組成高分子鏈的原子之間是以共價鍵相結合的,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。
塑料中的“四烯”(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯),纖維中的“四綸”(錦綸、滌綸、腈綸和維綸),橡膠中的“四膠”(丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠和乙丙橡膠)都是用途很廣的高分子材料,為通用高分子。
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。
在線型結構(包括帶有支鏈的)高分子物質(zhì)中有立的大分子存在,這類高聚物的溶劑中或在加熱熔融狀態(tài)下,大分子可以彼此分離開來。而在體形結構(分子鏈間大量交聯(lián)的)的高分子物質(zhì)中則沒有立的大分子存在,因而也沒有相對分子質(zhì)量的意義,只有交聯(lián)度的意義。交聯(lián)很少的網(wǎng)狀結構高分子物質(zhì)也可能被分離的大分子存在 。
兩種不同的結構,表現(xiàn)出相反的性能。線型結構(包括支鏈結構)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。體型結構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。因此從結構上看,橡膠只能是線型結構或交聯(lián)很少的網(wǎng)狀結構的高分子,纖維也只能是線型的高分子,而塑料則兩種結構的高分子都有。
合成高分子化合物基本的反應有兩類:一類叫縮合聚合反應(簡稱縮聚反應),另一類叫加成聚合反應(簡稱加聚反應)。這兩類合成反應的單體結構、聚合機理和具體實施方法都不同。
單體中對苯二甲酸和加聚反應是指由一種或兩種以上單體化合成高聚物的反應,在反應過程中沒有低分子物質(zhì)生成,生成的高聚物與原料物質(zhì)具有相同的化學組成,其相對分子質(zhì)量為原料相對分子質(zhì)量的整數(shù)倍,僅由一種單體發(fā)生的加聚反應稱為均聚反應。例如,氯乙烯合成聚氯乙烯:乙二醇各有兩個官能團,生成大分子時,向兩個方向延伸,得到的是線型高分子。
線型非晶相高聚物具有三種不同的物理狀態(tài):玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。猶如低分子物質(zhì)具有三態(tài)(固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài))一樣,但是高聚物的三態(tài)和低分子的三態(tài)本質(zhì)是不同的。橡膠和聚氯乙烯等塑料都是線型非晶相高聚物,但橡膠具有很好的彈性,而塑料則表現(xiàn)出良好的硬度,其原因就是由于它們在室溫下所處的狀態(tài)不同的緣故。塑料所處的狀態(tài)是玻璃態(tài),橡膠所處的狀態(tài)是高彈態(tài),把高聚物加熱到熔融時所處的狀態(tài)就是粘流態(tài)
玻璃態(tài)的特征是形變很困難,硬度大;高彈態(tài)的特征是形變很容易,具有高彈性;粘流態(tài)的特征是形變能任意發(fā)生,具有流動性。這三種物理狀態(tài),隨著溫度的變化可互相轉化。
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