第8章有機(jī)高分子化合物

1、第第8 8章章 有機(jī)高分子化合物有機(jī)高分子化合物高分子化合物的結(jié)構(gòu)和基本特性高分子化合物的結(jié)構(gòu)和基本特性常見高分子材料簡介常見高分子材料簡介高分子化合物是由一類相對分子質(zhì)量很高的分子聚集而成的化合物，高分子化合物是由一類相對分子質(zhì)量很高的分子聚集而成的化合物，也稱為高分子、大分子等。一般把相對分子質(zhì)量高于也稱為高分子、大分子等。一般把相對分子質(zhì)量高于10 00010 000的分子稱為高的分子稱為高分子。由于高分子多是由小分子通過聚合反應(yīng)而制得的，因此也常分子。由于高分子多是由小分子通過聚合反應(yīng)而制得的，因此也常被稱為聚合物或高聚物，用于聚合的小分子則被稱為被稱為聚合物或高聚物，用于聚合的小分子

2、則被稱為“單體單體”。有機(jī)高分子化合物可以分為天然有機(jī)高分子化合物（如有機(jī)高分子化合物可以分為天然有機(jī)高分子化合物（如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、天然橡膠等）和合成有機(jī)高分子化淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、天然橡膠等）和合成有機(jī)高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等）。合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等）。8.1 8.1 高分子化合物的結(jié)構(gòu)和基本特性高分子化合物的結(jié)構(gòu)和基本特性高分子的相對分子質(zhì)量很大，如淀粉相對分子質(zhì)量由高分子的相對分子質(zhì)量很大，如淀粉相對分子質(zhì)量由幾萬到幾十萬不等，核蛋白相對分子質(zhì)量可達(dá)幾千萬，但幾萬到幾十萬不等，核蛋白相對分子質(zhì)量可達(dá)幾千萬，但它們的化學(xué)組成和分子構(gòu)造并不復(fù)雜，都是由特定的結(jié)構(gòu)它們

3、的化學(xué)組成和分子構(gòu)造并不復(fù)雜，都是由特定的結(jié)構(gòu)小單元通過共價(jià)鍵經(jīng)多次重復(fù)連接而成。例如，聚乙烯分小單元通過共價(jià)鍵經(jīng)多次重復(fù)連接而成。例如，聚乙烯分子是由成千上萬個(gè)結(jié)構(gòu)單元子是由成千上萬個(gè)結(jié)構(gòu)單元“CH2CH2”相互連接而成相互連接而成的。我們把這種特定的結(jié)構(gòu)單元叫做高分子的的。我們把這種特定的結(jié)構(gòu)單元叫做高分子的鏈節(jié)鏈節(jié)。每個(gè)。每個(gè)高分子中鏈節(jié)的數(shù)目叫做高分子中鏈節(jié)的數(shù)目叫做聚合度聚合度，用，用n n表示。表示。高分子化合物的原子間、鏈節(jié)間是以共價(jià)鍵結(jié)合的。高分子化合物的原子間、鏈節(jié)間是以共價(jià)鍵結(jié)合的。這些鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，所以高分子是蜷曲的長鏈，高分子這些鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，所以高分子是蜷曲的長鏈

4、，高分子所特有的高彈性就證明了這一點(diǎn)。所特有的高彈性就證明了這一點(diǎn)。8.1.1 8.1.1 高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)分為有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)分為線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu)和和體型（網(wǎng)狀）結(jié)構(gòu)體型（網(wǎng)狀）結(jié)構(gòu)兩種：兩種：線型結(jié)構(gòu)高分子化合物各鏈節(jié)連成一條長鏈，即為線型鏈狀結(jié)構(gòu)（直鏈或帶線型結(jié)構(gòu)高分子化合物各鏈節(jié)連成一條長鏈，即為線型鏈狀結(jié)構(gòu)（直鏈或帶支鏈），淀粉、纖維素和聚乙烯等都屬于這種結(jié)構(gòu)。它們的分子間主要是靠分子支鏈），淀粉、纖維素和聚乙烯等都屬于這種結(jié)構(gòu)。它們的分子間主要是靠分子間作用力結(jié)合。其強(qiáng)度是化學(xué)鍵和分子間力的共同表現(xiàn)；因此相對分子質(zhì)量越大，間作

