高分子化工资料

什么是高分子化工
高分子化合物及以其为基础的复合或共混材料的制备和成品制造工业。

包括塑料工业、合成橡胶工业、橡胶工业、化学纤维工业、涂料工业和胶粘剂工业。

由于原料来源丰富、制造方便、加工简易、品种多并具有为天然产物所没有或较天然产物更为优越的性能，高分子化工已成为发展速度最快的化学工业部门之一。

高分子化学工业的简称，为高分子化合物（简称高分子）及以其为基础的复合或共混材料的制备和成品制造工业。

按材料和产品的用途分类，高分子化工包括的行业有塑料工业、合成橡胶工业、橡胶工业、化学纤维工业，也包括涂料工业和胶粘剂工业。

由于原料来源丰富、制造方便、加工简易、品种多并具有为天然产物所无或较[2]天然产物更为卓越的性能，高分子化工已成为发展速度最快的化学工业部门之一。

高分子化工经历了对天然高分子的利用和加工；对天然高分子的改性；以煤化工为基础生产基本有机原料和以大规模的石油化工为基础生产烯烃和双烯烃为原料合成高分子4
个阶段。

高分子化工是新兴的合成材料工业。

多数聚合物（或称树脂）需要经过成型加工才能制成产品。

热塑性树脂的加工成型方法有挤出、注射成型、压延、吹塑和热成型等；热固性树脂加工的方法一般采用模压或传递模塑，也用注射成型。

将橡胶制成橡胶制品需要经过塑炼、混炼、压延或挤出成型和硫化等基本工序。

化学纤维的纺丝包括纺丝熔体或溶液的制备、纤维成形和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。

高分子合成工业的原料，在相当长时间内，仍将以石油为主。

在功能高分子材料方面，特别是在高分子分离膜、感光高分子材料、光导纤维、高分子液晶、超电导高分子材料、医用高分子材料、仿生高分子材料等方面的应用、研究、开发工作将更加活跃。

高分子化工的应用与发展：
19世纪以前人类主要是利用天然高分子化合物，如棉花、亚麻、羊毛、蚕丝纤维、玻璃、水泥、皮革、纸、天然橡胶、古塔波胶、巴拉塔树胶、虫胶等。

19世纪中期人类开始对天然高聚物开始进行改性，如橡胶硫化、纤维素硝化等。

20世纪初开始人工合成高分子化合物，如1907年建成的酚醛树脂生产装置、醋酸纤维溶液生产装置，及其以后相继建成的玻璃纸、尿醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等装置。

目前高分子化工处于高速发展时期，无论从单体原料、高聚物性能、生产工艺等方面都有巨大突破，实现了生产技术现代化、产品多样化和新型化。

未来高分子化工将探索新的聚合技术和材料改性技术。

高分子化工包括高分子化合物聚合工艺和高分子材料加工工艺两部分。

高分子聚合工艺就是将基本有机合成工业生产的小分子化合物（单体），经过聚合反应（包括缩聚反应等）合成为高分子化合物的生产工艺。

目前工业生产方法主要有连锁聚合（本体聚合、乳液聚合、、悬浮聚合、溶液聚合等）和逐步聚合（熔融缩聚、溶液缩聚、固相缩聚、界面缩聚、乳液缩聚等）。

主要产品分为合成塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、黏合剂和离子交换树脂、高分子分离膜、高分子磁性材料、光功能高分子材料、高分子复合材料等。

高分子的结构特点：
高分子是由许许多多结构单元组成的，每一结构单元相当于一个小分子，相互间以化学键连接
高分子的分子量很大且有多分散性
高分子主链有一定的内旋转自由度，从而赋予主链一定的柔性，由于分子热运动，链的形状不断改变
结构单元间的Van de walls力非常重要
交联可以使高分子的性能发生很大变化
高分子的聚集态有晶态和非晶态之分，晶态比小分子的有序度低，非晶态比小分子的有序度高
•高分子各结构层次之间既有区别又有联系
•高分子结构是包括各个层次的综合概念，高分子的性能也是各个层次结构对性能贡献的综合表现
•高分子结构层次繁多、复杂，给其性能调节和改善带来机会
–合成：一次结构
–加工：二、三次结构
–配混：高次结构
碳链高分子
这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧，易老化，耐热性较差。

