第8章有机高分子化合物

第8章有机高分子化合物高分子化合物的结构和基本特性8.1常见高分子材料简介8.2高分子化合物是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物，也称为高分子、大分子等。一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小分子则被称为“单体”。有机高分子化合物可以分为天然有机高分子化合物（如淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等）和合成有机高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等）。8.1高分子化合物的结构和基本特性高分子的相对分子质量很大，如淀粉相对分子质量由几万到几十万不等，核蛋白相对分子质量可达几千万，但它们的化学组成和分子构造并不复杂，都是由特定的结构小单元通过共价键经多次重复连接而成。例如，聚乙烯分子是由成千上万个结构单元“CH2―CH2―”相互连接而成的。我们把这种特定的结构单元叫做高分子的链节。每个高分子中链节的数目叫做聚合度，用n表示。高分子化合物的原子间、链节间是以共价键结合的。这些键可以自由旋转，所以高分子是蜷曲的长链，高分子所特有的高弹性就证明了这一点。8.1.1高分子化合物的结构特点有机高分子化合物的结构分为线型结构和体型（网状）结构两种：线型结构高分子化合物各链节连成一条长链，即为线型链状结构（直链或带支链），淀粉、纤维素和聚乙烯等都属于这种结构。它们的分子间主要是靠分子间作用力结合。其强度是化学键和分子间力的共同表现；因此相对分子质量越大，链越长，这些作用力也越大。这是它们不同于小分子物质的特点。体型结构（网状结构）是由带有支链的线型高分子之间相互交联形成的立体网状结构。这种结构表现为链上有能够反应的官能团。高分子链之间除分子间力外，还可以产生化学键（产生交联），因而使得这类化合物具有强度高、耐磨和不易溶解等不同于线型结构高分子的性质。8.1.2高分子化合物的基本特性高分子由于其相对分子质量很大，通常都处于固体或凝胶状态，有较好的机械强度；又由于其分子是由共价键结合而成的，故有较好的绝缘性和耐腐蚀性能；由于其分子链很长，分子的长度与直径之比大于1000，故有较好的可塑性和高弹性。其中，高弹性是高聚物独有的性能。此外，高分子化合物的溶解性、熔融性和结晶性等方面和低分子也有很大的差别。一般来说，高分子的分散性越大，性能越差。通常使用的高分子材料，是由高分子化合物加入各种添加剂形成的，基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种添加剂的作用在于更好地发挥、保持和改进高分子化合物的性能，以满足不同的需要。

8.2常见高分子材料简介高分子合成工业是一门新兴工业。合成高分子材料的种类很多，按照用途和性能，可以分为高分子材料、功能高分子材料和复合材料。通常使用的高分子合成材料主要有塑料、合成纤维以及合成橡胶三大类，它们被称为三大合成材料。8.2.1塑料日常生活中，我们经常接触的塑料制品有很多，如塑料袋、餐盒和饮料瓶等。塑料是指在一定温度和压力下，添加辅料后能在成型中塑制成一定形状的高分子材料。塑料的主要成分是合成树脂（树脂约占塑料总重量的40%～100%），另外还有根据需要加入的具有某些特定用途的添加剂，如防止塑料老化的防老化剂，提高塑料塑性的增塑剂等。塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或含少量添加剂，如有机玻璃、聚苯乙烯等。塑料的种类很多，用途也各不相同。根据受热时所表现的性质，可以把它们分为热塑性塑料（线型高分子）和热固性塑料（体型高分子）两大类。热塑性塑料受热软化，可以塑制成一定形状，冷却后变硬；再加热仍可以软化，再冷却后又会变硬。热固性塑料初次受热时变软，可以塑制成一定形状，但硬化定型后再加热就不会再软化。