1、聚合物高分子的性能特点
高分子结构是复杂的、多层次的,由它所决定的高分子的性能也是多种多样的。就力学性能而言,不同结构的高分子材料其模量的变化范围可有好几个数量级。从低到高,可依次满足高弹性、可塑性和成纤性的要求。通过适当设计与加工得到的高分子材料,可具有成膜性、粘合性、吸附性、绝缘性、导电性、导光性、环境(光、电、磁、热)敏感性乃至生物活性等等诸多优异的使用性能以满足各种不同的需求。虽然不同的聚合物在性质上可能有很大差别,但是,还是可以找到它们共性的东西,这是由它们在基本结构上的共性所决定的。
2、聚合物的分类
从不同角度出发,聚合物有不同的分类方法:
(1)按主链结构分类
碳链聚合物 分子主链全部由碳原子以共价键相连接的高分子。
杂链聚合物 分子主链上除含有碳原子以外,还有其它原子如氧、氮、硫等以共价键相连接的高分子。
元素聚合物 主链中不含有碳原子,只含有硅、磷、锗、铝、钛、砷、锑等元素的高分子。
(2)按性能用途分类
以聚合物为主要原料生产的高分子材料,按照高分子材料的性能、用途可分成塑料、橡胶、合成纤维、粘合剂、涂料、离子交换树脂等。
塑料 塑料是以合成聚合物为主要原料,添加稳定剂、着色剂、增塑剂以及润滑剂等组分得到的合成材料。根据不同的聚合物种类和不同的用途,各种助剂(添加剂)的种类和用量有很大的差别。塑料的力学性能介于橡胶和合成纤维之间,分成柔性和刚性两种类型。典型的柔性塑料为聚乙烯,拉伸强度为2500 N/cm2,模量为20000 N/cm2,极限伸长率为500%,极限伸长率虽接近橡胶,但不同的是柔性塑料仅可恢复20%以内,所以当应力消除后塑料则保留被拉伸时的形状。刚性塑料具有很高的刚性和抗形变力。具有高模量高拉伸强度,破裂前的伸长率<0.5%~3%。它们可以是交联聚合物,例如酚醛塑料、脲醛塑料等,也可能是线型聚合物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。从受热后的行为可将塑料分成热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料受热后可熔融,冷却又可变成固体,可反复受热、熔化冷却成型,它是线型或支链线型结构,在有些溶剂中可溶解。而热固性塑料一旦受热则发生结构变化,发生交联形成网状结构,当冷却后再次受热则不会熔融,强热发生裂解,并且不能溶解。
橡胶 橡胶是具有可逆形变的高弹性材料。它在比较低的应力下表现很高的但可恢复的伸长率(高达500%~1000%),要求聚合物为无定形并且具有很低的玻璃化温度。经轻度交联(硫化)后,伸长率有所降低,但可迅速回弹,起始模量甚低(<100N/cm2),却随伸长率的增加而增加。
纤维 纤维是纤细而柔软的丝状物,其长度至少为直径的100倍。纤维具有很高的抗形变力,伸长率低(<10%~5%)并且有很高的模量(>35000 N/cm2)和高的拉伸强度(>3500N/cm2)。纤维可分成天然纤维和化学纤维。化学纤维又可分成两类,一类由非纤维
状天然高分子化合物经化学加工得到的人造纤维,另一类是由单体合成的合成纤维。
粘合剂 又称胶粘剂。通过表面粘接力和内聚力把各种材料粘合在一起,并且在结合处有足够强度的物质。包含的原料种类甚广,天然高分子化合物:淀粉、骨胶、明胶等都可以用做粘合剂。各种合成树脂原则上都可用作粘合剂,要求大分子之间的内聚力不能太高,而与被粘结材料的表面有良好的湿润力(或借助适当溶剂)和良好的作用力,因此对合成树脂的
分子量要求低。
涂料 以前称油漆。是指具有流动状态或粉末状态的有机物质,把它涂布在物体表面上,经干燥、固化或熔融因此形成一层薄膜,均匀地覆盖并良好地附着于物质表面上,不论其中是否含有颜料,通称为涂料。涂料以干性油或合成树脂改性的干性油等,以及某些合成树脂为成膜物质的材料,生产的合成树脂分子量要求低于热塑性塑料。涂料应当与被涂覆的材料表面有良好的作用力。大量的活性低聚物用做涂料成膜物质,涂料中还含有大直辅助用剂。
离子交换树脂 离子交换树脂不同于上述作为工业材料或辅助材料的高分子化合物,而是利用大分子中所含有的功能基团进行离子交换以净化水质、分离、提纯化学物质等。
在这几种材料中,又以塑料、合成橡胶、合成纤维产量最大,称为三大合成材料。
(3)按组成的变化分类
在高分子科学发展初期,根据聚合反应前后单体和聚合物在化学组成上有无变化而分成缩聚物和加聚物。聚合物的化学组成与单体基本没有变化的便称为加聚物。反应中有小分子副产物生成,因而聚合物的化学组成不同于单体的就称为缩聚物。
这一分类方法曾沿用很长一段时间,至今仍常被采用。但随着高分子科学的发展,出现了一些新的聚合反应和聚合物(如聚氨酯、聚酰胺-6等),该种分类方法就不能适用。因而有人对此进行修正,赋予加聚物和缩聚物以新的含义。
除上述几种分类方法外,尚有按聚合物聚合反应机理不同而分为链式聚合物和逐步聚合物等。