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聚合物

聚合物又稱加聚物。由一種單體經(jīng)聚合(加聚)反應而成的產(chǎn)物。分子具有重復的結構單位。分子量低的稱低聚物，如三聚甲醛等。分子量高的，達幾千甚至幾百萬的稱高聚物或高分子化合物。高聚物有天然產(chǎn)物和人工合成的兩類。天然高聚物，如蛋白質(zhì)是氨基酸的聚合物、淀粉和纖維素是環(huán)狀多羥基的聚合物(糖類)等，又稱生物高聚物。它們大多可被生物降解，短期內(nèi)可能會造成水體生物需氧量的遞增，在厭氧條件下會分解產(chǎn)生氨、硫化氫和甲烷等污染物，但不致引起長期的環(huán)境影響。合成高聚物的種類繁多，制品應用很廣，如聚氯乙烯和聚苯乙烯塑料、樹脂、聚酯及橡膠等。它們是難降解物質(zhì)。在環(huán)境中會長時間存在造成大量廢品垃圾，其中的增塑劑會蒸發(fā)出來污染環(huán)境，影響人體健康。聚合物的單體大多從石油中得來，許多是有毒有害物質(zhì)，如氯乙烯為致癌物。現(xiàn)今，人們在研制各種聚合物的含氧化物、含過氧化氫化合物及含羰基的化合物。這種高聚物在陽光照射下會光解成低分子的有機物并能被生物進一步降解而成無害物，使它不會污染環(huán)境。
高分子聚合物是由一種或幾種結構單元主要以共價鍵連接起來的高分子量的化合物，也稱高聚物、高分子化合物、大分子化合物等。例如，聚乙烯[—CH2—CH2—]n，尼龍6[—NH(CH2)5CO—]n，它們的結構單元分別為—CH2—CH2—，—NH(CH2)5CO—，聚合度為n。
由于分子量很高(通常為104～106) ，故顯示許多特殊的性能，如較難溶，甚至不溶; 溶解先溶脹; 溶液粘度比相等濃度的小分子溶液高得多; 分子間作用力大，通常只能呈粘稠的液態(tài)或固態(tài)，不能氣化; 固體具有一定力學強度，能抽絲，可拉膜。聚合物由長短不一的許多大分子鏈組成，這一特性稱為分子量的多分散性，可用分子量分布來描述它的多分散性。通常所說的聚合物的分子量是平均值。根據(jù)統(tǒng)計平均方法不同，有數(shù)均分子量[等于高聚物的總質(zhì)量(以g為單位)除以所含各種分子量分子的總物質(zhì)的量，以表示Mm]、質(zhì)均分子量 (等于高聚物的各種分子量的分子的質(zhì)量分數(shù)與其相應的分子量乘積的總和，以Mm表示) 等。Mm/Mm稱多分散系數(shù)，用來衡量分子量分布的寬窄。多分散系數(shù)越大，分子量分布越寬，分散程度越大。
高分子聚合物的性質(zhì)在很大程度上還決定于分子鏈的形狀。根據(jù)分子鏈的形狀不同，可分為線型、球型、網(wǎng)型和體型幾種結構。
線型結構高分子聚合物的主鏈原子，常排列成一長鏈形狀，在長鏈上接有或多或少長短不一的支鏈。這類結構的高聚物受熱時，往往可以熔化，也能溶于特定的有機溶劑，具有形成晶體的可能性，并可用人工定向。由于其中少量支鏈使分子間距增大，結構變松，從而機械強度降低，溶解能力和可塑性增高。常用的這類高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、橡膠等。
球型結構高分子聚合物的主鏈也是長鏈形狀，但帶有大量的支鏈，并圍繞在主鏈的四周，使分子成為球狀。其強度和彈性都不及線型結構高，無顯著的熔點，但具有良好溶解性能。酚醛樹脂、脲醛樹脂等反應過程的中間產(chǎn)物均屬這類結構。
網(wǎng)型結構高分子聚合物的主鏈也是長鏈形狀，但為橫跨鍵所交聯(lián)成為網(wǎng)狀。它在高溫下不熔化，但能變軟具有塑性;在有機熔劑中不溶解，但能膨脹，硫化橡膠即屬于這類高分子。
體型結構高分子聚合物以長鏈為主鏈，在三維空間與其它許多分子發(fā)生交聯(lián)而成，但在單體聚合過程中，也能逐步交聯(lián)而形成。體型結構的高聚物質(zhì)硬而脆，在高溫中既不熔化，也無可塑性，在有機溶劑中不能溶解。酚醛、胺醛、環(huán)氧及聚酯等樹脂的最終產(chǎn)物均屬于此結構。
我們可從不同角度給聚合物分類。按性質(zhì)和用途分為化學纖維、塑料、橡膠、涂料和粘合劑; 按合成反應的名稱分為加成聚合物(如聚乙烯、聚丙烯等)、縮合聚合物(如聚酯、聚酰胺等)、開環(huán)聚合物(如聚醚等)等; 按來源分為天然聚合物 (如淀粉、纖維素等)、合成聚合物(如烯類聚合物等)、半合成聚合物(如醋酸纖維素等); 按主鏈元素組成分為碳鏈聚合物(主鏈主要由碳原子構成)、雜鏈聚合物(主鏈除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子)、元素有機聚合物(主鏈主要由硼、硅、鋁、氧、氮、硫、磷等原子組成，側鏈為有機基團如甲基、乙基等); 按應用功能分為通用高分子、功能高分子等。
聚合物的使用指標主要有強度、硬度、耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性、耐溶劑性、透光性、氣密性、電絕緣性等。聚合物的密度小，比同體積的鋼鐵小得多; 有的具有導電性、磁性，有的耐高溫、耐低溫、耐輻射; 有的有良好的氣密性、透光性等。廣泛用于醫(yī)療、導電、耐熱、建筑、包裝材料、塑料等方面。
聚合物的生產(chǎn)方法有本體聚合(包括熔融聚合，是單體在引發(fā)劑或光、熱、輻射作用下，一般不加其他介質(zhì)進行的聚合)、溶液聚合(單體、引發(fā)劑溶于適當溶液中的聚合)、乳液聚合 (在攪拌和乳化劑作用下，使單體分散在水中呈乳狀液進行聚合)、懸浮聚合(在攪拌和分散劑作用下，單體分散成單體液滴，懸浮于水進行聚合)等，根據(jù)使用要求不同，可采用不同的聚合方法。

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