高分子材料的发展现状范文

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在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅和金刚石等称为第三代半导体材料。本文介绍了三代半导体的性质比较、应用领域、国内外产业化现状和进展情况等。

关键词

半导体材料;多晶硅;单晶硅;砷化镓;氮化镓

1前言

半导体材料是指电阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料[1]，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国和日本，其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元[2]。近几年来，我国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位，比上年增长20，产业规模是1997年的2.5倍，居国内各工业部门首位[3]。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。

半导体材料的种类繁多，按化学组成分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。大部分半导体材料单晶制片后直接用于制造半导体材料，这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的，具有显著减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结，能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的，制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、异质外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。

在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料[4]。上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。本文沿用此分类进行介绍。

2主要半导体材料性质及应用

材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况[5]。表中禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短蓝光发射;禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。

硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95以上的半导体器件和99以上的集成电路ic是用硅材料制作的。在21世纪，可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。

砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同时处理光电信号，被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，砷化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛，并占据不可取代的重要地位。

gan材料的禁带宽度为硅材料的3倍多，其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具有远比硅器件和砷化镓器件更为优良的特性，可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很大进展，并开始进入市场。与制造技术非常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比，第三代半导体材料目前面临的最主要挑战是发展适合gan薄膜生长的低成本衬底材料和大尺寸的gan体单晶生长工艺。

主要半导体材料的用途如表2所示。可以预见以硅材料为主体、gaas半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。

3半导体材料的产业现状

3.1半导体硅材料

3.1.1多晶硅

多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料，主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。2001年全球多晶硅产能为23900t，生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a，德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a，日本三菱高纯硅公司、美国memc公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a，绝大多数世界市场由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求为22000t，达到峰值，随后全球半导体市场滑坡;2001年多晶硅实际产量为17900t，为产能的75左右。全球多晶硅市场供大于求，随着半导体市场的恢复和太阳能用多晶硅的增长，多晶硅供需将逐步平衡。

我国多晶硅严重短缺。我国多晶硅工业起步于50年代，60年代实现工业化生产。由于技术水平低、生产规模太小、环境污染严重、生产成本高，目前只剩下峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2个厂家生产多晶硅。2001年生产量为80t[7]，仅占世界产量的0.4，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急剧增加极不协调。我国这种多晶硅供不应求的局面还将持续下去。据专家预测，2005年国内多晶硅年需求量约为756t，2010年为1302t。

峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂1999年多晶硅生产能力分别为60t/a和20t/a。峨嵋半导体材料厂1998年建成的100t/a规模的多晶硅工业性生产示范线，提高了各项经济技术指标，使我国拥有了多晶硅生产的自主知识产权。该厂正在积极进行1000t/a多晶硅项目建设的前期工作。洛阳单晶硅厂拟将多晶硅产量扩建至300t/a，目前处在可行性研究阶段。

3.1.2单晶硅

生产单晶硅的工艺主要采用直拉法cz、磁场直拉法mcz、区熔法fz以及双坩锅拉晶法。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，市场进入平稳发展期，生产集中在少数几家大公司，小型公司已经很难插手其中。

目前国际市场单晶硅产量排名前5位的公司分别是日本信越化学公司、德瓦克化学公司、日本住友金属公司、美国memc公司和日本三菱材料公司。这5家公司2000年硅晶片的销售总额为51.47亿元，占全球销售额的70.9，其中的3家日本公司占据了市场份额的46.1，表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位[8]。

集成电路高集成度、微型化和低成本的要求对半导体单晶材料的电阻率均匀性、金属杂质含量、微缺陷、晶片平整度、表面洁净度等提出了更加苛刻的要求详见文献[8]，晶片大尺寸和高质量成为必然趋势。目前全球主流硅晶片已由直径8英寸逐渐过渡到12英寸晶片，研制水平达到16英寸。

我国单晶硅技术及产业与国外差距很大，主要产品为6英寸以下，8英寸少量生产，12英寸开始研制。随着半导体分立元件和硅光电池用低档和廉价硅材料需求的增加，我国单晶硅产量逐年增加。据统计，2001年我国半导体硅材料的销售额达9.06亿元，年均增长26.4。单晶硅产量为584t，抛光片产量5183万平方英寸，主要规格为3英寸6英寸，6英寸正片已供应集成电路企业，8英寸主要用作陪片。单晶硅出口比重大，出口额为4648万美元，占总销售额的42.6，较2000年增长了5.3[7]。目前，国外8英寸ic生产线正向我国战略性移动，我国新建和在建的f8英寸ic生产线有近10条之多，对大直径高质量的硅晶片需求十分强劲，而国内供给明显不足，基本依赖进口，我国硅晶片的技术差距和结构不合理可见一斑。在现有形势和优势面前发展我国的硅单晶和ic技术面临着巨大的机遇和挑战。

我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位，先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶，单晶硅在国内市场占有率为40。2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地，一期工程计划投资1.8亿元，年产25t区熔硅和40t重掺砷硅单晶，计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题“12英寸硅单晶抛光片的研制”。浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发，近几年实现了高成长性的高速发展。

3.2砷化镓材料

用于大量生产砷化镓晶体的方法是传统的lec法液封直拉法和hb法水平舟生产法。国外开发了兼具以上2种方法优点的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸气压控制直拉法，成功制备出4英寸6英寸大直径gaas单晶。各种方法比较详见表3。

移动电话用电子器件和光电器件市场快速增长的要求，使全球砷化镓晶片市场以30的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场，预计未来20年砷化镓市场都具有高增长性。日本是最大的生产国和输出国，占世界市场的7080;美国在1999年成功地建成了3条6英寸砷化镓生产线，在砷化镓生产技术上领先一步。日本住友电工是世界最大的砷化镓生产和销售商，年产gaas单晶30t。美国axt公司是世界最大的vgf

gaas材料生产商[8]。世界gaas单晶主要生产商情况见表4。国际上砷化镓市场需求以4英寸单晶材料为主，而6英寸单晶材料产量和市场需求快速增加，已占据35以上的市场份额。研制和小批量生产水平达到8英寸。

我国gaas材料单晶以2英寸3英寸为主，

4英寸处在产业化前期，研制水平达6英寸。目前4英寸以上晶片及集成电路gaas晶片主要依赖进口。砷化镓生产主要原材料为砷和镓。虽然我国是砷和镓的资源大国，但仅能生产品位较低的砷、镓材料6n以下纯度，主要用于生产光电子器件。集成电路用砷化镓材料的砷和镓原料要求达7n，基本靠进口解决。

国内gaas材料主要生产单位为中科镓英、有研硅股、信息产业部46所、55所等。主要竞争对手来自国外。中科镓英2001年起计划投入近2亿资金进行砷化镓材料的产业化，初期计划规模为4英寸6英寸砷化镓单晶晶片5万片8万片，4英寸6英寸分子束外延砷化镓基材料2万片3万片，目前该项目仍在建设期。目前国内砷化镓材料主要由有研硅股供应，2002年销售gaas晶片8万片。我国在努力缩小gaas技术水平和生产规模的同时，应重视具有独立知识产权的技术和产品开发，发展我国的砷化镓产业。

3.3氮化镓材料

gan半导体材料的商业应用研究始于1970年，其在高频和高温条件下能够激发蓝光的特性一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。但gan的生长技术和器件制造工艺直到近几年才取得了商业应用的实质进步和突破。由于gan半导体器件在光电子器件和光子器件领域广阔的应用前景，其广泛应用预示着光电信息乃至光子信息时代的来临。

2000年9月美国kyma公司利用aln作衬底，开发出2英寸和4英寸gan新工艺;2001年1月美国nitronex公司在4英寸硅衬底上制造gan基晶体管获得成功;2001年8月台湾powdec公司宣布将规模生产4英寸gan外延晶片。gan基器件和产品开发方兴未艾。目前进入蓝光激光器开发的公司包括飞利浦、索尼、日立、施乐和惠普等。包括飞利浦、通用等光照及汽车行业的跨国公司正积极开发白光照明和汽车用gan基led发光二极管产品。涉足gan基电子器件开发最为活跃的企业包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。

目前，日本、美国等国家纷纷进行应用于照明gan基白光led的产业开发，计划于2015年-2020年取代白炽灯和日光灯，引起新的照明革命。据美国市场调研公司strstegiesunlimited分析数据，2001年世界gan器件市场接近7亿美元，还处于发展初期。该公司预测即使最保守发展，2009年世界gan器件市场将达到48亿美元的销售额。

因gan材料尚处于产业初期，我国与世界先进水平差距相对较小。深圳方大集团在国家“超级863计划”项目支持下，2001年与中科院半导体等单位合作，首期投资8千万元进行gan基蓝光led产业化工作，率先在我国实现氮化镓基材料产业化并成功投放市场。方大公司已批量生产出高性能gan芯片，用于封装成蓝、绿、紫、白光led，成为我国第一家具有规模化研究、开发和生产氮化镓基半导体系列产品、并拥有自主知识产权的企业。中科院半导体所自主开发的gan激光器2英寸外延片生产设备，打破了国外关键设备部件的封锁。我国应对大尺寸gan生长技术、器件及设备继续研究，争取在gan等第三代半导体产业中占据一定市场份额和地位。

4结语

不可否认，微电子时代将逐步过渡到光电子时代，最终发展到光子时代。预计到2010年或2014年，硅材料的技术和产业发展将走向极限，第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。我国政府决策部门、半导体科研单位和企业在现有的技术、市场和发展趋势面前应把握历史机遇，迎接挑战。

参考文献

[1]师昌绪.材料大辞典[m].北京化学工业出版社，19941314

[2]http//bjjc.org.cn/10zxsc/249.htm.我国电子信息产业总规模居世界第三.北方微电子产业基地门户网

[3]蓬勃发展的中国电子信息产业.信息产业部电子信息产品管理司司长张琪在“icchina2003”上的主题报告

[4]梁春广.gan-第三代半导体的曙光.新材料产业，2000，53136

[5]李国强.第三代半导体材料.新材料产业，2002,61417

[6]万群，钟俊辉.电子信息材料[m].北京冶金工业出版社，199012

[7]中国电子工业年鉴编委会.中国电子工业年鉴2002[m].

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摘要：近年来，高分子材料成型加工技术正处于快速发展阶段。本文详细阐述了高分子材料成型加工技术的发展情现状及其未来发展趋势，以期为我国高分子材料成型加工技术做出有益探索。

关键词：高分子材料；成型加工；发展现状；发展趋势

Abstract: in recent years, high polymer material molding processing technology is in rapid development stage. This paper expounds the polymer material molding processing technology development present situation and future development trend of love, to China high polymer materials forming technology to make a useful exploration.

Keywords: high polymer materials; Forming processing; Development present situation; Development trend

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

最近几年，国防尖端工业和航空工业等特殊领域的发展要求更高性能（如轻质、高模量和高强度等）的聚合物材料，开发研制满足特定要求的高强度聚合物迫在眉睫。本文即在此背景下，结合笔者多年实践工作经验，就分子材料成型加工技术做了深入浅出的探讨。

一、高分子材料成型加工技术的发展现状

最近几年，世界高分子合成工业取得飞速进展。以造粒用挤出机为例，其结构有了较大改进，极大的提高了产量。其发展历程如下表1所示[1]。

表1 造粒用挤出机发展历程一览表

时期 名称 产量（t/h）

上世纪60年代 单螺杆挤出机造粒 3

70年代～80年代中期 连续混炼机+单螺杆挤出机造粒 10

80年代中期～至今 双螺杆挤出机+齿轮泵造粒 40～45

再以塑料为例，其发展历程如下[2]：①1950年全世界塑料年产量约为200万t；②上世纪90年代，塑料产量年均增长率接近5．8％；③2000年增加至1.8亿t；④至2010年，全世界塑料产量高达3亿t。伴随着世界汽车工业的飞速发展，汽车对高速、节能、环保、美观、舒适和安全可靠等方面提出了越来越高的要求，汽车性能的逐渐提高极大的促进了汽车零部件及其相关材料工业的发展速度。因此，为降低整车成本及其自身增加汽车有效载荷，提高汽车中塑料类材料的使用量便成为关键。

当前，高分子材料加工将朝着以下目标发展：高性能；高生产率；低成本；快捷交货。制品方面则朝着轻质、薄壁和小尺寸等方向发展；成型加工方面则朝着全回收、低能耗和零排放等方向发展，并从大规模向较短研发周期的多品种进行转变。

二、高分子材料成型加工创新研究技术

2.1基于动态反应加工设备基础上的新材料制备新技术

①信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术[3]。该技术克服了传统方式的周期长、中间环节多、能耗大、易污染及成型前处理复杂等诸多问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究醋交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。

②聚合物物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计（粒子设计），在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物/无机物复合材料。

③热塑性弹性体动态全硫化制备技术[4]。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化.解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平。

2.2聚合物动态反应加工技术及设备

聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯连续化生产和尼龙生产中的关键技术是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。当前，国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题。另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。

三、高分子材料成型加工技术的未来发展趋势

近年来，多个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”和“九五”重点科技计划等项目的同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台，销售额超过1．5亿元，取得了良好的经济效益和社会效益。将技术与资本结合，引入新的管理和市场机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。

四、结论

综上所述，我国要想打破国外技术垄断，实现由跟踪向跨越的转变，就必须走走独具中国特色的高分子材料成型加工技技术与装备的发展道路，把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究和产业界相结合，努力将科研成果转化为实际生产力，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其相关产业的快速发展。（指导老师：孙伟）

参考文献

[1]孔明伟. 高分子材料成型加工技术的发展新探[J]. 黑龙江科技信息, 2011,(14) .

[2]吴刚. 高分子材料成型加工技术的进展[J]. 广东化工, 2008,(09) .

[3]金龙浩. 高分子材料成型及其控制[J]. 科技资讯, 2007,(33) .

