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山东化学化工学会

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质料科学讲座

来源:http://www.sdscci.org.cn   发布时间:2017-09-15 13:59   发布人:山东化学化工学会

   一.合成高分子质料

  从20世纪初人工合成第一个高聚物——酚醛树脂并投入家产化出产以来,人们开始了有关高分子的理论研究,跟着科学技能的不绝成长,高分子科学逐渐成为了一门独立的学科。固然合成高分子家产汗青这样短暂,但其成长是十分迅速的。人们常称之为“三大合成质料”的合成塑料、合成橡胶和合成纤维已渗透到百姓经济的各个部分,成为四化建树不行缺少的质料。

  1 高聚物的范例与特点

  (1).线型、支化和交联高聚物

  高聚物(也叫高分子)是由一种或几种简朴的低分子化合物(简称单体)聚合而成的分子量很大的物质。譬喻聚乙烯,它是由单体乙烯聚合而成的:

  

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  聚乙烯凡是称作线型或叫直链聚合物。这是因为它含有长的碳-碳链的原因。可是这个名称并不十分妥当,因为碳链上的碳原子是以sp3杂化轨道相互成键,因此碳-碳主链不行能呈直线。碳链不为直线的更重要的原因是跟着碳原子数的增多,碳链自己弯曲成无规的布局形式,如图8-14(a)。]

  

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  支化高聚物是指在主链上有一些短的支链段,如图8-14(b),要使这种高聚物有法则的分列就较坚苦。因此,支化高聚物的结晶水平随支化的增加而低落,因而导致它们的物性也有差别。譬喻,由于聚合工艺的差异,聚乙烯可分为高密度聚乙烯和低密度聚乙烯。在Ziegler-Natta催化剂浸染下,聚合压力较低(0.2~1.5MPa),所获得的是支化少的线型聚乙烯,它易于结晶,所以密度大,因此叫高密度聚乙烯(也叫低压聚乙烯)。当由自由基激发加聚时,聚合压力高(约150MPa),获得的是支化度较高、结晶度较小的低密度聚乙烯(也叫高压聚乙烯)。这两种聚乙烯机能差别见表8-8。

  交联高聚物(也叫体型高聚物)可以看作很多线型或支链型大分子由化学键毗连而成的体型布局(图8-14(c))。很多大分子键合在一起,形成一个整体,已无单个大分子可言。

  表8-8 高压聚乙烯与低压聚乙烯机能较量

  机能

  高压聚乙烯

  低压聚乙烯

  密度/g·cm-3

  0.91~0.93

  0.94~0.96

  熔点/℃

  105~110

  125~130

  结晶度

  55%~65%

  80%~90%

  膜拉伸强度/MPa

  24

  43

  断裂伸长率

  50%~60%

  5%~400%

  用途

  薄膜

  瓶、管、棒等

  线型和支化的聚合物一般是热塑性的,加热时能活动,并能塑制成必然的形状。常见的热塑性高聚物如聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)以及聚酰胺(尼龙)等。轻度交联的高聚物为网状布局,受热时可以软化,但不熔融。适当的溶剂可使其溶胀,但不溶解。很多生橡胶,如天然橡胶和丁苯橡胶等,加工前都是高分子量的线型聚合物,加工时,由于插手适当助剂(如硫),才使之交联成为体型聚合物。由于交联水平浅,故保持有精采的高弹性。尚有一些聚合物,如酚醛、脲醛及醇酸等树脂,在树脂合成阶段,需节制原料比和回响水平,使之逗留在线型或少量支化的低分子阶段上。在成型加工阶段,经加热再使个中潜在的活性基因继承回响成体型布局,聚合物因而固化;继承加热不再塑化,这种行为称热固性。一般交联度愈高,高聚物变得愈刚硬、尺寸愈不变。

  (2).均聚物与共聚物

  由一种单体聚合而成的聚合物叫均聚物,如聚乙烯。由两种或两种以上的单体聚合而成的聚合物叫共聚物,如丁苯橡胶和丁腈橡胶等。在共聚物中,凭据单体的漫衍环境可分:无规共聚、瓜代共聚、嵌段共聚和接枝共聚等:

  

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  共聚物的分子链包括一种以上单体,单体的布局、相对数量以及分列方法抉择了共聚物的机能。因此,通过共聚可制得一系列差异机能的产品。譬喻聚苯乙烯,由于主链上有相当密度的苯基侧基,阻碍了主链碳的内旋转,大分子的柔顺性差,质脆,内应力大,不耐攻击,软化点低(约80℃),在滚水下变形,限制了它的应用。可通过共聚使其改性。如用丙烯腈与苯乙烯共聚,可制得AS树脂,它的抗攻击性,耐应力开裂等均较聚苯乙烯好。

  

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  又如,用75%的丁二烯与25%的苯乙烯共聚,制成丁苯橡胶(SBR),这是合成橡胶中最大的品种,具有较好的耐磨性和耐老化性:

  

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