5、用力結(jié)合。其強(qiáng)度是化學(xué)鍵和分子間力的共同表現(xiàn)；因此相對分子質(zhì)量越大，鏈越長，這些作用力也越大。這是它們不同于小分子物質(zhì)的特點(diǎn)。鏈越長，這些作用力也越大。這是它們不同于小分子物質(zhì)的特點(diǎn)。體型結(jié)構(gòu)（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）是由帶有支鏈的線型高分子之間相互交聯(lián)形成的立體體型結(jié)構(gòu)（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）是由帶有支鏈的線型高分子之間相互交聯(lián)形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為鏈上有能夠反應(yīng)的官能團(tuán)。高分子鏈之間除分子間力網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為鏈上有能夠反應(yīng)的官能團(tuán)。高分子鏈之間除分子間力外，還可以產(chǎn)生化學(xué)鍵（產(chǎn)生交聯(lián)），因而使得這類化合物具有強(qiáng)度高、耐磨和外，還可以產(chǎn)生化學(xué)鍵（產(chǎn)生交聯(lián)），因而使得這類化合物具有強(qiáng)度高、耐磨和不易

6、溶解等不同于線型結(jié)構(gòu)高分子的性質(zhì)。不易溶解等不同于線型結(jié)構(gòu)高分子的性質(zhì)。8.1.2 8.1.2 高分子化合物的基本特性高分子化合物的基本特性高分子由于其相對分子質(zhì)量很大，通常都處于固體或凝膠狀態(tài)，有較好的機(jī)械強(qiáng)度；又由高分子由于其相對分子質(zhì)量很大，通常都處于固體或凝膠狀態(tài)，有較好的機(jī)械強(qiáng)度；又由于其分子是由共價(jià)鍵結(jié)合而成的，故有較好的絕緣性和耐腐蝕性能；由于其分子鏈很長，分子于其分子是由共價(jià)鍵結(jié)合而成的，故有較好的絕緣性和耐腐蝕性能；由于其分子鏈很長，分子的長度與直徑之比大于的長度與直徑之比大于10001000，故有較好的可塑性和高彈性。其中，高彈性是高聚物獨(dú)有的性能。，故有較好的可塑性和高彈

7、性。其中，高彈性是高聚物獨(dú)有的性能。此外，高分子化合物的溶解性、熔融性和結(jié)晶性等方面和低分子也有很大的差別。一般來說，此外，高分子化合物的溶解性、熔融性和結(jié)晶性等方面和低分子也有很大的差別。一般來說，高分子的分散性越大，性能越差。高分子的分散性越大，性能越差。通常使用的高分子材料，是由高分子化合物加入各種通常使用的高分子材料，是由高分子化合物加入各種添加劑形成的，基本性能取決于所含高分子化合物的性質(zhì)，添加劑形成的，基本性能取決于所含高分子化合物的性質(zhì)，各種添加劑的作用在于更好地發(fā)揮、保持和改進(jìn)高分子化各種添加劑的作用在于更好地發(fā)揮、保持和改進(jìn)高分子化合物的性能，以滿足不同的需要。合物的性能，以

8、滿足不同的需要。 8 8.2 .2 常見高分子材料簡介常見高分子材料簡介高分子合成工業(yè)是一門新興工業(yè)。合成高分子材料的高分子合成工業(yè)是一門新興工業(yè)。合成高分子材料的種類很多，按照用途和性能，可以分為種類很多，按照用途和性能，可以分為高分子材料高分子材料、功能功能高分子材料高分子材料和和復(fù)合材料復(fù)合材料。通常使用的高分子合成材料主要。通常使用的高分子合成材料主要有有塑料塑料、合成纖維合成纖維以及以及合成橡膠合成橡膠三大類，它們被稱為三大三大類，它們被稱為三大合成材料。合成材料。8.2.1 8.2.1 塑料塑料日常生活中，我們經(jīng)常接觸的塑料制品有很多，如塑料袋、餐盒和飲料瓶等。塑料是指在日常生活中

