[科普中国]-合成高分子化合物

高分子化合物是由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的，也叫聚合物或高聚物。其分子量很大，但化学成分却比较简单，是由许多相同、简单的结构单元通过共价键(有些以离子键)有规律地重复连接而成。聚合度可由几百至几千，聚合物的分子量为重复结构单元的分子量与聚合度的乘积。由于聚合反应本身及反应条件等方面的原因，合成高分子化合物各个分子的分子量大小是不相同的。通常所讲的高聚物的分子量，是指平均分子量，聚合度也是指平均聚合度。聚合物中分子量大小不一的现象称为分子量的多分散性。

分类聚合物的分类方法很多，按分子结构分为线型聚合物和体型聚合物；按主链元素分为碳链高分子（主链只含碳元素）、杂链高分子（主链含碳、氧、氮、硫等元素）、元素有机高分子（主链不含碳元素，由硅、硼、铝、氧、氮、硫、磷等杂原子组成）；按聚合物受热的行为又可分为热塑性聚合物和热固性聚合物。

(1)热塑性聚合物 热塑性聚合物加热时软化甚至熔化，冷却后硬化，而不起化学变化，可多次反复加热和冷却，均能保持这种性能。热塑性聚合物为线型结构，包括所有的加聚物和部分缩聚物。如：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。一般来说，热塑性聚合物强度低、弹性模量较小、变形较大、耐热性较差、耐腐蚀性较差，且可溶于某些溶剂。

(2)热固性聚合物 热固性聚合物加热即行软化，同时产生化学变化，相邻的分子互相连接（交联）而逐渐硬化，最后成为不熔化、不溶解的物质。如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂等。热固性聚合物为体型结构，包括大部分的缩聚物。它在初次加热时可产生软化，且分子间在高温下发生化学交联而固化；一旦固化，以后再加热时不会软化。热固性聚合物的特点是强度和弹性模量较高，变形较小，且较硬脆；它的耐热性较好、耐腐蚀性较高、几乎不溶于各种溶剂。根据高聚物的结晶性能，分为晶态高聚物和非晶态高聚物。由于线型高分子容易产生弯曲，故其结晶体多为部分结晶。高聚物线型高分子中结晶部分占全部高聚物的百分比称为结晶度。一般来说，高聚物的结晶度越高，则其密度、弹性模量、强度、硬度、耐热性、折光系数等越大，而冲击韧性、黏附力、断裂伸长率、溶解度则越小。晶态高聚物一般为不透明或半透明的，非晶态高聚物则一般为透明的。1

变形与温度的关系在恒定外力下，非晶态线型高聚物在低温（即处于玻璃化温度Tg以下）时，由于所有分子链段和大分子链均不能自由转动而成为硬脆的玻璃体。当温度超过玻璃化温度Tg后，由于分子链段可以发生运动（但大分子整体仍不可运动），可使高聚物产生较大的变形，具有较高的弹性，该阶段状态称为高弹态。当温度继续升高至某一温度（黏流态温度Tf）以上时，由于分子链段和大分子整体链均可产生相对运动，使高聚物容易产生塑性变形，该阶段的高聚物称为黏流态。

正确利用高聚物变形与温度间的关系对于其应用具有重要的实际意义。通常，当高聚物的玻璃化温度Tg低于室温时称为橡胶，表现为高弹态；当高聚物的玻璃化温度高于室温时称为塑料，表现为玻璃态。玻璃化温度是塑料的最高使用温度，但却是橡胶的最低使用温度。无论是热塑性聚合物，还是热固性聚合物，它们在成型时必须处于黏流态时才能加工使用。1

基本性质(1)质轻，比强度高。密度一般在0.9～2.29/cm3之间，平均约为铝的1/2，钢的1/5，混凝土的1/3，与木材接近。

(2)耐腐蚀性优良。许多分子链上的基团被包在里面，当接触到能与分子中某一基团反应的腐蚀性介质时，被包在里面的基团不容易发生变化，因此，高分子化合物具有耐酸、耐腐蚀的特性。

(3)绝缘性好。高分子化合物分子中的化学键是共价键，不能分离电子，因此不能传递电流，且其分子细长而蜷曲，在受热或声波作用下，分子不容易振动，所以高分子化合物对于热、声也具有良好的隔绝性能。

(4)耐磨性好。许多高分子化合物不仅耐磨，而且具有优良的自润滑性。

(5)弹性好。高分子化合物在受力时。其蜷曲的分子可以被拉直而伸长，当外力除去后，能恢复到原来的状态。

(6)耐水性、耐湿性好。多数高分子化合物憎水性很强，有很好的防水和防潮性。2

存在的问题(1)耐热性与耐火性差。高分子合成材料的耐热性普遍较差。使用温度偏高时．会促使其加快老化，甚至分解。

(2)易老化。塑料、有机涂料和有机胶黏剂都会出现老化现象，改善老化的措施主要有改变聚合物的结构，加人防老化剂的化学方法和涂防护层的物理方法。

(3)可燃性和毒性。高分子材料是一种可燃的材料，且部分高分子材料在燃烧时会产生有毒气体。

(4)弹性模量低．受力变形大。例如塑料的弹性模量是钢的1/10～1/20。在室温下，塑料在受荷载后就有明显的蠕变现象。2

本词条内容贡献者为:

陈铁桥 - 副教授 - 湖南大学