第七章 高分子化合物基礎(chǔ)

第七章高分子化合物基礎(chǔ)高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）：分子很大，相對(duì)分子質(zhì)量(MW)很高。低分子化合物MW<1000，高分子化合物MW>10000，甚至可達(dá)上千萬(wàn)。

1.基本概念7.1高分子化合物概述例：聚氯乙烯分子是由許多氯乙烯結(jié)合而成：

*平均聚合度n

×鏈節(jié)的式量=高聚物的平均相對(duì)分子質(zhì)量單體聚合物聚合度鏈節(jié)簡(jiǎn)寫：鏈節(jié)聚合度——高分子鏈所含鏈節(jié)的數(shù)目(n>1000).2.高分子化合物的組成多分散性(2)體型聚合物

線型高分子之間以化學(xué)鍵交聯(lián)形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。(1)線型聚合物

許多鏈節(jié)相互連接成一個(gè)很長(zhǎng)的分子鏈。以單鍵相連的兩相鄰鏈節(jié)之間可以保持一定的鍵角旋轉(zhuǎn)。分子鏈呈卷曲狀，很柔順，對(duì)高聚物的彈性和塑性有重要影響。鍵角固定的高分子鏈節(jié)的旋轉(zhuǎn)示意圖3.高分子化合物的結(jié)構(gòu)(5)高分子化合物很難溶解，且溶液的粘度比低分子化合物大得多。

(4)長(zhǎng)鏈分子通常呈卷曲狀，因而有一定的彈性。

在常溫常壓下主要以固態(tài)或液態(tài)存在，幾乎無(wú)揮發(fā)性。3．高分子化合物的特征(3)分子鏈很長(zhǎng)，相互纏繞，分子鏈間作用力大，因此有較好的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。

(2)化學(xué)鍵牢固，活潑基團(tuán)少，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。(6)分子中原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，沒(méi)有自由電子或離子，因此電絕緣性良好。1．高分子化合物的命名

(1)按原料單體或聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名

①在單體名稱前面冠以“聚”字：聚乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺。

②在單體名稱后面加“樹(shù)脂”、“橡膠”或“共聚物”：

苯酚+甲醛合成的高分子稱為酚醛樹(shù)脂；

丁二烯+丙烯腈合成的高分子稱為丁苯橡膠；

苯乙烯、丁二烯與丙烯腈合成的高分子稱為苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物。7.2高分子化合物的命名和分類(2)按商品名命名氯綸——聚氯乙烯纖維有機(jī)玻璃——聚甲基丙烯酸甲酯。尼龍或錦綸——聚酰胺，如尼龍—610。滌綸——聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維聚合物單體名稱商品名稱符號(hào)名稱結(jié)構(gòu)式聚氯乙烯氯綸PVC氯乙烯聚丙烯丙綸PP丙烯聚丙烯腈腈綸PAN丙烯腈聚己內(nèi)酰胺錦綸6（或尼龍-6）PA6己內(nèi)酰胺表8.1一些聚合物的名稱、商品名稱、符號(hào)及單體聚己二酰己二胺錦綸66(尼龍—66)PA66己二酸己二胺聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯滌綸PET對(duì)苯二甲酸乙二醇聚苯乙烯聚苯乙烯樹(shù)脂PS苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯有機(jī)玻璃PMMA甲基丙烯酸甲酯聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS樹(shù)脂ABS丙烯腈丁二烯苯乙烯(2)按主鏈結(jié)構(gòu)分類(1)

按來(lái)源分類天然高分子，合成高分子。①碳鏈聚合物主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：2．高分子化合物的分類②雜鏈聚合物主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。如聚己二酰己二胺（尼龍-66）：③

元素有機(jī)聚合物

主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等組成，側(cè)鏈?zhǔn)怯袡C(jī)基團(tuán)。如聚二甲基硅氧烷。(3)按性能和用途分類

塑料、橡膠、合成纖維三大類。(4)

按反應(yīng)類型分類

按照聚合反應(yīng)類型，可分為加聚物和縮聚物兩類。聚乙烯為加聚物，酚醛樹(shù)脂為縮聚物。元素?zé)o機(jī)聚合物

主鏈和側(cè)鏈均由無(wú)機(jī)元素或基團(tuán)組成。如聚二氯磷腈。聚合反應(yīng)

