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1、1摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应的一门学科，同时还涉及聚合物的结构和性能。本文是讲述我在学习了高分子化学这门课程之后对这门课程的掌握、理解，关键字：高分子化学 高分子 聚合物 聚合方法2Abstract：polymer chemistry is a subject of research the polymer compounds synthesis and chemicalreaction，and involving the Polymer structure and performance . This article is about my study polymer
2、 chemistry in the course of this course after the master, understanding.Key word： Polymer chemistry ; polymer ; Polymerization methods.3高分子化学初步认识1.引言高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。合成高分子的历史不过 80 年，所以高分子化学真正成为一门科学还不足六十年，但它的发展非常迅速。目前它的内容已超出化学范围，因此，现在常用高分子科学这一名词来更合逻辑地称呼这门学科。狭义的高分子化
3、学，则是指高分子合成和高分子化学反应。人类实际上从一开始即与高分子有密切关系，自然界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平，对人类的发展将会出现前所未有的促进。2.高分子化合物2.1 高分子化合物的定义高分子化合物又称高分子（聚合物），高分子是由分子量很大的长链分子所组成，高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万。而每个分子链都是由共价键联合的成百上千的一种或多种小分子构造而成。高分子的分类有多种，按来源可分为天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大
4、类；根据用途则可分为合成树脂和塑料、合成橡胶、合成纤维等；按热行为可分为热塑性和热固性聚合物；按主链结构可分为碳链、杂链、和元素有机三类；另外根据工业产量和价格还可分为通用高分子、中间高分子、工程塑料以及特种高分子等等。2.2 高分子化合物的分类高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子。这种高分子在加热时可以熔融，在适当的溶剂中可以溶解。高分子化合物中的原子连接成线状并带有较长分支时，叫支链型高分子。这种高分子也可在加热时熔融，也可在适当的溶剂中溶解。4如果高分子化合物中的原子连接成网状时，则叫网状高分子，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。体型高
5、分子加热时不能熔融，只能变软和弹性增大；不能在任何溶剂中溶解，只能在某些适当的溶剂中溶胀。 2.3 高分子化合物的特性高分子的特性也即是高分子化合物与低分子物质的区别.主要表现在高分子固体及其溶液的力学性质方面。高分子化合物的基本特性有：1不挥发性 高分子化合物没有气态，只有液态与固态，不挥发。2优良的机械性能 高分子化合物的大分子链有较高的柔顺性与良好的机械强度。高分子化合物的分子间引力大,尤其是含有极性基团或存在着氢键的高分子化合物,其分子间引力更大,具有高的机械强度。大分子的柔顺性,使高分子化合物具有良好的弹性与粘流性,可被牵伸成丝或制成薄膜。3良好的电绝缘性 高分子化合物大分子中各个原
