2018-01-30 13:46:22

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高分子又称高分子聚合物,高分子是由分子量很大的长链分子所组成,高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万。绝大多数高分子化合物是许多相对分子质量不同的同系物的混合物,因此高分子化合物的相对分子质量是平均相对分子量。高分子化合物是由千百个原子以共价键相互连接而成的,虽然它们的相对分子质量很大,但都是以简单的结构单元和重复的方式连接的。

基本信息

  • 中文名

    高分子化合物

  • 外文名

    macromolecular compound

  • 性 质

    高分子化合物(又称高聚物)

  • 特 点

    高分子的相对分子质量很大

  • 概 述

    众多原子或原子团主要共价键结合

  • 分 类

    天然高分子和合成高分子两大类

折叠 编辑本段 概述

gāofēnzǐ

[high polymer;macromolecule]

高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万,所含原子数目一般在几万以上,而且这些原子是通过共价键连接起来的。

高分子化合物[1]由于分子量很大,分子间作用力的情况与小分子大不相同,从而具有特有的高强度、高韧性、高弹性等。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时,叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。这种高分子在加热时可以熔融,在适当的溶剂中可以溶解。高分子化合物中的原子连接成线状但带有较长分支时,也可以在加热时熔融,在适当溶剂中溶解。如果高分子化合物中的原子连接成网状时,这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构,所以也叫体型高分子。体型高分子加热时不能熔融,只能变软;不能在任何溶剂中溶解,只能在某些溶剂中溶胀。高分子化合物在自然界中大量存在,这种高分子叫天然高分子。在生物界中,构成生物体的蛋白质,纤维素;携带生物遗传信息的核酸;食物中的淀粉,衣服原料的棉、毛、丝、麻以及木材、橡胶等等,都是天然高分子。非生物界中,如长石、石英、金刚石等,都是无机高分子。天然高分子可以通过化学加工成天然高分子的衍生物,从而改变其加工性能和使用性能。例如,硝酸纤维素、硫化橡胶等。完全由人工方法合成的高分子,在高分子科学中占有重要的地位。这种高分子是由一种或几种小分子作原料,通过加聚反应缩聚反应生成的,故也叫聚合物。用做原料的小分子称为单体,如由乙烯(单体)经加聚反应得聚乙烯(聚合物);由乙二醇(单体)和对苯二甲酸(单体)经缩聚反应生成聚对苯二甲酸乙二酯(聚合物)。

高分子的结构可分为链状结构,网状结构和体状结构。

折叠 编辑本段 发展历史

在测定分子量和分子量分布的实验方法中,超速离心沉降(1923年始用)、光散射(1944年始用)、凝胶渗透色谱(1964年始用)都曾起过重要的作用。

高分子高分子

高分子

在理论方面,1930年W.库恩发展了高分子链的统计理论;

1934年库恩、E.古思、H.F.马克各自提出了柔性链高分子形态的无规行走模型,形成了高分子理论的出发点。

1935和1936年G.V.舒尔茨和P.J.弗洛里分别用统计理论导出了加聚和缩聚产物的分子量分布函数的形式(见高聚物的分子量分布);

1942年M.L.哈金斯和弗洛里各自独立地从晶格模型出发,提出了高分子溶液理论,从而奠定了高分子溶液的热力学基础;

1951年M.B.沃尔肯斯坦提出高分子链构象的内旋转异构体理论,大大地推进了链构象统计对具体高分子链的应用;

模拟高分子链

1975年P.G.德·热纳提出的标度理论可以处理整个浓度区间的高分子溶液,使这方面的研究有了新的理论指引;

1944年发展起来的共聚合理论奠定了高分子链序列结构研究的基础。近代实验技术(如红外光谱、高分辨率核磁共振谱、裂解色谱等)的进步,也使人们对合成高分子链的化学结构的了解达到了相当详尽、细致的程度。

1955年G.纳塔合成了有规立构聚合物,也大大地推动了高分子链结构的研究;