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关键词：高职本科 实践教学 对策研究

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0183-02

高分子材料作为一种可以成型各种形状并且性能优良的新型化工材料，广泛应用于工业、国防、生物、信息、能源、环境等各方面。作为不可或缺的高分子材料行业，在高速发展的同时经济效益也有了很大的提高。高分子材料专业教育需要适应新的要求，培养具有创新能力，综合素质高，社会需求适应性强的不同层次的研究技术人员。

1 高职本科高分子材料工程专业实践教学的重要性

青岛大学对口高职本科高分子材料专业人才培养目标是培养具有高分子材料与工程等方面的理论基础知识与应用能力，具有较强的创新精神和实践能力，能综合应用专业知识分析解决实际问题，从事高分子材料的合成、改性和加工成型等领域内的技术开发、技术应用、工艺和设备的设计，生产及管理、产品市场与营销等方面工作的高级专门人才。

本专业在教学计划中，除专业理论之外，加大实践性教学环节，增大专业实训比例，重视专业技术技能培养，考核中增加了专业技术技能鉴定项目的测试。实践性教学环节的学时约占四年教学计划的四分之一左右（如图1）。

实践性教学一方面是为了使学生获取感性知识、巩固和深化课堂理性知识的学习；另一方面是为了训练学生运用所学的基本理论、基本知识和基本技能，培养分析和解决实际工程问题的能力，使学生掌握进行科学研究与工程技术实践的基本技能，以完成工程师的基本训练。

2 当前实践教学存在的主要问题

近几年发展应用型本科教育、培养本科层次的应用型人才成为许多高等院校的办学定位和培养目标。应用型本科教育的规模日趋扩大，应用型本科院校在专业设置上依旧追求门类齐全，向综合性院校过渡的趋势十分明显，导致办学特色不突出，适应社会需求能力差。

根据有关部门对毕业生质量调查材料表明，近几年理工科学校培养的毕业生，他们的基础知识比较扎实，专业知识也能够适应工作需要，但实际工作能力较弱。毕业生并没有完全掌握相应的技能，实际能力的培养不能满足社会的实际需求。虽然绝大多数毕业生都能找到工作，但就业层级和岗位质量不够理想。

3 加强实践教学采取的相应对策

3.1 从办学理念上重视实践教学

高职本科教育的一个显著的特点是学生不仅要完成课堂上理论知识的学习，还必须完成实践性教学环节的学习。高职本科学生的学习要充分体现理论与实践相结合；专业知识学习与技能能力培养相结合；教师指导作用与学生独立学习相结合；基础理论学习与实践环节学习相结合。

实践性教学主要增强专业适应性，要求学生对所学专业的技术操作、实际动手能力与实际生产状况相适应，然而现有的单一讲课模式不利于全面提高学生的综合素质，教育与经济、科技相脱节，为了使学生学有所用，更好地适应社会，必须加强实践性教学，使“产、学、研”有机地结合起来，走“产学研”一体化的教学模式。

3.2 以市场需求为基准制定教学内容

将教学内容与市场需求挂钩，市场需求什么样的人才，我们就培养什么样的学生。现在，企业急需既懂专业理论知识，又懂技术操作的复合型人才，而我们在教学改革中就以此为主要内容制定了几个具有突破性、创新性的教学模式。

对于大学的教学计划，市场早有微词：学生毕业时，学到的知识已过时了，为了改变这一现状，我们在制定教学内容时，在各地开展调研，结合市场需求。如：模具、设备方向的人才在未来几年会急需。在授课时，老师就会将内容向这个方向倾斜，使学生在未毕业时就已经成为“抢手货”。

3.2.1 定点、定向为企业培养技术人员

山东是高分子原料及制品生产大户。散落在县以下的各小企业为谋求发展，已意识到培养自己的技术员对企业发展有多重要。近几年，我们一直与毕业生保持密切往来，解决他们在生产中发现的问题。在企业中建立良好的口碑。已与几家企业协商，为他们单独办班，定点、定向培养人才，受到企业好评。同时，我们也积累了丰富的生产经验。

3.2.2 挂靠实习基地现场教学

我们教育学生，实习基地是你们接触的第一份“工作”。所以，在教学中我们经常会把教学现场搬到工厂或实验室。让学生真正“干”起来。从而学到熟练操作。

3.2.3 “产学研”结合，鼓励学生自主创业

在学生进行毕业设计时，我们会安排一些有创新能力的学生参与到科研开发的项目中来。把他们带到专业领域的前沿，使他们在毕业后具备自主创业的能力，从而打破学生只能“找”工作的境况。使学生的毕业前景扩宽。

3.2.4 选定与《高分子材料与工程专业》密切相关的企业急待解决的课题作为研究专题，统一规划、整合《高分子材料与助剂》《塑料配方设计》《塑料成型设备》、《塑料加工成型工艺》《高分子性能测试》的实验教学内容，合理安排实验时间，做到每一个专题实验都要有明确、合理、全面的设计思想。以精选的研究专题为载体，把相关的实验知识、实验技术和实验方法有机地串连起来，实现创造条件使学生较早参加科研和创新活动的目标。

3.3 重视和加强实践教学基地建设

在实践教学方面，要逐渐形成以服务为宗旨、以就业为导向的教学理念，以文化课为基础、以专业课为主体、以实验实习为重点、以岗位合格为目标的教学原则，先后建立校内实习实训基地2处、校外实习实训基地5处（青岛润兴塑料厂、青岛铭昶模塑公司、青岛宏达塑料集团、青岛联创集团和青岛黄海轮胎集团），保证学生每学期在校外实习基地实习2～3周。在校内外实习过程中，通过让学生在企业顶岗培训，使理论与实践相互渗透，逐步实现与工作岗位的接轨。

借助开放的校内实习实训基地，通过“嵌入式”“专业教学现场化，实验教学课题化”的教学模式，使理论教学与实践教学达到完美的结合，学生的基础知识、专业知识、操作技能和综合素质都得到了很大的提高，历届高职毕业生在《塑料注塑工》中、高级技能达级考核中，合格率均达100%。为学生就业及走向社会打下了良好的基础。逐步形成“宽专业、多技能、双证书”的办学特色。

在现有5个校外实习实训基地、1个校内实训室的基础上，增加到6～8个校外实习实训基地，3个校内实训室。与3～5个企业达成校企共建协议。

3.4 增大实践教学经费的投入

近三年来我专业投入大量经费，主要用于购买实验设备及实验药品，优化教学设备，多媒体教室改造，为学生创造良好的学习和实习条件。这三年来我们购入的大型设备有双螺杆挤出机2台，塑料注塑机2台，切粒机1台，烘箱2台，万能拉力机1台，冲击试验机2台，熔融指数测量仪1台，高分辨电子显微镜3台等，极大地改善了学生的实验环境，为培养具有较高动手能力的专业技术性人才奠定了良好的基础。

3.5 进行职业职能资格证书考核，适应社会人才市场的要求

职业资格证书是由国家劳动和社会保障部颁发的职业能力证明，谁持有的证书多，谁的就业选择性就大，就业的机会就多。

我专业从2004年秋季在本市抢先申办了青岛市劳动局《高分子材料加工工艺》中、高级技能达级考点，并于本年底与市劳动局合作，成功举办了我系2002级高分子材料与工程专业学生的技能达级考试，学生达级率100%，受到了青岛市劳动局的初步肯定。我们从2002级至2009级高分子材料应用技术专业开始进行职业资格证书认证，至今已经进行了八届。

4 结语

我们以创新能力培养为主线，构建了高职本科高分子材料与工程专业实践教学平台，高职本科高分子材料应用技术专业实践教学环节改革与创新，使高分子材料加工成型专业的学生经过四年在校的严格学习及实习、实训，具有复合型职业技能结构，较强的专业技术应用能力和技术开发能力，实践动手能力强，毕业前获高分子成型工艺中级或高级技能证书。毕业后能直接在生产第一线从事管理、技术应用与技术开发工作。

参考文献

[1] 代显华，李忠民.高素质应用型人才培养实践教学的问题与对策—— 以成都大学为例[J].成都大学学报：教育科学版，2009，23（1）：8-10.

[2] 刘传影，赵则信.应用型本科教育实践教学初探[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2011，24（6）：74-75.

[3] 马群锋.我国高职类高分子专业发展现状的研究[J].化工高等教育，2011（1）：13-23.

[4] 陈厚，曲荣君，王春华，等.浅谈高分子材料与工程专业实践教学平台的构建[J].广州化工，2010，38（11）：220-243.

[5] 王慧敏，郑耀臣，崔孟忠，等.高分子材料与工程专业实验教学的改革与实践[J].化工高等教育，2007，97（5）：39-41.

篇4

关键词：陶瓷坯体；增强剂；研究；应用；增强机理

1 引言

在陶瓷工业生产中，坯料的制备是一个非常重要的环节，它直接影响到后续的成型、干燥及烧成等工序，而坯体的干燥强度则是一个重要指标，它对产品的成品率及质量有重要的影响。坯体的干燥强度一般是由粘土的可塑性、加入量和坯体的成形压力等因素来决定。由于受当地原料及成形压力的限制，我国很多工厂特别是南方的墙地砖生产工厂的坯料中粘土的可塑性较差，坯体干燥强度差，即使增加成形压力也很难达到要求，因此产品在加工过程中缺边掉角的现象较为严重，直接影响了生产[1]。在生产中加入坯体增强剂是解决上述问题的有效途径，尤其是国外先进的陶瓷生产厂家，生产过程中普遍使用坯体增强剂。近年来，国内外一些化学品公司研制了一些坯体增强剂，并逐步形成了生产规模[2]。本文对陶瓷坯体增强剂的增强机理、研究和应用状况及发展趋势进行了归纳总结。

2 坯体增强剂在陶瓷制备中的应用研究

2.1 坯体增强剂及其分类

坯体增强剂是指用于增强、增塑陶瓷坯体的物料。增强剂一般为有机高分子聚合物，加入后对陶瓷生产工艺各环节无不良影响，并具有良好的烧成特征。常见的坯体增强剂有变性淀粉、甲基纤维素、聚乙烯醇及丙烯聚合物、海藻酸钠、糊精、栲胶等[3]，最近又出现了新型陶瓷增强剂如聚丙烯酸钠复合剂、改性淀粉聚合物等。市面上商品坯体增强剂有粉体和液体两种，前者易于包装运输但易吸潮结团，后者则易于在陶瓷浆料中分散，使用更为方便，并能对浆料起到悬浮稳定作用，即使加入量高达5%也不会使料浆稠化，而且不影响浆料的流动性[4]。

2.2 使用坯体增强剂需考虑的问题

2.2.1坯体增强剂的选择

陶瓷坯体增强剂的正确选择和使用是提高陶瓷产品质量的关键之一。如果坯体增强剂选择不当会导致泥浆流动性降低，泥浆触变性变大。因此，在选择坯体增强剂时必须要做到以下几点：首先对现有增强剂的种类、性能和使用方法有一个基本的了解；其次对要制造的陶瓷坯料有个基本的了解；要进行反复试验，测出增强剂加入量和干燥强度的关系曲线，要多选择几种增强剂进行试验、比较，而且尽量采用多功能型代替单一型以互相补充；既要考虑增强效果，也要考虑经济性。最好使用普适性强、效果好和经济型增强剂[5]。

2.2.2 坯体增强剂的用量

坯体增强剂存在一个最佳用量的问题，并不是增强剂用得越多增强效果就越好。随着增强剂加入量增加，坯体的干燥强度逐渐趋于平稳甚至下降。其主要原因是当所加入的增强剂过量时，颗粒表面完全给增强剂分子包裹，而且包裹层较厚，颗粒之间的距离将会大大加大，反而降低了颗粒间的毛细管力，从而使强度增加趋于平缓甚至略有下降[6]。

3 坯体增强剂的应用

3.1 发展现状

目前，国外发达国家在这方面的研究已经有了较大的进展，如德国司马公司和意大利帝国公司生产的增强剂，其效果明显优于其它同类产品。我国在这方面的研究落后于其他先进国家，如某厂在压制300 mm×300 mm瓷砖时，使用了坯体增强剂，当加入量为0.3%时，生坯强度提高到0.98 MPa，高于没有使用增强剂时，采用1500 t压机的压坯强度；有些国家要求陶瓷生坯强度超过2.2 MPa。近年来，我国在增强剂等方面研究开发力度明显增强。周志烽报道的一种增强剂已经投入生产，该增强剂属于水溶性复合有机盐的新型陶瓷坯体增强剂，它是针对我国的具体情况，在参照国外先进技术的基础上利用国产资源生产的一种新型陶瓷添加剂。该种坯体增强剂对陶瓷墙地砖、卫生陶瓷、日用陶瓷以及特种陶瓷坯体有显著的增强效果。与进口同类产品相比，使用性能毫不逊色，与其它如本素磺酸钙、淀粉、CMC和腐殖酸钠等增强剂相比，具有更高的性价比[7]。

3.2 应用举例

（1） TT型陶瓷坯体增强剂

该增强剂主要适用于特种陶瓷（氧化物、氮化物和碳化物等）、耐火材料、涂料以及水泥等。其特点是分散性好、粘合强度高、不发霉变质、同时不含金属杂质。因此其使用性能优于羧甲基纤维素钠（CMC）、聚乙烯醇（PVA）和变性淀粉等。温度高于400℃则完全烧失，不影响产品的性能。加入量0.3～1.0%，可使坯体强度提高30～200%[8]。

（2） PT型陶瓷坯体增强剂

该增强剂具有广泛的适用性，可用于陶瓷墙地砖、卫生洁具、日用陶瓷、美术陶瓷、釉料、特种陶瓷和耐火材料等。当加入量为0.05～0.15%，可使坯体强度提高30～60%，有效减少了坯体的破损率，提高产品质量。增强剂加入后对浆料性能通常没有不良影响，还可提高坯料可塑性以及浆料悬浮稳定性。当温度高于400℃时则完全烧失，不影响产品的性能。其良好的烧失特性，特别适用于快速烧成陶瓷墙地砖[9]。