6、子彼此以共价键结合,不电离,有良好的电绝缘性。4结晶性 有些高分子化合物具有结晶物质的特性，有清晰的 X 光衍射图象。5溶解性能 高分子化合物溶液的粘度特别高,2%-3%的高分子溶液比同浓度的低分子溶液的粘度高十几倍至几百倍。上述特性,取决于组成大分子的原子或官能团的本性、分子量、空间排列( 几何结构 )、分子形态（运动着的大分子的统计特性）以及聚集态结构。2.4 高分子化合物的合成反应单体聚合成高分子化合物的方法有多种。不同的方法,其反应机理不完全相同，得到的高分子化合物性质也有差异。1、本体聚合 只有单体及少量引发剂,而不用溶剂或分散剂的聚合方法,叫本体聚合。所得产品纯度高,产率高,不需要
7、后处理设备,在实验室和工业生产中都有应用。高分子化合物的制备,可以由一种或一种以上的单体作为初始原料,经过合成反应而制得;也可由已经得到的天然的或合成5的高分子化合物，经过化学转化，改性而成为。2、悬浮聚合 将非水溶性的单体以小液滴(0.1-3mm)形式悬浮在水中,加入引发剂使之发生聚合,叫悬浮聚合。此法容易除去聚合热，产品纯度比乳液聚合法高，已广泛应用于工业生产。3、乳液聚合 在乳化剂存在下,经搅拌单体分散于水中成为乳浊液,然后用水溶性引发剂引发聚合的方法，称为乳液聚合。所得聚合物粒子可分散得很细,粒子直径约 1-0.1mm。本法在工业生产中已广泛应用，如丙烯酸甲酯浆料的制造。4、溶液聚合
8、单体在溶剂中引发聚合称为溶液聚合。在合成树脂生产中应用得较少,但有些品种却需要用溶液聚合法进行生产，例如，聚醋酸乙烯、聚丙烯腈或聚丙烯酰胺等的制造。 。2.5 高分子化合物分子量分子量是决定高分子化合物性能的一个重要因素，与高分子化合物的物理机械性能有着密切关系。大量的实验证明,高分子化合物的分子量一定要达到某一数值后,才能显示出其有价值的机械强度。上浆用的聚乙烯醇，分子量应在 1300 以上，若超过 80000 已不适用于经纱上浆。必须注意,每种低分子化合物,都有其恒定的分子量。但是,对高分子化合物来说，由于形成过程的复杂性,构成每一个大分子结构单元数目并不是完全相同,故其分子量也不象低分子
9、化合物那样固定不变。实际上，一种高分子化合物是由组分相同、结构单元（链节）相同,但链节数目不同的大分子混合聚集而成。聚合物的这种特性称为多分散性，聚合物分子量是一个平均值。3.高分子化学3.1 高分子化学的定义高分子化学作为化学的一个分支学科，是在 20 世纪 30 年代才建立起来的一个较年轻的学科。然而，人类对天然高分子物质的利用有着悠久的历史。早在古代，人们的生活就已和天然高分子物质结成了息息相6关的关系。高分子物质支撑着人们的吃穿住各方面，作为人类食物的蛋白质和淀粉，以及用纺织成为衣物的棉、毛、丝等都是天然的高分子物质。在我国古代时，人们就已学会利用蚕丝来纺织丝绸；汉代，人们又利用天然高
10、分子物质麻纤维和竹材纤维发明了对世界文明有巨大失去作用的造纸术。在那时，中国人已学会利用油漆，后来传至周边国家乃至世界。可以说，古代中国在天然高分子物质的加工技术上，例如丝织业、造纸术和油漆制造，是处于世界领先地位的。3.2 高分子化学的发展简史高分子化学的发展主要经历了天然高分子的利用与加工、天然高分子的改性、合成高分子的生产和高分子科学的建立四个时期。从三十年代起随着合成高分子的发展而逐渐建立起来与高分子相关的反应动力学、化学热力学、结构化学、高分子物理、生物高分子等分支学科，形成了一门系统的高分子科学。欧洲工业革命之以后，许多天然的高分子物质日益成为生产不可缺少的原料，促使人们去研究和开
11、发高分子物质。这时，人们首先遇到了对天然橡胶以及天然纤维的利用和改进。橡胶的产地在热带，最早对它的利用也开始于这个地区。哥伦布航海时，曾在拉西美洲的海地看当地人用天然形成的橡胶球进行游戏。1530 年，欧洲人恩希拉介绍了在巴西、圭亚那等地区的人们利用粗糙的橡胶制作容器防晒布等日用品的情况。然而，在将橡胶用于制造之前，人们面临着诸多的工艺难题，科学家们都在努力探寻这些难题的解决办法。首先是黑立桑和马凯尔在 1763 年发现橡胶可溶于松节油和乙醚。1823 年，马辛托希用石脑油处理橡胶乳液，得到了常温时发粘而遇冷则变脆的成品，但显然不能投入使用。1832 年1850 年，人们终于反复的试验，使天然
