高分子

高分子

高分子又稱高分子聚合物,高分子是由分子量很大的長鏈分子所組成,高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬。

  • 中文名稱
    高分子化合物
  • 外文名稱
    macromolecular compound
  • 性 質
    高分子化合物(又稱高聚物)
  • 特點
    高分子的相對分子質量很大
  • 概 述
    眾多原子或原子團主要共價鍵結合
  • 分類
    天然高分子和合成高分子兩大類

概述

gāofēnzǐ

[high polymer;macromolecule]

高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬,所含原子數目一般在幾萬以上,而且這些原子是通過共價鍵連線起來的。

高分子化合物由于分子量很大,分子間作用力的情況與小分子大不相同,從而具有特有的高強度、高韌性、高彈性等。高分子化合物中的原子連線成很長的線狀分子時,叫線型高分子(如聚乙烯的分子)。這種高分子在加熱時可以熔融,在適當的溶劑中可以溶解。高分子化合物中的原子連線成線狀但帶有較長分支時,也可以在加熱時熔融,在適當溶劑中溶解。如果高分子化合物中的原子連線成網狀時,這種高分子由于一般都不是平面結構而是立體結構,所以也叫體型高分子。體型高分子加熱時不能熔融,隻能變軟;不能在任何溶劑中溶解,隻能在某些溶劑中溶脹。高分子化合物在自然界中大量存在,這種高分子叫天然高分子。在生物界中,構成生物體的蛋白質,纖維素;攜帶生物遺傳信息的核酸;食物中的淀粉,衣服原料的棉、毛、絲、麻以及木材、橡膠等等,都是天然高分子。非生物界中,如長石、石英、金剛石等,都是無機高分子。天然高分子可以通過化學加工成天然高分子的衍生物,從而改變其加工性能和使用性能。例如,硝酸纖維素、硫化橡膠等。完全由人工方法合成的高分子,在高分子科學中佔有重要的地位。這種高分子是由一種或幾種小分子作原料,通過加聚反應縮聚反應生成的,故也叫聚合物。用做原料的小分子稱為單體,如由乙烯(單體)經加聚反應得聚乙烯(聚合物);由乙二醇(單體)和對苯二甲酸(單體)經縮聚反應生成聚對苯二甲酸乙二酯(聚合物)。

高分子的結構可分為鏈狀結構,網狀結構和體狀結構。

發展歷史

在測定分子量和分子量分布的實驗方法中,超速離心沉降(1923年始用)、光散射(1944年始用)、凝膠滲透色譜(1964年始用)都曾起過重要的作用。

高分子高分子

高分子

在理論方面,1930年W.庫恩發展了高分子鏈的統計理論;

1934年庫恩、E.古思、H.F.馬克各自提出了柔性鏈高分子形態的無規行走模型,形成了高分子理論的出發點。

1935和1936年G.V.舒爾茨和P.J.弗洛裏分別用統計理論導出了加聚和縮聚產物的分子量分布函式的形式(見高聚物的分子量分布);

1942年M.L.哈金斯和弗洛裏各自獨立地從晶格模型出發,提出了高分子溶液理論,從而奠定了高分子溶液的熱力學基礎;

1951年M.B.沃爾肯斯坦提出高分子鏈構象的內旋轉異構體理論,大大地推進了鏈構象統計對具體高分子鏈的套用;

模擬高分子鏈

1975年P.G.德·熱納提出的標度理論可以處理整個濃度區間的高分子溶液,使這方面的研究有了新的理論指引;

1944年發展起來的共聚合理論奠定了高分子鏈序列結構研究的基礎。近代實驗技術(如紅外光譜、高解析度核磁共振譜、裂解色譜等)的進步,也使人們對合成高分子鏈的化學結構的了解達到了相當詳盡、細致的程度。

1955年G.納塔合成了有規立構聚合物,也大大地推動了高分子鏈結構的研究;

