高中化学 59 合成高分子

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合成高分子的基本概念

定义：合成高分子是由小分子通过聚合反应制得的相对分子质量很大的一类有机化合物，其相对分子质量通常在10⁴以上。

单体：能合成高分子化合物的小分子物质，如乙烯是聚乙烯的单体。

链节：高分子化合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的链节是—CH₂—CH₂—。

聚合度：高分子链中链节的数目，通常用n表示，它是衡量高分子化合物相对分子质量大小的一个指标。

合成高分子的分类

按来源分类：可分为天然高分子和合成高分子。天然高分子如淀粉、纤维素、蛋白质等，本部分主要介绍合成高分子。

按用途分类：

塑料：具有可塑性，在一定温度和压力下可加工成各种形状的制品，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

合成纤维：具有强度高、弹性好、耐磨、耐腐蚀等特点，可用于制作服装、绳索等，如聚酯纤维、锦纶、腈纶等。

合成橡胶：具有高弹性、绝缘性、气密性等特性，广泛应用于轮胎、密封件等，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。

按结构分类：

线型高分子：分子中的原子以共价键相互连接成一条很长的卷曲状态的“链”，如聚乙烯、聚氯乙烯等。线型高分子具有热塑性，加热时可熔化，冷却后又变成固体，可反复加工成型。

体型高分子：分子链之间通过化学键相互交联，形成三维网状结构，如酚醛树脂、硫化橡胶等。体型高分子具有热固性，一经加工成型就不会受热熔化。

合成高分子的合成方法

加聚反应：由不饱和的单体加成聚合生成高分子化合物的反应，其特点是产物中只有高分子化合物，没有小分子生成。例如，乙烯发生加聚反应生成聚乙烯的化学方程式为：nCH₂=CH₂→[CH₂—CH₂]ₙ 。

缩聚反应：单体间相互反应生成高分子化合物，同时还生成小分子（如水、氨等）的反应。例如，己二酸与乙二醇发生缩聚反应生成聚酯纤维的化学方程式为：nHOOC(CH₂)₄COOH + nHOCH₂CH₂OH → [OOC(CH₂)₄COOCH₂CH₂O]ₙ + 2nH₂O 。

常见的合成高分子材料

聚乙烯（PE）：是由乙烯加聚而成的高分子化合物。根据合成方法和分子结构的不同，可分为高压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯质地柔软，常用于制造塑料薄膜、管材等；低压聚乙烯相对较硬，可用于制造塑料桶、塑料瓶等。

聚氯乙烯（PVC）：由氯乙烯加聚而成。聚氯乙烯具有良好的机械强度和绝缘性能，但热稳定性较差。它可用于制造电线电缆的绝缘层、管材、门窗型材等，为了增加其柔韧性，常加入增塑剂。

聚苯乙烯（PS）：由苯乙烯加聚而成。聚苯乙烯具有良好的透明度、绝缘性和加工性能，广泛应用于制造文具、玩具、包装材料等，但聚苯乙烯制品易脆裂。

聚酯纤维：常见的有聚对苯二甲酸乙二酯（PET），由对苯二甲酸与乙二醇缩聚而成。聚酯纤维具有强度高、弹性好、耐磨、耐光等优点，是合成纤维中应用最广泛的品种之一，常用于制作服装、家纺等。

聚酰胺纤维（锦纶）：由二胺和二酸缩聚或内酰胺聚合而成。锦纶具有耐磨性强、吸湿性好等特点，常用于制造袜子、绳索、渔网等。

合成高分子的发展趋势

高性能化：不断提高合成高分子的性能，如高强度、高耐热性、高导电性等，以满足航空航天、电子信息等高科技领域的需求。

功能化：开发具有特殊功能的合成高分子，如具有光、电、磁、生物活性等功能的高分子材料，在传感器、生物医药、环境保护等领域有着广阔的应用前景。

绿色化：注重合成高分子的绿色合成和环境友好性，采用可再生资源为原料，降低合成过程中的能源消耗和污染物排放，开发可降解的高分子材料，以减少对环境的影响。

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