什么是高分子化工
高分子化合物及以其为基础的复合或共混材料的制备和成品制造工业。包括塑料工业、合成橡胶工业、橡胶工业、化学纤维工业、涂料工业和胶粘剂工业。由于原料来源丰富、制造方便、加工简易、品种多并具有为天然产物所没有或较天然产物更为优越的性能,高分子化工已成为发展速度最快的化学工业部门之一。
高分子化学工业的简称,为高分子化合物(简称高分子)及以其为基础的复合或共混材料的制备和成品制造工业。按材料和产品的用途分类,高分子化工包括的行业有塑料工业、合成橡胶工业、橡胶工业、化学纤维工业,也包括涂料工业和胶粘剂工业。由于原料来源丰富、制造方便、加工简易、品种多并具有为天然产物所无或较[2]天然产物更为卓越的性能,高分子化工已成为发展速度最快的化学工业部门之一。
高分子化工经历了对天然高分子的利用和加工;对天然高分子的改性;以煤化工为基础生产基本有机原料和以大规模的石油化工为基础生产烯烃和双烯烃为原料合成高分子4个阶段。高分子化工是新兴的合成材料工业。多数聚合物(或称树脂)需要经过成型加工才能制成产品。热塑性树脂的加工成型方法有挤出、注射成型、压延、吹塑和热成型等;热固性树脂加工的方法一般采用模压或传递模塑,也用注射成型。将橡胶制成橡胶制品需要经过塑炼、混炼、压延或挤出成型和硫化等基本工序。化学纤维的纺丝包括纺丝熔体或溶液的制备、纤维成形和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。高分子合成工业的原料,在相当长时间内,仍将以石油为主。在功能高分子材料方面,特别是在高分子分离膜、感光高分子材料、光导纤维、高分子液晶、超电导高分子材料、医用高分子材料、仿生高分子材料等方面的应用、研究、开发工作将更加活跃。 高分子化工的应用与发展:
19世纪以前人类主要是利用天然高分子化合物,如棉花、亚麻、羊毛、蚕丝纤维、玻璃、水泥、皮革、纸、天然橡胶、古塔波胶、巴拉塔树胶、虫胶等。19世纪中期人类开始对天然高聚物开始进行改性,如橡胶硫化、纤维素硝化等。20世纪初开始人工合成高分子化合物,如1907年建成的酚醛树脂生产装置、醋酸纤维溶液生产装置,及其以后相继建成的玻璃纸、尿醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等装置。目前高分子化工处于高速发展时期,无论从单体原料、高聚物性能、生产工艺等方面都有巨大突破,实现了生产技术现代化、产品多样化和新型化。未来高分子化工将探索新的聚合技术和材料改性技术。 高分子化工包括高分子化合物聚合工艺和高分子材料加工工艺两部分。高分子聚合工艺就是将基本有机合成工业生产的小分子化合物(单体),经过聚合反应(包括缩聚反应等)合成为高分子化合物的生产工艺。目前工业生产方法主要有连锁聚合(本体聚合、乳液聚合、、悬浮聚合、溶液聚合等)和逐步聚合(熔融缩聚、溶液缩聚、固相缩聚、界面缩聚、乳液缩聚等)。主要产品分为合成塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、黏合剂和离子交换树脂、高分子分离膜、高分子磁性材料、光功能高分子材料、高分子复合材料等。 高分子的结构特点:
高分子是由许许多多结构单元组成的,每一结构单元相当于一个小分子,相互间以化学键连接
高分子的分子量很大且有多分散性
高分子主链有一定的内旋转自由度,从而赋予主链一定的柔性,由于分子热运动,链的形状不断改变
结构单元间的Van de walls力非常重要
交联可以使高分子的性能发生很大变化 高分子的聚集态有晶态和非晶态之分,晶态比小分子的有序度低,非晶态比小分子的有序度高
? 高分子各结构层次之间既有区别又有联系
? 高分子结构是包括各个层次的综合概念,高分子的性能也是各个层次结构对性能贡
献的综合表现
? 高分子结构层次繁多、复杂,给其性能调节和改善带来机会
– 合成:一次结构 – 加工:二、三次结构 – 配混:高次结构
碳链高分子
这类高聚物不易水解,易加工,易燃烧,易老化,耐热性较差。 杂链高分子
? 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的,因主链带极性,易水解,醇解或酸解 ? 优点:耐热性好,强度高 ? 缺点:易水解
? 这类聚合物主要用作工程塑料 元素有机高分子
主链无C,但侧基含有机取代基
这类高聚物的特点是具有无机物的热稳定性,有机物的弹性和塑性。但强度较低。 无机高分子
全部由非C原子构成
梯型聚合物
梯形聚合物的特点:热稳定性好,因为受热时链不易被打断,即使几个链断了,只要不在同一个梯格中不会降低分子量。 支化
对聚合物性能的影响:
结晶性、柔顺性、硬度、 密度、熔点等 短支链——规整性、结晶度、 密度、熔点等 长支链——主要影响溶解性能和熔体性能 交联
交联:不溶、不熔
一般使 强度 、热稳定性提高
热固性树脂、硫化橡胶均为交联高分子材料 橡胶的硫化
饱和烃类聚合物的交联
通过自由基 (如:辐射交联)
分子的立体构型不同,导致材料性能差异
生活中的高分子材料
生活中的高分子材料很多,如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料、纤维素和橡胶举例说明。 (一)塑料
塑料是一种合成高分子材料,又可称为高分子或巨分子,也是一般所俗称的塑料或树脂,可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料,由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的,它的主要成分是合成树脂。
塑料主要有以下特性:①大多数塑料质轻,化学性稳定,不会锈蚀;②耐冲击性好;③具有较好的透明性和耐磨耗性;④绝缘性好,导热性低;⑤一般成型性、着色性好,加工成本低;⑥大部分塑料耐热性差,热膨胀率大,易燃烧;⑦尺寸稳定性差,容易变形;⑧多数塑料耐低温性差,低温下变脆;⑨容易老化;⑩某些塑料易溶于溶剂。
塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强,不与酸、碱反应。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、质轻。4、容易被塑制成不同形状。5、是良好的绝缘体。6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气,这样可以降低原油消耗。塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时,分类十分困难,而且经济上不合算。2、塑料容易燃烧,燃烧时产生有毒气体。3、塑料是由石油炼制的产品制成的,石油资源是有限的。
塑料的结构基本有两种类型:第一种是线型结构,具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物;第二种是体型结构,具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。线型结构(包括支链结构)高聚物由于有独立的分子存在,