杂链高分子
•这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的，因主链带极性，易水解，醇解或酸解•优点：耐热性好，强度高
•缺点：易水解
•这类聚合物主要用作工程塑料
元素有机高分子
主链无C，但侧基含有机取代基
这类高聚物的特点是具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。

但强度较低。

无机高分子
全部由非C原子构成
梯型聚合物
梯形聚合物的特点：热稳定性好，因为受热时链不易被打断，即使几个链断了，只要不在同一个梯格中不会降低分子量。

支化
对聚合物性能的影响：
结晶性、柔顺性、硬度、密度、熔点等
短支链——规整性、结晶度、密度、熔点等
长支链——主要影响溶解性能和熔体性能
交联
交联：不溶、不熔
一般使强度、热稳定性提高
热固性树脂、硫化橡胶均为交联高分子材料
橡胶的硫化
饱和烃类聚合物的交联
通过自由基(如：辐射交联)
分子的立体构型不同，导致材料性能差异
生活中的高分子材料
生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

下面就以塑料、纤维素和橡胶举例说明。

（一）塑料
塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。

是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。

塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。

塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。

2、塑料制造成本低。

3、耐用、防水、质轻。

4、容易被塑制成不同形状。

5、是良好的绝缘体。

6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。

塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。

2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。

3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。

塑料的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。

线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，
故有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。

体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。

塑料则两种结构的高分子都有，由线型高分子制成的是热塑性塑料，由体型高分子制成的是热固性塑料。

塑料的应用：透明塑料制成整体薄板车顶。

薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。

拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。

导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。

一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。

这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。

同时也大大降低了单个组件的数量。

（二）纤维素
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。

不溶于水及一般有机溶剂。

是植物细胞壁的主要成分。

纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。

纤维素是自然界中存在量最大的一类有机化合物。

它是植物骨架和细胞的主要成分。

在棉花、亚麻和一般的木材中，含量都很高。

纤维素的结构：纤维素是一种复杂的多糖，分子中含有约几千个单糖单元，即几千个（C6H10O5）；相对分子质量从几十万至百万；属于天然有机高分子
化合物；纤维素结构与淀粉不同，故性质有差异。

纤维素的性能：纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于铜氨
Cu(NH3）4（OH）2溶液和铜乙二胺[NH2CH2CH2NH2]Cu（OH）2溶液等。

水可使纤维素发生有限溶胀，某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。

纤维素加热到约150℃时不发生显著变化，超过这
温度会由于脱水而逐渐焦化。

纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等，与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素。

纤维素的用途：棉麻纤维大量用于纺织工业；木材、稻草、麦秸、蔗渣等用于造纸；制造硝酸纤维：火棉（含N量较高，制无烟火药）、胶棉（含N量较低，制赛璐珞和油漆）；制造醋酸纤维：不易着火，用于制胶片；制造粘胶纤维（NaOH、CS2处理后所得，长纤维称人造丝，短纤维称人造棉）；膳食纤维：第七种营养
成分，有利于消化。

（三）橡胶
橡胶是一类线型柔性高分子聚合物，橡胶是一种有弹性的碳氢化合物异戊二烯聚合，未经加工时以乳剂的形态存在。

橡胶乳剂可以从一些植物的树液中取得，也可以是人造的。

也是很普遍的高分子材料之一。

其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。

橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。

由于橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有
迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。

所以橡胶是橡胶工业的基本原料，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品。

橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。

从橡胶的结构来看的话我们不难发现从线性结构来分析未硫化橡胶的普遍结构。

由于分子量很大，无外力作用下，呈细团状。

当外力作用，撤除外力，细团的纠缠度发生变化，分子链发生反弹，产生强烈的复原倾向，这便是橡胶高弹性的由来。

用型橡胶的综合性能较好，应用广泛。

主要有：①天然橡胶。

从三叶橡胶树的乳胶制得，弹性好，强度高，综合性能好。

②异戊橡胶。

全名为顺-1，4-聚异戊二烯橡胶，由异戊二烯制得的高顺式合成橡胶，因其结构和性能与天然橡胶近似，故又称合成天然橡胶。

③丁苯橡胶。

简称SBR，其综合性能和化学稳定性好。

④顺丁橡胶。

与其他通用型橡胶比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性能好，易与天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等并用。