（3） YZ型陶瓷增强剂

加入适量YZ型增强剂（推荐加入量0.3%～0.5%），可增加压制成形陶瓷坯体强度30%～50%，同时，也可以有效地降低半成品在搬运、装饰等工艺过程中的破损率。同时可改善料浆悬浮稳定性，也可用为解凝剂使用，取代腐植酸钠，无需再加其他解凝剂，还可以提高料浆研磨效率10%～30%。除此之外，还可提高坯体的可塑性，减少塑性粘土的用量，既能降低坯体干燥和烧成收缩，又能降低制品的烧成温度，对改进生产工艺十分有利[10]。

（4） 聚丙烯酸钠及其复合坯体增强剂

聚丙烯酸钠按其分子量的大小可分为高分子量（约106～107）、中分子量（104～106）和低分子量（

另外，以自制的中分子量聚丙烯酸钠为主体，以不同比例的聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙等添加剂为辅助成分，制备了一系列复合坯体增强剂。自制聚丙烯酸钠复合陶瓷坯体增强剂对陶瓷坯体的增强效果比聚丙烯酸钠更加明显；复合增强剂在质量分数为0.2%～0.4%时，对陶瓷坯体增强作用最大。自制复合陶瓷坯体增强剂增强作用使地砖生产的成品率从67.70%提高到90%以上。

（5） PVA及PVA改性淀粉聚合物

聚乙烯醇，简称PVA，属高分子化合物，外观为白色粉末絮状，可溶于水、乙醇、乙二醇、甘油等有机溶剂内，具有粘性及弹性，使用时，一般需要加热到80℃左右。不过若在坯料中含有较多CaO、ZnO、BaO、MgO及硼酸盐、磷酸，PVA将难以发挥拉塑作用。此外，由于有效作用时间短，有可能烧后会或多或小留有残灰或气孔，影响瓷料电性能和力学性能，需要引起注意。

自制增强剂PS是一种PVA改性淀粉聚合物，是一种多羟基化合物，由许多脱水葡萄糖单元经糖键连接而成，每个脱水葡萄糖单元的2、3、6三个位置上各有一个醇羟基，加入氧化剂进行氧化反应时，6位上的羟基比2、3位的羟基更易于氧化。淀粉氧化后分子中含有醛基和羟基。在PVA水溶液中加入氧化剂过硫酸钾，使PVA部分分子链断链而导入端羧基或醛基，并在分子链中引入酮基。由于PVA和淀粉都是含有多羟基的大分子化合物，在一定的条件下，PVA与氧化淀粉间发生接枝反应，使粘合强度明显提高。试验表明：当加入量为0.1～0.5%（相对干料而言）时，可提高瓷质砖坯体强度15～60%以上。

（6） 腐植酸钠

腐植酸钠[11]俗称胡敏酸钠，属腐植酸的钠盐。其外观呈胶状或黑色粉末状，一般采用泥炭，褐煤或某些土壤与烧碱溶液作用而制成的，腐殖酸钠在陶瓷坯料中主要作用是增加泥料的可塑性、泥浆流动性、悬浮性，并可增加坯体的干燥强度，增加釉的附着力和釉的干燥速度，减少釉面气孔和釉坯开裂。此外，腐殖酸钠对于石膏模具也有显著的增强、增韧作用，提高石膏的使用寿命。腐殖酸钠在坯料中的用量一般为1～3%，在釉中的用量一般为0.1～0.5%，同时坯釉中应减少磨水量。

4 坯体增强剂的增强机理探讨

4.1 有机高分子链增强

在没有加入增强剂时，陶瓷坯体颗粒之间的结合是纯粹的颗粒和颗粒之间的结合，加入了有机高分子材料后，陶瓷坯体颗粒之间的结合机制则完全不同，情况取决于有机高分子的结构。有机高分子材料通常为有机小分子单体在一定的温度、粘度和催化剂浓度等反应条件下，经过均聚、共聚、缩合或接枝共聚而成，因此其分子结构一般为链状。根据其聚合度不同，其分子链长短也不同。具有足够链长的高分子聚合物可在陶瓷颗粒之间架桥，产生交联作用而形成不规则网状结构，并形成凝聚，将陶瓷颗粒紧紧包裹，从而增加坯体强度[12]。

4.2 氢键增强

分析颗粒之间的结合力情况，在不加增强剂时，陶瓷颗粒之间还存在少量水分，颗粒之间还有毛细管力，毛细管力的存在使得颗粒扩散层产生张紧力，从而将颗粒拉近。其形成的压力越大，颗粒之间的距离越近，毛细管力越大，则颗粒结合力越强，坯体强度越大。增强剂存在时，除了上述的作用之外，颗粒表面被高分子材料包裹（包裹程度视增强剂加入量不同而异），还会使颗粒之间借助于有机高分子而产生氢键作用，因而大大增加了坯体强度，氢键作用强弱取决于增强剂的分子链表面电荷密度，电荷密度越大，作用间的距离将会大大加大，反而降低了毛细管力，从而使强度下降。有机高分子的加入会而产生氢键作用，因而大大增加了坯体强度[13]。

4.3 粘合增强

运动增加，使包裹在一个颗粒表面的高分子与包裹在另一个颗粒外表面的高分子缠绕或链合，把两个颗粒更加紧密地粘合在一起，从而在生坯成型时，既有外部对泥料的施加压力，形成颗粒间的机械结合，又有泥料内部的高分子粘合效应，形成三维网状体型结构，最终使经过处理后的生坯强度提高。

4.4 静电力增强

粘土颗粒往往形成片状结构，从结晶学和硅酸盐理论观点可知，板面常带负电，四周棱边常带正电，由于片状厚度很薄，粒度的磨细往往是板面面积的减少，棱边变化不大，颗粒成多棱角状使负电荷作用减弱，相对的正电荷作用增强。在压型过程中，颗粒以边、棱连接为主导，而边、棱连接很少，因而带负电荷的边与带正电荷的棱由于静电引起作用而相互凝结起来，随着压型力增加，颗粒间空隙减少，颗粒间距进一步缩小，颗粒接触数目逐渐增多，静电效应再度增加，从而使坯体具有一定的强度。

5 发展趋势及展望

随着陶瓷工业的发展，陶瓷增强剂也在不断发展，主要体现在以下三个方面：一是其应用范围更加广阔，几乎涉及陶瓷生产的各个领域；二是功能更加齐全；三是产品的科技含量不断提高，它与精细化工、纳米科技结合，产品的档次和质量有明显的提高。世界各国对助剂工业都给予了高度的重视，在陶瓷企业中采用陶瓷增强剂，特别是新型增强剂，对于提高产品质量、增加产量和降低能耗将起到巨大的作用。根据国内外陶瓷增强剂的制备及应用方面的资料，结合我国陶瓷行业的现状，我们需要加强重视以下几个方面：（1）深入研究陶瓷添加剂的作用机理；（2）设计和开发新型陶瓷添加剂；（3）开发新型表面活性剂；（4）重视水溶性高分子材料的应用；（5）注重配方原理和技术研究；（6）开发对环境无污染的绿色化学品[14]。

参考文献

[1] 黄剑锋， 曹丽云.陶瓷坯体增强剂的应用研究[J].陶瓷， 2000（4）： 15～17.

[2] 涂键萍， 欧阳萍， 卢维奇.陶瓷坯体增强剂的增强机理与发展趋势[C].中国化学会第八届全国应用化学年会. 2003.

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[5] 卢维奇， 吴渭霖， 涂键萍，等.聚丙烯酸钠陶瓷坯体增强剂的研 制[C].中国化学会全国应用化学年会. 2003.

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[8] 卢维奇， 杨建红.自制聚丙烯酸钠用作陶瓷助磨减水剂和增强 剂[J].精细化工， 2006， 23（03）：294～297.

[9] 李家科， 周健儿， 刘欣，等.聚丙烯酸钠在建筑陶瓷中的应用[J]. 山东陶瓷， 2006， 29（3）：11～13.

[10] 周健儿， 马玉琦， 张小珍，等.添加剂对大规格超薄建筑陶瓷砖 生坯强度的影响[C].中国. 2007.

[11] 孙石磊等.陶瓷添加剂的发展和应用，科技论坛.

[12] 范盘华， 周孟大.陶瓷添加剂国内外发展的现状、趋势及展望 [J].江苏陶瓷， 2006， 39（5）：23～25.

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关键词：建筑工程；技术；创新与发展

中图分类号：F407文献标识码： A

施工技术的不断创新是确保建筑工程质量提升的关键因素，新的施工技术给建筑施工企业的发展注入了新的生机与活力，因此，我们应该高度重视新技术的研究与应用。

一、我国土建工程的现状

近年来,随着我国科学技术的不断发展和经济实力的不断增强,我国土木工程业事业获得了突飞猛进的发展。现如今土木工程在实践和研究方面已经取得了显著的成就，无论是结构力学分析还是结构设计的理论和方法以及结构的施工工艺,都取得了非常大的突破,尤其是近年来,随着科学技术的发展,在高层大跨结构方面的成就更是令世人瞩目。然而，我国土建工程技术仍存在许多问题，在项目建设工程中，常会出现工程结构位移、变形、渗漏水、刚度和强度不足、断面尺寸不精确等问题，这些问题的出现将会严重影响到整个土建工程的质量。一般情况下。出现这些问题的原因除了人为原因和外部环境的影响外，便是由于施工技术存在不足导致的。

二、当前土建工程技术存在的问题

在土木建设的施工过程中，经常会遇到质量方面的问题，比如，建筑结构发生位移、工程体形变形、结构层发生渗水、通风结构强度较低、断面尺寸误差较大等等。造成这些问题的既有环境因素，也有人为操作原因，但最根本的还是我国土建施工技术相对落后。随着建筑要求的不断提高，一些技术已经不能满足这些要求。土建施工技术的问题主要体现在以下几个方面：

1.工程防水施工技术

在进行建筑施工时，工程防水技术是指施工部位和水接触的地方发生水的渗漏及产生裂缝等问题。我国在工业和民用建筑中推行钢筋混凝土装配式平房结构，沥青油毡做成的防水层和屋面，起到了很好的防水效果。我国的刚性防水技术也较为成熟。它是以水泥，砂，石为原材料病残如少量外加剂或高分子聚合物材料，通过调整配合比，降低空隙率，改善孔结构，或通过补偿收缩，提高混凝土的防渗能力，使建筑物达到防水要求的技术。

2.混凝土施工技术

混凝土施工在土建工程中占据着主要地位。混凝土是由胶凝材料、骨料和水按适当比例配置，再经过一定时间硬化而成的人工石材。混凝土的硬度高、坚固耐用、原料来源广泛、制作方法简单、成本低廉、可塑性强、适用于各种自然环境，是世界上使用量最大的人工建筑材料，广泛使用于房屋、桥梁、公路等构造。该技术的实现必须准备好混凝土浇筑机、混凝土运输设备、振捣机器等，然后按照工程计划设计规范要求进行合理施工。在施工过程中常遇见的问题有工程结构表面出现裂缝、混凝土配合比例出错、施工流程出错等。所以必须准备计算配合比，采取合理的施工工艺。

3.钢筋工程施工技术

钢筋作为钢筋混凝土构件的主要材料，在结构工程中起着重要作用，钢筋工程关系到结构安全，必须按规范、操作规程和设计图纸施工。钢筋工质量检验不能马虎从事，要及时纠正施工中差错，确保工程质量。首先需要查验钢材质保书和复验报告，杜绝使用劣质钢材。钢筋焊接接头，按规定取样测试合格后方可使用，焊工需有上岗证。然后检查安装好的钢筋，按图核对钢筋的直径、根数、形状。钢筋绑扎需牢固，表面要洁净，模板内无碎砖、木屑、油污等杂物。还须对钢筋的接头、锚固、位置等仔细查验。只有采取合理的施工技术，保证钢筋施工工程的质量，才能确保土建结构的安全性，避免安全事故的发生。

三、土建工程技术的创新与发展

作为土木建筑施工中的重要环节，建筑技术的创新与发展，不仅可以提高工程施工质量的同时，而且在一定程度上可以促进整个建筑行业的发展。现如今，对于不同的建筑结构，新生了不同的具有代表性的技术创新成果，分别为：

1.新型抗震技术

目前世界各国采用建筑的方法，绝大多数都是插入式整体结构，这种结构是以吸收地震能量为主。即将建筑物的基础和上部结构设计为绝对不可分割的整体插入地球，在这种情况下，人们为了增强建筑物的抗震能力，通常加强钢筋水泥的强度但是这样仍然不能解决问题。采用新型抗震技术，例如，在建筑物的地基与立柱之间安装了一个隔震装置。这个装置在地震波的冲击下，也是可以滑动的。这样，地震通过地基打击上部建筑的通道就完全被切断了。同时，还在建筑的加装了一些具有很大弹性的消震装置，这些装置可以跟随地震波的振动而伸缩，把地震波挡在建筑地基以外，从而在很大程度上减小了地震对人们造成的生命和财产损失。

2.新型岩溶注浆技术

岩溶地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态现象。它对铁路路基沉降存在极为严重的危害作用。岩溶注浆原则是在土石界面处，高压注入水泥浆封堵溶洞、溶蚀、裂隙以及地下水潜蚀作用下形成的土洞、溶洞，充填土石中裂隙，形成水平帷幕封堵地表水通过，以便缓和地基不均匀沉降、岩溶塌陷及地表水或地下水活动而造成的裂隙继续扩大对地基的影响。因此，综合性分析，采用合理有效的基体处理措施，对于那些处于岩溶地区的复杂工程有着重要的作用。

3.新型结构振动控制技术

新型结构振动控制技术在目前已经成为结构工程学科中一个十分活跃的研究领域，被称为土木工程的高科技领域。结构振动控制技术,就是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应。结构控制与结构振动反应信息、载荷传递信息等有着一定的关系，它可分为主控制、半主动控制、被动控制和混合型控制四类。

4.新型高分子材料的应用

在土建工程施工过程中，高分子材料的应用能够显著增强地基基础的承载能力，同时对地下水起到一定的阻隔作用，加强地基的安全性和稳固性、延长其使用寿命，改善混凝土的性质，增强建筑物保温、耐火、耐腐蚀的性能。以下将详细介绍高分子材料在土建工程施工技术方面的应用：

（1）高性能混凝土技术。高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

（2）土工复合材料。土工复合材料是一种新型材料，是土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，将其两种或两种以上的材料互相组合起来就成为土工复合材料，用于软基排水固结处理、路基纵横排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水等。

（3）高分子化学灌浆材料。高分子化学灌浆时高分子应用化学的一个新领域，也是工程建设中一项新技术高分子化学灌浆时把由单体或低聚物等组成的浆液灌入所需处理的部位，经聚合、交联等化学反应，生成高聚物。使被灌物形成整体，达到防渗、堵漏和加固的目的。目前高分子化学灌浆材料主要有环氧树脂类灌浆材料、丙烯酰胺灌浆材料材料和木质素类灌浆材料等

综上所述，我国建筑工程施工技术的整体水平离世界先进水平尚有一定差距，这就要求土建工程企业在今后的发展中，能够结合着我国土建工程的实际发展状况，积极创新施工技术，并在此基础上不断学习国先进的施工技术，将其运用到我国的土建施工中。只有这样，才能在满足土建施工需求的同时，进一步推动我国土建行业的发展，为我国社会主义的发展做出应有的贡献。

参考文献

[1] 江广武.浅谈建筑工程的质量检测[J].中小企业管理与科技,2010,(07).

