像“当代摩西神树”的离子交换树脂的高分子功能材料也发展很快,许多高分子离子交换膜、高分子反渗透膜、高分子气体分离膜、高分子透过蒸气膜等都在化学工艺的筛分、沉淀、过滤、蒸馏、结晶、萃取、吸附等过程中获得应用,而且分离结果优于其他方法,可节约大量能量。日本的制盐工业早已用离子交换膜去代替盐田和电解食盐工艺。利用反渗透膜对有机化工、酿造工业的三废进行处理,可回收胺、酯、醇、醚、酮、酚等重要有机化合物。气体分离膜对不同气体的透过率和选择性不同,可以利用这一性质从混合气体中选择分离某种气体,如从空气中富集氧,从合成氨中回收氢,从天然气中收集氦,还可以制备一种水下呼吸器(人工鳃),它是直接从海水中提取氧的潜水装置,人类可望能长期生活在海水中,进入海龙王的宫殿,分享海龙王海底宁静的幸福生活的梦想可变成现实。还有各种信息转换膜、反应控制膜、能量输送膜等正在研制阶段。一种富有吸引力的生物膜也正在研究之中。生物膜具有奇特的性能,不仅能主动起能量、信息、物质的传递作用,还能参加光合作用及有机物质的生命合成等生命活动。这就是21世纪的高科技的一颗明珠,摘取这颗明珠需要有极大的勇气和百折不挠的精神。
高分子功能材料的另一极为重要的发展就是用于催促化学反应,这类高分子功能材料被称为高分子催化剂。早在本世纪40年代,人们已经使用一种叫交联磺化聚苯乙烯的离子交换树脂作催化剂,用于化学反应的各个过程,如水解、缩合、聚合等。尔后,这类高分子功能材料发展很快,高分子金属络合物催化剂接着问世,它能够在化学反应中加速捕捉金属离子,实现金属化合物的迅速分离,在工业生产和工业分析上是一种十分重要的方法。还有高分子金属催化剂,是促进化合物中金属离子迅速完成化学反应的材料,它已获得了成功的应用。自然界存在一种最有效的催化剂,称为酶。这一类高分子材料像酶一样有很强的催化作用,称为人工合成酶。酶是由氨基酸组成的蛋白质高分子化合物,它是生物体内各种生物化学反应的高效催化剂,是性能最优异的天然的高分子功能材料。现在,各种人工合成酶已经研制成功并逐步投入应用,其种类越来越多,科学家根据酶的作用原理试图模仿应用于化学工业的催化剂,在化学工业上进行一场革命。它可以制作进行化工生产,可以充分利用再生的生物资源,以摆脱传统的以石油系列为主要原料的合成工艺,而且还可用酶的催化原理,避开传统的合成工艺中的高温,高压的条件,在各种物质混合的状态下,有选择地使特定物质发生化学反应,使反应物能够不加分离地连续反应至生产出最终产物。这样,生物反应器将会改变化工企业高塔林立的传统面貌,不仅能节约能源,改善工作环境,同进还可以广开化工资源,消灭废水、废气和废料(又称三废),使建立无污染的理想化学工业成为可能。例如天门冬酰胺酶制成的中性树脂的前景就非常光明。
高分子材料在医学和生命科学上的应用已有很长的历史,但是依靠着高科技的进步,近期来这个领域的发展令人惊讶,人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨骼、人工关节,从研制迅速成功到不断完善,并且已付诸使用。高分子材料制作的手术器械、医护用品已不计其数。
高分子材料生物化的最大特色就是控制人的健康和生命,利用不带药剂性的高分子与其他药剂合成的高分子药剂,可大大改善治疗效果,这一类药剂人体易于吸收,毒性和副作用小。如引起恶心、全身不适等不良反应的抗癌药,把它们高分子化,其效果就大大改善,像抗癌药芳庚酚酮和甲基丙烯酸结合为高分子,其效果更佳。另一类高分子药物,本身就有很高的药效,如合成的聚乙烯吡咯烷酮,就可以作为血浆的代用品。商品化的聚醚与聚氨酯合成的高分子药物与血浆蛋白质中的白蛋白的亲和力特别高,相处很融洽,是一种解决人体血凝的医用高分子材料。
纵观上述,高分子已经成为21世纪材料科学中强有力的支柱,高分子材料的发展在21世纪将会取得更大的成就。