9、，我們經(jīng)常接觸的塑料制品有很多，如塑料袋、餐盒和飲料瓶等。塑料是指在一定溫度和壓力下，添加輔料后能在成型中塑制成一定形狀的高分子材料。一定溫度和壓力下，添加輔料后能在成型中塑制成一定形狀的高分子材料。塑料的主要成分是合成樹脂（樹脂約占塑料總重量的塑料的主要成分是合成樹脂（樹脂約占塑料總重量的40%40%100%100%），另外還有根據(jù)需要加入），另外還有根據(jù)需要加入的具有某些特定用途的添加劑，如防止塑料老化的防老化劑，提高塑料塑性的增塑劑等。塑料的具有某些特定用途的添加劑，如防止塑料老化的防老化劑，提高塑料塑性的增塑劑等。塑料的基本性能主要取決于樹脂的本性，但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本

10、上是由合成樹脂的基本性能主要取決于樹脂的本性，但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本上是由合成樹脂所組成，不含或含少量添加劑，如有機(jī)玻璃、聚苯乙烯等。所組成，不含或含少量添加劑，如有機(jī)玻璃、聚苯乙烯等。塑料的種類很多，用途也各不相同。根據(jù)受熱時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)，可以把它們分為塑料的種類很多，用途也各不相同。根據(jù)受熱時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)，可以把它們分為熱塑性塑熱塑性塑料（線型高分子）料（線型高分子）和和熱固性塑料（體型高分子）熱固性塑料（體型高分子）兩大類。熱塑性塑料受熱軟化，可以塑制成一兩大類。熱塑性塑料受熱軟化，可以塑制成一定形狀，冷卻后變硬；再加熱仍可以軟化，再冷卻后又會變硬。熱固性塑料初次受熱時(shí)變軟

11、，定形狀，冷卻后變硬；再加熱仍可以軟化，再冷卻后又會變硬。熱固性塑料初次受熱時(shí)變軟，可以塑制成一定形狀，但硬化定型后再加熱就不會再軟化。可以塑制成一定形狀，但硬化定型后再加熱就不會再軟化。名稱性能用途聚乙烯電絕緣性好，耐寒、耐化學(xué)腐蝕，無毒；耐熱性差，耐老化性差；不宜接觸煤油、汽油，制成的器皿不宜長時(shí)間存放食油、飲料可制作日常用品、管道、絕緣材料和防輻射衣物等；制成薄膜，可做食品、藥物的包裝材料聚丙烯電絕緣性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，耐化學(xué)腐蝕；耐油性差，低溫發(fā)脆，易老化制薄膜、日常用品和管道等聚氯乙烯電絕緣性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐有機(jī)溶劑，耐磨，抗水性好；透氣性差，熱穩(wěn)定性差，遇冷變硬；制成的薄膜不宜

12、用來包裝食品硬聚氯乙烯可用于制作管道、絕緣材料等。軟聚氯乙烯可用于制作薄膜、電線外皮、軟管、日常用品等名稱性能用途聚苯乙烯電絕緣性能好，透光性好，耐水、耐化學(xué)腐蝕，無毒；室溫下硬、脆，溫度較高時(shí)變軟制高頻絕緣材料，電視、雷達(dá)部件，汽車、飛機(jī)零件，醫(yī)療衛(wèi)生用具，日常用品及離子交換樹脂等聚四氟乙烯電絕緣性好，耐高溫、低溫，耐化學(xué)腐蝕；加工困難用于電氣、航空、化學(xué)、冷凍和醫(yī)藥等工業(yè)耐腐蝕、耐高溫、耐低溫的制品聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）透光性好，質(zhì)輕，耐水，耐酸堿，易加工，不易破裂；耐磨性較差，能溶于有機(jī)溶劑用于制飛機(jī)、汽車用玻璃，光學(xué)儀器、日常用品等酚醛樹脂電絕緣性能好，耐熱、抗水，能被強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐

