合成高分子材料

- 1 - 高分子合成技术

高分子合成技术是一种重要的化学工艺，其应用广泛，可以制备出多种功能性高分子材料，如塑料、橡胶、纤维、涂料等。本文将介绍高分子合成技术的基本原理、分类、合成方法以及应用领域等方面的知识。

一、高分子合成技术的基本原理

高分子合成技术是指将单体（也称为单体物质）通过化学反应转化为高分子的过程。单体是指可以通过化学反应形成高分子的单元分子，如乙烯、苯乙烯、丙烯酸等。高分子是由许多单体分子通过共价键连接而成的大分子，其分子量通常在几千到数百万之间。

高分子合成的基本原理是通过化学反应将单体分子连接起来，形成高分子链。这种连接方式通常是通过共价键连接，而不是通过物理吸附或静电作用连接。高分子的合成过程通常需要催化剂的参与，以促进反应的进行和提高反应速率。催化剂可以是酸、碱、金属或有机物等。

二、高分子合成技术的分类

高分子合成技术可以根据反应方式、单体种类、反应条件等多个方面进行分类。以下是常见的分类方式：

1. 反应方式：高分子合成反应可以分为自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、离子交换聚合等几种方式。其中自由基聚合是应用最广泛的一种方式，其反应速率快、反应条件温和、产物纯度高等优点，因此被广泛应用于塑料、橡胶等材料的制备中。 - 2 - 2. 单体种类：根据单体的化学结构和性质，高分子合成可以分为低聚物合成、共聚物合成、交联聚合物合成等几种方式。低聚物合成是指将单体的聚合反应停留在一定程度，形成分子量较小的聚合物。共聚物合成是指将两种或两种以上的单体进行聚合反应，形成具有不同性质的高分子。交联聚合物合成是指通过交联剂将聚合物链连接起来，形成具有强度和韧性的高分子材料。

3. 反应条件：高分子合成反应的条件包括温度、压力、催化剂种类和用量等多个方面。根据反应条件的不同，高分子合成可以分为常温聚合、高温聚合、压力聚合等几种方式。

第7章 合成高分子材料

本章学习指导

本章共2个知识点。本章的学习目标是：

⑴ 熟悉合成高分子材料的性能特点及主要的高分子材料品种；

⑵ 熟悉土木工程中合成高分子材料的主要制品及应用，包括塑料型材、管材及胶粘剂。

本章的难点是从合成高分子材料的组成来理解它的性能，正确地根据工程实际选用合适的合成高分子材料。建议在学习中通过对比来理解不同种类的高分子材料的性能及应用。

历史回顾

铝塑复合板

20世纪60年代，为满足对材料轻、薄、表面质量好，以及提高成型性能减少加工成本的要求，德国技术人员利用工字钢原理发明了铝塑复合板。铝塑复合板是以塑料为芯层，外贴铝板的三层复合板材，并在表面施加装饰材料或保护性涂层。铝塑复合板以质量轻、装饰性强、施工方便的特点，在国内外得到广泛应用。

基础知识

7.1 合成高分子材料的分子特征和性能特点

7.1.1 合成高分子材料的分子特征

7.1.2 合成高分子材料的性能特点

7.1.1 合成高分子材料的分子特征

高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为线型聚合物和体型聚合物两类，其中线型聚合物包括线型和支链型，见下图。线型结构的合成树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，并且分子间产生化学交联而固化，以后再加热不会软化，故称为热固性树脂。 聚合物的合成是将小的有机单体，通过聚合反应，连接成分子量很大的聚合物，按聚合反应方式的不同，分为加聚聚合与缩聚聚合。

聚合物分子形状示意图

7.1.2 合成高分子材料的性能特点

一般合成高分子材料有七方面的性能优点：优良的加工性能；质轻；导热系数小；化学稳定性较好；功能的可设计性强；出色的装饰性能；电绝缘性好。需说明的是，高分子材料经特殊工艺改性也可导电。