1956年M.施瓦茨合成了分子量接近均一的活性聚合物,使精确研究高分子的各种性能对分子量的依赖性成为可能。

折叠 编辑本段 性质

高分子化合物(又称高聚物)的分子比低分子有机化合物的分子大得多。一般有机化合物的相对分子质量不超过1000,而高分子化合物的相对分子质量可高达104~106万。由于高分子化合物的相对分子质量很大,所以在物理、化学和力学性能上与低分子化合物有很大差异。

高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但组成并不复杂,它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成。

同一种高分子化合物的分子链所含的链节数并不相同,所以高分子化合物实质上是由许多链节结构相同

高分子化合物

而聚合度不同的化合物所组成的混合物,其相对分子质量与聚合度都是平均值。

高分子化合物几乎无挥发性,常温下常以固态或液态存在。固态高聚物按其结构形态可分为晶态非晶态。前者分子排列规整有序;而后者分子排列无规则。同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。大多数的合成树脂都是非晶态结构。

组成高分子链的原子之间是以共价键相结合的,高分子链一般具有链型和体型两种不同的形状

当今世界上作为材料使用的大量高分子化合物,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。

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。

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。高分子从相对分子质量到组成,从结构到性能,从合成到应用,都有其自身的规律。为了合成它、利用它,需先建立一些必要的基本概念。

折叠 编辑本段 特点

(Macro Molecular Compound):所谓高分子化合物,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量在一万以上的化合物。

折叠 编辑本段 定义

由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。

是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物,也称为高分子、大分子等。一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。高分子通常由10^3~10^5个原子以共价键连接而成。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的,因此也常被称为聚合物或高聚物,用于聚合的小分子则被称为"单体"。

国内出版的绝大部分书籍,连同权威的中国大百科全书在内,对高分子的定义均不完整。1994,IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry,国际纯粹化学与应用化学联合会)将大分子(macromolecule)与高分子(polymer molecule)认定为同义词(尽管尚有争议),并暂时定义高分子为"相对高分子质量的分子,其结构主要是由相对低分子质量的分子按实际上或概念上衍生的单元多重重复组成的。"至于分子量达到何种程度才算是高分子,IUPAC并无明确定义,传统观点是10,000-100,000之间。其定义原文为"A molecule of high relative molecular mass, the structure of which essentially comprises the multiple repetitions of units derived, actually or conceptually, from molecules of low relative molecular mass."

折叠 编辑本段 分类

线型高分子线型高分子

线型高分子

高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时,叫线型高分子。这种高分子在加热时可以熔融,在适当的溶剂中可以溶解。

支链型高分子支链型高分子

支链型高分子

分子化合物中的原子连接成线状并带有较长分支时,叫支链型高分子。这种高分子也可在加热时熔融,也可在适当的溶剂中溶解。

体型高分子体型高分子

体型高分子

结构而是立体结构,所以也叫体型高分子。体型高分子加热时不能熔融,只能变软和弹性增大;不能在任何溶剂中溶解,只能在某些适当的溶剂中溶胀。

折叠 编辑本段 聚合物

汉语名称:聚丙烯酰胺中文发音:jù bǐng xī xīan ān英文名称:Polyacrylamide 简 称:PAM 聚丙烯酰胺为水溶性高分子聚合物,不溶于大多数有机溶剂,具有良好的絮凝性,可以降低液体之间的磨擦阻力,按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。

折叠 阴离子聚丙烯酰胺

阴离子聚丙烯酰胺(APAM)产品描述:阴离子聚丙烯酰胺(APAM)外观为白色粉粒,分子量从600万到2500万水溶解性好,能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。有效的PH值范围为7到14,在中性碱性介质中呈高聚合物电解质的特性,与盐类电解质敏感,与高价金属离子能交联成不溶性凝胶体。

