合成高分子材料的结构特征分析

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：高分子材料常由特定的结构单元多次重复组成。链节相对分子质量与聚合度的乘积即为高分子的相对分子质量。高分子的相对分子质量则是指混合物的统计平均相对分子质量。相对分子质量是衡量高分子性能的一个重要结构参数，相对分子质量只有达到一定数值时，高分子材料表现出作为固体材料使用时应有的力学性能。加聚反应，是单体在引发剂、光、热等作用下，加成聚合起来形成为大分子的反应。

高分子材料（以下简称高分子）常由特定的结构单元多次重复组成。这些特定的结构单元称为链节。链节重复的次数n称为聚合度。链节相对分子质量与聚合度的乘积即为高分子的相对分子质量。

一般来说，在高分子中，链节可能是相同的，而聚合度往往不是一个固定的数值，因此，高分子是由链节相同而聚合度不同的化合物的混合物所组成的。高分子的相对分子质量则是指混合物的统计平均相对分子质量。相对分子质量是衡量高分子性能的一个重要结构参数，相对分子质量只有达到一定数值时，高分子材料表现出作为固体材料使用时应有的力学性能。所以，高分子的相对分子质量一般都要大于10000。

高分子合成的化学反应，主要有加聚反应和缩聚反应两种。

加聚反应，是单体在引发剂、光、热等作用下，加成聚合起来形成为大分子的反应。当只有一种单体时，加聚反应所得为均聚物，如由乙烯单体加聚反应得到聚乙烯。有两种或两种以上单体时，加聚反应生成共聚物。由于共聚物是由几种单体聚合而成，它可以把每个单体的性质带到共聚物中来，从而得到更为优越的高聚物。如SBS树脂是苯乙烯、丁二烯、苯乙烯的嵌段共聚物，它在高温下具有塑料性质，便于加工，在常温下具有橡胶的性质，有良好的弹性。

缩聚反应，是由两种或两种以上具有可反应官能团（—OH、—COOH、—NH₂等）的单体，在催化剂作用下结合成大分子，并同时放出低分子副产物质（如H₂O、HCl、NH₃等）的反应。如由苯酚、甲醛缩聚而成的酚醛树脂。

高分子的结构具有以下特点：

1.独特的链结构

高分子都具有由很大数目（10³～10⁵数量级）的结构单元组成的长链结构。每一长链中的结构单元相当于一个小分子，这些结构单元可以是一种（均聚物），也可以是几种（共聚物），它们以共价键相连接，形成线型分子、支化分子、网状分子。

2.高分子链具有柔顺性

一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度，结构单元的相对转动可使分子链弯曲而具有柔性。当化学键不能作内旋转，或结构单元有强烈的相互作用，制约了结构单元的相对运动，这时则形成具有一定形状的刚性链。

3.高分子结构具有多分散性

高分子合成反应是一个随机过程，即使在相同的反应条件下，反应产物中各分子的相对分子质量、单体单元的键合顺序、空间构型的规整度、支化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构等都存在着或多或少的差异。

4.高分子聚集态结构具有复杂性

高分子的聚集态有晶态和非晶态之分，高分子的晶态比小分子晶态的有序程度差，存在很多缺陷。高分子的非晶态却比小分子液态有序程度高。高分子链的空间形状可以是卷曲的、折叠的、伸直的和螺旋状的。另外，要使高分子加工成有用的材料，往往需要在其中加入填料、各种助剂、色料等多种添加剂，有时用两种或两种以上的高分子共混改性，可能形成多种多样的微观相结构，复杂的聚集态结构决定高分子材料的使用性能。

高分子材料的性能是其内部结构的具体反映，掌握了高聚物的结构与性能之间的关系，就可为正确选择、合理使用高分子材料、改善高分子材料的性能以及合成具有预期性能的高聚物提供理论依据。

合成高分子材料的结构特征分析

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