聚合物polymer
聚合物的分類 可從不同角度對聚合物進行分類。
按主鏈元素組成分類 可分為碳鏈、雜鏈和元素有機聚合物三大類：①碳鏈聚合物的主鏈完全由碳原子構(gòu)成，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯等。它們在聚合物中占很大比例，是主要的通用聚合物，系塑料工業(yè)和橡膠工業(yè)的基礎(chǔ)。②雜鏈聚合物的主鏈除碳原子外，尚有氧、硫、氮等雜原子，如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚砜等，它們主要用作工程塑料和合成纖維。③元素有機聚合物的主鏈主要由硅、硼、鋁和氧、氮、硫、磷等原子組成，側(cè)鏈一般為有機基團如甲基、乙烯基和苯基等。如有機硅樹脂等（即聚硅氧烷）。它們主要用作耐油、耐高溫和耐燃等特種材料。主鏈和側(cè)鏈均由碳以外的元素構(gòu)成的聚合物，專稱無機聚合物。
按性質(zhì)和用途分類 可分為橡膠、化學(xué)纖維、塑料、膠粘劑和涂料，前三者通常稱為合成材料。①橡膠是彈性體，分子間次價力小（約8.4kJ/mol），在很低應(yīng)力下可發(fā)生很大的可逆形變(可達500％～1000％)，起始模量很低(＜1MPa)，但模量隨形變的發(fā)展而增大。無負荷時為無定形結(jié)構(gòu)，拉伸時晶區(qū)的熔融溫度(Tm)要低于使用溫度，玻璃化溫度很低(Tg＝－40～－110℃)。制品需經(jīng)交聯(lián)（硫化）以防止拉伸時大分子滑移，增大可逆形變。聚異戊二烯、順式-1，4-聚丁二烯和丁苯-30共聚物等都是符合上述要求的高彈性橡膠。橡膠也可進一步分為熱塑性橡膠（如SBS等）和硫化（加熱硫化）橡膠(如聚丁二烯橡膠等)。②纖維卻是次價力大(>21kJ/mol)、形變能力小(<10％～15％)、模量高(>3.5GPa)的材料，一般是結(jié)晶聚合物。成纖聚合物均為線型結(jié)構(gòu)并具有適宜的分子量，可以采用溶液或熔體紡絲，適宜的拉伸可使其力學(xué)性能進一步提高。適合于紡絲的典型聚合物有聚酯、聚酰胺和聚丙烯腈等。③塑料是以合成樹脂（在不少場合，純聚合物常稱樹脂）或化學(xué)改性的天然高分子物質(zhì)為主要成分，加入填料、增塑劑或其他添加劑，在一定溫度和壓力下能加工成型的聚合物材料，其次價力(8.7～21kJ/mol)、模量(150～3500MPa)和形變量(＜0.5％～800％)等介于橡膠和纖維之間，Tm和Tg可在很大范圍內(nèi)變化。塑料還可依合成樹脂的受熱行為進一步細分為熱塑性塑料（如聚氯乙烯、聚苯乙烯）和熱固性塑料（如酚醛樹脂、脲醛樹脂等）；也可按材料硬度或柔性分成軟塑料（如聚乙烯）和硬塑料(如酚醛樹脂、聚苯乙烯等)。除膠粘劑、涂料一般無需加工成型而可直接使用外，橡膠、化學(xué)纖維和塑料等通常須用相應(yīng)的成型方法加工成制品。
此外，還可按聚合物的來源分為天然聚合物（如纖維素、淀粉等）、合成聚合物（如氯化膦腈橡膠、各種烯類聚合物等）和半合成聚合物(如醋酸纖維素等)。按合成反應(yīng)的名稱分為加成聚合物（即加聚物）、縮合聚合物（即縮聚物）和開環(huán)聚合物等。還有按聚合物的應(yīng)用功能分為通用高分子、特殊高分子、功能高分子、仿生高分子和醫(yī)用高分子等。
聚合物結(jié)構(gòu) 大分子鏈是以結(jié)構(gòu)單元借共價鍵結(jié)合而成，許多大分子鏈通過分子間相互作用聚集成聚合物材料，因此，聚合物結(jié)構(gòu)可分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。
鏈結(jié)構(gòu) 包括重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其連接方式、結(jié)構(gòu)單元中取代基的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)、鏈的形狀和構(gòu)象等。
?、冁湽?jié)本身的結(jié)構(gòu)是由單體決定的，鏈節(jié)之間的連接方式（常稱序列結(jié)構(gòu)）對于縮聚物比較確定；若為加聚物，則單元鏈節(jié)的連接方式有頭-尾、頭-頭或尾-尾相接之分，但大多數(shù)情況下以頭-尾鍵接為主。對于由兩種（或幾種）結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物，按照各種結(jié)構(gòu)單元在共聚物鏈中的排列順序而有不同的鏈結(jié)構(gòu)。以A和B兩種單體的共聚物為例：