随后我们介绍一下特种橡胶。

特种型橡胶指具有某些特殊性能的橡胶。

主要有：①氯丁橡胶。

简称CR，由氯丁二烯聚合制得。

具有良好的综合性能，耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。

但其密度较大，常温下易结晶变硬，贮存性不好，耐寒性差。

②丁腈橡胶。

简称NBR，由丁二烯和丙烯腈共聚制得。

耐油、耐老化性能好，可在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。

此外，还具有耐水性、气密性及优良的粘结性能。

③硅橡胶。

主链由硅氧原子交替组成，在硅原子上带有有机基团。

耐高低温，耐臭氧，电绝缘性好。

④氟橡胶。

分子结构中含有氟原子的合成橡胶。

通常以共聚物中含氟单元的氟原子数目来表示，如氟橡胶23，是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。

氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀。

⑤聚硫橡胶。

由二卤代烷与碱金属或碱土金属的多硫化物缩聚而成。

有优异的耐油和耐溶剂性，但强度不高，耐老化性、加工性不好，有臭味，多与丁腈橡胶并用。

此外，还有聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等。

高分子材料的发展前景
作为新一代材料，它不仅具有传统材料优越的性能，更是弥补了许多传统型材料的不足。

目前，我们最为关注的就是环保问题了，虽然现在高分子材料的应用技术还不够成熟，还有许多问题亟待解决，但相信科学家们将会在不断研究过程中，通过制造新型绿色无污染的高分子材料并应用于实际生活中来解决环境问题已是毫无疑问的。

