¿Qué es el papel polimérico?
En el mundo, los productos de materiales poliméricos son los materiales más jóvenes. No sólo se utilizan en diversos campos industriales, sino que también han llegado a todos los hogares. Su producción tiende a superar la de los materiales metálicos y será el pilar material más activo en el siglo XXI.
Los materiales poliméricos son compuestos orgánicos, y los compuestos orgánicos son compuestos del elemento carbono. Además de los átomos de carbono, otros elementos son principalmente hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc. Se pueden formar estructuras estables entre átomos de carbono y entre átomos de carbono y átomos de otros elementos. Los átomos de carbono son tetravalentes y cada enlace monovalente puede unirse con un átomo de hidrógeno, por lo que se pueden formar innumerables compuestos orgánicos con diferentes estructuras. El número total de compuestos orgánicos se acerca a los 10 millones. Mucho más que los otros compuestos elementales combinados, y constantemente se sintetizan nuevos compuestos orgánicos. De esta forma, los compuestos orgánicos tienen funciones únicas debido a la formación de diferentes estructuras especiales. Algunas estructuras orgánicas (también llamadas grupos funcionales) se pueden sustituir en los polímeros para cambiar las propiedades del polímero. El peso molecular de los polímeros es enorme, alcanza al menos 654,38 100.000, o millones a millones, por eso la gente los llama polímeros, macromoléculas o polímeros. Los materiales poliméricos incluyen tres tipos de materiales sintéticos, a saber, plásticos, fibras sintéticas y caucho sintético (llamado resina antes del procesamiento).
El rápido desarrollo de la alta tecnología en el siglo XXI ha promovido el salto de la economía social y otras industrias. Los polímeros han asumido claramente la responsabilidad histórica de desarrollarse en las tres direcciones: alto rendimiento, multifuncionalidad y bioquímica. El material del siglo XXI será un brillante reino de polímeros.
Los materiales poliméricos existentes tienen una alta resistencia y tenacidad, comparables a los materiales metálicos. La mayoría de las estructuras metálicas de nuestro uso diario en electrodomésticos, muebles, lavadoras, frigoríficos, televisores, vehículos, casas, etc. Ha sido sustituido por materiales poliméricos. El desarrollo de la industria, la agricultura, el transporte y la alta tecnología requiere que los materiales poliméricos tengan mayor resistencia, dureza, tenacidad, resistencia a la temperatura, resistencia al desgaste, resistencia al aceite, resistencia al plegado y otras propiedades.
A la hora de mejorar las propiedades de los polímeros, lo más importante es crear materiales compuestos. La primera generación de materiales compuestos fue la fibra de vidrio, que estaba hecha de fibra de vidrio y resina sintética como aglutinante. Tiene excelentes propiedades como peso ligero, alta resistencia, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica y fácil procesamiento. Se utiliza en cohetes, misiles, barcos, carrocerías de automóviles, antenas de televisión, etc. Más tarde, la gente usó fibra de carbono en lugar de fibra de vidrio, que es más liviana. Es de 3 a 5 veces más resistente que el acero y es un material compuesto de segunda generación. Si en su lugar se utiliza fibra de aramida, su resistencia es 5 veces mayor que la del alambre de acero. Todavía existe un gran potencial para el desarrollo y la innovación de materiales poliméricos de alto rendimiento. Los científicos predicen que se deben producir entre 265.438 (5.000 y 20.000.000 de toneladas de materiales de fibra anualmente) para satisfacer la demanda. Por lo tanto, existe la necesidad de producir grandes cantidades de materiales de fibra sintética que sean más ligeros, resistentes al fuego, ignífugos, resistentes a los olores, absorbentes de agua y esterilizantes. Se han desarrollado muchas fibras nuevas, como fibras de cavidad ligera, fibras de espuma, fibras con diversas formas de sección transversal, materiales de fibra de múltiples componentes, etc. Se puede esperar que estén disponibles materiales de fibra con propiedades antiestáticas, resistentes a la suciedad, al aceite e incluso antiincrustantes. Estos materiales de fibra se utilizarán en antenas y reflectores de aviación.
