温电渗析的隔膜等。亚稳态超导膜：美国劳伦斯一伯克利实验室利用在放电过程中打断化学键的方法研制成一种新的钨一氢薄膜。这种方法称为等离子体增强淀积法,它使用一台射频发生器电离并分解混合气体, 从而形成一种高活性的离子体。射频发生器以数兆赫的频率在300350温度下工作, 因而能够用六氟化钨和氢气产生出钨原料亚稳态型薄膜。这种薄膜的超导特性要比普通型钨薄膜好几倍。超薄绝缘膜：东京工业大学最近开发出仅有一个分子厚的塑料薄膜。这种薄膜用聚酞亚肢树脂制成为世界最薄的膜可用作砷化稼半导体的绝缘膜和液晶显示器的基盘膜等。聚光贮电膜：美国波
11、音公司最近发明一种能将阳光聚集并转换为电能蓄贮使用的新型薄膜。这种薄膜电池分两层, 第一层由砷化稼和锑化稼组成第二层材料是铜锢二硒化合物。在模拟太空环境下工作时, 它几乎把30%的太阳能转换成电能。阿尔科太阳能公司制造的光电池薄膜, 它大小为11.435.5厘米, 艘盖在汽车顶篷上, 可源源不断地将电力贮于蓄电池。其电量足以供应汽车上的收音机、电视机、点烟器等电器设备使用。节能增光膜：日本公司利用二氧化钦和二氧化硅生产一种多层节能薄膜。它透过可见光能够反射热红外辐射。由于热阻很高, 将它涂于白炽灯泡表面, 既不影响发光, 还能将热红外辐射反射到灯丝上, 有助于灯丝加热。因此管状卤钨灯上涂敷这种
12、薄膜后, 可节电50%左右。4.高分子膜材料发展远景随着科学技术的不断发展, 迫切需要耐化学性能和耐热性能优良的分离膜来满足生物工程、食品及有机化工等领域的轰求。近年来合成的聚芳醚酮微孔滤膜, 由于结构特殊, 不仅具有优异的热稳定性, 而且力学性能、电性能也很好。在上述领域可望得到广泛应用。磺化聚矾是一种亲水性阴离子聚电解质, 具有强度好、耐酸碱、抗细菌侵蚀等优点, 由它制得的膜可望在海水淡化、有机共沸物分离等方面得到广泛应用。具有良好应用前景的膜还有膜, 在生物膜模型、微电子器件、非线性光学传感器方面也有很大的潜在应用价值。此外, 用等离子体表面改性的液晶复合富氧膜在节约能源、环境保护和医药
13、卫生等方面都有着广泛的应用前景。 3各种高分子膜材料前景抗菌高分子材料抗菌高分子材料有抗菌塑料、抗菌纤维等材料，可抑制和杀死附着的细菌、真菌、霉菌等微生物，广泛应用于食品包装、家电制造、居室、卫生洁具、日用品、办公用品、公共设施、服装、工业滤材等领域。近年来，日本抗菌高分子材料发展位居前列，其无机抗菌剂年产量在900t左右，年销售额约60亿日元；抗菌塑料年产量约7.4万t，抗菌制品年销售额约6000亿日元。2005年我国抗菌剂的产量约500t，进口100t，出口50t，表观消费量为550t。国内抗菌塑料产销量约6万t，抗菌制品产值达540亿元。目前我国抗菌材料的产业化取得了很大进展，中科院理化
14、所研发出独特的抗菌母粒应用技术，经北京崇高纳米科技有限公司深度开发和产业化后，已达到国际先进水平。预计未来几年，我国抗菌塑料制品的需求发展空间是目前产销量的10倍。磁性高分子材料磁性塑料主要是指以塑料或橡胶为粘合剂制成的磁体，是20世纪70年代发展起来的一种新型高分子功能材料。全球磁性塑料的产量以每年10%-14%的速度递增。近几年开发的稀土类磁性塑料产量还比较小，如美国的稀土类磁性塑料约占其磁性塑料总量的10%，日本则仅占1.4%，但发展速度极快。稀土类磁性塑料虽然磁强度和耐热性稍差，但成型性及力学性能优异，组装和使用方便，废品率低。我国的磁性塑料发展较晚，主要有尼龙6、尼龙66、CPE、P
15、E、PP、EVA、EPS、热固性树脂等。随着生产技术的日趋完善，磁性塑料正以其特有的优势广泛应用于电子、电气、仪器、仪表、通讯、文教、医疗卫生及日常生活中的诸多领域，产量和需求量不断增加，具有很大的发展潜力。阻燃高分子材料将复合阻燃剂与塑料进行共混改性可以获得阻燃塑料。阻燃塑料主要用于家电、电子、通讯等领域，其中电子电气行业有15%以上的塑料件要求使用阻燃塑料。 目前世界阻燃技术主要是以添加溴类阻燃剂为主，十溴二苯醚是最主要的品种。这种阻燃剂含溴量高，分解温度高于350，与各种高聚物的分解温度相匹配，添加量小，阻燃效果好。世界阻燃剂生产情况见表1。表1 近年世界阻燃剂产量 万t国家/地区199519982003年均增长/%世界115.0130.0135.03.54.5美国41.647.454.556.72.83.6西欧29.836.041.543.63.04.0日本14.516.22.41999-2004年我国阻燃剂年均消费增长率达15%左右，远高于全球平均水平。2005年全国阻燃剂需求量将达到17万t以上，预计2010年为20万t。目前我国阻燃剂的生产企业有70多家，产品以氢氧化铝、氢氧化镁等无机体系为主，占总产量的50%-60%。发展无卤、高效、低烟、低毒的新型阻燃剂是当今阻燃剂的发展方