[2]吴旭辉，浅谈土建工程的施工创新技术与应用，中国房地产业2011.

篇6

关键词：高分子材料与工程；实验教学改革；综合能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）19-0026-03

我国高分子类专业设置始于1953年，其专业人才培养强调“拓宽专业，打好基础，理工结合”[1]。随着社会对高分子材料需求的日益增长，社会迫切需要大量素质高、能力强的高分子材料高级技术人才，这些人才不仅要掌握必要的科技、文化知识，更要具备较强实践能力和解决工程实际问题的能力。实验教学是高校教学活动的重要组成部分，是理论与实践相结合的重要教学环节，是开展创新教育的重要课堂，是提高学生综合能力的重要手段。材料学科属于实践性较强的学科，发挥实验教学的作用对高分子材料与工程专业学生的培养更显紧迫。

一、美国高校理工科实验教学及管理的做法及经验

笔者曾作为国家公派访问学者到美国Akron大学留学访问一年，期间参观了美国其他数所理工科高校，并有幸参与了其中部分学校的理工科实验教学，了解了其实验教学特色及管理办法。

1.教学基础宽厚、扎实，教学要求很严格。美国高校理工科实验教学分三个阶段：首先，实验技术人员对学生进行仪器使用和学习的全方位指导。然后，根据学生基础阶段掌握的知识和技能，教师指导其进一步实际应用、仿真模拟实验。教师只引导、启发学生如何分析问题并找到解决方法，进而指导学生制定最优实验策略，同时给学生留下诸多开阔思路的问题。最后，布置一些设计性实验题目由学生在规定的时间内独立或以小组形式完成。学生需自行设计方案、选择仪器、分析结果、优化方案。在美国，高校和老师都十分重视把最新试验方法、技术和设备引入实验教学中，让学生及时了解、接触和掌握新事物，使学生体会到科技的进步和竞争，为其后来的学习和工作奠定坚实的基础。

2.实验教学注重能力培养，灵活教学。美国各高校实验教学课程体系相对完善且稳定，并注重将科研成果转化为实验教学内容，要求各学校每年更新实验教材，改进原有实验项目。由于实验教学是动态变化的，所以在内容、方法和技术上都有新思想和新东西产生，教师的教学方法很活，主要是提出问题、启发思路和引导争论。例如，学生通过集体讨论的方式汇报实验方案、测试和分析结果，使学生从知识运用和归纳总结等方面都得到锻炼。学生做实验时主要是靠简单的讲义和设备说明书，自己多思索，并查有关文献。教师鼓励学生在合理操作的条件下，去摸索、调试和使用各种仪器，使学生能充分发挥其科学的思维和预见性。这样，学生的动手意识和能力普遍较强。例如美国Akron大学的实验室不但全天向学生开放，且有专业人员进行指导，每个学生都有机会操纵实验室中各类仪器，并将自己的设想付诸实际，使学生的创造能力得到锻炼和提高。

3.教学方案和过程因材施教。美国高校的教学类型和过程分层次进行。理工科实验教学从博士一直延伸到本、专科层次。每个教学层次都有各自的教学大纲和模式。层次越高，设计研究和学生独立性的成分越多。在教学中，教师主要在选题和实验要求上有所区分。他们按学生的实际情况因材施教。如，笔者到美国麻省理工学院调研发现，该校大量增设选修课和实验课，充分尊重学生个性的发展。对一些新实验和综合性实验，师生一起讨论，形成一个学术自由的良好氛围，同时使学生树立自信心，在学习和训练中充分展示个人才华。课程最终成绩要根据基础知识、创新成分和实践能力来评定。

4.管理体系松中有严。美国高校实验室采取全开放式管理，以Akron大学为例，所有实验仪器都对学生无限开放，学生可以全天自由使用所有设备，每台仪器都有专人负责，学生在使用前需对相关操作规程及注意事项进行严格培训，合格后，需遵守“提前预约使用制度”及“使用过程登记制度”，即可自主操作设备。当然，每台设备有严格的安全规程，若操作不规范或恶意破坏致设备损坏，该学生将被取消所有设备的使用权。这种制度促使学生能自觉、规范地使用仪器，并保障了学生创造性、创新性的自由发挥。

二、我校高分子材料与工程专业基础实验教学存在的问题

目前，我们工科实验教学质量和水平与美国大学情况相比差距很大。我校的高分子材料实验教学存在诸多问题，主要表现在：

1.体系不合理。实验教学与理论教学是相辅相成的，既有联系，又存在相对独立性。但目前多数实验教学在内容和形式上都附属于理论教学，对实验教学的重视程度不够，未单独设课、单独考核，实验课时较少，各门实验课程、各实验之间缺少联系和配合，未形成一个有机整体，体现不出实验教学自身的连贯性和系统性。这种传统的实验教学体系，在培养学生创新精神和实践能力中发挥的作用远远不够，无法适应新世纪创新人才培养的需要[2]。

2.内容滞后。在当前专业实验教学中，传统、经典的实验内容较多，体现现代科学技术的实验少；注重实验内容与结果的实验多，培养学生实验技能的实验少；验证性实验多，培养学生创新能力的设计、研究性应用性实验少；内容单一的实验多，综合性实验少。同时实验项目统得过死，学生完全处于被动状态，实验教学质量相对不高。

3.方法单一。传统的实验教学模式是学生“照单抓药”。实验前教师把实验目的、原理、仪器使用和测试方法、实验步骤和表格及数据处理方法等进行详细的讲解，学生只需按教师的指导按部就班，很少进行独立思考和细致观察。这种教学方法使学生对教师过分依赖，也抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养，不能发挥学生的实验积极性，学生的动手能力和实践技能得不到应有的培养，教学效果差。

4.实验教学手段落后。在现代信息技术迅速发展的今天，虽然网络、多媒体等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用，但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用，不能与实际实验有机结合[3]。这样，一些高档仪器的调试和一些耗费高、时间长、毒性大、危险性高的实验，就只能听教师讲解、演示，不能实际操作。另外，网络、多媒体等现代教学技术在教学中的应用程度还是较低，还未能与实际实验教学有机结合。

三、专业基础实验教学改革的思考

上述问题影响了教学质量，制约了学生实验技能和创新思维能力的培养。笔者认为，美国教育成功的一面就是实践教学办得活、充实、新颖，这很值得我们学习。为加快我校高分子材料与工程实验教学的改革步伐，必须遵循理论与实践相结合、整体优化、培养能力为主的原则，改革实验教学体系、实验教学内容和方法、教学考核评价体系、实验教学管理和教学条件等。

1.改变实验教学体系。（1）建立独立于理论教学的实验教学体系。传统的实验教学只是理论教学的辅助手段，缺少独立的教学体系。这种体制在注重创新的时代具有很大弱势。在此体制下，高校实验室的作用受到严重制约，实验设备陈旧，师资队伍不齐、实验教学质量低下，也就谈不上创新能力的培养。另外，因原来实验室从属于教研室或系，所以实验教学的内容常从属于某一门课程；各门课程按自身需要开设实验，忽视了相关课程间的联系；且相近课程的实验内容有重复，造成仪器重复购置、利用率低、资金耗费较大等弊病。针对这种状况，为适应创新教育的要求，实验教学必须形成自己的教学体系，要打破课程间的界限，建立相互渗透的实验教学课程新体系。实验课要独立设课，有自己的教学大纲、教材，改变传统实验课单一对应理论课的做法。只有这样，才能使专业实验教学既注重纵向知识体系的系统性，又注重横向知识的相互渗透；使专业实验教学最大限度地挖掘学生的知识潜能，有利于学生创造性思维和创新能力的培养。（2）建立系统化、科学化和规范化的开放式的实验教学体系。在实验教学中，应以学生自主学习为中心，充分挖掘实验室潜力，向学生全面开放实验室，包括仪器、时间概念上的开放及实验课程、项目、研究课题的开放，“放”要以新颖有趣、科技含量高的实验项目，富有挑战性又具有实际应用的课题和先进的仪器激励和吸引学生积极参与。学生可视自己情况到实验室预约登记，安排时间进行实验，给学生提供一个充分自由学习、实验的空间和轻松的环境，激励学生的创造性和创新思维，培养学生的独立工作、实验能力。

2.改革实验教学内容。传统实验教学开设的理论验证性实验居多，常为机械、灌注式教学，这种教学方法很难达到培养学生综合解决问题的能力、开发学生智力和培养实验研究技能的目的，也体现不了学生在实验教学中的主体地位。因此，建立知识和能力并重的实验教学体系很有必要。要将培养学生科学实验的基本素质、独立思维、独立操作和综合运用知识的能力作为实验教学的目标，按照实验教学和培养创新能力的要求，优化课程体系及知识结构、更新教学内容、减少验证性实验内容，增加设计、综合、创造性实验内容等，构建以培养学生实践和创新能力为主的新型实验教学体系。我校从课程体系、教学内容、手段、方法着手改革，已初步尝试将部分课程取消、合并，调整了部分科目的实验内容。另外，我校增加了部分专业课综合实验，多途径提高学生的实践和创新能力。如由实验教师出一些实验题目，要求学生自己（或小组）去查找有关资料、选择仪器，对实验结果和问题尽可能自己分析或开讨论会解决，以促使学生自觉学习，增强他们的合作和独创意识。

3.完善实验教学质量考核评价体系。包括对教师和对学生的考核。在对学生的考核中，采取教考分离、抽测制度等，建立重心向创新能力倾斜，并利于全面素质提高的评价体系。要以提高学生的能力为观察视野，以学生主体和谐发展为目的，改变单纯以分数为评价标准的状况。对实验课程的成绩评定方法也需要进行修改，禁止只凭出席情况或实验报告确定成绩的做法。将学生平时的学习研究成果计入课程总成绩，科学性与公正性相结合、稳定性与灵活性相结合。建立并不断完善教学质量评价体系是提高实验教学质量的保证，更能促进学生深入、灵活地学习，促进学生自主、积极地学习，更有利于学生学习能力、创新能力的培养。

4.改革实验教学方法与手段。要采用灵活多样的实验教学方式。在实验教学中必须承认和强调学生在教学活动中的主体地位，重视教会学生善于学习、独立获取知识的能力。要废除注入式教学方法，切实调动学生的积极性。实验讲课中，教师只需扼要提示操作的关键和注意事项，让学生自己实践，为其留下思考的余地。要加强学生的实验主体意识，要创造条件激发学生的求知欲，开发创造性思维。随着新技术和工艺的不断涌现，教学仪器的更新周期也将缩短，陈旧的实验手段、落后的设备、呆板的实验方法与当今信息时代极不协调。学生对先进的仪器和相关领域较前沿的实验手段有浓厚的兴趣，而现代化设备都是多学科领域高技术成果的综合体，操作这些设备，除了专业知识，还需要一定的英语水平、计算机知识等，这会增加学生的危机感和紧迫感，激发他们的学习热情和积极性，并自觉学习各方面知识，提高综合素质。因此，为适应不断提高的教学要求，必须加大对实验室建设的投入，应该将现代化的仪器设备用于实验教学。

5.优化实验技术队伍建设与管理保障机制。实验技术队伍建设是保证顺利完成各项实验教学和科研任务的基础，如何发挥这支队伍的作用，还需要加强对这支队伍进行统一的管理。在管理中，必须坚持“统一培训、统一调配、统一考核”的管理模式，提高实验技术人员的整体素质，更好地为教学、科研及学生服务。实验指导教师的素质直接影响实验教学质量，为适应教学需要，我院对实验室人员进行统筹规划，力争实现理论和实践教学并重，还设立了实验教学改革实验室开放基金和实验室自制仪器等项目，以支持专业教师和实验技术人员从事教学和科研，鼓励并资助教师对一些设备进行开发利用，充分调动了实验室工作人员使用大型仪器和参与科研的积极性，既提高设备的利用率，又发挥了实验室工作人员的主观能动性。另外，为实现专业实验室的可持续发展，我校着力加强实验教学队伍建设，制定了人员培训计划及具体措施，积极支持实验室人员参加各种专业知识和大型仪器的培训，以改善其知识结构、提高人员素质和水平，逐步形成一支热爱实验教学教育理念、科研能力强、经验丰富、技术熟悉、勇于创新的实验教学队伍。

高分子材料与工程专业实验教学应立足现代教育技术平台，在教学体系、内容、考核制度和管理保障体系等方面进行改革。应始终以培养高素质的人才为宗旨，树立以生为本的思想，以培养人的创造能力为核心；尊重和焕发学生在教学过程中的主体意识和主动精神，建立以学生为中心的教学模式，给学生更多的参与机会；把教学过程作为加强多种素质训练的过程，全面提高学生分析和解决问题的能力、创造能力等，使学生在活动中增强能力并形成良好的心理品质。只要我们扎实进行改革，随着实验教学作用的充分发挥，素质教育的实施会卓有成效，就有望培养具有创新能力的高素质人才。

参考文献：

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[2]刘玉兰，彭永利，孙勇，等.材料类实验教学改革初探[J].中国科教创新导刊，2011，（28）：5-55.