Los materiales funcionales poliméricos son un magnífico escenario en el reino de los polímeros. Debido a que los grupos funcionales de los polímeros se pueden reemplazar, se pueden fabricar una variedad de materiales poliméricos funcionales utilizando métodos extremadamente simples. Los materiales absorbentes de agua de uso común, como el algodón, la esponja, etc., pesan solo 20 veces su propio peso y la mayor parte del agua absorbida se exprimirá durante el proceso de extrusión. El material polimérico absorbente de agua hecho de almidón y acrilonitrilo no sólo puede absorber agua de cientos a miles de veces su propio peso, sino que tampoco exprime el agua cuando se exprime. Se puede esperar convertir materiales poliméricos altamente absorbentes de agua en dispositivos que puedan convertir la energía química en energía mecánica, tener funciones similares a las de los músculos o convertirse en instrumentos de medición.
En el proceso de bloque integrado de fotolitografía de la industria microelectrónica, el fotorresistente comúnmente utilizado (también llamado material fotorresistente) utiliza un grupo funcional para conectar polímeros. Cuando se expone a la luz se producen reacciones químicas que reducen o aumentan su solubilidad. Cuando se utiliza este fotorresistente para preparar bloques integrados, el ancho de línea del bloque integrado puede alcanzar de 0,1 a 0,01 micrones (1 mm), que es sólo 1/10 a 1 del ancho de línea de los bloques integrados producidos mediante otros procesos. Interruptores adecuados para los principales componentes de los ordenadores electrónicos del siglo XXI. El fotoprotector también se puede utilizar para diversos procesamientos finos, como el procesamiento fino de componentes semiconductores, placas de circuito impreso EP, películas o superficies metálicas, grabado fino de vidrio y cerámica y procesamiento de piezas mecánicas de precisión.
Los materiales funcionales poliméricos se han utilizado en ingeniería de la información, produciendo materiales fotográficos fotoconductores, materiales de registro de información óptica y materiales de conversión de energía óptica en mm, todos los cuales han entrado en la etapa práctica.
Los materiales funcionales poliméricos de resina de intercambio iónico similares al "árbol de Moisés contemporáneo" también se están desarrollando rápidamente. Muchas membranas poliméricas de intercambio iónico, membranas poliméricas de ósmosis inversa, membranas poliméricas de separación de gases, membranas poliméricas de permeación de vapor, etc. Se ha utilizado en procesos como cribado químico, precipitación, filtración, destilación, cristalización, extracción y adsorción, y el efecto de separación es mejor que otros métodos. Puede ahorrar mucha energía. La industria salina japonesa ha utilizado membranas de intercambio iónico para reemplazar los recipientes de sal y los procesos de producción de sal electrolítica. Las membranas de ósmosis inversa se utilizan para tratar los tres desechos en las industrias química orgánica y cervecera, y se pueden recuperar compuestos orgánicos importantes como aminas, ésteres, alcoholes, éteres, cetonas y fenoles. Las membranas de separación de gases tienen diferente permeabilidad y selectividad para diferentes gases, por lo que pueden usarse para separar selectivamente ciertos gases de gases mixtos, como enriquecer oxígeno del aire y recuperar hidrógeno del amoníaco sintético. La recolección de helio del gas natural también se puede utilizar para crear aparatos de respiración subacuática (branquias artificiales), que son dispositivos de buceo que extraen oxígeno directamente del agua de mar. Se espera que los seres humanos vivan en el agua de mar durante mucho tiempo y entren al palacio del Rey Dragón Marino. El sueño de compartir la vida pacífica y feliz del Rey Dragón Marino puede hacerse realidad. Existen varias películas de conversión de información, películas de control de reacciones, películas de transferencia de energía, etc. En desarrollo. También se está investigando una biopelícula atractiva. La biopelícula tiene propiedades únicas. No solo puede transmitir activamente energía, información y materiales, sino también participar en actividades vitales como la fotosíntesis y la síntesis vital de materia orgánica. Esta es una perla de alta tecnología del siglo XXI, y podemos elegir esta perla.
