組成高分子鏈的原子之間是以共價鍵相結(jié)合的,高分子鏈一般具有鏈型和體型兩種不同的形狀。
當今世界上作為材料使用的大量高分子化合物,是以煤、石油、天然氣等為起始原料制得低分子有機化合物,再經(jīng)聚合反應而制成的。這些低分子化合物稱為“單體”,由它們經(jīng)聚合反應而生成的高分子化合物又稱為高聚物。通常將聚合反應分為加成聚合和縮合聚合兩類,簡稱加聚和縮聚。
前者為線型結(jié)構(gòu)的高分子,受熱時可以軟化和流動,可以反復多次塑化成型,次品和廢品可以回收利用,再加工成產(chǎn)品。后者為體型結(jié)構(gòu)的高分子,一經(jīng)成型便發(fā)生固化,不能再加熱軟化,不能反復加工成型,因此,次品和廢品沒有回收利用的價值。塑料的共同特點是有較好的機械強度(尤其是體形結(jié)構(gòu)的高分子),作結(jié)構(gòu)材料使用。
纖維又可分為天然纖維和化學纖維。后者又可分為人造纖維(如粘膠纖維、醋酸纖維等)和合成纖維(如尼龍、滌綸等)。人造纖維是用天然高分子(如短棉絨、竹、木、毛發(fā)等)經(jīng)化學加工處理、抽絲而成的。合成纖維是用低分子原料合成的。纖維的特點是能抽絲成型,有較好的強度和撓曲性能,作紡織材料使用。
工程塑料是指具有特種性能(如耐高溫、耐輻射等)的高分子材料。如聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亞胺、聚芳醚、聚芳酰胺和含氟高分子、含硼高分子等都是較成熟的品種,已廣泛用作工程材料。
高分子化合物的系統(tǒng)命名比較復雜,實際上很少使用,習慣上天然高分子常用俗名。合成高分子則通常按制備方法及原料名稱來命名,如用加聚反應制得的高聚物,往往是在原料名稱前面加個“聚”字來命名。例如,氯乙烯的聚合物稱為聚氯乙烯,苯乙烯的聚合物稱為聚苯乙烯等。
從性能上看,高分子由于其相對分子質(zhì)量很大,通常都處于固體或凝膠狀態(tài),有較好的機械強度;又由于其分子是由共價鍵結(jié)合而成的,故有較好的絕緣性和耐腐蝕性能;由于其分子鏈很長,分子的長度與直徑之比大于一千,故有較好的可塑性和高彈性。高彈性是高聚物的性能。此外,溶解性、熔融性、溶液的行為和結(jié)晶性等方面和低分子也有很大的差別。
高分子的分子結(jié)構(gòu)可以分為兩種基本類型:種是線型結(jié)構(gòu),具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合物稱為線型高分子化合物。第二種是體型結(jié)構(gòu),具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合物稱為體型高分子化合物。此外,有些高分子是帶有支鏈的,稱為支鏈高分子,也屬于線型結(jié)構(gòu)范疇。有些高分子雖然分子鏈間有交聯(lián),但交聯(lián)較少,這種結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),屬體型結(jié)構(gòu)范疇。
兩種不同的結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出相反的性能。線型結(jié)構(gòu)(包括支鏈結(jié)構(gòu))高聚物由于有立的分子存在,故具有彈性、可塑性,在溶劑中能溶解,加熱能熔融,硬度和脆性較小的特點。體型結(jié)構(gòu)高聚物由于沒有立大分子存在,故沒有彈性和可塑性,不能溶解和熔融,只能溶脹,硬度和脆性較大。因此從結(jié)構(gòu)上看,橡膠只能是線型結(jié)構(gòu)或交聯(lián)很少的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子,纖維也只能是線型的高分子,而塑料則兩種結(jié)構(gòu)的高分子都有。
縮聚反應指具有兩個或兩個以上官能團的單體,相互縮合并產(chǎn)生小分子副產(chǎn)物(水、醇、氨、鹵化氫等)而生成高分子化合物的聚合反應。