1956年M.施瓦茨合成了分子量接近均一的活性聚合物,使精確研究高分子的各種性能對分子量的依賴性成為可能。

性質

高分子化合物(又稱高聚物)的分子比低分子有機化合物的分子大得多。一般有機化合物的相對分子質量不超過1000,而高分子化合物的相對分子質量可高達104~106萬。由于高分子化合物的相對分子質量很大,所以在物理、化學和力學性能上與低分子化合物有很大差異。

高分子化合物的相對分子質量雖然很大,但組成並不復雜,它們的分子往往都是由特定的結構單元通過共價鍵多次重復連線而成。

同一種高分子化合物的分子鏈所含的鏈節數並不相同,所以高分子化合物實質上是由許多鏈節結構相同

高分子化合物

而聚合度不同的化合物所組成的混合物,其相對分子質量與聚合度都是平均值。

高分子化合物幾乎無揮發性,常溫下常以固態或液態存在。固態高聚物按其結構形態可分為晶態非晶態。前者分子排列規整有序;而後者分子排列無規則。同一種高分子化合物可以兼具晶態和非晶態兩種結構。大多數的合成樹脂都是非晶態結構。

組成高分子鏈的原子之間是以共價鍵相結合的,高分子鏈一般具有鏈型和體型兩種不同的形狀

當今世界上作為材料使用的大量高分子化合物,是以煤、石油、天然氣等為起始原料製得低分子有機化合物,再經聚合反應而製成的。這些低分子化合物稱為“單體”,由它們經聚合反應而生成的高分子化合物又稱為高聚物。通常將聚合反應分為加成聚合和縮合聚合兩類,簡稱加聚和縮聚。

由一種或多種單體相互加成,結合為高分子化合物的反應,叫做加聚反應。在該反應過程中沒有產生其他副產物,生成的聚合物的化學組成與單體的基本相同。

縮聚反應是指由一種或多種單體互相縮合生成高聚物,同時析出其他低分子化合物(如水、氨、醇、鹵化氫等)的反應。縮聚反應生成的高聚物的化學組成與單體的不同。高分子從相對分子質量到組成,從結構到性能,從合成到套用,都有其自身的規律。為了合成它、利用它,需先建立一些必要的基本概念。

特點

(Macro Molecular Compound):所謂高分子化合物,系指那些由眾多原子或原子團主要以共價鍵結合而成的相對分子量在一萬以上的化合物。

定義

由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。

是由一類相對分子質量很高的分子聚集而成的化合物,也稱為高分子、大分子等。一般把相對分子質量高于10000的分子稱為高分子。高分子通常由10^3~10^5個原子以共價鍵連線而成。由于高分子多是由小分子通過聚合反應而製得的,因此也常被稱為聚合物或高聚物,用于聚合的小分子則被稱為"單體"。

國內出版的絕大部分書籍,連同權威的中國大百科全書在內,對高分子的定義均不完整。1994,IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry,國際純粹化學與套用化學聯合會)將大分子(macromolecule)與高分子(polymer molecule)認定為同義詞(盡管尚有爭議),並暫時定義高分子為"相對高分子質量的分子,其結構主要是由相對低分子質量的分子按實際上或概念上衍生的單元多重重復組成的。"至于分子量達到何種程度才算是高分子,IUPAC並無明確定義,傳統觀點是10,000-100,000之間。其定義原文為"A molecule of high relative molecular mass, the structure of which essentially comprises the multiple repetitions of units derived, actually or conceptually, from molecules of low relative molecular mass."

