聚合物
polymer
由一种或几种结构单元通过共价键连接起来的分子量很高的化合物.又称高分子化合物.例如聚氯乙烯是由氯乙烯结构单元重复而成,其分子式可简写为[—CH2—CHCl—]n,式中n为结构单元(或重复单元)数,称聚合度.尼龙-66[—NH—(CH2)6—NH—CO(CH2)4CO—]n则由两种结构单元—NH—(CH2)6—NH—和—CO(CH2)4CO—多次重复而成,聚合物的分子量一般很高,达104～106.若聚合物的分子量已经很高,再增加几个结构单元并不显著影响其物理机械性能者,称高聚物;泛指的聚合物多是单体通过聚合形成的高聚物;若聚合物的聚合度很低(几至几十),再增加几个结构单元对其性能有明显影响者,则称低聚物或齐聚物.在炼油工程中,生成齐聚物的聚合过程有时也称叠合.一般地说,聚合物,高聚物和高分子化合物表达的意义大致相同.聚合物通常是由分子量不等的许多大分子链组成.通常所指的分子量是平均值,因而也就有分子量分布问题.根据统计平均方法的不同,有数均,重均,粘均和 Z均分子量之分.重均分子量嚔w和数均分子量嚔n的比值,称分子量分布指数,可用以衡量分子量分布的宽窄.嚔w/嚔n=1,表示分子量完全均一;分布指数越大,表示分子量分布越宽.两种以上聚合物组成的高分子共混物和高分子复合材料是多组分聚合物体系.后者近年来有很大发展,开拓了聚合物改性和应用的广阔领域.
聚合物的分类 可从不同角度对聚合物进行分类.
按主链元素组成分类 可分为碳链,杂链和元素有机聚合物三大类:①碳链聚合物的主链完全由碳原子构成,如聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯,聚丁二烯等.它们在聚合物中占很大比例,是主要的通用聚合物,系塑料工业和橡胶工业的基础.②杂链聚合物的主链除碳原子外,尚有氧,硫,氮等杂原子,如聚醚,聚酯,聚酰胺,聚氨酯和聚砜等,它们主要用作工程塑料和合成纤维.③元素有机聚合物的主链主要由硅,硼,铝和氧,氮,硫,磷等原子组成,侧链一般为有机基团如甲基,乙烯基和苯基等.如有机硅树脂等(即聚硅氧烷).它们主要用作耐油,耐高温和耐燃等特种材料.主链和侧链均由碳以外的元素构成的聚合物,专称无机聚合物.
按性质和用途分类 可分为橡胶,化学纤维,塑料,胶粘剂和涂料,前三者通常称为合成材料.
胶是弹性体,分子间次价力小(约8.4kJ/mol),在很低应力下可发生很大的可逆形变(可达500%～1000%),起始模量很低( 21kJ/mol),形变能力小( 3.5GPa)的材料,一般是结晶聚合物.成纤聚合物均为线型结构并具有适宜的分子量,可以采用溶液或熔体纺丝,适宜的拉伸可使其力学性能进一步提高.适合于纺丝的典型聚合物有聚酯,聚酰胺和聚丙烯腈等.③塑料是以合成树脂(在不少场合,纯聚合物常称树脂)或化学改性的天然高分子物质为主要成分,加入填料,增塑剂或其他添加剂,在一定温度和压力下能加工成型的聚合物材料,其次价力(8.7～21kJ/mol),模量(150～3500MPa)和形变量(<0.5%～800%)等介于橡胶和纤维之间,Tm和Tg可在很大范围内变化.塑料还可依合成树脂的受热行为进一步细分为热塑性塑料(如聚氯乙d烯,聚苯乙烯)和热固性塑料(如酚醛树脂,脲醛树脂等);也可按材料硬度或柔性分成软塑料(如聚乙烯)和硬塑料(如酚醛树脂,聚苯乙烯等).除胶粘剂,涂料一般无需加工成型而可直接使用外,橡胶,化学纤维和塑料等通常须用相应的成型方法加工成制品.
此外,还可按聚合物的来源分为天然聚合物(如纤维素,淀粉等),合成聚合物(如氯化膦腈橡胶,各种烯类聚合物等)和半合成聚合物(如醋酸纤维素等).按合成反应的名称分为加成聚合物(即加聚物),缩合聚合物(即缩聚物)和开环聚合物等.还有按聚合物的应用功能分为通用高分子,特殊高分子,功能高分子,仿生高分子和医用高分子等.
聚合物结构 大分子链是以结构单元借共价键结合而成,许多大分子链通过分子间相互作用聚集成聚合物材料,因此,聚合物结构可分为链结构和聚集态结构.
链结构 包括重复单元的化学结构及其连接方式,结构单元中取代基的立体化学结构,链的形状和构象等.
①链节本身的结构是由单体决定的,链节之间的连接方式(常称序列结构)对于缩聚物比较确定;若为加聚物,则单元链节的连接方式有头-尾,头-头或尾-尾相接之分,但大多数情况下以头-尾键接为主.对于由两种(或几种)结构单元构成的共聚物,按照各种结构单元在共聚物链中的排列顺序而有不同的链结构.
无规共聚物,嵌段共聚物和接枝共聚物中的 A可以丁二烯,B以苯乙烯为代表,交替共聚物中的A可为丁二烯,B可为丙烯腈或丙烯.大分子链的化学组成,排列方式和序列分布不同,聚合物的性能也有明显差异.

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