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篇7

【关键词】　智能水凝胶　分类　理论机理　应用

水凝胶是由高分子的三维网络与水组成的多元体系，是自然界中普遍存在的一种物质形态，生物机体的许多部分(如人体的肌肉、血管、眼球等器官) 都是由水凝胶构成的。它是一些高聚物或共聚物吸收大量水分，溶胀交联而成的半固体。水凝胶的性质不仅与聚合单体和交联剂的性质以及聚合工艺条件有关，而且还取决于溶胀时的条件。根据水凝胶对外界刺激的应答情况，可分为两类：一类是传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化不特别敏感。另一类是环境敏感的水凝胶，这类水凝胶在相当广的程度上对环境所引起的刺激有不同程度的应答，具有智能性。智能水凝胶对外界微小的物理化学刺激，如温度、电场、磁场、光、pH、离子强度、压力等能够感知并在响应过程中有显著的溶胀行为或响应性。由于水凝胶的这种智能性，使其在药物控释载体、组织工程、活性酶的固定、调光材料方面具有良好的应用前景，另外，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系等方面也开始表现出良好的应用前景。近年来对它的研究和开发工作异常活跃，成为当今研究的热点。

1　智能水凝胶的分类

根据对外界刺激的响应情况，智能型水凝胶分为：温度敏感型水凝胶、pH敏感型水凝胶、光敏感型水凝胶、电场敏感型水凝胶、压力敏感型水凝胶、生物分子敏感型水凝胶等。

1.1 温度敏感型水凝胶

温度敏感型水凝胶对环境的温度变化能产生响应，即当周围环境温度发生变化时，凝胶自身的性质也随之改变。目前研究较多的是随温度变化而发生体积相转变的水凝胶，可分为高温收缩和低温收缩型两类。还有一种是无体积变化而具有温致变色的温度敏感水凝胶。

这种热敏特性的机理是凝胶体系中存在着一定的疏水和亲水基团，它们和水在分子内和分子间会产生相互作用。当T < LCST时， 凝胶溶于水， 凝胶与水之间主要是酞胺基团与水分子之间氢键的作用，此时由于氢键及范德华力的作用，大分子链周围的水分子将形成一种由氢键连接的、高度有序化的溶剂壳层。随温度上升，凝胶与水相互作用参数改变，其分子内及大分子间的疏水作用加强，形成疏水层，氢键被破坏，大分子链周围的溶剂壳层被破坏，在某一临界温度(LCST)水分子从凝胶中排出，凝胶产生相变，从而表现出温敏性。此时高分子由疏松的线团结构转变为紧密的胶粒状结构，发生了coil - globule 转变。这种相变是在很窄的温度范围内发生的，发生相变的温度称为最低临界转变温度（LCST），高于这个温度时溶胀的水凝胶发生收缩，而低于这个温度则再度溶胀。

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）水凝胶的温度敏感性相转变是由于交联网络的亲水性/疏水性平衡受外界条件变化的影响而引起的，是分子链构象变化的表现。然而，PNIPAM水凝胶存在的一些缺陷也极大的影响了其实际应用。存在的缺陷主要有两点：第一，响应速率慢，第二，机械强度差。因此近十几年来，这一领域的研究主要集中在PNIPAM水凝胶响应速率和机械强度的改善上。提高PNIPAM水凝胶的响应速率目前主要有三种方法：1缩小凝胶的体积尺寸，可制成微胶囊，制成纳米微粒网络。2合成具有孔结构的凝胶。3在凝胶基体中引入接枝链。而提高PNIPAM水凝胶机械强度的方法有：1引入机械强度高的物质作支架。2形成互相贯穿聚合网络(IPN)。3与疏水性单体共聚。

自1984年有文献报道聚N-异丙酰胺具温敏性以来，聚N-异丙酰胺及其衍生物已广泛用于药物释放研究。聚N-异丙酰胺中加入疏水性的甲基丙烯酸丁酯可增强凝胶机械强度，缩短对温度变化响应的时间。用聚N-异丙酰胺水凝胶包载药物的滴眼剂治疗青光眼，降压时间比普通制剂持久6倍。将包裹5-氟尿嘧啶的聚N-异丙酰胺水凝胶置透析袋中，释药受凝胶和透析膜双重控制，温度升高释药加快。

抗癌药置温敏水凝胶中，用抗体、糖作靶向基团运至靶区，并在外部施加物理刺激，可提高载体稳定性和靶向效果。温敏单体与磁性微球共聚，在外加磁场作用下具快速、简便的磁分离特性，可用于蛋白、多肽控释系统。对注射壳聚糖-β-甘油磷酸水凝胶及加入脂质体后的释药研究，后者在体温下快速胶凝。研究盐酸维拉帕米和硝苯地平在聚丙烯酰胺-瓜尔胶凝胶微球中的释药。泊洛沙姆可作为蛋白释药载体制备植入剂、纳米微球，用物理交联制备嵌段共聚水凝胶包埋大分子，透明质酸-泊洛沙姆凝胶用于人生长激素的控制释放。

近十年来，以PNIPAM为代表的温度敏感型水凝胶在理论和应用上均引起了人们越来越大的兴趣。其在应用领域的研究有待于进一步的开发。随着有关研究的深入，相信人们在不久的将来会在这一领域取得更大的成就。

1.2 pH敏感型水凝胶

具有pH敏感型的水凝胶是通过线形聚合物之间交联或互穿网络而形成体型大分子网络结构，网络中含有可离子化的酸性或碱性基团(羧基、磺酸基或氨基) ，随着介质pH值、离子强度改变，这些基团会发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，产生不连续的溶胀体积变化。在一定离子强度下，凝胶内外离子浓度差最大时对应的平衡溶胀度为极大值。这种凝胶溶胀对离子强度的关系，可以解释为在低离子强度下，因抗衡离子难以从溶液进人凝胶，所以可电离基团的电离度较小，随离子强度的提高电离度增大，凝胶溶胀加大，最后凝胶离子化达到最大，这时离子强度增加时，会减少凝胶内与溶液间的离子渗透压，而导致凝胶溶胀减少。根据敏感性基团的不同可分为阴离子、阳离子和两性离子三种类型。

pH敏感水凝胶中含酸、碱性基团，溶胀、收缩、渗透压随pH、离子强度变化，可实现靶向释药。凝胶膨胀度和pH响应性可用中性共聚单体如甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酸酐等调节。聚阳离子水凝胶在中性pH膨胀小、释药少，可用于胃部释药及防止味觉差的药物在口腔等中性环境释放。用甲基丙烯酸甲酯和N，N-二甲氨甲基丙烯酸乙酯共聚水凝胶包载咖啡因，在中性环境不释药，pH3-5呈零级释药。一般聚酸类水凝胶在酸性下不解离，膨胀小、释药少，可设计治疗消化性溃疡药按pH调节释药速度。pH敏感水凝胶作为多肽、蛋白载体，保护药物在胃、小肠不被降解，在结肠被微菌群产生的酶如偶氮还原酶、糖酐酶等降解释药。聚丙烯酸分子上大量的羧基具亲水性，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸与偶氮芳香交联的水凝胶在胃内膨胀很小，几乎不释药，在小肠内羧基电离，膨胀度增大，但偶氮键不断裂，结肠内被偶氮还原酶降解释药。降解动力学受凝胶交联度影响，膨胀动力学受聚合物组成影响。

pH敏感的多糖凝胶，如藻酸盐、环糊精、壳聚糖等作为释药载体很有潜力。聚多糖类水凝胶由于良好的生物相容性和降解性，在医学领域的应用倍受关注。壳聚糖-聚氧乙烯凝胶在酸性更具膨胀性，可用于抗生素如阿莫西林、甲硝哒唑等定位释药治疗胃部幽门螺旋菌。Zhang Yongjun 等利用相反电荷聚电解质之间的静电作用，通过层层组装制备壳聚糖水凝胶微囊。以二氧化硅 (SiO2) 微粒为核，先在核上依次包裹PAA 和壳聚糖膜，形成多层的PAA-壳聚糖外壳，再选择性的交联壳聚糖，最后将PAA 和SiO2核逐一除去，得到了壳聚糖水凝胶微囊。形成的壳聚糖微囊具有pH敏感性，壳聚糖的交联提高了壳层的稳定性，微囊壁的交联密度对水凝胶pH敏感程度有重要的影响。

1.3 温度和PH双重敏感型水凝胶

由于环境的复杂性，近年来人们对具有多重敏感性水凝胶的研究越来越感兴趣，这方面的研究主要集中在对温度和PH双重敏感的水凝胶上。

将pH敏感单体和温度敏感单体通过接枝、嵌段共聚引入某些酸、碱基团或采用互穿网络技术可合成温度、pH双重敏感水凝胶，各聚合物链有独立的敏感性。利用聚丙烯酸的电离性与聚乙烯醇的弹性可制备双重敏感水凝胶。如将N-异丙酰胺、N-氨基丙基甲基丙烯酰胺分别与N，N’-亚甲基二丙烯酰胺交联合成了双重敏感水凝胶，研究其在不同离子强度、pH中二磺酸奈的释放，发现酸性中氨基与二磺酸奈键合强，释药少，释药加快。所形成的水凝胶在pH值为7.4下，温度为37℃时发生相变，胰岛素在其中的释放发生明显变化。另外，黄月文等合成了兼具温度及值敏感性的聚N-异丙基丙烯酞胺-共-丙烯酸水凝胶，并在此水凝胶中包埋抗结肠癌药物阿司匹林。研究表明，在PH=7.4的介质中，37℃时阿司匹林在水凝胶膜中的释放比25℃时快，而在37℃、PH=7.4的介质中，阿司匹林的释放比PH为1.0的快得多，因此可将阿司匹林大部分定向到肠中释放。

1.4 光敏感型水凝胶

目前，这类水凝胶的合成主要是在温度或pH敏感型水凝胶中引入对光敏感的基团。导致光敏水凝胶的响应机理有三种：一种是特殊感光分子，当有光照射时，这类水凝胶将光能转化成热能，使材料局部温度升高，当凝胶内部温度达到热敏材料的相变温度时，发生体积相转变现象。例如，将吸光产热分子叶绿素与温敏水凝胶PNIPA 以共价键结合，当用紫外线照射时，该凝胶出现相转变现象。另一种是利用光敏分子遇光分解产生的离子来改变凝胶内外的离子浓度差，造成凝胶渗透压突变，促使凝胶发生溶胀，从而实现响应性。第3种响应机理是水凝胶材料中引人了发色基团，由于光照，这些发色团的理化性质（如偶极矩和几何结构）发生变化，导致具有发色团的聚合物链的构型的变化，从而导致聚合物性能发生改变。光异构化反应包括偶氮基团等的反式—顺式异构、无色三苯基甲烷衍生物的解离等。这些发色基团可位于聚合物骨架，又可作为侧基，甚至可作为交联剂。如含对光敏感的无色三苯基甲烷氰基的PNIPA水凝胶，当无紫外线时，水凝胶在30℃出现连续的体积相变，当有紫外线时，由于氰基的光解离，温度升至32. 6 ℃时凝胶的体积突变。

偶氮苯及其衍生物分子是一类典型的光致异构的分子，含偶氮苯光色基团的聚合物可用于光电子器件、记录存储介质和全息照相等领域，可发展成为具有广泛用途的一类新颖的先进功能材料。陈莉等通过自由基共聚合方法，将侧链含偶氮苯基的丙烯酰胺基偶氮苯单体(AAAB)与丙烯酸(AA)共聚合成了一种新型功能高分子P(AA - co - AAAB)，使聚合物结构内在具备偶氮生色团的同时也具有亲水性的羧基，这就使得此种高分子具有pH 和光双重响应性能，从而将光响应与pH响应很好地融为一体，拓宽了其可能的应用范围。

1.5 电敏感型水凝胶

电敏感型水凝胶一般由聚电解质高分子构成，它在直流电场作用下可发生形变。其响应机理是溶液中自由离子在电场下的定向移动造成凝胶内外离子浓度和凝胶内部pH的不均匀，从而引起渗透压和聚电解质电离状态的变化。绝大多数电场敏感型凝胶是电致收缩型，网络上带正电荷的凝胶水分从阳极放出，否则从阴极放出。研究表明：凝胶的溶胀性能和电响应性能受凝胶的单体配比，溶液的离子强度和所施加的电场强度等因素的影响。这里存在一个临界压力，低于临界压力凝胶膨胀，高于临界压力则凝胶收缩。例如聚丙烯酸/聚乙烯基磺酸共聚物水凝胶(PAAC/PVSA)，在电场中，由于电压引发离子运动，水凝胶的体积发生明显的变化，可用于生物传感器。

为了解决以往电敏水凝胶只能在酸性或碱性条件下发挥作用，需要较高的电压和响应时间慢等缺点，Elizabeth A. 等将具有导电性的聚吡咯/碳黑复合材料加入到丙烯酸/丙烯酰胺水凝胶内，其能在低电压 (1V)、中性溶液中快速 (5s) 做出响应。通过改变丙烯酸的含量、导电性、共混材料浓度和电场强度来调节对电刺激的响应。这种新型电敏凝胶材料有望用于生物微电子机械系统。