13、蝕用于制電工器材、儀表外殼和日常生活用品等環(huán)氧樹脂電絕緣性能好，高度黏合力，加工工藝性好，耐化學(xué)腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐熱性好廣泛用于黏合劑，做層壓材料、機(jī)械零件等；用玻璃纖維復(fù)合制成的增強(qiáng)塑料用于宇航等領(lǐng)域脲醛塑料絕緣性、染色性和抗霉性都好，但耐熱性差用于制器皿、日常生活用品、玩具和裝飾材料等；制成泡沫后可作隔熱材料用8.2.2 8.2.2 合成纖維合成纖維合成纖維是由一些本身并不含有纖維素或蛋白質(zhì)的物質(zhì)如石油、煤、天然氣、石灰石或農(nóng)合成纖維是由一些本身并不含有纖維素或蛋白質(zhì)的物質(zhì)如石油、煤、天然氣、石灰石或農(nóng)副產(chǎn)品，先合成單位，再用化學(xué)合成與機(jī)械加工的方法制成。副產(chǎn)品，先合成單位，再用化學(xué)合成

14、與機(jī)械加工的方法制成。合成纖維除具有化學(xué)纖維的一般優(yōu)越性能，如強(qiáng)度高、質(zhì)輕、易洗快干、彈性好和不怕霉合成纖維除具有化學(xué)纖維的一般優(yōu)越性能，如強(qiáng)度高、質(zhì)輕、易洗快干、彈性好和不怕霉蛀等外，不同品種的合成纖維還各具有某些獨(dú)特性能，用它們做成的衣服美觀大方，結(jié)實(shí)耐穿。蛀等外，不同品種的合成纖維還各具有某些獨(dú)特性能，用它們做成的衣服美觀大方，結(jié)實(shí)耐穿。合成纖維在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和尖端技術(shù)等方面都有十分重要的用途，下圖為用合成纖維制成合成纖維在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和尖端技術(shù)等方面都有十分重要的用途，下圖為用合成纖維制成的布料和吊環(huán)帶。的布料和吊環(huán)帶。名稱性能用途聚對苯二甲酸乙二醇酯（滌綸或的確良）易洗、易干

15、，抗折皺性強(qiáng)；耐堿、耐磨、耐氧化；不耐濃堿，染色性較差制衣料織品、電絕緣材料、運(yùn)輸帶、漁網(wǎng)繩索、人造血管和輪胎簾子線等聚丙烯腈（腈綸或人造毛）比羊毛輕而結(jié)實(shí)，耐光性、耐酸性、彈性和保暖性都好；不易染色，耐堿性差制衣料織品、工業(yè)用布、毛毯、濾布、幕布等聚己內(nèi)酰胺（錦綸）比棉花輕，強(qiáng)度高，彈性、耐磨性、耐堿性和染色性好；不耐濃酸，耐光性差制衣料織品、漁網(wǎng)、繩索、降落傘和輪胎簾子線等聚氯乙烯（氯綸）保暖性、難燃性、電絕緣性好，耐化學(xué)腐蝕；耐光性、耐熱性、染色性差制針織品、工作服、毛毯、絨線、濾布、漁網(wǎng)和帆布等聚丙烯（丙綸）機(jī)械強(qiáng)度高，電絕緣性好；耐磨、耐水、耐化學(xué)腐蝕；耐熱性、耐光性和染色性差制降落

16、傘、繩索、濾布、網(wǎng)具、工作服、帆布和地毯等聚乙烯機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕性好；染色性和耐熱性較差制漁網(wǎng)、繩索及耐酸堿的織物等聚乙烯醇縮甲醛（維尼綸）柔軟，吸濕性、耐光性、耐磨性、耐腐蝕性和保暖性都好；耐水性不夠好，染色性較差制衣料、桌布、窗簾、濾布、炮衣、糧食袋等8.2.3 8.2.3 合成橡膠合成橡膠橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后又能恢復(fù)原狀。這是橡膠區(qū)別于塑料、纖維等其他高分子材料的能產(chǎn)生較大形變，除去外力后又能恢復(fù)原狀。這是橡膠區(qū)別于塑料、纖維等其他高分子材料的主要標(biāo)志。主要標(biāo)志。橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質(zhì)橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質(zhì)后加工制成的；合成橡膠則是由相對分子質(zhì)量較小的二烯烴或烯烴作為單體經(jīng)聚合反應(yīng)而制得后加工制成