?、诮Y(jié)構(gòu)單元的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)可有光學(xué)異構(gòu)和順反異構(gòu)兩種立體異構(gòu)現(xiàn)象。光學(xué)異構(gòu)是由分子鏈中存有手型中心原子引起，若各手型中心的構(gòu)型相同，稱全同立構(gòu)聚合物或等規(guī)聚合物；若相鄰構(gòu)型相反并相間排列，則稱間同立構(gòu)聚合物或間規(guī)聚合物；若各手型中心無規(guī)排列，即稱無規(guī)聚合物。聚丙烯有三種光學(xué)異構(gòu)體（圖1）。
?、坻湹男螤钣芯€型、支鏈型和交聯(lián)型(體型或網(wǎng)狀)之分（圖2）。線型和支鏈型大分子彼此以次價力相互作用，可溶于適當溶劑，加熱也可熔化；交聯(lián)型可視作許多線型或支鏈型大分子由共價鍵結(jié)合的網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)，交聯(lián)度小的聚合物，加熱可軟化但不熔融，在溶劑中可溶脹但不溶解；交聯(lián)度大的則不溶解也不熔融。
聚合物的生產(chǎn) 天然聚合物多從自然界植物經(jīng)物理或化學(xué)方法制取。例如棉花幾乎是純粹的纖維素，天然橡膠是從三葉橡膠樹的膠乳加酸凝聚再熏干制得。而合成聚合物是低分子單體經(jīng)聚合或縮聚等反應(yīng)過程制得的。用于聚合物的單體要求純度高，有害雜質(zhì)的含量要限制在極低范圍內(nèi)(通常為 ppm級)。聚合物的生產(chǎn)方法有本體聚合(熔融)、懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合以及淤漿聚合等。不飽和單體的聚合可根據(jù)對聚合物的使用要求分別采用上述各種聚合方法，帶官能團的單體聚合常采用溶液或熔融聚合法。研究聚合過程的反應(yīng)工程學(xué)科分支稱為聚合反應(yīng)工程。聚合物加工成各種制品的過程，主要包括塑料加工、橡膠加工和化學(xué)纖維紡絲。三者的共性研究集中體現(xiàn)為聚合物流變學(xué)。它是在以流體力學(xué)方法研究非牛頓流體的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。對確定高分子材料的加工工藝、加工機械、加工模具有重要意義。
聚合物的性能 高彈形變和粘彈性是聚合物特有的力學(xué)性能。這些特性均與大分子的多層次結(jié)構(gòu)和大分子鏈的特殊運動方式以及聚合物的加工有密切關(guān)系。從應(yīng)用的角度，聚合物的強度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、耐溶劑性以及電絕緣性、透光性、氣密性等都是使用性能的重要指標。
?、購姸群陀捕取〕罅刻盍贤?，主要決定于聚合物分子主鏈的剛性，分子間次價力的大小，以及聚合物的結(jié)晶性和結(jié)晶度的高低。
?、谀蜔嵝浴【酆衔锸褂脺囟确秶闹匾笜恕２ＡЩ瘻囟群腿埸c分別是衡量無定形和結(jié)晶聚合物物理變形的耐熱性指標。工業(yè)上常用維卡、馬丁熱變形儀來測定聚合物的軟化溫度(TS)。無定形聚合物的TS與Tg相近，結(jié)晶聚合物的TS與Tm（熔點）相近。當無定形聚合物作塑料使用時，使用溫度的上限一般比TS低15～30℃，下限約比脆化溫度高15～30℃；作為橡膠，其使用溫度一般在高于Tf和低于Tg10～30℃之間。聚合物的熱穩(wěn)定性可用熱分解和熱降解溫度的高低來衡量。
?、勰腿軇┬浴】捎镁酆衔锖腿軇┑娜芏葏?shù) (δ)來衡量，若兩者的溶度參數(shù)相近，則聚合物可溶于該溶劑。極性聚合物如聚乙烯醇可溶于水，但不溶于汽油、苯，即有良好的耐油性；而非極性聚合物如天然橡膠、丁苯橡膠可溶于汽油和苯，但不溶于甲醇和水，也耐酸、堿腐蝕。分子中含有弱極性鍵的聚合物，如聚酰胺，難溶于一般有機溶劑，但其抗酸、堿侵蝕性較差。
?、茈娊^緣性 其衡量指標有介電常數(shù)、介電損耗和擊穿電壓等。聚乙烯、聚苯乙烯和聚四氟乙烯等非極性聚合物是優(yōu)良的高頻絕緣材料，多數(shù)聚合物皆具有較好的電絕緣性。
此外，聚合物的密度小，比同體積的鋼材輕得多；有的聚合物透明；有的氣密性好；有的具有導(dǎo)電性、半導(dǎo)體性質(zhì)、磁性、耐低溫和耐輻射等。這些優(yōu)良性質(zhì)在各有關(guān)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域里已獲得廣泛應(yīng)用。
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