合成高分子材料有三方面的性能缺点：易老化。

可燃性。高分子材料一般属于可燃的材料，部分高分子材料燃烧时发烟，还会产生有毒气体。一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品，但其防火性仍比无机材料差。耐热性较差。使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；有的塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。

合成有机高分子材料

• 定义：

有机合成材料：常称聚合物，如聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。

• 有机合成材料的基本性质：

1、聚合物

由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常称为聚合物。例如，聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。

2、合成有机高分子材料的基本性质

①热塑性和热固性。链状结构的高分子材料(如包装食品用的聚乙烯塑料)受热到一定温度时，开始软化，直到熔化成流动的液体，冷却后变成固体，再加热可以熔化。这种性质就是热塑性。有些网状结构的高分子材料一经加工成型，受热不再熔化，因而具有热固性，例如酚醛塑料(俗称电木)等。

②强度高。高分子材料的强度一般都比较高。例如，锦纶绳(又称尼龙绳)特别结实，町用于制渔网、降落伞等。

③电绝缘性好。广泛应用于电器工业上。例如，制成电器设备零件、电线和电缆外面的绝缘层等。

④有的高分子材料还具有耐化学腐蚀、耐热、耐磨、耐油、不透水等性能，可用于某些有特殊需要的领域。但是，事物总是一分为二的，有的高分子材料也有不耐高温、易燃烧、易老化、废弃后不易分解等缺点。

• 新型有机合成材料：

1、发展方向新型有机合成材料逐渐向对环境友好的方向发展。

2、新型自机合成材料的类型

①具自光、电、磁等特殊功能的合成材料；

②隐身材料；

③复合材料等：

有机合成材料对环境的影响：

我们应该辩证地认识合成材料的利弊。

1、利：

a．弥补了天然材料的不足，大大方便了人类的生活；

b．与天然材料相比，合成材料具有许多优良性能

2、弊：

a．合成材料的急剧增加带来了诸多环境问题，如白色污染等；

b．消耗大量石油资源。

因此我们既要重视合成材料的开发和使用，更要关注由此带来的环境问题，应开发使用新型有机合成材料，提倡绿色化学。

• 三大合成材料：

（1）塑料

①塑料的成分及分类塑料的主要成分是树脂，此外还有多种添加剂，用于改变塑料制品的性能。塑料的名称是根据树脂的种类确定的。塑料有热塑性塑料和热固性塑料两大类。受热时软化，冷却后硬化，并且可以反复加工的塑料，属于热塑性塑料。热塑性塑料是链状结构的高分子材料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。受热时软化成型，冷却后固化，但一经固化后，就不能再用加热的方法使之软化的塑料，属于热固性塑料。热固性塑料是网状结构的高分子材料。如酚醛塑料、脲醛塑料等。

高分子材料的合成工艺

1.1 基本概念

单体(Monomer)----高分子化合物是由一类相对分子质量很高的分子聚集而

成的化合物，也称为高分子、大分子等。一般把相对分子质量高于10000的分子

称为高分子。高分子通常由103～105个原子以共价键连接而成。由于高分子多

是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合

的小分子则被称为“单体”。

链节(Repreat unit)----链节指组成聚合物的每一基本重复结构单元。

聚合度(Dregree of Polymerization)----衡量聚合物分子大小的指标。以重复

单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示；以

结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值，以x表示。

聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成，因此聚合

度是统一计平均值。

自由基----是指带电子的电中性集团，具有很高的反应活性。

引发剂（Initiator）----又称自由基引发剂，指一类容易受热分解成自由基（即

初级自由基）的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反

应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。

分子量（molecular weight）----化学式中各个原子的相对原子质量的总和，

就是相对分子质量（Relative molecular mass），用符号Mr表示。

分子量分布（molecular weight distribution）----由于高聚物一般由不同分子

量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有

分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。

均聚物(Homopolymer)----由一种单体聚合而成的聚合物。

共聚物(Copolymer)----由一种以上单体聚合而成的聚合物，生产聚合物的聚

合反应成为共聚反应。

无规共聚物(Random Copolymerization)---- 在高分子链中不同单体单元的