分類

線型高分子線型高分子

線型高分子

高分子化合物中的原子連線成很長的線狀分子時,叫線型高分子。這種高分子在加熱時可以熔融,在適當的溶劑中可以溶解。

支鏈型高分子支鏈型高分子

支鏈型高分子

分子化合物中的原子連線成線狀並帶有較長分支時,叫支鏈型高分子。這種高分子也可在加熱時熔融,也可在適當的溶劑中溶解。

體型高分子體型高分子

體型高分子

結構而是立體結構,所以也叫體型高分子。體型高分子加熱時不能熔融,隻能變軟和彈性增大;不能在任何溶劑中溶解,隻能在某些適當的溶劑中溶脹。

聚合物

漢語名稱:聚丙烯酰胺中文發音:jù bǐng xī xīan ān英文名稱:Polyacrylamide 簡 稱:PAM 聚丙烯酰胺為水溶性高分子聚合物,不溶于大多數有機溶劑,具有良好的絮凝性,可以降低液體之間的磨擦阻力,按離子特徵分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。

陰離子聚丙烯酰胺

陰離子聚丙烯酰胺(APAM)產品描述:陰離子聚丙烯酰胺(APAM)面板為白色粉粒,分子量從600萬到2500萬水溶解性好,能以任意比例溶解于水且不溶于有機溶劑。有效的PH值範圍為7到14,在中性鹼性介質中呈高聚合物電解質的特徵,與鹽類電解質敏感,與高價金屬離子能交聯成不溶性凝膠體。

工業廢水處理:對于懸浮顆粒,較出、濃度高、粒子帶陽電荷,水的PH值為中性或鹼性的污水,鋼鐵廠廢水,電鍍廠廢水,冶金廢水,洗煤廢水等污水處理,效果最好。飲用水處理:我國很多自來水廠的水源來自江河,泥沙及礦物質含量高,比較渾濁,雖經過沉淀過濾,仍不能達到要求,需要投加絮凝劑,投加量是無機絮凝劑的1/50,但效果是無機絮凝劑的幾倍,對于有機物污染嚴重的江河水可採用無機絮凝劑和陽離子聚丙烯酰胺配合使用效果更好。陰離子聚丙烯酰胺,使淀粉微粒絮凝沉淀,然後將沉淀物經壓濾機壓濾變成餅狀,可作飼料,酒精廠的酒精也可採用陰離子聚丙烯酰胺脫水,壓濾進行回收。用于河水泥漿沉降。用于造紙幹強劑。

用于造紙助劑、助率劑。在造紙前泵口式儲漿池中加入微量PAM-LB-3陰離子聚丙烯酰胺可使水中填料與細小纖維在網上存留提高20-30%。每噸可節約紙漿20-30kg。

舉例:在洗煤過程中產生大量廢水,直接排放污染環境,必須沉清後迴圈利用,回收水中煤泥,也很有價值,但靠自然沉降,費時費力,同時水也不清。

另外,陰離子聚丙烯酰胺在製香行業的套用也越來越受歡迎,陰離子聚丙烯酰胺產品特點:具溶解性好,粘度高,韌性強,易燃無(少)煙、燃燒無異味、無毒等特點;產品性能穩定,避免了其它植物膠粉和普通淀粉因產地、時間不同,粘結質量參差不齊,在香業生產時需要反復調試配方,以免造成產品質量不穩定的現象;香製品外表光潔平整、成型好、不易破碎;尤其是其冷水可糊化性,無需煮糊,將物料直接混和均勻、加水攪拌既可生產,而且加水混合後的物料較長時間放置也不會有物料幹硬無法使用的現象發生,有效地節約了能源和方便了

生產操作。

使用效果:使用本產品做成的香坯(香製品)面板平整、無斷裂、無酶斑,抗折力強,產品成色好、烘曬後不褪色,燃點時間足,可燃性好,過鐵齒盤不"斷頭"熄火,有利于蚊香有效成份的揮散率的提高及可減少成品在烘幹過程中的損失,同時,可大大減輕工人的勞動強度、提高工作效率。此外,本品對環境無污染,可滿足綠色環保方面對產品的要求。

經濟效益:使用本產品可減少原料成本5-12%,節約能耗20-30%。

陽離子聚丙烯酰胺

陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)產品特徵:陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)面板為白色粉粒,離子度從20%到55%水溶解性好,能以任意比例溶解于水且不溶于有機溶劑。呈高聚合物電解質的特徵,適用于帶陰電荷及富含有機物的廢水處理。適用于染色、造紙、食品、建築、冶金、選礦、煤粉、油田、水產加工與發酵等行業有機膠體含量較高的廢水處理,特別適用于城市污水、城市污泥、造紙污泥及其它工業污泥的脫水處理。

