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聚合物

聚合物又稱加聚物。由一種單體經(jīng)聚合(加聚)反應(yīng)而成的產(chǎn)物。分子具有重復(fù)的結(jié)構(gòu)單位。分子量低的稱低聚物，如三聚甲醛等。分子量高的，達(dá)幾千甚至幾百萬(wàn)的稱高聚物或高分子化合物。高聚物有天然產(chǎn)物和人工合成的兩類。天然高聚物，如蛋白質(zhì)是氨基酸的聚合物、淀粉和纖維素是環(huán)狀多羥基的聚合物(糖類)等，又稱生物高聚物。它們大多可被生物降解，短期內(nèi)可能會(huì)造成水體生物需氧量的遞增，在厭氧條件下會(huì)分解產(chǎn)生氨、硫化氫和甲烷等污染物，但不致引起長(zhǎng)期的環(huán)境影響。合成高聚物的種類繁多，制品應(yīng)用很廣，如聚氯乙烯和聚苯乙烯塑料、樹(shù)脂、聚酯及橡膠等。它們是難降解物質(zhì)。在環(huán)境中會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在造成大量廢品垃圾，其中的增塑劑會(huì)蒸發(fā)出來(lái)污染環(huán)境，影響人體健康。聚合物的單體大多從石油中得來(lái)，許多是有毒有害物質(zhì)，如氯乙烯為致癌物?，F(xiàn)今，人們?cè)谘兄聘鞣N聚合物的含氧化物、含過(guò)氧化氫化合物及含羰基的化合物。這種高聚物在陽(yáng)光照射下會(huì)光解成低分子的有機(jī)物并能被生物進(jìn)一步降解而成無(wú)害物，使它不會(huì)污染環(huán)境。
高分子聚合物是由一種或幾種結(jié)構(gòu)單元主要以共價(jià)鍵連接起來(lái)的高分子量的化合物，也稱高聚物、高分子化合物、大分子化合物等。例如，聚乙烯[—CH2—CH2—]n，尼龍6[—NH(CH2)5CO—]n，它們的結(jié)構(gòu)單元分別為—CH2—CH2—，—NH(CH2)5CO—，聚合度為n。
由于分子量很高(通常為104～106) ，故顯示許多特殊的性能，如較難溶，甚至不溶; 溶解先溶脹; 溶液粘度比相等濃度的小分子溶液高得多; 分子間作用力大，通常只能呈粘稠的液態(tài)或固態(tài)，不能氣化; 固體具有一定力學(xué)強(qiáng)度，能抽絲，可拉膜。聚合物由長(zhǎng)短不一的許多大分子鏈組成，這一特性稱為分子量的多分散性，可用分子量分布來(lái)描述它的多分散性。通常所說(shuō)的聚合物的分子量是平均值。根據(jù)統(tǒng)計(jì)平均方法不同，有數(shù)均分子量[等于高聚物的總質(zhì)量(以g為單位)除以所含各種分子量分子的總物質(zhì)的量，以表示Mm]、質(zhì)均分子量 (等于高聚物的各種分子量的分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其相應(yīng)的分子量乘積的總和，以Mm表示) 等。Mm/Mm稱多分散系數(shù)，用來(lái)衡量分子量分布的寬窄。多分散系數(shù)越大，分子量分布越寬，分散程度越大。
高分子聚合物的性質(zhì)在很大程度上還決定于分子鏈的形狀。根據(jù)分子鏈的形狀不同，可分為線型、球型、網(wǎng)型和體型幾種結(jié)構(gòu)。
線型結(jié)構(gòu)高分子聚合物的主鏈原子，常排列成一長(zhǎng)鏈形狀，在長(zhǎng)鏈上接有或多或少長(zhǎng)短不一的支鏈。這類結(jié)構(gòu)的高聚物受熱時(shí)，往往可以熔化，也能溶于特定的有機(jī)溶劑，具有形成晶體的可能性，并可用人工定向。由于其中少量支鏈?zhǔn)狗肿娱g距增大，結(jié)構(gòu)變松，從而機(jī)械強(qiáng)度降低，溶解能力和可塑性增高。常用的這類高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、橡膠等。
球型結(jié)構(gòu)高分子聚合物的主鏈也是長(zhǎng)鏈形狀，但帶有大量的支鏈，并圍繞在主鏈的四周，使分子成為球狀。其強(qiáng)度和彈性都不及線型結(jié)構(gòu)高，無(wú)顯著的熔點(diǎn)，但具有良好溶解性能。酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等反應(yīng)過(guò)程的中間產(chǎn)物均屬這類結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)型結(jié)構(gòu)高分子聚合物的主鏈也是長(zhǎng)鏈形狀，但為橫跨鍵所交聯(lián)成為網(wǎng)狀。它在高溫下不熔化，但能變軟具有塑性;在有機(jī)熔劑中不溶解，但能膨脹，硫化橡膠即屬于這類高分子。
體型結(jié)構(gòu)高分子聚合物以長(zhǎng)鏈為主鏈，在三維空間與其它許多分子發(fā)生交聯(lián)而成，但在單體聚合過(guò)程中，也能逐步交聯(lián)而形成。體型結(jié)構(gòu)的高聚物質(zhì)硬而脆，在高溫中既不熔化，也無(wú)可塑性，在有機(jī)溶劑中不能溶解。酚醛、胺醛、環(huán)氧及聚酯等樹(shù)脂的最終產(chǎn)物均屬于此結(jié)構(gòu)。
我們可從不同角度給聚合物分類。按性質(zhì)和用途分為化學(xué)纖維、塑料、橡膠、涂料和粘合劑; 按合成反應(yīng)的名稱分為加成聚合物(如聚乙烯、聚丙烯等)、縮合聚合物(如聚酯、聚酰胺等)、開(kāi)環(huán)聚合物(如聚醚等)等; 按來(lái)源分為天然聚合物 (如淀粉、纖維素等)、合成聚合物(如烯類聚合物等)、半合成聚合物(如醋酸纖維素等); 按主鏈元素組成分為碳鏈聚合物(主鏈主要由碳原子構(gòu)成)、雜鏈聚合物(主鏈除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子)、元素有機(jī)聚合物(主鏈主要由硼、硅、鋁、氧、氮、硫、磷等原子組成，側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)如甲基、乙基等); 按應(yīng)用功能分為通用高分子、功能高分子等。
聚合物的使用指標(biāo)主要有強(qiáng)度、硬度、耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性、耐溶劑性、透光性、氣密性、電絕緣性等。聚合物的密度小，比同體積的鋼鐵小得多; 有的具有導(dǎo)電性、磁性，有的耐高溫、耐低溫、耐輻射; 有的有良好的氣密性、透光性等。廣泛用于醫(yī)療、導(dǎo)電、耐熱、建筑、包裝材料、塑料等方面。
聚合物的生產(chǎn)方法有本體聚合(包括熔融聚合，是單體在引發(fā)劑或光、熱、輻射作用下，一般不加其他介質(zhì)進(jìn)行的聚合)、溶液聚合(單體、引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶液中的聚合)、乳液聚合 (在攪拌和乳化劑作用下，使單體分散在水中呈乳狀液進(jìn)行聚合)、懸浮聚合(在攪拌和分散劑作用下，單體分散成單體液滴，懸浮于水進(jìn)行聚合)等，根據(jù)使用要求不同，可采用不同的聚合方法。

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