1.6 压力敏感型水凝胶

水凝胶的压力敏感性最早是由Marchetti 通过理论计算提出来的，其计算结果表明，凝胶在低压下出现塌陷，在高压下出现膨胀。

最近钟兴等人研究了压力对聚N-正丙基丙烯酰胺（PNIPA）、聚N，N-二乙基丙烯酰胺（PNDEA）及PNIPAAM这3种凝胶溶胀性的影响，认为3种凝胶之所以表现出明显的压敏性，首先是因为它们具有温敏性，另外还因为其相转变温度随压力而有所升高。所以，当温度不变时，如果常压下处于收缩状态的凝胶因为压力的增加而使其所处温度低于相转变温度的话，凝胶将发生大幅度的溶胀。

此外，赵春顺等以羟丙基甲基纤维素(HPMC)和羧甲基纤维素铺(CMCNa)为骨架材料，以非诺洛芬(FC)为模型药物，研究了FC亲水凝胶骨架片释药机制的影响因素，发现压力对释药机制影响较大。当处方中含有20%淀粉时，FC骨架片释药受压力影响更为明显，释药速率随压力增加而减小。

1.7 生物分子敏感型水凝胶

生物分子敏感型水凝胶能对特定的生物分子 (如葡萄糖、酶和DNA分子等) 产生响应。

例如甲基丙烯酰胺水凝胶是一种用四肽 (CYKC) 作为交联剂所得到的对α-胰凝乳蛋白酶敏感的含有缩氨酸序列的水凝胶。当其遇到α-胰凝乳蛋白酶时，水凝胶上连接的缩氨酸序列发生分离，引起水凝胶从不溶的三维交联网络结构向可溶的结构转变。这项研究有望作为生物传感器用于蛋白酶-缩氨酸识别系统。

目前此类水凝胶主要用于自动调控胰岛素释放系统，研究较多的是葡萄糖敏感水凝胶。这种水凝胶实质为pH或温度敏感型材料，但可以通过感知由生化反应造成溶液组分的变化，从而产生如体积相变这样的响应。Joseph Kost等用羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA) 、NDMAEM、TEGDMA 和葡萄糖氧化酶在冷冻状态下，辐射交联共聚合形成凝胶，此凝胶浸入葡萄糖溶液后，可将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，使pH下降，从而导致叔氨基质子化而使凝胶溶胀，且溶胀体积随葡萄糖溶液浓度的增大而增大。

1.8 其他智能水凝胶

如抗原应答式水凝胶，凝血酶诱导应答式水凝胶，印迹水凝胶等，都具有很好的特异性，具有诱人的医药学前景。

2　智能水凝胶的理论和机理

2.1 基本作用力

早期，学者们提出水凝胶体系的3种基本作用力，它们是橡胶弹力、聚合物间亲和力和氢离子间压力。作用在凝胶上的总压力就是这3种作用力的合力，被称为凝胶的渗透压，它决定着凝胶是趋于吸收液体还是排斥液体。

后来经过进一步的深入研究，人们又把诱导水凝胶体系发生相转变的分子间相互作用更准确地归纳为4类：疏水作用、范德华力、氢键、离子间作用力。

2.2 动力学研究

学者kato等对大孔隙水凝胶动力学的研究表明，N-异丙基丙烯酰胺在NaCl溶液中的去膨胀过程由两个因素控制：一个是氯离子间的斥力，另一个是盐析效应。

Hirose等对N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸共聚物水凝胶的体积相转变动力学行为进行了细致的研究，并提出去溶胀过程由3个阶段构成：1均匀收缩阶段，水凝胶的尺寸按指数规律减小。2平台阶段，柱状水凝胶的两端开始收缩而中间部分仍处于膨胀状态。3崩坍阶段，此时水凝胶的中间部分亦随时间而线性收缩。实验表明，对于带有少量电荷的水凝胶能较好的符合上述过程。

2.3 水凝胶的敏感性机理

Tanaka等通过测定聚合物链的持续长度b与有效半径a之比（即代表聚合物链刚性的度量）及敏感性之间的关系，提出了半经验参数s作为有无敏感性的判据：s=（ba）（2f+1），式中f代表单位有效链上可离子化基团的数目。他们认为s>290时水凝胶会发生敏感性相转变，而当s

吴奇等通过研究微凝胶与表面活性剂的相互作用，提出了与疏水作用不同的新的溶胀和收缩机理，并认为近年来观察到的大块凝胶的所谓非连续体积变化并不是源于理论上所预测的非连续体积相转变，而是由于内部不均匀收缩导致的内部应力同剪切模量之间的相互作用引起的。

3　智能水凝胶的应用

水凝胶具有三维网络结构，在水中能够吸收大量的水分溶胀，并在溶胀后继续保持其原有结构而不被溶解。水凝胶类似于生命组织材料，表面粘附蛋白质及细胞能力很弱，在与血液、体液及人体组织相接触时，表现出良好的生物相容性，它既不影响生命体的代谢过程，代谢产物又可以通过水凝胶排出，比其它任何合成生物材料都接近活体组织，在性质上类似于细胞外基质部分，吸水后可减少对周围组织的摩擦和机械作用，显着改善材料的生物学性能。因此，水凝胶在生物医药、组织工程等方面得到了广泛应用，如可作为组织填充剂、药物缓释剂、酶的包埋、蛋白质电泳、接触眼镜、人工血浆、人造皮肤、组织工程支架材料等。

3.1 分子器件

利用智能凝胶在外界刺激下的变形、膨胀、收缩时产生的机械能，可以实现化学能和机械能的直接转换，从而开发以凝胶为主体的化学阀、驱动器、传感器、药物控释系统、分子分离系统等微机械产品。用凝胶制作微机械元件，由于凝胶柔软有弹性，且其弹性模量可通过交联密度调节，可使微机械元件的尺寸进一步减小，并能保持足够的驱动力。同时，由于凝胶尺寸的减小，缩短了控制凝胶收缩与膨胀的扩散距离，大大提高了凝胶的响应速率。近来国外一些科学家正在探讨利用凝胶受环境变化而变化的特性来研制凝胶微机械元件，并已取得了一些重要成果，引起了人们的高度重视，但国内尚未见报道。

3.2 调光材料

利用智能型大分子和大分子水凝胶的环境敏感行为可以设计制作调光材料。它是一种温度敏感材料，当阳光照射到凝胶时，一部分转变为热能。水凝胶系统的调光性赋予了其“开关”温度TS ，在TS以下凝胶网络透明，而当温度升至TS以上则形成散光的微粒。MIT的Suzuki和Tanaka设计了一种对光敏感的PNIPPAM 凝胶。他们在凝胶中引入光敏成分叶绿素。光照时，叶绿素吸收光能使其微环境温度升高，凝胶收缩，反之，凝胶溶胀。测得直径为5Lm 的凝胶响应时间约为5min。

3.3 生物医学

医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料，是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、病理学、医学、输血学等多种边缘学科，是生物材料的重要组成部分。目前，医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域，如血液接触的高分子材料、组织工程用高分子材料、药用高分子材料、医药包装用高分子材料、眼科用高分子材料、医用粘合剂和缝合线、医疗器械用高分子材料等等。

3.3.1 药物传输控制系统

智能水凝胶具有传递药物分子的孔道，对生理环境敏感，特别适合作为不溶于水的药物和易被胃肠酶分解的蛋白类药物的载体。作为这些药物载体的水凝胶需有良好的生物相容性和生物降解性，在体内酶或胃内低PH环境中能够保护药物不被降解。研究较多的是温敏水凝胶和PH敏感水凝胶。

3.3.1.1 黏膜给药

黏膜给药包括眼部黏膜、鼻黏膜、阴道黏膜等部位给药。黏膜途径给药的pH敏感型原位凝胶研究得较多、也较为深入。

用流变学方法研究壳聚糖硫醇在体外的原位胶凝性质。pH5.5条件下，壳聚糖硫醇中巯基数量明显减少，表明已形成二硫键。所形成凝胶弹性的增强程度与聚合物中巯基的总量显著相关，巯基数量越多，弹性系数G越大。壳聚糖硫醇化衍生物在5-6.8的PH范围内原位凝胶，可以用于眼部、鼻腔和阴道的黏膜给药系统。

3.3.1.2 口服给药

胃肠道PH呈递增趋势，胃液PH为1-3，十二指肠PH为4-5，其余肠段PH为6-8。对于在胃内不稳定的药物，利用胃肠道PH的变化来开发肠道释放的剂型尤为重要。

用二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯 (TEGDMA) 交联制得pH 敏感的聚甲基丙烯酸 (PMAA) 水凝胶作为膨胀层，聚羟乙基丙烯酸甲酯 (PHEMA) 作为非膨胀层，将这两种骨架层交联得到一种具有双层结构并可自折叠的水凝胶微型装置。再将具有生物粘附性的药物粘附到非膨胀层的一面用于药物传输。当这种微型装置进入体内，pH敏感的PMAA层接触到体液后迅速膨胀，而PHEMA层无反应。由于膨胀层和非膨胀层的区别，这个自折叠的装置发生弯曲，从而延长了在靶部位的停留时间，增强了生物粘附性。另外，非膨胀的PHEMA层可以作为扩散屏障，给药物提供了更好的保护和减少药物在肠道中的损失。

聚乙烯醇与丙烯酸或甲基丙烯酸可形成共聚物，其凝胶具有PH敏感性溶胀行为。载有胰岛素的凝胶在人工肠液（PH6.8）中释放药物，而在人工胃液（PH1.2）中不释放药物。到达小肠之前，载药凝胶在胃酸环境中对药物胰岛素具有保护作用。凝胶在大鼠体内的释药行为表明胰岛素口服给药对控制葡萄糖水平有效。

3.3.1.3注射给药

将某些pH敏感型凝胶注射于机体组织后，在PH约7.4的体液环境中胶凝，形成药物贮库，缓慢持久释放药物。

在生物相容性共溶剂系统中制备聚甲基丙烯酸（PMA）和聚乙二醇（PEG）的水不溶性共聚物（IPC）的溶液，IPC溶液在生理PH条件下可转变为凝胶。共溶剂N-甲基吡咯烷酮/乙醇/水的最佳比例为1:1:2，IPC的浓度宜在30%-60%（W/V）。研究表明，该体系可承载、保护大分子药物如蛋白质和低聚核苷酸，并控制其缓慢释放。

3.3.1.4 葡萄糖响应的胰岛素释药系统

根据智能水凝胶对葡萄糖响应设计胰岛素自调式释药系统一直是研究热点。正常人体胰岛素的释放受机体反馈机制调节，维持血糖水平正常范围，糖尿病患者注射胰岛素有时会引起低血糖危急生命，目前研究较多的胰岛素智能给药系统主要包括：(1)载有葡萄糖氧化酶的智能水凝胶。(2)载有葡萄糖氧化酶的接枝多孔膜。(3)竞争结合型胰岛素释药系统。设计这一释药系统的最大挑战在于载体对葡萄糖有高度敏感性和自动开关能力，在特定时间定量释药。目前采用的水凝胶仍有不足，如响应较慢，或是响应后很难较快回到初始状态，重现性有待改进。

3.3.2 组织工程支架材料

水凝胶应用于组织工程支架要求具有生物相容性、生物降解性、高含水量和细胞膜粘附性等。高度膨胀的三维环境含有大量的水，类似于生物组织环境，可以促进细胞增殖和细胞活动。

医用聚丙烯酰胺水凝胶作为组织充填材料已广泛用于人体各部位，它是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的聚合物。水凝胶中的水可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分的人体组织，具有较好的生物相溶性。而且聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下能很好保持水分，有较好的粘度、弹性和柔软度，适合人体组织结构。

3.3.3 人工玻璃体

PVP 水凝胶是第一个用作病变的玻璃体替代物的合成高聚物。作为一种优异的病变玻璃体替代物，PVP水凝胶具有良好的生物相溶性和生物物理光学特性，其网状支架对眼球内的新陈代谢成分具有良好的通透性。另外，PVP水凝胶具有粘弹性，表现出良好的内填充作用，可以封闭裂孔，展平视网膜。

3.3.4 人工软骨

PVA 水凝胶的高含水性及其特殊的表面结构与天然软骨组织非常相似，具有良好的生物相容性和摩擦学特性，同时该水凝胶具有类似于天然软骨的多微孔组织，内含大量的水，是一种可渗透材料，其弹性模量和人关节软骨相近，有望成为理想的人工软骨材料。

3.3.5 医用敷料

敷料的主要类型有两种：干型，如纱布；湿型，如水凝胶。水凝胶的优点是可吸收渗液形成凝胶，且吸收渗液后的凝胶不会沾粘伤口；可加速上皮细胞生长，加速新微血管增生；隔绝细菌侵犯，抑制细菌繁殖。目前用水凝胶作创面敷料在美国、日本及欧洲一些国家已经商品化，但在国内尚属空白。

用藻酸钙纤维制成的水凝胶，与伤口渗液接触后形成光滑的凝胶体，可有效清创且使伤口表面的细胞残屑、细菌、微生物等被包裹、锁定在凝胶体中，而且在藻酸钙与伤口渗液中的钠离子结合形成凝胶的同时将钙离子释放，伤口表面钙离子的大量集结可加速创面止血，促进创面愈合。

当羧甲基纤维素钠微粒与创面渗出物作用时，剧烈膨胀形成一种不与创面粘连的凝胶，该凝胶具有较强的渗液吸收能力和良好的蒸发性能，并能快速溶解焦痂，清除腐败组织。

3.3.6 角膜接触镜材料

角膜接触镜俗称隐形眼镜，是一种兼具视力矫正、美容、眼睛防护和医疗作用的产品。使用α-甲基丙烯酸β-羟乙酯聚合物( PHEMA) 作为制造角膜接触镜的材料。用这种PHEMA 材料制造的水凝胶角膜接触镜配戴舒适度比较高，但含水量不高，氧气通过性能不好，不能长时间配戴。采用亲水性能更高的PVP共聚物水凝胶，作为制造角膜接触镜的材料，可解决上述问题。