名称性能用途聚乙烯电绝缘性好，耐寒、耐化学腐蚀，无毒；耐热性差，耐老化性差；不宜接触煤油、汽油，制成的器皿不宜长时间存放食油、饮料可制作日常用品、管道、绝缘材料和防辐射衣物等；制成薄膜，可做食品、药物的包装材料聚丙烯电绝缘性能好，机械强度高，耐化学腐蚀；耐油性差，低温发脆，易老化制薄膜、日常用品和管道等聚氯乙烯电绝缘性能好，耐化学腐蚀，耐有机溶剂，耐磨，抗水性好；透气性差，热稳定性差，遇冷变硬；制成的薄膜不宜用来包装食品硬聚氯乙烯可用于制作管道、绝缘材料等。软聚氯乙烯可用于制作薄膜、电线外皮、软管、日常用品等几种主要的塑料及其性能和用途名称性能用途聚苯乙烯电绝缘性能好，透光性好，耐水、耐化学腐蚀，无毒；室温下硬、脆，温度较高时变软制高频绝缘材料，电视、雷达部件，汽车、飞机零件，医疗卫生用具，日常用品及离子交换树脂等聚四氟乙烯电绝缘性好，耐高温、低温，耐化学腐蚀；加工困难用于电气、航空、化学、冷冻和医药等工业耐腐蚀、耐高温、耐低温的制品聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）透光性好，质轻，耐水，耐酸碱，易加工，不易破裂；耐磨性较差，能溶于有机溶剂用于制飞机、汽车用玻璃，光学仪器、日常用品等酚醛树脂电绝缘性能好，耐热、抗水，能被强酸强碱腐蚀用于制电工器材、仪表外壳和日常生活用品等环氧树脂电绝缘性能好，高度黏合力，加工工艺性好，耐化学腐蚀，机械强度高，耐热性好广泛用于黏合剂，做层压材料、机械零件等；用玻璃纤维复合制成的增强塑料用于宇航等领域脲醛塑料绝缘性、染色性和抗霉性都好，但耐热性差用于制器皿、日常生活用品、玩具和装饰材料等；制成泡沫后可作隔热材料用几种主要的塑料及其性能和用途8.2.2合成纤维合成纤维是由一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质如石油、煤、天然气、石灰石或农副产品，先合成单位，再用化学合成与机械加工的方法制成。合成纤维除具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好和不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维还各具有某些独特性能，用它们做成的衣服美观大方，结实耐穿。合成纤维在工农业生产、国防和尖端技术等方面都有十分重要的用途，下图为用合成纤维制成的布料和吊环带。合成纤维制品几种主要的合成纤维及其性能和用途名称性能用途聚对苯二甲酸乙二醇酯（涤纶或的确良）易洗、易干，抗折皱性强；耐碱、耐磨、耐氧化；不耐浓碱，染色性较差制衣料织品、电绝缘材料、运输带、渔网绳索、人造血管和轮胎帘子线等聚丙烯腈（腈纶或人造毛）比羊毛轻而结实，耐光性、耐酸性、弹性和保暖性都好；不易染色，耐碱性差制衣料织品、工业用布、毛毯、滤布、幕布等聚己内酰胺（锦纶）比棉花轻，强度高，弹性、耐磨性、耐碱性和染色性好；不耐浓酸，耐光性差制衣料织品、渔网、绳索、降落伞和轮胎帘子线等聚氯乙烯（氯纶）保暖性、难燃性、电绝缘性好，耐化学腐蚀；耐光性、耐热性、染色性差制针织品、工作服、毛毯、绒线、滤布、渔网和帆布等聚丙烯（丙纶）机械强度高，电绝缘性好；耐磨、耐水、耐化学腐蚀；耐热性、耐光性和染色性差制降落伞、绳索、滤布、网具、工作服、帆布和地毯等聚乙烯机械强度高，耐腐蚀性好；染色性和耐热性较差制渔网、绳索及耐酸碱的织物等聚乙烯醇缩甲醛（维尼纶）柔软，吸湿性、耐光性、耐磨性、耐腐蚀性和保暖性都好；耐水性不够好，染色性较差制衣料、桌布、窗帘、滤布、炮衣、粮食袋等8.2.3合成橡胶橡胶是一种具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后又能恢复原状。这是橡胶区别于塑料、纤维等其他高分子材料的主要标志。橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成的；合成橡胶则是由相对分子质量较小的二烯烃或烯烃作为单体经聚合反应而制得的。合成橡胶制品几种主要的合成橡胶及其性能和用途名称性能用途丁基橡胶气密性优异，电绝缘性好，耐热、耐老化，柔顺性较小，弹性较差可制汽车内胎、探空气球、汽艇、防毒面具