工业废水处理:对于悬浮颗粒,较出、浓度高、粒子带阳电荷,水的PH值为中性或碱性的污水,钢铁厂废水,电镀厂废水,冶金废水,洗煤废水等污水处理,效果最好。饮用水处理:我国很多自来水厂的水源来自江河,泥沙及矿物质含量高,比较浑浊,虽经过沉淀过滤,仍不能达到要求,需要投加絮凝剂,投加量是无机絮凝剂的1/50,但效果是无机絮凝剂的几倍,对于有机物污染严重的江河水可采用无机絮凝剂和阳离子聚丙烯酰胺配合使用效果更好。阴离子聚丙烯酰胺,使淀粉微粒絮凝沉淀,然后将沉淀物经压滤机压滤变成饼状,可作饲料,酒精厂的酒精也可采用阴离子聚丙烯酰胺脱水,压滤进行回收。用于河水泥浆沉降。用于造纸干强剂。

用于造纸助剂、助率剂。在造纸前泵口式储浆池中加入微量PAM-LB-3阴离子聚丙烯酰胺可使水中填料与细小纤维在网上存留提高20-30%。每吨可节约纸浆20-30kg。

举例:在洗煤过程中产生大量废水,直接排放污染环境,必须沉清后循环利用,回收水中煤泥,也很有价值,但靠自然沉降,费时费力,同时水也不清。

另外,阴离子聚丙烯酰胺在制香行业的应用也越来越受欢迎,阴离子聚丙烯酰胺产品特点:具溶解性好,粘度高,韧性强,易燃无(少)烟、燃烧无异味、无毒等特点;产品性能稳定,避免了其它植物胶粉和普通淀粉因产地、时间不同,粘结质量参差不齐,在香业生产时需要反复调试配方,以免造成产品质量不稳定的现象;香制品外表光洁平整、成型好、不易破碎;尤其是其冷水可糊化性,无需煮糊,将物料直接混和均匀、加水搅拌既可生产,而且加水混合后的物料较长时间放置也不会有物料干硬无法使用的现象发生,有效地节约了能源和方便了

生产操作。

使用效果:使用本产品做成的香坯(香制品)外观平整、无断裂、无霉斑,抗折力强,产品成色好、烘晒后不褪色,燃点时间足,可燃性好,过铁齿盘不"断头"熄火,有利于蚊香有效成份的挥散率的提高及可减少成品在烘干过程中的损失,同时,可大大减轻工人的劳动强度、提高工作效率。此外,本品对环境无污染,可满足绿色环保方面对产品的要求。

经济效益:使用本产品可减少原料成本5-12%,节约能耗20-30%。

折叠 阳离子聚丙烯酰胺

阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)产品特性:阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)外观为白色粉粒,离子度从20%到55%水溶解性好,能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。呈高聚合物电解质的特性,适用于带阴电荷及富含有机物的废水处理。适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等行业有机胶体含量较高的废水处理,特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。

用途

1)用于污泥脱水根据污泥性质可选用本产品的相应型号,可有效在污泥进入压滤之前进行污泥脱水,脱水时,产生絮团大,不粘滤布,压滤时不散,流泥饼较厚,脱水效率高,泥饼含水率在80%以下。

2)用于生活污水和有机废水的处理,本产品在配性或碱性介质中均呈现阳电性,这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀,澄清很有效。如生产粮食酒精废水,造纸废水,城市污水处理厂的废水,啤酒废水,味精厂废水,制糖废水,有机含量高 废水、饲料废水,纺织印染废水等,用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍,因为这类废水普遍带阴电荷。

3)用于以江河水作水源的自来水的处理絮凝剂,用量少,效果好,成本低,特别是和无机絮凝剂复合使用效果更好,它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。

4)造纸用增强剂及其它助剂。提高填料、颜料等存留率、纸张的强度。

5)用于油田经学助剂,如粘土防膨剂,油田酸化用稠化剂。

6)用于纺织上浆剂、浆液性能稳定、落浆少、织物断头率低、布面光洁。

折叠 编辑本段 举例

纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等天然高分子化合物,以及以高聚物为基础的合成材料,如各种塑料合成橡胶,合成纤维、涂料与粘接剂等。

有机高分子化合物可以分为天然有机高分子化合物(如淀粉、纤维素、蛋白质天然橡胶等)和合成有机高分子化合物(如聚乙烯、聚氯乙烯等等),它们的相对分子质量可以从几万直到几百万或更大,但他们的化学组成和结构比较简单,往往是由无数(n)结构小单元以重复的方式排列而成的。