3.3.7 组织培养

利用PNIPAM水凝胶的温敏性可将它接枝于固体表面，通过调节温度改变固体表面的亲水性。在培养皿内壁接枝PNIPAM，用此培养皿接枝培养细胞，成活率较传统的酶洗脱法高得多。

3.3.8 在分析和医学诊断方面的应用

根据水凝胶的环境敏感性，可将它与生物传感器物理元件相连，然后将生物分子固定在水凝胶表面或内部，便可得到生物传感器，用于诊断疾病及做日常监测。例如，利用水凝胶固定抗原，可用于免疫检测。

3.3.9 血红蛋白氧气载体

血红蛋白 (Hb) 作为血液代用品，具有高效载氧功能，但天然无基质Hb溶液不能直接作为红细胞代用品。目前血红蛋白氧气载体 (HBOC) 主要分为化学修饰Hb、基因重组Hb和包囊Hb。用脂质体包封Hb，易导致Hb变性，Hb微胶囊存在快速释放的缺陷，另外，这些微胶囊没有红细胞那样柔软的外壁，也不能在网状内皮组织系统中快速流动。用纳米水凝胶微粒包封Hb，具有机械性能稳定，装填能力高，膨胀收缩可控，质地柔软和在网状内皮组织系统中流动快等优点。

Jaqunda N. Patton 等报道了通过光引发聚合得到温敏性PNIPAAM水凝胶纳米粒包封牛血红蛋白 (BHb) 作为氧气载体，生理温度变化可引起PNIPAAM水凝胶纳米粒膨胀和收缩，对zeta电位、氧气亲和力和协同性都有影响。当温度从40℃降至29℃时，纳米粒水凝胶膨胀，减少了氧气传输时的阻力。AndreF. Palmer 等将BHb与pH敏感的PAAM交联合成HBOC。这种pH敏感的HBOC可以靶向的将高效载氧的血红蛋白运输到由于生理pH值下降而引发低氧状态的组织。

3.3.10 水凝胶微透镜

智能水凝胶微透镜是一种新型的蛋白质检验方法。聚-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸(PNIPAM-co-AAC)微凝胶与生物素偶联制成动态可调式生物素化凝胶微透镜。这种可调式凝胶微透镜是通过静电作用吸附在氨丙基三甲氧基硅烷化的玻璃基片上制得。研究者将生物素化的凝胶微透镜与未生物素化的凝胶微透镜相对比，发现特定的蛋白质溶液能引起生物素化的凝胶微透镜平衡膨胀体积变化和折射率的改变，而未生物素化的凝胶微透镜则对其不敏感。另外，这些凝胶微透镜在受到外界刺激时 (如温度、pH和光子流量)，其光学性质会发生相应的变化。

3.3.11 用于活性酶的固定

酶的固定化技术的发展给酶制剂的应用创造了有利条件。与自由酶相比，固定化酶的最显著的优点是在保证酶一定活力的前提下，具有贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续及可控、工艺简便等一系列优点。温度敏感性水凝胶由于其在临界温度附近溶胀度显著变化的特点，使其已成为固定化酶的一种理想包埋载体。

4　展望

智能型水凝胶在许多应用方面具有很大的潜能，如pH敏感和温度敏感水凝胶可用于靶向药物的控制释放，对特定分子(如葡萄糖、抗原等)响应的水凝胶，既可用于生物传感器也可用于药物释放体系，光敏感型、压力敏感型及电敏感型水凝胶也有用于药物释放和生物分离的潜力。

虽然从理论上来说实现这些应用是可行的，但实际应用还要求对水凝胶的性能进行很大的改进。所有这些刺激响应型水凝胶的最显著的缺点是它们的响应速度太慢，因此制备快速响应性水凝胶是智能型水凝胶研究领域的一个重要课题。实现这一目标的最简单的方法是制备较薄和较小的水凝胶，但这种水凝胶往往没有足够的机械强度以满足实际应用。另外用于药物载体的智能型水凝胶还要求有生物相容性和体内降解性等，选用更理想的材料设计体积小、响应快、能依据人体生理环境调节的水凝胶仍是目前面临的一大挑战。凝胶在体内的代谢过程比较复杂，新材料的释药性、安全性需全面考察，凝胶与细胞黏连、蛋白吸附、生物排异等诸多问题亟待解决。

总之，研究开发具有优异性能的智能型水凝胶是一个富有挑战性的任务，如果能及时总结已有的成果并将其应用于未来的研究中，将低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、优良的机械性能和环境敏感性这几点完美结合起来，制备出新型、绿色的智能水凝胶是我们努力的研究方向。

参 考 文 献

[1]王守玉，赵替，曹绪芝.智能型凝胶及其应用[J].石家庄职业技术学院学报.2003.15(6):18-20.

[2]王立君，等.智能水凝胶的发展现状[J].合成技术及应用，2007.22(3):43-48.

[3]范会强等.刺激响应性水凝胶的研究现状及发展趋势[J].上海化工，2003(06):31-33.

[4]查刘生，刘紫微.生物分子识别响应性水凝胶及其智能给药系统[J].智能系统学报，2007.2(6):38-47.

[5]郭锦棠等.水凝胶及其在药物控释体系上的应用[J].化学通报，2004(3):198-204.

[6]徐文进等.温度敏感型水凝胶[J].现代食品与药品杂志，2007.17(6):60-62.

[7]刘永等.药物控释用智能水凝胶研究进展[J].化工进展，2008.27(10):1593-1596.

[8]赵玉强等.智能水凝胶的应用[J].现代化工，2007.27(3):66-69.

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关键词：聚羧酸盐；减水剂；减水机理

聚羧酸系有机材料目前受到广泛关注，它主要用于混凝土减水剂、洗涤添加剂、涂料及油墨中的颜料分散剂等领域。该类表面活性剂具有优良的洗涤、渗透、分散、乳化、破乳等性能，特别是具有低温洗涤效果好、耐硬水、生物降解性能好、配位性能强等优点。因此，应用范围很广，将聚羧酸型高分子用作混凝土减水剂的历史不长，日本是其首要研究开发国和使用国。近年来，聚羧酸减水剂在混凝土业中被广泛接受，并受到国内外混凝土外加剂研究者及使用者的日益关注。究其原因，与传统的减水剂萘磺酸和磺化三聚氰胺缩合物相比，他们能在低掺量下赋予混凝土高分散性、流动性及高分散体系稳定性防止坍落度损失。同时，工业萘价格上涨、萘系减水剂生产周期长、环境污染严重等问题日益突出也使聚羧酸系减水剂的应用势在必行。目前，日本常用高效引气减水剂的主要成分正从萘磺酸盐加反应性高分子向聚羧酸系过渡，欧美各国亦紧追其后。

有关聚羧酸减水剂研究进展特别是对该类减水剂制备原理、作用机理、发展前景等方面综述报道较少。笔者拟对该类减水剂的制备原理、作用机理、发展前景等方面研究进展做一综述。

1制备原理

聚羧酸盐高性能减水剂是由带有磺酸基、羧基、氨基以及含有聚氧乙烯侧链等的大分子化合物，在水溶液中，通过自由基共聚原理合成的具有梳型结构的高分子表面活性剂。

合成聚羧酸盐高性能减水剂所需的主要原料有：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇丙烯酸酯、烯丙基醚等，在聚合过程中可采用的引发剂为：过硫酸盐水性引发剂、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰；链转移剂有：3-疏基丙酸、疏基乙酸、疏基乙醇以及异丙醇等。

合成方法为：在配有电动搅拌器、温度计、滴液装置、以及回流冷凝管的圆底烧瓶中，通过水浴加热的方法缓慢滴加聚合单体溶液和引发剂溶液，在选用聚合单体时，应充分考虑其竞聚率的大学。反应温度可根据具体的反应单体类型来决定，一般可以选择70~95℃这一温度区间内的温度作为反应温度。在一小时内滴加完单体溶液，然后再在20min内滴加残余的引发剂溶液，最后将温度升高5℃，继续反应1h，降温至40℃后，中和出料。

2作用机理

聚羧酸盐高性能减水剂是一种新型减水剂，具有许多突出的优点，但其作用机理目前尚未完全清楚，以下是其中的一些观点：

(1)聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分，R-COO～与Ca2+离子作用形成络合物，降低溶液中的Ca2+离子浓度，延缓Ca(OH)2形成结晶，减少C-H-S凝胶的形成，延缓了水泥水化。

(2)羧基(-COOH)，羟基(-OH)，胺基(-NH2)，聚氧烷基(-O-R)n等与水亲和力强的极性集团主要通过吸附、分散、湿润、等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能，并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性。同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，导致抑制水泥浆体的凝聚倾向(DLVO理论)，增大水泥颗粒与水的接触面积，使水泥充分水化。在扩散水泥颗粒的过程中，放出凝聚体锁包围的游离水，改善了和易性，减少了拌水量。

(3)聚羧酸分子链的空间阻碍作用(即立体排斥)。聚羧酸类物质份子吸附在水泥颗粒表面呈“梳型”，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒的凝聚，这是羧酸类减水剂具有比其他体系更强的分散能力的一个重要原因。

(4)聚羧酸类高效减水剂的保持分散机理可以从水泥浆拌和后的经过时间和Zeta电位的关系来了解。一般来说，使用萘系及三聚氰胺系高效减水剂的混凝土经60min后坍落度损失明显高于含聚羧酸系高性能减水剂的混凝土。这主要是后者与水泥粒子的吸附模型不同，水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力，Zeta电位变化小。

在研究其对水泥分散作用机理时发现，仅用DLVO理论解释为离子间斥力常与实验结果有很大出入。Uchikawa和Tanaka等人的实验结果说明，空间位阻效应可成功地解释聚羧酸型减水剂对水泥的分散作用机理，即高分子吸附于水泥颗粒表面，其伸展进人溶液的支链产生了空间位阻使粒子不能彼此靠近，从而使水泥颗粒分散并稳定。目前该机理得到普遍接受。Kihoshita等人在研究了分子质量相近、支链长度不同的聚合物对水泥等温吸附后指出，具有长支链的聚合物有低的电位和高的空间斥力，因而吸附后对水泥分散性能很好，但对粒子分散稳定性却不佳。笔者认为，支链过长可能导致已分散粒子间表面支链的相互缠绕，反而造成粒子的凝聚。

3聚羧酸系减水剂优缺点

3.1聚羧酸系减水剂优点

同萘系、脂肪族、磺化三聚氰胺等减水剂相比，聚羧酸系减水剂的优点主要有以下几点：

(1)保坍性好，90min内坍落度基本不损失或损失较小；

(2)在相同流动性情况下，对水泥凝结时间影响较小，可很好地解决减水、引气、缓凝、泌水等问题；

(3)聚羧酸盐高性能减水剂可以通过调节分子结构，制备具有特殊性能和用途的超减水剂，如：低温高早期强度型、零坍落度损失型、抗收缩型等。

(4)使用聚羧酸类减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而使成本降低；

(5)合成高分子主链的原料来源较广，单体通常有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯等；

(6)分子结构上自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大；

(7)聚合途径多样化，如共聚、接枝、嵌段等。合成工艺比较简单，由于不使用甲醛、萘等有害物质，不会对环境造成污染。

3.2聚羧酸系减水剂缺点

聚羧酸系减水剂在使用过程中还是存在一定缺点，主要有以下几点：

(1)产品性能的稳定性较差。在一定程度上，这一缺陷是由于我国的水泥品种太多、掺合料复杂、聚羧酸制备工艺不成熟造成的。

(2)在复配过程中，对引气剂、消泡剂的选择性较强。通过试配实验及使用经验可以发现，不同厂家、不同品牌的聚羧酸盐减水剂必须通过大量的实验来选择合适的引气剂和消泡剂。这一现象主要是由于聚羧酸盐减水剂的合成中，对聚合活性单体的选择性很大，不同的生产厂家可能聚合时使用的单体类型及合成工艺不尽相同，从而使得最终合成的聚羧酸减水剂在分子量、分子量分布以及链结构等方面都会存在着较大的差异，所以其本身的引气性就会有很大的不同。

(3)在配置高强高性能混凝土、自密实混凝土过程中，存在着混凝土黏性太多、泵压太高的问题。这是由于目前国内市场上95%以上的聚羧酸盐产品，都属于第一代甲基丙烯酸系的聚羧酸减水剂，其结构上的缺陷是其在配制高强混凝土时出现黏性太大的基本原因。

4发展前景

聚羧酸型减水剂在分子结构上可调整余地自由度大，制造技术可控制的参数也多，因此高性能化的潜力大。目前，国外聚羧酸型减水剂有了商品化品种，相关基础理论研究也在不断深入，特别是将先进的仪器如用对所合成聚合物进行分子质量分级和测定，用高效液相色谱研究聚合物在水泥体系的吸附等用于化学结构对性能影响研究和作用机理研究，使得原先难以确定的许多化学结构信息具体化，研究结果趋于客观和量化，对理想性能减水剂研制工作的指导作用也会更强。我国在该领域的研究尚处于初级阶段，直到2000年以后，人们才逐渐开始认识到聚羧酸盐减水剂的优越性，并开始了实验室的初步研究。但是随着我国经济建设的迅猛发展以及我国水泥外加剂研究者应与高分子合成工作者进行跨行业的合作，聚羧酸盐减水剂在这一领域已经全面代替了传统的萘系减水剂。而且，其制作成本也有了一定程度的降低。但是，总的来说，国内自主研发的聚羧酸盐减水剂无论是在品种的单一性方面还是产品的稳定性方面，都还和国外，尤其是日本的一流企业之间存在着一定的差距。相信通过我国研究人员的不懈努力，我国与国外技术水平的差距会越来越小，不久的将来会生产出高性能的优良减水剂产品。

