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大分子的链状结构和特性 |
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形成聚合物有两种基本方法,形成的聚
合物具有链状结构。那 末大分子的链状结构有什么特性,它与塑料性用有什么联系等,这也是需要进一步了解的。
通过聚合反应形成了大分子的长链结构。大多数长链是有几百个几千个单体通过碳-碳键连起来的。它犹如一根细长的丝线,弯曲起来十分方便,并且在没有外有作用时,这根细丝不会是笔直的,它总是呈蜷曲状的。恰似一无规的线团。进一步的结构研究告诉我们,碳-碳键彼此相接时有一定的角度,此角在外力的作用下能增大缩小,此外,碳-碳键还可以自由旋转,因此聚合物柔软而富有弹性。长链的这种性质称为大分子的柔顺性,这是一个决定着聚合物许多独特性质的内在原因。可是不是所有大分子是同样柔顺的。由于大分子的主链结构不同,侧基大小也不一样,大分子之间作用力大小不同,因此有的大分子链呈较大刚性,有的却很柔软,从而聚合物的一系列物理力学性能,如拉伸强度、相对伸长率、弹性、流动性、粘度、耐热等各不相同。
聚合物分子的链状结构基本上有下述三种类型。
一、线形大分子,就是整条大分子象一条长长的链条,旁边基本无分支,这种大分子形成的聚合物称为线聚合物。
二、如果在线形主链上有支链,其化学组成与主链相同,这样的结构称为支链聚合物。
三、如果在大分子链之间发生了交联面铺床彼此连接起来,就形成了网状结构的大分子。这叫网状聚合物或形聚合物。
线形聚合物与体形聚合物最重要的区别在于线形聚合物是可以溶解在某些溶剂中,加热后可以熔化,故称为可溶可溶的物质。体形聚合物揣则是不溶不熔的。我们把线形聚合物制成的塑料称为热塑性塑料,他们能受热变软,甚至成为可流动的粘稠熔体,这是的熔体具有可塑性,可在较高的压力下注入模腔,经冷却便成了所需的制品。如果加热又可变软,还可制成另一性状的制品。这种可反复受热变软的特性也是它同收利用的依据。我们把不溶不熔的体形聚合物制成的塑料称为热固性塑料。热固性塑料的初期是低聚物,受热会软化、流动。利用这个时机,及时把它制成所需的形状。若对它再加热加压,缩聚反应会继续进行,于是形成了网状结构,其制品的形状也就固定下来了。这种制品如果再加热,不会再软化。我们加热由电木做的电气开关,则无论如何是不会变软的。
线形聚合物和具有支链的聚合物由于结构上的差异造成了性能上的不同。我们经常接触到的塑料薄膜食品袋是用高压聚乙烯造成的,由于高压聚乙烯在聚合时,大分子的主链上有支链,大分子排列就不可能很紧密,因此这种薄膜就显得比较柔软,熔化温度比较低。低压法制成的聚乙烯,其大分子的支链极少,大分子就可能排列的很紧密,则在性能上表现为比高压聚乙烯有较高的密度、熔点和强度,因此可用它来做桶和管道等。
此外,大分子链的长短,即分子量的大小及分子量分布对聚合物性能及成型加工有很大的影响。分子量大小首先对聚合物的强度有着决定性的影响。如聚乙烯,分子量为一百万时,拉伸长度可达400兆帕斯卡;分子量降为五十万,拉伸强度仅为200兆帕斯卡。但我们不能一味追求很高的分子量,这样强度固然高些,可是熔融时粘度太大,造成成型困难,能量消耗大,所以对分子量要有一个合适的要求。分子量大小还是还是塑料的耐热性,熔融温度,熔体粘度等性能的决定因素。分子量分布主要与塑料的成型加工有关,如分子量分布较宽时,就有较宽的熔融温度范围,这样在成型加工时就不必把温度控制的十分严格,给塑料成型带来方便。在实践中还发现,分子量分布宽的聚合物制成的制品在受到作用力或浸入某中化学介质中容易发生开裂,这点要引起我们足够的重视,否则会影响塑料的使用效果。
大分子链的分子结构决定了聚合物的某些特征。例如为了得到不易燃烧、对酸和碱稳定的合成材料,可以用含有卤素原子的单体(如氯乙烯,四氟乙烯)来制成聚合物;在单体中引入氟原子或腈基(-CN),能提高聚合物的光稳定性;在单体结构中有苯基,能显著改进聚合物的介电性能。
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