浅谈对高分子化学的认识

浅谈对高分子化学的认识

关键词：高分子高分子化学高分子材料高聚物

论文提要：

一、高分子的概念

二、高分子的合成

三、高分子材料及其合成方式

四、高分子的发展

参考文献：

1.高分子化学教程/王魁三，寇小康编著.——2版.北京科学出版社，2007.4

2.维基百科词条：高分子化学2011.01.14

班级：07095班

学号：07095025

姓名：王鹏鹏

2012-5-28

一、高分子的概念

高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。合成高分子的历史不过80年，所以高分子化学真正成为一门科学还不足六十年，但它的发展非常迅速。目前它的内容已超出化学范围，因此，现在常用高分子科学这一名词来更合逻辑地称呼这门学科。狭义的高分子化学，则是指高分子合成和高分子化学反应。人类实际上从一开始即与高分子有密切关系，自然界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。

所谓的高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子质量在1万以上的化合物，与其有相同化学组成和结构的低分子同系物相比，高分子化合物具有高熔点、高强度、高弹性以及溶液和熔体具有高粘度等特殊性质。这些都归因于具有特殊的大分子结构。

顾名思义，高分子的分子内含有非常多的原子，以化学键相连接，因而分子量都很大。但这还不是充足的条件，高分子的分子结构，还必须是以接合式样相同的原子集团作为基本链节(或称为重复单元)。许多基本链节重复地以化学键连接成为线型结构的巨大分子，称为线型高分子。有时线型结构还可通过分枝、交联、镶嵌、环化，形成多种类型的高分子。其中以若干线型高分子，用若干链段连接在一起，成为巨大的交联分子的称为体型高分子。

二、高分子的合成

从高分子的合成方法可以知道，合成高分子的化学反应，可以随机地开始和停止。因此，合成高分子是长短、大小不同的高分子的混合物。与分子形状、大小完全一样的一般小分子化合物不同，高分子的分子量只是平均值，称为平均分子量。

高分子是通过一定形式的聚合反应生成具有相当高的分子量的大分子，一般指聚合物和结构上包括聚合物的分子。几乎所有的高分子都是有机分子。

许多生物化学中的分子是高分子，其中包括蛋白质、碳水化合物、脂类和核酸，这些分子有时也被称为生物大分子，另外，还包括大分子量的非聚合分子，比如大环化合物。人工合成的高分子包括塑料。金属和晶体虽然也是由许多原子组成的，其内部通过类似分子的键联合在一起，但是它们一般不被认为是高分子。

有时不同的高分子之间通过分子间力（但不是通过化学键）组合到一起，尤其是假如这样的组合是自然发生的，而且其组成部分一般不单独出现的话，那么这样的混合物也会被称为高分子。实际上这样的混合物更应该被称为高分子复合物。在这种情况下组成这个复合物的单个高分子往往被称为下单位。

由高分子组成的物质往往有不寻常的物理特性。液晶和橡胶就是很好的例子。许多高分子在水中需要特殊的小分子帮助才能溶解。许多需要盐或者特殊的离子来溶解。

高分子往往是由单体通过聚合反应构成。"高分子"这个术语由诺贝尔奖获得者赫尔曼·施陶丁格于20世纪20年代创造的，尽管他发表的第一篇相关领域的文章只是提到"高分子化合物"（超过1000个原子）。那时，"聚合物"这一习惯用法由贝采利乌斯于1833年提出，和现在的意思不同：它只是同分异构的另一个形式，比如说苯和乙炔，而与大小无关。这一术语用来描述大分子在不同领域中的不同形式。比如，生物学中高分子指的是组成生物的四种大分子，而从化学来说，这个属于指的是两种或以上由分子间力聚集在一起而不是共价键，不过两者分得并不那么清。

由一种或多种单体相互加成，结合为高分子化合物的反应，叫做加聚反应。在该反应过程中没有产生其他副产物，生成的聚合物的化学组成与单体的基本相同。也在反应过程中需要借助外力或引发剂进行引发，使之产生自由基，外力比如热、光、辐射等，引发剂有偶氮引发剂过氧类引发剂和氧化还原类引发剂等，比如偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐（V-50引发剂）、BPO等。航空先进树脂基复合材料缩聚反应是指由一种或多种单体互相缩合生成高聚物，同时析出其他低分子化合物（如水、氨、醇、卤化氢等）的反应。缩聚反应生成的高聚物的化学组成与单体的不同。

三、高分子材料及其合成方式

高聚物作为材料使用，主要可分塑料、纤维和橡胶等，都需要加工成一定的形状方可使用。此外，用做分离、分析材料的离子交换树脂，在聚合过程中就可制成可使用的球形颗粒；用做油漆涂料的高聚物，只须溶在适当溶剂中，就可使用，无须加工成型。

当今世界上作为材料使用的高分子树脂绷带大量高分子化合物，是以煤、石油、天然气等为起始原料制得低分子有机化合物，再经聚合反应而制成的。这些低分子化合物称为“单体”，由它们经聚合反应而生成的高分子化合物又称为高聚物。通常将聚合反应分为加成聚合和缩合聚合两类，简称加聚和缩聚。

高分子作为结构材料，在代替木材、金属、陶瓷、玻璃等方面的应用日新月异。在农业，工业和日常用途上，它的优点很多，如质轻、不腐、不蚀、色彩绚丽等，用于机械零件、车船材料、工业管道容器、农用薄膜、包装用瓶、盒、纸，建筑用板材、管材、棒材等等，不但价廉物美，而且拼装方便。还可用于医疗器械，家用器具，文化、体育、娱乐用品，儿童玩具等，大大丰富和美化了人们的生活。

四、高分子的发展

20世纪中以来，高分子化学尤其是塑料，纤维，橡胶三大合成材料的发展速度惊人。40年代39万吨，50年代210万吨，60年代950万吨，70年代4100万吨，80年代超过了1亿吨。平均每10年增长5倍。三大合成材料之所以如此高速发展主要原因就是人们生活需要。由于天然资源的不足，人们不得不用合成材料来补足。三大合成材料产量已超过了天然资源。另一原因是原料来源丰富，适合现代化大工业生产。年产1万吨天然橡胶需要热带土地10万亩，载种3000万颗橡胶树，每年需劳动力5万人，等7—8年后才能割胶。但每年生产等量的合成橡胶只需150人生产厂。同样建一个年产20万吨合成纤厂相当于400万亩棉田或4000万头绵羊的产量。在各项工业中一吨高分子材料可代替了3—7吨金属材料，在电子、电器，机械工业，建筑，农业广泛的应用，成为国民经济发展必不可少的材料。高分子化学----研究课题

在新世纪中，高分子化学通过分子的纳米合成实现材料的纳米化。它包括有高分子薄膜、纤维，和晶体等材料。此外高分子仿生合成和生物合成等都将成为高分子化学发展的热门。