参考文献

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关键词：建筑工程；技术；创新与发展

一、我国土建工程的现状

近年来，随着我国科学技术的不断发展和经济实力的不断增强，我国土木工程业事业获得了突飞猛进的发展。现如今土木工程在实践和研究方面已经取得了显著的成就，无论是结构力学分析还是结构设计的理论和方法以及结构的施工工艺，都取得了非常大的突破，尤其是近年来，随着科学技术的发展，在高层大跨结构方面的成就更是令世人瞩目。然而，我国土建工程技术仍存在许多问题，在项目建设工程中，常会出现工程结构位移、变形、渗漏水、刚度和强度不足、断面尺寸不精确等问题，这些问题的出现将会严重影响到整个土建工程的质量。一般情况下。出现这些问题的原因除了人为原因和外部环境的影响外，便是由于施工技术存在不足导致的。

二、土建工程技术的重要性

随着土建工程行业的不断发展，土建工程的规模越来越大。因此，为了满足人们日益增长的需要，促进土建施工技术的发展，提高土建工程的施工技术。现阶段，随着社会生产力的不断发展进步，一方面给技术创新的经济和管理基础提供了保障，另一方面，技术实现创新又反过来能够促进生产力的发展进步。但是目前，我国建筑工程施工行业技术创新水平与社会生产力发展的要求还存在着一定的矛盾。技术创新作为土建企业获取竞争优势的重要手段，以及在激烈的市场竞争中立于不败之地的重要保证，就必须利用先进的科学技术来强化企业的实力与竞争力，推动企业施工技术的不断改良与创新，同时积极将建筑施工技术创新的成果应用到实际中去。

三、土建产业技术创新的方法

3.1 土建产业创新过程的人才管理

企业技术中心应是技术创新的基本组织机构，其体系包括决策层、咨询层、管理层和执行层。这些组织机构对于土建工程产业的发展有着至关重要的作用，决策层应是企业技术中心的技术委员会，对企业的科技发展政策、研究开发方向和对集团发展具有全局性、战略性及超前性的重大科技开发项目、重大引进技术、设备的立项和执行，起决策、立法咨询和监督的作用。咨询层是由众多专家构成的，其作用是探讨新的技术规划，提出新的设计方案。管理层是很重要的，主要负责整个生产过程的管理，运筹整个企业的生产转换，技术创新。执行层负责贯彻落实企业的技术创新规划和计划，并结合各成员企业的实际组织开展科技创新、成果推广和成果产业化活动。这些机构进行有效的管理之后，还应该进行整体的人才管理。最重要的就是重视人才，建立有效的激励机制，推动技术创新工作。土建施工企业必须牢固树立人才就是财富，人才就是效益，人才就是竞争力，人才就是发展后劲的观念，积极落实人才队伍的培养工作。不仅如此，还要在企业招聘的过程中把握人才，能够慧眼识英，学历仅仅是考虑的一部分，最主要的还是在于人才的创新能力。企业要稳定和吸收一大批胜任新形势下技术创新工作的骨干力量，为企业的长期发展奠定良好的基础。对于人员的管理还包括培养大家的创新意识，使得人们的创新思想跟上企业的技术创新步伐。

3.2 建立完善的技术创新体制

企业要进行技术革新，首先必须要有合理完整的技术创新体制，这样才能统筹企业的技术创新。这一体制的制定必须要有专门的人员进行长期的规划与探讨，在了解了市场的动向，国家的政策、同行的优势等多方面条件的基础上进行设计与编写，经过一些列的探讨与审核才能通过，保证思路清晰与完整。只有具备了完善的技术创新体制才能够对企业的整体创新发展进行指导，以促进土建产业创新与发展。

3.3 利用社会的创新资源

土建产业企业要进行技术的创新，就要充分利用社会的科技创新资源，大力开展产学研结合， 补充和提高企业的创新能力。其实，就目前的情况来看，我国有一部分土建施工企业一般都是有一定的技术创新能力的，只是，企业还没有这种创新理念，研究的深度还不够。但是，社会上却有很多相关方面的研究，在土建行业来看是可以被运用的。我国众多的科研院所和大专院校却在土建施工的一些方面有独到的研究。这些研究在企业技术创新过程中是可以被很好地应用的。

此外， 这些单位一般都有许多科技信息渠道， 能及时了解到国际土建方面的最新发展水平， 所以， 土建企业应该时刻把握这一信息，建立相关的企业信息部门，或成立专门的外聘专家委员会， 并就有些科技创新项目与这些单位开展联合攻关，这样展开合作就可以更进一步的促进土建企业的技术创新。

3.4 多渠道筹集资金、加大技术创新投入

目前，一些企业之所以不愿意进行技术创新，较为重要的一个原因是他们缺少相关的技术研发资金。所以，最重要的就是解决资金问题。首先政府要对资金问题负起责任，对土建企业的技术创新给予支持，设置多个鼓励项目，如资金补贴、专家咨询、项目管理等，这样的支持对于企业的创新是十分有动力的，尤其是进行资金的补贴，政府在企业进行创新时给予资金的投入，减少了企业的预算，有利于企业本身的技术创新。另一方面，企业自身也有有资金问题的解决方案，进行多渠道的融资。例如设立企业技术创新基金， 多渠道、多形式筹集技术创新资金。企业所属单位或成员企业应按上一年产值的一定比例提取技术创新基金。

3.5新型高分子材料的应用

在土建工程施工过程中，高分子材料的应用能够显著增强地基基础的承载能力，同时对地下水起到一定的阻隔作用，加强地基的安全性和稳固性、延长其使用寿命，改善混凝土的性质，增强建筑物保温、耐火、耐腐蚀的性能。

高性能混凝土技术。这项技术主要应用于高层建筑和大跨度建筑，可以提升建筑物的坚固性，增强建筑物的抗震性能，目前比较常用的种类有：聚合物混凝土、高性能混凝土、浸渍高分子混凝土以及碳纤维材料复合混凝土等。

土工复合材料。该材料目前在土建工程建设中应用较为广泛，因为土工织物具有耐腐蚀和耐微生物侵蚀的优势，所以该技术的主要作用就是保护土体，提高土体的强度、改良土体性质等。该技术常用于水利设施和环境保护工程、公路、铁路等交通设施的建设等方面。

高分子化学灌浆材料。该材料的应用时间较短，是一项新兴的技术。因为其化学性能上的优势，所以在对建筑物，特别是水利建筑物的加固和防渗工作中得到了广泛的应用。目前高分子化学灌浆材料主要有环氧树脂类灌浆材料、聚氨酯类灌浆材料和甲基丙烯酸酯类灌浆材料等。

四、结语

综上所述，我国建筑工程施工技术的整体水平离世界先进水平尚有一定差距，这就要求土建工程企业在今后的发展中，能够结合着我国土建工程的实际发展状况，积极创新施工技术，并在此基础上不断学习国先进的施工技术，将其运用到我国的土建施工中。

参考文献：

[1] 梁雄，土建工程的施工技术创新及其应用，城市建设理论研究，2012

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（烟台大学环境与材料工程学院，山东烟台264005）

摘要：随着全日制专业硕士招生数量的加大，企业对优秀工程硕士研究生的需求也在逐步增大。为了使培养的工程硕士研究生能更好地服务社会，各高校在培养方案制定、毕业论文选题等各个环节都注重密切结合各专业的行业需求，使培养的硕士研究生既拥有一定的理论基础，又具备较强的实践能力，毕业后能很快地适应企业需求，满足企业对具有良好职业素养和解决实际问题的工程师的需求。本文以烟台大学环境与材料工程学院材料工程专业硕士研究生的培养模式为例，探讨工程硕士研究生培养环节设置的重要性，以期为工程硕士研究生的培养提供参考。

关键词 ：工程硕士；基础理论；实践能力；培养模式

DOI:10.16083/j. cnki. 22-1296/g4. 2015. 08. 002

中图分类号：G643.0 文献标识码：A 文章编号：1671-1580（2015）08-0004-02

2009年，教育部进行了学位制度改革，力求转变研究生培养理念，全日制专业硕士研究生不再仅仅面向往届毕业生，开始鼓励应届毕业生报考，目的就是要培养现代经济社会发展急需的应用型高层次人才。为了更好地适应社会发展对高层次人才的需求，对全日制硕士研究生实行分类培养，对于一些具有一定科研潜力而又愿意致力于科学研究的学生，鼓励其报考学术型研究生，以后可以到科研院所搞研究工作，或者选择攻读博士研究生进一步深造。对于一些将来不想从事科学研究工作，而是毕业后想到企业发展，但是觉得本科学到的知识不能满足企业需求，想进一步提高自己解决实际工程问题能力的学生，鼓励其报考专业硕士研究生，进一步提高自己的理论素养和工程实践能力。

本文以烟台大学环境与材料工程学院材料]二程专业硕士研究生的培养模式为例，探讨工程硕士研究生培养环节设置的重要性，以期为材料工程硕士研究生的培养提供参考。

一、研究方向的确定

根据学院各个教师的研究方向、学院现有的实验条件、合作培养单位的情况等设定材料工程硕士的培养方向。学院设有无机材料方向、高分子材料方向、新型金属材料及其制备加工技术、金属材料组织与性能控制、材料表面特性与改性技术等研究方向。当然，每个培养方向都是注重理论为基础、实践能力培养为最终目的的培养模式。无机材料方向侧重研究与开发无机质材料的新品种、新工艺、新特性、新用途以及新的实用技术；高分子材料主要研究将高分子材料合成与加工融为一体的新型反应加工制造技术；金属材料主要以新型金属材料加工制备技术与工艺的研究为主，研究金属材料加工过程中的微观结构、组织形态、相变规律及其对材料零部件强韧性和服役寿命的影响，实现金属材料组织与性能的精确控制；材料表面特性与改性致力于研究耐磨、耐蚀、耐高温涂层材料及其加工设备技术、材料表面涂层的制备技术及调控技术。

二、培养目标的明确

虽然全日制工程硕士研究生的培养目标是培养应用型人才，但是对于他们的培养应该区别于职业学院学生的培养模式，充分考虑到硕士研究生的教育层次，使专业硕士研究生在知识结构上实现学术与应用的统一，既具备一定的学术水平，达到硕士研究生层次教育的学术水平，掌握较深厚的本学科领域的理论知识，同时具备解决实际应用问题的能力和素质。基于上述思路，我们制定了学院材料工程硕士研究生的培养目标——既要掌握材料工程领域的基础理论、先进的材料制备技术、材料检测技术和手段等，又能够在该行业的某一具体方向具备良好的独立从事丁程设计、工程实施、工程研究、工程开发、工程管理等能力，特别是具有较强的解决工程实际问题的能力。

三、课程体系的构建

全日制丁程硕士课程体系设置不能完全“去学术化”。在课程设置方面，我们注重基础理论课程和工程应用类型课程并存，将材料工程硕士研究生课程分为公共基础课、专业基础课、专业限选课和选修课四类。公共基础课包括中国特色社会主义理论与实践、自然辩证法、知识产权法等政治理论课以及基础英语、专业英语等。政治理论课采取在国家规定的教学大纲范围内完成课程设置。外语作为工具学科，在制定教学大纲时就充分考虑工程硕士研究生的培养目标和要求，紧密结合专业工程实际的要求，使学生在具备一定的基础英语知识的基础上，通过工程外语类课程的学习熟练掌握工程实践类英语知识，具备查阅英文资料、了解行业发展方向的能力。

在专业基础课方面，我们设置了固体物理、固体化学、材料现代分析测试技术等材料学科的基础课程。固体物理着重研究固体的物理特性、微观结构、固体中各种粒子运动形态和规律及它们的相互关系；固体化学重在研究实际固体物质化学反应过程及特性、固体的合成方法、晶体生长过程、固体的化学组成和结构，特别是固体中存在的缺陷及其对物质的物理及化学性质的影响，探索固体物质作为材料实际应用的可能性：材料现代分析测试技术则可以使学生掌握材料常用的测试技术、测试手段等以及各种测试方法的基本原理。

专业限选课和必修课则根据学院主要的科研方向设置了一些应用性很强、紧密联系工程实际的课程。选修课的设置为学生自主选择课程类型提供了方便，学生可以和自己的导师协商，根据自己所从事的毕业论文选题以及将来自己想从事的行业选择适合自己发展的课程。

为了提高教学质量，我们选用资深的研究生导师作为授课教师，他们不仅具有深厚的理论知识，而且具备丰富的科学研究和工程实践经验。此外，为了使学生更早地接触企业发展现状、了解材料行业的发展前景，学院聘请优秀的企业导师或行业知名专家为学生开设学术讲座、特色专业选修课。

四、学位论文的选题

材料工程硕士的培养采用两年制，课程学习时间安排一年，学位论文安排一年。课程学习结束后，鼓励学生到企业去，由学校导师和企业导师联合培养。学校导师和企业导师根据学生所学专业的实际情况以及企业的实际条件，结合学生将来的就业前景，选取切合实际的应用性论文题目。论文选题可以是新技术、新工艺、新设备、新材料、新产品的研制和开发，工程设计与研究，技术研究或技术改造方案研究，工程软件或应用软件开发，工程管理等。论文内容应达到学校对工程硕士研究生论文工作量的要求，体现作者综和运用所学的科学知识解决工程实际技术问题的能力，理论联系实际，既具备一定的理论基础，又具有较强的实用性。

考虑到我们学院材料工程硕士研究生的学制较短，为了使学生更好地完成学位论文，在课程学习阶段，利用学生的空余时间让学生多掌握一些技能，提早为学位论文的完成奠定一定的基础。入学后，导师可以根据自身的科研情况，尽早为学生选好毕业课题，指导学生先查阅