7.3.1高分子化合物的合成反應(yīng)加成聚合反應(yīng)（加聚反應(yīng)）

聚合反應(yīng)——由小分子單體合成聚合物的化學(xué)反應(yīng)縮合聚合反應(yīng)（縮聚反應(yīng)）7.3高分子化合物的合成、改性與再利用加聚反應(yīng)僅由一種單體聚合而成的，分子鏈中只包含一種單體構(gòu)成的鏈節(jié)的聚合反應(yīng)。如丁二烯聚合由兩種或兩種以上單體同時(shí)進(jìn)行聚合，生成的聚合物含有多種單體構(gòu)成的鏈節(jié)的聚合反應(yīng)。如乙烯與苯乙烯聚合共聚物往往可兼具兩種或兩種以上均聚物的一些優(yōu)異性能，因此通過(guò)共聚方法可以改善產(chǎn)品的性能。

加聚反應(yīng)——由一種或多種單體相互加成，或由環(huán)狀化合物開(kāi)環(huán)相互結(jié)合成聚合物的反應(yīng)。均聚反應(yīng)共聚反應(yīng)1．加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)——由一種或多種單體相互縮合生成高聚物，同時(shí)有低分子物質(zhì)（如水、鹵化氫、氮、醇等）析出的反應(yīng)。例如癸二酸和己二胺合成為尼龍-610的反應(yīng)：

2．縮聚反應(yīng)高分子材料的改性

通過(guò)各種方法改變已有材料的組成、結(jié)構(gòu)，以達(dá)到改善性能、擴(kuò)大品種和應(yīng)用范圍的目的。改性方法大體上可分為化學(xué)法與物理化學(xué)法兩大類：

7.3.2高分子化合物的改性1．高聚物的化學(xué)改性

常用的反應(yīng)交聯(lián)反應(yīng)共聚反應(yīng)

官能團(tuán)反應(yīng)經(jīng)部分交聯(lián)后的橡膠，既提高了強(qiáng)度和韌性，又同時(shí)保留了較好的彈性。例如：橡膠的硫化：

借化學(xué)鍵的形成，使線型高聚物連接成為體型高聚物的反應(yīng)。（1）交聯(lián)反應(yīng)例如：ABS工程塑料綜合了三種單體的優(yōu)良性能由兩種或兩種以上不同單體通過(guò)共聚所生成的共聚物，往往在性能上有取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果。（2）共聚反應(yīng)例如：離子交換樹(shù)脂就是利用官能團(tuán)反應(yīng)，在高聚物結(jié)構(gòu)中引入可供離子交換的基團(tuán)，使之具有離子交換功能。制取磺酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，可利用共聚物與H2SO4的磺化反應(yīng)，引入磺酸基—SO3H。在高分子結(jié)構(gòu)中引入適當(dāng)?shù)墓δ芑垢叻肿泳哂刑囟ǖ墓δ?。?）官能團(tuán)反應(yīng)磺酸基-SO3H中的氫離子能與溶液中的陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換。在高聚物中摻和各種添加劑、將不同高聚物混合、或用其他材料與高分子材料復(fù)合而完成的改性。（1）摻和改性

聚合物中通常要加入填料、增塑劑、防老劑（抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、紫外光穩(wěn)定劑）、著色劑、發(fā)泡劑、固化劑、潤(rùn)滑劑、阻燃劑等添加劑，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用效果。

其中填料和增塑劑是添加劑中用量最大的。2.高聚物的物理改性將兩種或兩種以上不同的高聚物混合形成具有純組分所沒(méi)有的綜合性能的高聚物的方法。形成的高聚物稱為共混高聚物(又稱為高分子合金)。聚合物共混物塑料－塑料共混。如ABS-PVC共混，可改善耐燃性橡膠－橡膠共混。丁腈橡膠與天然橡膠共混，可提高天然橡膠的耐油性和耐熱性橡膠－塑料共混。PVC-天然氯丁膠共混，可改善抗沖擊性能（2）共混改性7.4日常生活中的高分子材料高分子材料由于其品種多，功能齊全、能適應(yīng)多種需要，加工容易，適宜于自動(dòng)化生產(chǎn)，原料來(lái)源豐富易得、價(jià)格便宜等原因，已成為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚闹匾牧稀９δ芨叻肿硬牧涎芯康难杆侔l(fā)展，更加擴(kuò)展了高分子材料的應(yīng)用范圍。產(chǎn)量大，價(jià)格低，日常生活中應(yīng)用范圍廣。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。7.4.1塑料根據(jù)塑料制品的用途可分為:機(jī)械性能好，能用于制造各種機(jī)械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、酚醛樹(shù)脂、ABS塑料等。具有特殊功能和特殊用途的塑料。主要有氟塑料、硅塑料、環(huán)氧樹(shù)脂等。通用塑料工程塑料特殊塑料結(jié)構(gòu)式:性能：強(qiáng)極性，絕緣性好，耐酸堿，難燃，具有自熄性。缺點(diǎn)是介電性能差，熱穩(wěn)定性差，在100~120℃即可分解出氯化氫。

