高聚物概述

聚合物生产技术绪论

高聚物的概念：高聚物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10^4～10^6)化合物。例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成，因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料。

高聚物的基本特点：相对分子质量大，分子链长（一般在~m），同时相对分子质量具有多分散性。高弹形变和黏弹性是聚合物特有的力学性能。这些特性均与大分子的多层次结构的大分子链的特殊运动方式以及聚合物的加工有密切的关系。聚合物的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、耐溶剂性以及电绝缘性、透光性、气密性等都是使用性能的重要指标。

高聚物的分类：高分子化合物的分类众多，按其元素组成可分无机高分子化合物（如石棉，云母等）和有机高分子化合物（如橡胶，蛋白质）；按其来源可分为天然高分子化合物（如淀粉，天然橡胶，蛋白质，石棉，云母）和合成高分子化合物（如合成塑料，橡胶，纤维）合成高分子化合物；又可按生成反应类型分加聚物（聚乙烯，聚氯乙烯）和缩聚物（聚酰胺，聚酯，酚醛树脂）：按链的结构可分线型高分子（合成纤维）和体型高分子（酚醛树脂）。高分子化合物中的各种官能团，都能正常反应，如羰基加成，脱碳，酯和酚胺水解等。由于分子量大，结构特殊，他们各自有其独特的物理性质，作为高分子材料证实利用了这些性质。

结构：对聚合物链的重复单元的化学组成一般研究得比较清楚，它取决于制备聚合物时使用的单体，这种结构是影响聚合物的稳定性、分子间作用力、链柔顺性的重要因素。键接方式是指结构单元在高聚物中的联结方式。在缩聚和开环聚合中，结构单元的键接方式一般是明确的，但在加聚过程中，单体的键接方式可以有所不同，例如单烯类单体（CH2=CHR）在聚合过程中可能有头—头、头—尾、尾—尾三种方式：对于大多数烯烃类聚合物以头-尾相接为主，结构单元的不同键接方式对聚合物材料的性能会产生较大的影响，如聚氯乙烯链结构单元主要是头-尾相接，如含有少量的头-头键接，则会导致热稳定性下降。

共聚物按其结构单元键接的方式不同可分为交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物与接枝共聚物几种类型。同一共聚物，由于链结构单元的排列顺序的差异，导致性能上的变化，如丁二烯与苯乙烯共聚反应得丁苯橡胶（无规共聚物）、热塑性弹性体SBS（苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物）和增韧聚苯乙烯塑料。

结构单元原子在空间的不同排列出现旋光异构和几何异构。如果高分子结构单元中存在不对称碳原子（又称手性碳），则每个链节就有两种旋光异构。它们在聚合物中有三种键接方式：若聚合物全部由一种旋光异构单元键接而成，则称为全同立构；由两种旋光异构单元交替键接，称为间同立构；两种旋光异构单元完全无规时，则称为无规立构。分子的立体构型不同对材料的性能会带来影响，例如全同立构的聚苯乙烯结构比较规整，能结晶，熔点为240℃，而无规立构的聚苯乙烯结构不规整，不能结晶，软化温度为80℃。对于1，4—加成的双烯类聚合物，由于内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型与反式构型之分，如聚丁二烯有顺、反两种构型：

其中顺式的1，4—聚丁二烯，分子链与分子链之间的距离较大，在常温下是一种弹性很好的橡胶；反式1，4—丁二烯分子链的结构也比较规整，容易结晶，在常温下是弹性很差的塑料。

高分子的大小：对高分子大小的量度，最常用的是分子量。由于聚合反应的复杂性，因而聚合物的分子量不是均一的，只能用统计平均值来表示，例如数均分子量和重均分子量。分子量对高聚物材料的力学性能以及加工性能有重要影响，聚合物的分子量或聚合度只有达到一定数值后，才能显示出适用的机械强度，这一数值称为临界聚合度。

高分子的内旋转：高分子的主链很长，通常并不是伸直的，它可以卷曲起来，使分子呈现各种形态，从整个分子来说，它可以卷曲成椭球状，也可伸直成棒状。从分子局部来说，它可以呈锯齿状或螺旋状，这是由单键的内旋转而引起的分子在空间上表现不同的形态。这些形态可以随条件和环境的变化而变化。

高分子链的柔顺性：高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性，这是高聚物许多性能不同于低分子物质的主要原因。主链结构对聚合物的柔顺性有显著的影响。例如，

由于Si-O-Si键角大，Si-O的键长大，内旋转比较容易，因此聚二甲基硅氧烷的柔性非常好，是一种很好的合成橡胶。芳杂环因不能内旋转，所以主链中含有芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差，具有耐高温的特点。侧基极性的强弱对高分子链的柔顺性影响很大。侧基的极性愈弱，其相互间的作用力愈大，单键的内旋转困难，因而链的柔顺性差。链的长短对柔顺性也有影响，若链很短，内旋转的单链数目很少，分子的构象数很少，必然出现刚性。

常见聚合物的商品名称及缩写：

1.按元素组成和结构变化分类可分为加聚反应和缩聚反应。加聚反应是通过单体的加成聚合形成高聚物的反应，其产物称为加聚物。缩聚反应是在聚合过程中，除形成聚合物外，同时还有低分子副产物产生的反应。

2.按反应机理的不同分类可分为连锁聚合反应，逐步聚合反应和高聚物的化学反应。连锁聚合反应是单体经引发形成活性种，瞬间与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应。逐步聚合反应是单体之间很快反应形成二聚体，三聚体，，，，再逐步形成高聚物的化学反应。利用已有高聚物的高分子链所带基因与某些试剂间的化学反应也可以制备新的高聚物。