第8章 有机高分子化合物（课件）《化学基础》（航空工业出版社）

第8章 有机高分子化合物 高分子化合物的结构和基本特性 8.1 常见高分子材料简介 8.2 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10 000的分子称为高分子。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”。 有机高分子化合物可以分为天然有机高分子化合物（如淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等）和合成有机高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等）。 8.1 高分子化合物的结构和基本特性 高分子的相对分子质量很大，如淀粉相对分子质量由几万到几十万不等，核蛋白相对分子质量可达几千万，但它们的化学组成和分子构造并不复杂，都是由特定的结构小单元通过共价键经多次重复连接而成。例如，聚乙烯分子是由成千上万个结构单元“CH2―CH2―”相互连接而成的。我们把这种特定的结构单元叫做高分子的链节。每个高分子中链节的数目叫做聚合度，用n表示。 高分子化合物的原子间、链节间是以共价键结合的。这些键可以自由旋转，所以高分子是蜷曲的长链，高分子所特有的高弹性就证明了这一点。 8.1.1 高分子化合物的结构特点 有机高分子化合物的结构分为线型结构和体型（网状）结构两种： 线型结构高分子化合物各链节连成一条长链，即为线型链状结构（直链或带支链），淀粉、纤维素和聚乙烯等都属于这种结构。它们的分子间主要是靠分子间作用力结合。其强度是化学键和分子间力的共同表现；因此相对分子质量越大，链越长，这些作用力也越大。这是它们不同于小分子物质的特点。 体型结构（网状结构）是由带有支链的线型高分子之间相互交联形成的立体网状结构。这种结构表现为链上有能够反应的官能团。高分子链之间除分子间力外，还可以产生化学键（产生交联），因而使得这类化合物具有强度高、耐磨和不易溶解等不同于线型结构高分子的性质。 8.1.2 高分子化合物的基本特性 高分子由于其相对分子质量很大，通常都处于固体或凝胶状态，有较好的机械强度；又由于其分子是由共价键结合而成的，故有较好的绝缘性和耐腐蚀性能；由于其分子链很长，分子的长度与直径之比大于1000，故有较好的可塑性和高弹性。其中，高弹性是高聚物独有的性能。此外，高分子化合物的溶解性、熔融性和结晶性等方面和低分子也有很大的差别。一般来说，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种 添加剂形成的，基本性能取决于所含高分子化合物的性质， 各种添加剂的作用在于更好地发挥、保持和改进高分子化 合物的性能，以满足不同的需要。 8.2 常见高分子材料简介 高分子合成工业是一门新兴工业。合成高分子材料的种类很多，按照用途和性能，可以分为高分子材料、功能高分子材料和复合材料。通常使用的高分子合成材料主要有塑料、合成纤维以及合成橡胶三大类，它们被称为三大合成材料。 8.2.1 塑料 日常生活中，我们经常接触的塑料制品有很多，如塑料袋、餐盒和饮料瓶等。塑料是指在一定温度和压力下，添加辅料后能在成型中塑制成一定形状的高分子材料。 塑料的主要成分是合成树脂（树脂约占塑料总重量的40%～100%），另外还有根据需要加入的具有某些特定用途的添加剂，如防止塑料老化的防老化剂，提高塑料塑性的增塑剂等。塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或含少量添加剂，如有机玻璃、聚苯乙烯等。 塑料的种类很多，用途也各不相同。根据受热时所表现的性质，可以把它们分为热塑性塑料（线型高分子）和热固性塑料（体型高分子）两大类。热塑性塑料受热软化，可以塑制成一定形状，冷却后变硬；再加热仍可以软化，再冷却后又会变硬。热固性塑料初次受热时变软，可以塑制成一定形状，但硬化定型后再加热就不会再软化。 名称 性能 用途 聚乙烯 电绝缘性好，耐寒、耐化学腐蚀，无毒；耐热性差，耐老化性差；不宜接触煤油、汽油，制成的器皿不宜长时间存放食油、饮料 可制作日常用品、管道、绝缘材料和防辐射衣物等；制成薄膜，可做食品、药物的包装材料 聚丙烯 电绝缘性能好，机械强度高，耐化学腐蚀；耐油性差，低温发脆，易老化 制薄膜、日常用品和管道等 聚氯乙烯 电绝缘性能好，耐化学腐蚀，耐有机溶剂，耐磨，抗水性好；透气性差，热稳定性差，遇冷变硬；制成的薄膜不宜用来包装食品 硬聚氯乙烯可用于制作管道、绝缘材料等。 软聚氯乙烯可用于制作薄膜、电线外皮、软管、日常用品等 几种主要的塑料及其性能和用途 名称 性能 用途 聚苯乙烯 电绝缘性能好，透光性好，耐水、耐化学腐蚀，无毒；室温下硬、脆，温度较高时变软 制高频绝缘材料，电视、雷达部件，汽车、飞机零件，医疗卫生用具，日常用品及离子交换树脂等 聚四氟乙烯 电绝缘性好，耐高温