用途：制造水槽，下水管；制造箱、包、沙發(fā)、桌布、窗簾、雨傘、包裝袋；還可做涼鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等。（1）聚氯乙烯（PVC)結(jié)構(gòu)式:性能：化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐酸、堿，耐溶劑性能好，吸水性低，無(wú)毒，受熱易老化。

用途：制造食品包裝袋、各種飲水瓶、容器、玩具等；還可制各種管材、電線絕緣層等

（2）聚乙烯(PE)性能：具有韌性、耐磨、耐熱，具有吸濕性、無(wú)毒、接伸強(qiáng)度大

用途：可做尼龍布、尼龍襪子、尼龍繩及醫(yī)用消毒容器等；做機(jī)械零件、儀表、儀器零件結(jié)構(gòu)式:（3）聚酰胺（尼龍）性能：耐酸堿，耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐寒，絕緣性好，耐磨。缺點(diǎn)是剛性差。

結(jié)構(gòu)式:用途：可用作高溫環(huán)境中化工設(shè)備的密封零件，無(wú)油潤(rùn)滑條件下作軸承、活塞等，還可做電容器、電纜絕緣材料。（4）聚四氟乙烯（塑料王）性能：難溶、難熔、耐熱，機(jī)械強(qiáng)度高，剛性好，抗沖擊性好。

結(jié)構(gòu)式:用途：制造線路板、插座、插頭、電話機(jī)、行李車輪、工具手柄、貼面板、三合板、刨花板等

（5）酚醛樹(shù)脂（電木）性能：堅(jiān)硬、耐高溫、良好的機(jī)械性能、電絕緣性好、韌性好、抗沖擊性好、透明度高。用途：制造繼電器盒蓋，計(jì)算機(jī)和磁盤的殼體、熒光燈罩、汽車及透明窗的玻璃等。結(jié)構(gòu)式:（6）聚碳酸酯（透明金屬）性能：變硬度、高抗沖強(qiáng)度、抗蠕變性好，耐熱、耐寒、耐磨、抗氧化性好，尺寸穩(wěn)定性好。用途：制造機(jī)械、電子、電氣制造航空、航天等部門的零部件。結(jié)構(gòu)式:（7）聚砜

性能：無(wú)毒、無(wú)味，易溶于酮、醛、酯等有機(jī)溶劑。耐磨性、抗沖擊性能好。用途：用于家用電器、箱包、裝飾板材、汽車收音機(jī)等零部件。結(jié)構(gòu)式:（8）ABS塑料性能：其透明性在現(xiàn)有高聚物中是最好的，缺點(diǎn)是耐磨能差，硬度較低，易溶于有機(jī)溶劑等。結(jié)構(gòu)式:用途：廣泛用于航空、醫(yī)療、儀器等領(lǐng)域。（9）聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠?；瘜W(xué)組成是聚異戊二烯，有順式與反式兩種構(gòu)型。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為：順式

反式

7.4.2橡膠1.天然橡膠順式-1,4-聚異戊二烯適合做橡膠。人們仿造天然橡膠的結(jié)構(gòu)，合成了各種各樣的合成橡膠。合成橡膠在某些性能上往往優(yōu)于天然橡膠，例如耐磨、耐油、耐寒等方面。2.合成橡膠性能：耐水，耐老化性能，特別是耐磨性和氣密性好。缺點(diǎn)是不耐油和有機(jī)溶劑，抗撕強(qiáng)度小。結(jié)構(gòu)式:用途：是合成橡膠中最大的品種（約占50%），廣泛用于制造汽車輪胎，皮帶等；與天然橡膠共混可作密封材料和電絕緣材料。（1）丁苯橡膠性能：耐油，耐氧化，耐燃，耐酸堿，耐老化，耐曲撓性及氣密性都很好；缺點(diǎn)是密度較大，耐寒和彈性較差。

結(jié)構(gòu)式:用途：制造運(yùn)輸帶、防毒面具，電纜外皮、輪胎、膠粘劑等。

（2）氯丁橡膠（萬(wàn)能橡膠）性能：彈性、耐老化性和耐低溫性、耐磨性，都超過(guò)天然橡膠；缺點(diǎn)是抗撕裂能力差，易出現(xiàn)裂紋。結(jié)構(gòu)式:用途：是合成橡膠的第二大品種（約占15%），大約60%以上用于制造輪胎。

（3）順丁橡膠性能：耐油性好，拉伸強(qiáng)度大，耐熱性好；缺點(diǎn)是電絕緣性、耐寒性差，塑性低、難加工。

用途：用作機(jī)械上的墊圈以及制備收音機(jī)和汽車等需要耐油