Otro avance extremadamente importante de los materiales funcionales poliméricos es la promoción de reacciones químicas. Este material polimérico funcional se denomina catalizador polimérico. Ya en la década de 1940, la gente utilizaba una resina de intercambio iónico llamada poliestireno sulfonado reticulado como catalizador para diversos procesos de reacción química, como hidrólisis, condensación, polimerización, etc. Posteriormente, este tipo de materiales poliméricos funcionales se desarrolló rápidamente y aparecieron los catalizadores complejos de polímeros metálicos. Puede acelerar la captura de iones metálicos en reacciones químicas y lograr una rápida separación de compuestos metálicos. Es un método muy importante en la producción industrial y el análisis industrial. También existen catalizadores metálicos poliméricos, que son materiales que promueven la rápida finalización de reacciones químicas de iones metálicos en compuestos y que se han utilizado con éxito. La naturaleza tiene uno de los catalizadores más eficaces llamados enzimas. Este material polimérico tiene un fuerte efecto catalítico como una enzima. Se llama sintetasa. Las enzimas son compuestos poliméricos proteicos compuestos de aminoácidos. Es un catalizador eficaz para diversas reacciones bioquímicas en organismos y es el material funcional polimérico natural de mejor rendimiento. Actualmente, se han desarrollado con éxito varias enzimas sintéticas y se han puesto en uso gradualmente, con más y más tipos. Los científicos intentan imitar los catalizadores utilizados en la industria química basándose en el funcionamiento de las enzimas. Creando una revolución en la industria química. Puede llevar a cabo producción química, aprovechar al máximo los recursos biológicos renovables, deshacerse del proceso de síntesis tradicional utilizando series de petróleo como materia prima principal y también puede utilizar el principio catalítico de enzimas para evitar condiciones de alta temperatura y alta presión en el proceso de síntesis tradicional y producir selectivamente sustancias específicas. Las reacciones ocurren en una mezcla de múltiples sustancias. Los reactivos pueden reaccionar continuamente sin separación hasta que se produce el producto final. De esta manera, los biorreactores cambiarán la apariencia tradicional de las empresas químicas con torres altas. No sólo ahorrarán energía y mejorarán el entorno de trabajo, sino que también abrirán recursos químicos y eliminarán aguas residuales, gases residuales y materiales de desecho, permitiendo. Establecer una industria química ideal libre de contaminación. Por ejemplo, la resina neutra elaborada a partir de asparaginasa tiene un futuro muy brillante.
Los materiales poliméricos se han utilizado en medicina y ciencias de la vida durante mucho tiempo, pero con el avance de la alta tecnología, el desarrollo de este campo ha sido sorprendente en los últimos años. Se han desarrollado y mejorado rápidamente válvulas cardíacas artificiales, pulmones artificiales, riñones artificiales, vasos sanguíneos artificiales, piel artificial, huesos artificiales, articulaciones artificiales, etc. Existen innumerables instrumentos quirúrgicos y suministros médicos fabricados con materiales poliméricos.
La característica más importante de los materiales biopolímeros es controlar la salud y la vida humana. La eficacia del tratamiento se puede mejorar enormemente utilizando polímeros no farmacológicos sintetizados con otros fármacos. Este medicamento es fácilmente absorbido por el cuerpo humano y tiene pocos efectos secundarios. Por ejemplo, si se polimerizan medicamentos contra el cáncer que provocan reacciones adversas como náuseas y malestar general, el efecto mejorará enormemente. Por ejemplo, el fármaco anticancerígeno, la heptanona aromática y el ácido metacrílico, se combinan para formar polímeros. El efecto es mejor. Se puede utilizar otro fármaco polimérico, como la polivinilpirrolidona sintética, como sustituto del plasma. Los fármacos poliméricos sintetizados a partir de poliéteres y poliuretanos comerciales tienen una afinidad especialmente alta con la albúmina de las proteínas plasmáticas y se llevan bien entre sí. Son materiales poliméricos médicos que resuelven el problema de la coagulación humana.
En resumen, los polímeros se han convertido en un poderoso pilar de la ciencia de los materiales en el siglo XXI, y el desarrollo de materiales poliméricos logrará mayores logros en el siglo XXI.