12、橡胶经加工后有了人们想要的性能，这一工作主要是由德国人吕德斯杜夫和美国人古德意完成的同时，科学家们也在进行着对天然纤维素的改性试验。1832 年1845 年，通过勃莱孔诺和申拜思的努力，制得了硝化纤维，这一成果7曾在一战时用为制作无烟炸药。之后，二硝酸纤维被他的同事制作模塑制品，但因其硬度太高而不易制造。1872 年，海得以梓脑作为增塑剂，用二硝酸纤维制成了柔韧的塑料，后被广泛用于制作照相底片及电影胶片等等。1885 年，法国人夏东奈将由棉花制成的硝化纤维用 NH4HS 进行脱硝处理，得到了人造丝。这一成果在 1889 巴黎博览会展出之后，于当年建立了最早的人造丝工厂。1892 年，英国人克劳
13、斯和贝汶，在1844 年制得的脱硝硝化纤维的基础上，用氢氧化纳和二硫化碳进行再处理，得到了粘胶纤维，其性能比夏东奈的人造丝更好。1903 年，迈尔制得了醋酸纤维。在成功实现了对橡胶和纤维素的改性之后，人们转而注意到了高分子合成的试验，在一时期，科学家们通过努力，实现了对两种高分子化合中物的人工合成。首先是酚醛树脂，再者是合成橡胶。1872 年，拜尔就已提出来，苯酚和甲醛在酸的作用下，能够形成树脂状的物质。克莱贝格在 1891 年，对这种树脂状物进行了浓盐酸处理，得到了一种多孔物质，该物质不能烧熔也难溶于水，遗憾的是由于无法结晶提纯，他不得不终止了实验。直到 1970 年，美国人贝克兰利用对反应
14、的控制，得到了两种不同的树脂，一种是可溶的树脂，叫作虫胶代用品，是第一步实验的产品；另一种是不溶也不熔的树脂，是实验第三步的产品。如果在实验第三阶段时加入本粉，则可使产品提高韧性。这样最早的合成塑料酚醛树脂产生了，它被推广用作制造绝缘材料。1909 年，霍夫曼和库特尔首先提出了关于 C5H8 的热聚合专利。1910 年，海立斯和麦修斯用钠做试验，也得到了 C5H8。1912 年，美国纽约展出了用合成橡胶制成的轮胎，从而向世界宣布橡胶的人工合成实现了。长期以来，人们对某些高分子物质的研究取得了一定的成果，但对其内部结构研究还较肤浅。1913 年，通过威尔斯仄特和崔曼斯特等人的研究，得出了淀粉的通
15、式为（C6H10O5）n，而且知道淀粉的水解物都是葡萄糖，然而，直到 1922 年，霍厄塞仍然认为淀粉的溶液具有橡胶的性质是由于它们的环状二聚体通过“部分价键”而聚集在一起的原因。81906 年，费歇尔提出它具有多肽结构，并合成了分子量接近 1000 的多肽。1910 年，华克斯不同意海立斯的环式结构单元，因为他认为天然橡胶分子是环状结构单元，靠“部分”价键结合成直链的见解是缺乏根据的。他说，天然橡胶通过干馏并不能得到海立斯所说的环式结构单元，并且天然橡胶与溴反应后仍然保留着像胶，然而这时已经没有双键，更不可能有所谓“部分”价键。1920 年，有机化学家毕克斯以关于聚合反应一文对以上的各种观点
16、进行了反驳，他不同意把天然橡胶和纤维素的结构归结为多元的环的物理缔合方式，并明确提出，成为环状化合物和成为共价键结构的长链高分子化合根本不是一回事。毕克斯于 1922年，将天然橡胶加氢，发现其“溶液”仍然具有胶体性质。基于以上的成果，他在 1924 年明确提出了天然橡胶分子是高分子量的大分子，并认为这些高分子量的大分子不管溶于何物，其胶体是与小分子缔合得来的胶体是不同的。毕克斯的这种大分子的概念提出以后，在当时并没有立即接受，不少化学家仍然坚持环式结构的见解。1926 年，斯本先和多尔研究指出，前人认为整个分子不含大于晶胞的观点是错误的，他们认为纤维素分子可以从一个晶胞长入另一个晶胞而成为直链形状。1928 年，施道丁格表示同意这个观点，并进一步提出，纤维素和橡胶分子的晶胞的大小或晶体的大小与线形高分子的长度无关，其依据是一个大分子可以通过好些晶胞从一个结晶区越过无定形区从而进入另一个结晶区。这恰恰是对当时存在的环式结构说的一个有务指正。1928 年，迈耶和马克提出他们的观点，说橡胶