高分子化合物(又称高聚物)的分子比低分子有机化合物的分子大得多。一般有机化合物的相对分子质量不超过1000,而高分子化合物的相对分子质量可高达几千甚至几万,都超过了1000。由于高分子化合物的相对分子质量很大,所以在物理、化学和力学性能上与低分子化合物有很大差异。

高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但组成并不复杂,它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成。

同一种高分子化合物的分子链所含的链节数并不相同,所以高分子化合物实质上是由许多链节结构相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物,其相对分子质量与聚合度都是平均值。

高分子化合物几乎无挥发性,常温下常以固态或液态存在。固态高聚物按其结构形态可分为晶态非晶态。前者分子排列规整有序;而后者分子排列无规则。同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。大多数的合成树脂都是非晶态结构。

组成高分子链的原子之间是以共价键相结合的,高分子链一般具有支链型、体型和线形三种不同的形状。

折叠 编辑本段 生成用途

当今世界上作为材料使用的

高分子树脂绷带高分子树脂绷带

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。

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航空先进树脂基复合材料

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。

各种塑料、橡胶、纤维都是典型的高分子

折叠 编辑本段 材料优点

高分子材料的突出优点可总结为"三高"--高比强度、高绝缘性和高弹性。这"三高"是其他材料所难以具备的,尤其是与金属材料、无机非金属材料相比较而言,这三个方面比较突出。

轻质、高强、耐腐蚀、绝缘、耐热、弹性好、耐辐射、透明、易加工等。

多层复合材料装甲战车多层复合材料装甲战车

多层复合材料装甲战车

折叠 编辑本段 获奖情况

世界高分子诺贝尔奖得奖情况

1953 HermannStaudinger(1881-1965)

施陶丁格(Hermann Staudinger)是

Hermann StaudingerHermann Staudinger

Hermann Staudinger

德国著名的化学家?881年3月23日生于德国的沃尔姆斯(Worms),1965年8月8 日在弗赖堡(Freiburg)逝世,终年84岁。他是1953年nobel化学奖的获得者。1947年,他编辑出版了《高分子化学》(Die makromolekulare Chemie)杂志,形象地描绘了高分子(Macromolecules)存在的形式。从此,他把"高分子"这个概念引进科学领域,并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系,创立了确定分子量的粘度的理论(后来被称为施陶丁格尔定律)。他的科研成就对当时的塑料、合成橡胶、合成纤维等工业的蓬勃发展起了积极作用。由于他对高分子科学的杰出贡献,1953年他以72岁高龄,走上了nobel奖金的领奖台。

1963 Karl Ziegler (1903-1979) Giulio Natta(1898-1973)

德国人齐格勒(KarlZiegler)与意大利人纳塔(GiulioNatta)分别发明用三乙基铝和三氯化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。这种催化剂被统称为齐格勒-纳塔型催化剂。

1963年12月10日,他们共享nobel化学奖的崇高荣誉。

Giulio NattaGiulio Natta

Giulio Natta

1974 Paul J.Flory(1910-1985)

美国高分子物理化学家弗洛里(Paul J. Flory)由于在高分子科学领域,尤其在高分子物理性质与结构的研究方面取得巨大成就,1974年荣获瑞典皇家科学院授予的nobel化学奖。

Paul J. FloryPaul J. Flory

Paul J. Flory

1991 Pierre-Gilles de Gennes

法国科学家吉尼(Pierre-Gilles de Gennes)

Pierre-Gilles de Gennes

成功地将研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液晶等复杂体系。1991年被授予nobel物理学奖。

2000 Hideki Shirakawa Alan J. Heeger Alan G. MacDiarmid

2000年10月10日,日本筑波大学都得白川英树(Hideki Shirakawa),美国加利福尼亚大学的黑格(Alan J. Hegger)和美国宾夕法尼亚大学的马克迪尔米德(Alan G. MacDiarmid)因对导电聚合物的发现和发展而获得2000年度nobel化学奖。

白川英树白川英树

白川英树

Alan J. Hegger

参考资料

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