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高分子材料是以高分子化合物为基材的一大类材料的总称

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查看54 | 回复0 | 2025-1-11 09:17:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
高分子材料是以高分子化合物为基材的一大类材料的总称。

高分子化合物(high molecular weight compound)常简称高分子或大分子(macromolecule)​,又称聚合物(polymer)​,或高聚物。通常情况下,人们并不严格区分这些概念的微细差别,而认为是同一类材料的不同称谓。

高分子化合物的最大特点是分子巨大。大分子由一种或多种小分子通过共价键连接而成,其形状主要为链状大分子或网状大分子。小分子化合物和高分子化合物之间并无严格界限。化学结构相同的化合物,分子量(molecular weight)小者称为小分子化合物,分子量大者称为高分子化合物。高分子材料的许多奇特和优异性能,如高弹性、黏弹性、物理松弛行为等都与大分子的巨大分子量相关。

构成大分子的最小重复结构单元,简称结构单元(structural unit)​,或称链节。构成结构单元的小分子称为单体(monomer)​。

严格地讲,高分子化合物和聚合物不完全等同,因为有些高分子化合物并非由简单的重复单元连接而成,而仅是分子量很高的物质。聚合物按照重复结构单元的多少,或者按聚合度的大小又分为低聚物(oligomer)和高聚物。例如,不同于传统的线形高分子,树枝状高分子(dendrimer)和超支化高分子(hyperbranched polymer)均为高度支化的高分子(图1-2)​。树枝状高分子由3部分构成:一个引发核,一个重复单元组成的内体以及一个具有多个尾端官能团的外层表面。它是一种三维结构,结构形状像树枝,也有一些树枝状高分子的结构像球形。超支化高分子的结构特点,主要是分子中只含一个未反应的A基团和多个未反应的B基团。其分子接近球形,且分子周边具有大量活性端基。与树枝状高分子相比,超支化高分子的分支是不完全的。

由一种单体聚合而成的聚合物成为均聚物(homopolymer)​,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯(polybutadiene,PB)等;由两种或两种以上单体共聚合(copolymerization)而成的聚合物称为共聚物(copolymer)​,如丁二烯与苯乙烯(styrene)共聚合而成丁苯橡胶;丁烯(butene)与辛烯(octylene)等共聚合而成聚烯烃热塑性弹性体(thermoplastic elastomer)等。共聚物又可以根据结构单元的排列方式不同而分为接枝共聚物(graft copolymer)​、嵌段共聚物(block copolymer)​、交替共聚物(alternate copolymer)​、无规共聚物(random copolymer)等(图1-3)​。有一类聚合物是两种单体通过缩聚反应连接而成的,其重复单元是由两种结构单元合并组成。这类聚合物不称共聚物,而称为缩聚物(condensation polymer)​,如聚酰胺、环氧树脂、聚酯等。

要将高聚物加工成有用的材料,往往需要在原料中加入填料、颜料、增塑剂、稳定剂等。当用两种以上高聚物共混改性时,又存在这些添加物与高聚物之间以及不同高聚物之间是如何堆砌成整块高分子材料的问题。
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