用途

1)用于污泥脫水根據污泥性質可選用本產品的相應型號,可有效在污泥進入壓濾之前進行污泥脫水,脫水時,產生絮團大,不粘濾布,壓濾時不散,流泥餅較厚,脫水效率高,泥餅含水率在80%以下。

2)用于生活污水和有機廢水的處理,本產品在配性或鹼性介質中均呈現陽電性,這樣對污水中懸浮顆粒帶陰電荷的污水進行絮凝沉淀,澄清很有效。如生產糧食酒精廢水,造紙廢水,城市污水處理廠的廢水,啤酒廢水,味素廠廢水,製糖廢水,有機含量高 廢水、飼料廢水,紡織印染廢水等,用陽離子聚丙烯酰胺要比用陰離子、非離子聚丙烯酰胺或無機鹽類效果要高數倍或數十倍,因為這類廢水普遍帶陰電荷。

3)用于以江河水作水源的自來水的處理絮凝劑,用量少,效果好,成本低,特別是和無機絮凝劑復合使用效果更好,它將成為治長江、黃河及其它流域的自來水廠的高效絮凝劑。

4)造紙用增強劑及其它助劑。提高填料、顏料等存留率、紙張的強度。

5)用于油田經學助劑,如粘土防膨劑,油田酸化用稠化劑。

6)用于紡織上漿劑、漿液性能穩定、落漿少、織物斷頭率低、布面光潔。

舉例

纖維素、蛋白質、蠶絲、橡膠、淀粉等天然高分子化合物,以及以高聚物為基礎的合成材料,如各種塑膠合成橡膠,合成纖維、塗料與粘接劑等。

有機高分子化合物可以分為天然有機高分子化合物(如淀粉、纖維素、蛋白質天然橡膠等)和合成有機高分子化合物(如聚乙烯、聚氯乙烯等等),它們的相對分子質量可以從幾萬直到幾百萬或更大,但他們的化學組成和結構比較簡單,往往是由無數(n)結構小單元以重復的方式排列而成的。

高分子化合物(又稱高聚物)的分子比低分子有機化合物的分子大得多。一般有機化合物的相對分子質量不超過1000,而高分子化合物的相對分子質量可高達幾千甚至幾萬,都超過了1000。由于高分子化合物的相對分子質量很大,所以在物理、化學和力學性能上與低分子化合物有很大差異。

高分子化合物的相對分子質量雖然很大,但組成並不復雜,它們的分子往往都是由特定的結構單元通過共價鍵多次重復連線而成。

同一種高分子化合物的分子鏈所含的鏈節數並不相同,所以高分子化合物實質上是由許多鏈節結構相同而聚合度不同的化合物所組成的混合物,其相對分子質量與聚合度都是平均值。

高分子化合物幾乎無揮發性,常溫下常以固態或液態存在。固態高聚物按其結構形態可分為晶態非晶態。前者分子排列規整有序;而後者分子排列無規則。同一種高分子化合物可以兼具晶態和非晶態兩種結構。大多數的合成樹脂都是非晶態結構。

組成高分子鏈的原子之間是以共價鍵相結合的,高分子鏈一般具有支鏈型、體型和線形三種不同的形狀。

生成用途

當今世界上作為材料使用的

高分子樹脂綳帶高分子樹脂綳帶

高分子樹脂綳帶

大量高分子化合物,是以煤、石油、天然氣等為起始原料製得低分子有機化合物,再經聚合反應而製成的。這些低分子化合物稱為"單體",由它們經聚合反應而生成的高分子化合物又稱為高聚物。通常將聚合反應分為加成聚合和縮合聚合兩類,簡稱加聚和縮聚。

