高分子的化学结构和性能之间的关系

高分子的化学结构和性能之间的关系

相对分子量超过10000的化合物称之为高分子，又称高聚物或聚合物。同样的单体即化学组成完全相同，由于合成工艺不同，生成的聚合物结构即链结构或取代基空间取向不同，其性能也不同。

（一）聚乙烯性能与结构的关系

1、高压聚乙烯（低密度聚乙烯）——LDPE

LDPE是在微量氧的存在下，通过高温（200℃）高压（1000大气压）聚合而成。支链比较多，比较长，链与链之间距离较大，密度小。

2、低压聚乙烯（高密度聚乙烯）——HDPE

HDPE支链很少，而且很短，分子量较大,分子链之间靠的比较近，密度大。

3、线性低密度聚乙烯——LLDPE

LLDPE合成所用的单体除乙烯外，还有小部分α-烯烃。虽然它有许多支链，但是支链的长度仅仅是α—烯烃聚合后余下的部分，分子链之间距离较LDPE小，密度比LLDPE大，但比HDPE小。

尽管三种PE只是在链结构上有所差异，却直接影响到分子链间的距离，进而影响到材料密度，即材料的密度主要由链结构所决定。而密度又直接影响材料性能，所以链结构不同性能自然也就不同。

4、茂金属聚乙烯——mPE

mPE与普通乙烯丙烯共聚物最大的区别是：由于金属茂催化剂的强定向作用，使分子链中的丙烯单体上的甲基呈有序排列，而且分子量分布窄。正由于mPE上述结构特征，使mPE具有如下优异特性：（1）韧性好、刚性大、透明性和清洁度比普通PE都好；（2）熔体强度大，不易发生破裂。（3）熔体粘度大，热稳定性好。（4）低温热封性好，是至今低温热封性能最好的树脂，可广泛应用于食品包装。

（二）聚丙烯性能与结构关系

1、PP均聚物：

PP均聚物与PE相比PP最大区别是C链上含有甲基，甲基的存在使分子链间距增大，密度减小，PP在所有树脂密度最小。根据PP碳链上的甲基在空间取向不同，可分等规PP、间规PP和无规PP三种。等规PP和间规PP碳链上的甲基在空间取向是规整有序的，而无规PP碳链上的甲基在空间取向无规律性，随意排布。也正由于这个结构上的微少差异，使其性能差别很大，等规PP和间规PP具有很好的力学性能，而无规PP呈蜡状物，基本上无力学性能。

从上述讨论，可以看出，PP的几乎所有性能都与甲基和甲基的空间排布方式有关，PP与PE性能上的差异完全由甲基的存在决定。

2、PP共聚物

（1）乙—丙橡胶

PP共聚物的性能与组成结构具有密切关系，当丙烯含量为40～70% 时，则完全成为一种无定形的橡胶状弹性体，称之为乙—丙橡胶。主要用作其它树脂改性剂，可提高材料的韧性和抗冲击强度。

（2）PP无规共聚物：

PP无规共聚物中，乙烯含量一般不超过20%。所谓无规是指乙烯单体在无规共聚物分子链中呈无规则排列，乙烯可起到阻止共聚物结晶作用，使结晶度降低，玻璃化温度降低，但透明性、柔软性和光泽度提高。

（3）PP嵌段共聚物

PP嵌段共聚物的分子链中乙烯和丙烯组分呈嵌段式排布。与PP无规共聚物相比，软化温度降低很小，而脆化温度却提高很大。PP嵌段共聚物与PP等规均聚物相比，在刚性基本保持不变的情况下，耐低温性、韧性和抗冲击性却得到较大提高。PP嵌段共聚物与HDPE相比，耐热性、抗应力开裂性、抗儒变性和表面硬度都获得提高，而收缩率降低。

三、苯乙烯系列聚合物性能与组成关系：

1、通用级聚苯乙烯——PS

PS是苯乙烯的均聚物，PS质轻坚硬，无色、透明，具有教好刚性、透明性和表面光泽性，冲击强度小，耐磨性差，热容低，流动性好，易加工成型。

2、抗冲击聚苯乙烯——HIPS

HIPS是苯乙烯与丁二烯的共聚物，PS性能上最大缺陷是性脆、韧性小，抗冲击性差。为了克服它的不足，在合成过程中加入6—8%的聚丁二烯橡胶，可以明显改善PS的韧性。

3、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物——ABS

ABS是一种三组分组成的聚合物：聚苯乙烯具有较好的光泽性、透明性和加工性，聚丁二烯为橡胶弹性体，具有良好韧性和抗冲击性，聚丙烯腈具有高度化学稳定性、耐油性和表面硬度，三者结合为一体，可充分发挥各自的优势，成为一种综合性能优异的高分子材料。

ABS树脂为无定形聚合物，耐热性好，具有极好的低温抗冲击性能、尺寸稳定性。由于分子中含有氰基，易吸潮水解，所以加工之前必须充分干燥。

4、苯乙烯系列其它聚合物

（1)苯乙烯—丙烯腈共聚物——AS树脂

AS树脂与PS相比，具有更好的硬度、刚性、耐热性、耐溶剂性。AS树脂的性能取决于丙烯腈的含量，随之丙烯腈含量增加，熔体粘度和强度提高，防渗透性、耐化学品性和抗紫外线性能也有所提高，但热稳定性降低。

（2）苯乙烯—丁二烯共聚物——K树脂

K树脂是由苯乙烯和丁二烯共聚物而成，与AS相比，分子中的丙烯腈换成具有橡胶性能的丁二烯，所以K数值具有良好耐冲击性、挠屈性能好、柔软而有弹性，透明性好。

（3）透明ABS——MBS

MBS是由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯共聚而成，甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体，将ABS分子中的丙烯腈换成甲基丙烯酸甲酯，便可制得高透明产品。MBS具有类似ABS力学性能，但透明度明显提高，厚度为3.2mm的制品透光率可达85～90%，雾度6%，抗冲击性、刚性和耐寒性均很好，在－40℃下仍能有较好的韧性，耐紫外光性能也优于 ABS。

从上述对苯乙烯系列聚合物性能与组成关系的讨论中，再一次证明高分子材料的性能与组成结构的依赖关系。高分子材料分子中组成或结构任何微小变化，都会使材料的性能发生改变。这正是高分子材料分子设计的理论依据，根据这一理论依据，将会不断研究开发出更多性能优异的新材料。