塑料可定义为:塑料是以合成高聚物为主要成分.它在一定的温度和压力下具有可塑性,能够流动变形,其被塑造成制品后,在一定的使用环境条件之下,能保持形状,尺寸不变,并能满足一定的使用性能要求.塑料 的上述性质正是高聚物所赋予的.因为天然树脂在数量及质量上远不能满足人们在社会生产中的需求,于是,通过研究并发展出了用化学合成办法制取各种合成树脂.现在制造合成树脂的主要原料来自于石油.目前,塑料中普便使用的合成树脂种类就有40多种.除了树脂之外,塑料中还含有许多组分的低分子物料.将统一种树脂与各种不同的低分子物料配制在一起,或者配制物料品种相同但各组分比例不同,便获得多种塑料.据统计,现今塑料大品种已经达到300多种。
高分子与低分子的显著区别分别体现在以下三个方面:一个分子中所包含的原子数目,分子量,分子长度。
高聚物的制备
把一些低分子化合物(基本结构单元)结合起来形成高分子化合物(高聚物)的化学反应过程叫做聚合反应.按照合成反应的机理分,高聚物的制备方法主要有两类:加聚反应和缩聚反应。
(1)加聚反应
加聚反应为在聚合反应过程中没有副产物产生,生成的高分子化合物具有参于反应的单元相同的成分.
高聚物由无数大分子组成,每个大分子又由许多单体(基本结构单元)重复组成.而每个单体的化学组成都是比较简单的,是一个具有稳定化学键的几个原子的小基团.
如果我们以A,B,C等字母来表达各种单体,那么,对纯粹由一个单体组成的一个大分子即可用下式进行表示:
…---A---A---A---A---A---…
例如聚乙烯是最简单的聚合物之ㄧ,它的基本结构大单元---CH2---,因此它的大分子应用下式表示:
…---CH2---CH2---CH2---CH2---CH2---…
我们将由基本结构单元组成的大分子叫链,每一个基本结构单元叫链节,而一个大分链上重复串联的基本结构单元的个数叫链节数.可以把聚乙烯的分子写成(CH2)n,链节数n越多,分子就越长,表征聚合度越高.聚乙烯塑料一个大分子里就含有二千多个乙烯单体.
如果每条大分子链由一个单体串联形成叫做均聚物,聚乙烯就为均聚物.若是由两种单体A和B交替串连形成 叫交替共聚物:
…---A---B---A---B---A---B---…
尼龙PA66的分子链结构就属这一类,如果两种单体在分子链中的排列是任意的,如下式: …---A---B---A---A---B---A---…叫无规共聚物.
由三种单体组成的大分子叫三元共聚物,如ABS树脂就是三元共聚物,它由丙烯腈,它由丁二烯,苯乙烯三种单体聚合反应组成.
另外,对A和B还可采取其它的排列方式,如,主列是由A组成,而支链是由组成的接枝聚合,主链为由一长段A的高分子化合物链,再按一长段B的高分子化合物链的嵌段聚合等.
(2)缩聚反应
由一种或多钟单体链缩合成为高聚物的大分子链,同时析出其它低分子物质的反应,叫做缩聚反应.因此,缩聚反应生成的高聚物的成分与参与反应不同.
缩聚反应在应用上也很重要,如酚醛塑料,环氧树脂,聚酰胺等重要的工程数据就是由缩聚反应得到的.
高分子的相对分子量
高分子的相对分子量由下式表式:
M=m*n
式中 M---大分子的相对分子量;
m---基本结构单元的相对分子量;
n---重复结构单元数,称为聚合度.
据研究,高聚物都具有显示其特性的最低相对分子量,聚氯乙烯的相对分子量在5000以上,聚碳酸脂的在11000以上,才是高聚物,低与这些数值属低聚物,不具备相应的高聚物的性能.但是,在合成高聚物的聚合反应中,由于各种因素的影响,不可能使高聚物的每一个大分子的长度都一样,所以每一个大分子的相对分子量既不相等,结构也不相同(指重复情况).如聚氯乙烯,其各的分子的相对分子量由一千至二十万以上不等.所以,实质上高聚物是由许多化学成分相同,相对分子量不等,结构不同的左分子组成的混合物.这个特性称为高聚物的相对分子量的多分散性和结构的多分散性行(低分子化合物中每个分子的相对分子量相等,结构相同).而我们平常说的聚合物的相对分子量和聚合度,均为由物理方法测得的平均值.
聚合物的相对分子量与相对分子量的分散程度对它的性能有很大的影响.一般说, 相对分子量同时, 相对分子量分散性小的塑料的强度比较高,性能也比较好.
大分子链的空间构型
高聚物中大分子链的空间构型有三种形式,线型,支链状线型及体型.现分别介绍如下:
线型分子即大分子呈线状,如图1-2a所示.在性能上,线型分子构成的高聚物一般是可熔的,而且可以反复受热成型,并能在溶剂中溶解.如高密度聚乙烯,聚苯乙烯等.
支链状线型分子的主链也是线状,但主链上还生出或多或少长短不等的支链,如图1-2b所示.支链状线型分子构成的高聚物在受热时往往可以熔融,也能溶于特定的有机溶剂.因为存在着支链,使分子的间距拉大,结构不大紧密,因此机械强度较低,但溶解能力与可塑性则较高.低密度聚乙烯的大小分子属于此种构型.