由一種或多種單體相互加成,結合為高分子化合物的反應,叫做加聚反應。在該反應過程中沒有產生其他副產物,生成的聚合物的化學組成與單體的基本相同。 也在反應過程中需要借助外力或引發劑進行引發,使之產生自由基,外力比如熱、光、輻射等,引發劑有偶氮引發劑過氧類引發劑和氧化還原類引發劑等,比如偶氮二異丁腈、偶氮二異丁脒鹽酸鹽(V-50引發劑)、BPO等。

航空先進樹脂基復合材料航空先進樹脂基復合材料

航空先進樹脂基復合材料

縮聚反應是指由一種或多種單體互相縮合生成高聚物,同時析出其他低分子化合物(如水、氨、醇、鹵化氫等)的反應。縮聚反應生成的高聚物的化學組成與單體的不同。

各種塑膠、橡膠、纖維都是典型的高分子

材料優點

高分子材料的突出優點可總結為"三高"--高比強度、高絕緣性和高彈性。這"三高"是其他材料所難以具備的,尤其是與金屬材料、無機非金屬材料相比較而言,這三個方面比較突出。

輕質、高強、耐腐蝕、絕緣、耐熱、彈性好、耐輻射、透明、易加工等。

多層復合材料裝甲戰車多層復合材料裝甲戰車

多層復合材料裝甲戰車

獲獎情況

世界高分子諾貝爾獎得獎情況

1953 HermannStaudinger(1881-1965)

施陶丁格(Hermann Staudinger)是

Hermann StaudingerHermann Staudinger

Hermann Staudinger

德國著名的化學家?881年3月23日生于德國的沃爾姆斯(Worms),1965年8月8 日在弗賴堡(Freiburg)逝世,終年84歲。他是1953年nobel化學獎的得主。1947年,他編輯出版了《高分子化學》(Die makromolekulare Chemie)雜志,形象地描繪了高分子(Macromolecules)存在的形式。從此,他把"高分子"這個概念引進科學領域,並確立了高分子溶液的粘度與分子量之間的關系,創立了確定分子量的粘度的理論(後來被稱為施陶丁格爾定律)。他的科研成就對當時的塑膠、合成橡膠、合成纖維等工業的蓬勃發展起了積極作用。由于他對高分子科學的傑出貢獻,1953年他以72歲高齡,走上了nobel獎金的領獎台。

1963 Karl Ziegler (1903-1979) Giulio Natta(1898-1973)

德國人齊格勒(KarlZiegler)與義大利人納塔(GiulioNatta)分別發明用三乙基鋁和三氯化鈦組成的金屬絡合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法。這種催化劑被統稱為齊格勒-納塔型催化劑。

1963年12月10日,他們共享nobel化學獎的崇高榮譽。

Giulio NattaGiulio Natta

Giulio Natta

1974 Paul J.Flory(1910-1985)

美國高分子物理化學家弗洛裏(Paul J. Flory)由于在高分子科學領域,尤其在高分子物理性質與結構的研究方面取得巨大成就,1974年榮獲瑞典皇家科學院授予的nobel化學獎。

Paul J. FloryPaul J. Flory

Paul J. Flory

1991 Pierre-Gilles de Gennes

法國科學家吉尼(Pierre-Gilles de Gennes)

Pierre-Gilles de Gennes

成功地將研究簡單體系中有序現象的方法推廣到高分子、液晶等復雜體系。1991年被授予nobel物理學獎。

2000 Hideki Shirakawa Alan J. Heeger Alan G. MacDiarmid

2000年10月10日,日本築波大學都得白川英樹(Hideki Shirakawa),美國加利福尼亞大學的黑格(Alan J. Hegger)和美國賓夕法尼亞大學的馬克迪爾米德(Alan G. MacDiarmid)因對導電聚合物的發現和發展而獲得2000年度nobel化學獎。

白川英樹白川英樹

白川英樹

Alan J. Hegger

相關詞條

相關搜尋

其它詞條