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高中化学
第五章 有机物
聚合物、高分子、塑料、橡胶、纤维
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更新:
2025-10-29 11:46
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聚合物、高分子、塑料、橡胶、纤维
在古代,人们使用的各种材料都是直接取自大自然的天然物质,或者把一些天然物质进行加工后制成的。随着生产领域的扩大,天然材料的品种和性能已经远远不能满足人类物质与文化生活需求的增长。 20 世纪以来,各种人工合成高分子材料应运而生,它们具有许多优于天然材料的性能。这些合成高分子的大量使用,改变了人类的生活方式,把人类物质文明的发展又向前推进了一大步。 ## 聚合物的结构与性质 聚合物是由许多小分子单元重复连接而成的巨大分子,相对分子质量通常在 $10^4 \sim 10^6$ 。 同种聚合物分子的聚合度 $n$ 大小并不相同,例如聚乙烯中 $n$ 的范围大约是在 1000 至 30000 ,因此其中一个分子可能是  而另一个分子则可能是  由此可见,聚合物实质上是由许多链节结构相同而聚合度不同的巨大分子所组成的混合物。 聚合物中巨大分子间的作用力很复杂,因此不同的聚合物具有不同的机械强度、硬度、弹性等性质。即使是同种单体形成的聚合物,由于结构差异,往往也呈现出不同的性质,可用于制造不同用途的物品。 #### 聚乙烯生产工艺的发展 1933年,英国的两位化学家在高压下意外合成了聚乙烯,这是一种白色蜡状粉末,具有极好的化学稳定性:防水、无异味、耐碱,还有出色的绝缘性。1939 年,第一个聚乙烯厂投入生产,产品被广泛用于各种军用设备。 20 世纪 40 年代后期,聚乙烯的生产工艺得到了很大的发展,通过使用高压管式反应器进行连续生产,聚乙烯产量与质量均得以迅速提升。这种用高压法生产的聚乙烯分子主链上具有许多支链,使得分子链无法整齐排布,因此密度较低,被称为低密度聚乙烯(LDPE)。低密度聚乙烯的熔点和机械强度较小,一般加工成塑料薄膜、电线护套等。1953年,德国化学家齐格勒(Karl Waldemar Ziegler,1898-1973)发现了一种新型催化 剂,能使乙烯在相对温和的条件下进行聚合。用这种方法得到的聚乙烯分子主链上基本没有支链,分子链排布规整,因此具有较高的密度,称为高密度聚乙烯 (HDPE)。高密度聚乙烯机械强度好,可以加工成瓶子、箱子、绳索等(图4.14)。 1957年,意大利化学家纳塔(Giulio Natta,1903-1979)实现了聚丙烯等其他聚合物的合成,开创了塑料的新天地。齐格勒和纳塔也因此共同获得了 1963 年的诺贝尔化学奖。  ## 合成聚合物的方法 19 世纪时,科学家们已经制造出少量高分子化合物,但由于受当时科技发展水平的限制,未能认识到聚合物的本质,无法进行大量生产。 20 世纪 30 年代,随着酚醛树脂等一批高分子化合物工业化生产的实现,人们对聚合物的组成结构与反应原理的了解逐渐深人,新的聚合物单体不断出现,具有工业化价值的高效催化聚合方法不断产生。目前根据过程的不同,聚合反应主要分为两类:加成聚合 (加聚)反应和缩合聚合(缩聚)反应。 1.加成聚合反应 由乙烯形成聚乙烯的反应属于加成聚合反应。在加聚反应过程中,单体分子没有失去任何原子,因此所得聚合物的链节原子组成与单体原子组成相同。常见的加聚反应产物除聚乙烯外,还有聚丙烯、聚氯乙烯 、聚苯乙烯等。 存在
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