例如，目前已经制造的新型塑料袋，克服了传统塑料袋不易分解、容易造成土壤硬化等问题，而是易分解、对土壤无污染的，现在已经广泛应用于日常生活中了。

总之，高分子材料的发展前景是诱人的，值得我们这一代为之继续努力，不断去发掘、去钻研。

高分子材料按来源分类
高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。

合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。

高分子材料的结构特征
高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。

因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。

高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。

链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。

近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。

远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。

聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。

从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物。

除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等。

碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构。

碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物。

有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來。

這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能。

高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性。

高分子具有巨大的分子量, 达到至少１万或几百万至千万以上, 所以, 人们將其称为高分子、大分子或高聚物。

高分子材料。

高分子材料的定义
高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。

高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。

高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。

如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。

高分子材料发展史
受热发粘,受冷变硬.1839年美国用硫磺及加热天然橡胶,使其交联成弹性体,应用于轮胎及其他橡胶制品,用途甚广,这是高分子化工的萌芽时期.1869年,美国用樟脑增塑硝酸纤维素制成塑料,很有使用价值.1891年在法国贝桑松建成第一个人造丝厂.1909年,美国制成酚醛树脂,俗称电木粉,广泛用于电器绝缘材料.
这些萌芽产品,在品种,产量,质量等方面都远不能满足社会的要求.所以,上述基础有机化学品的生产和高分子材料生产,在建立起石油化工以后,都获得很大发展.
高分子化工大发展时期
高分子材料在战时用于军事,战后转为民用,获得极大的发展,成为新的材料工业.作为战略物质的天然橡胶产于热带,受阻于海运,各国皆研究.1937年德国法本公司开发获得成功.以后各国又陆续开发了顺丁,丁基,氯丁,丁腈,异戊,乙丙等多种合成橡胶,各有不同的特性和用途.方面,1937年美国成功地合成尼龙66(见),用熔融法纺丝,因其有较好的强度,用作降落伞及轮胎用.以后涤纶,维尼纶,腈纶等陆续投产,也因为有石油化工为其原料保证,逐渐占有天然纤维和人造纤维大部分市场.塑料方面,继酚醛树脂后,又生产了,醇酸树脂等热固性树脂.30年代后,品种不断出现,如迄今仍为塑料中的大品种,为当时优异的绝缘材料,1939年高压用于海底电缆及雷达,低压聚乙烯,等规聚丙烯的开发成功,为民用塑料开辟广泛的用途,这是齐格勒-纳塔催化剂为高分子化工所作出的一个极大贡献.这一时期还出现耐高温,抗腐蚀的材料,如,,其中聚四氟乙烯有塑料王之称.第二次世界大战后,一些也陆续用于汽车工业,还作为建筑现代高分子材料高性能合成材料
60年代已开始用(俗称尼龙),聚缩醛类(如),,以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物()等为结构材料.它们具有高强度,耐冲击,耐磨,抗化学腐蚀,耐热性好,电性能优良等特点,并且自重轻,易成型,广泛用于汽车,电器,建筑材料,包装等方面.60年代以后,又出现,,,等.尤其是为耐高温,耐高真空,自润滑材料,可用于航天器.其纤维可做航天服以抗辐射.聚苯并噻唑和聚苯并咪唑为耐高温树脂,耐热性高,可作烧蚀材料,用于火箭.共聚,共混和复合使结构材料改性,例如多元醇预聚物与经催化反应,为尼龙聚醚嵌段共聚物,具有高冲击强度和耐热性能,用于农
(力学性能：强度、刚度、变形)
功能材料(声、光、电、热等)
高分子材料：即聚合物材料，是工业、农业、国防和科技等领域的重要材料
高分子材料的分类：
天然高分子材料(皮毛、天然橡胶、棉花、纤维素、虫胶、蚕丝、甲壳素、木
材)
按照来源分为：
合成高分子材料(合成塑料、合成纤维、合成橡胶)
按照物理形态和用途：塑料、纤维、橡胶、黏合剂、涂料、聚合物基复合材料、聚合物
合金、功能高分子材料、生物高分子材料等
天然高分子材料的发展史：
远古时期：皮毛、天然橡胶、棉花、纤维素、虫胶、蚕丝、甲壳素、木材等
开发了天然高分子材料的改性和加工工艺：19世纪，德国人，硝酸溶解纤维素纺丝制
膜；制备炸药；硝化纤维素制成“赛璐珞”
天然橡胶的改性：
1823年，英国，第一个橡胶工厂，防水胶布
1839年，美国，硫化改性，硫化胶
橡胶加工工艺完善，蓬勃发展，一日千里
合成高分子材料的发展史：
20世纪初，酚醛树脂的合成：酸条件下，线型；碱条件下，体型
2 0世纪60年代后期：
合成各种特性的塑料材料，例如，聚甲醛、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚
苯硫醚等
合成特种涂料、黏合剂、液体橡胶、热塑性弹性体、耐高温特种有机纤维
耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件的高性能高分子材料发展迅速
向功能化、智能化、精细化方向发展
21世纪，高分子材料成为现代工程材料的主要支柱
高分子材料的类型与特征
1.2.1 塑料
塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材料。

它是以树脂为主要组分，加入各种添加剂，能在一定温度和压力下加工成形的各种材料的
总称。

塑料的组成：
1）树脂: 塑料的主要组分。

它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，并使其具有成型性能。

绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。

2）填充剂（填料）: 提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。

如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。

常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。

3）增塑剂: 提高塑料的可塑性和柔软性。

常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。

常用增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。

4）稳定剂: 提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。

常用热稳定剂有硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物等。

光稳定剂有炭黑、氧化锌等遮光剂。

5）增色剂: 赋予塑料制品各种色彩。

常用的着色剂是一些有机染料和无机颜料。

有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。

6）润滑剂: 提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。

常用润滑剂有硬酯酸、盐类等。

7）固化剂: 与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。

常用的固化剂如六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰等。

8）其他: 还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等。

塑料的分类：
1）按塑料热性质分类：
热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型加工。

聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

热固性塑料：在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，立体网状结构，不可再生。

具有更好耐热性和抗蠕变能力。

酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。

2）按塑料的功能和用途分类：
1通用塑料：产量大、用途广、价格低的塑料，。

但性能一般，主要用于非结构材料。

聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等。

2工程塑料：具有较高力学性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。

具有较宽的温度适用范围，能在苛刻条件下长时间使用。

长期在100~150℃范围内应用的塑料，称为通用工程塑料（聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛、聚碳酸酯等）
在150 ℃以上长期使用的成为特种工程塑料。

聚砜、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚芳酯等。

3功能塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。

1.2.2 橡胶
橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性的材料。

线形柔性高分子聚合物，以生胶为原料，加入适量配合剂而形成。

一、橡胶的结构特征
（1）分子链具有足够的柔性；。