塑料可定義為:塑料是以合成高聚物為主要成分.它在一定的溫度和壓力下具有可塑性,能夠流動變形,其被塑造成制品后,在一定的使用環境條件之下,能保持形狀,尺寸不變,并能滿足一定的使用性能要求.塑料 的上述性質正是高聚物所賦予的.因為天然樹脂在數量及質量上遠不能滿足人們在社會生產中的需求,于是,通過研究并發展出了用化學合成辦法制取各種合成樹脂.現在制造合成樹脂的主要原料來自于石油.目前,塑料中普便使用的合成樹脂種類就有40多種.除了樹脂之外,塑料中還含有許多組分的低分子物料.將統一種樹脂與各種不同的低分子物料配制在一起,或者配制物料品種相同但各組分比例不同,便獲得多種塑料.據統計,現今塑料大品種已經達到300多種。
1.高分子與低分子的區別
高分子與低分子的顯著區別分別體現在以下三個方面:一個分子中所包含的原子數目,分子量,分子長度。
由上表可知,高分子是含原子數很多,分子量很高,分子鏈很長的巨型分子.正是由于高分子的特殊結構,使高聚物具有許多優異的功能,能夠充分滿足現代科學技術.工業和軍事上對材料的極高要求,所以,聚合物工業的發展非常迅速。
高聚物的制備
把一些低分子化合物(基本結構單元)結合起來形成高分子化合物(高聚物)的化學反應過程叫做聚合反應.按照合成反應的機理分,高聚物的制備方法主要有兩類:加聚反應和縮聚反應。
(1)加聚反應
加聚反應為在聚合反應過程中沒有副產物產生,生成的高分子化合物具有參于反應的單元相同的成分.
高聚物由無數大分子組成,每個大分子又由許多單體(基本結構單元)重復組成.而每個單體的化學組成都是比較簡單的,是一個具有穩定化學鍵的幾個原子的小基團.
如果我們以A,B,C等字母來表達各種單體,那么,對純粹由一個單體組成的一個大分子即可用下式進行表示:
…---A---A---A---A---A---…
例如聚乙烯是最簡單的聚合物之ㄧ,它的基本結構大單元---CH2---,因此它的大分子應用下式表示:
…---CH2---CH2---CH2---CH2---CH2---…
我們將由基本結構單元組成的大分子叫鏈,每一個基本結構單元叫鏈節,而一個大分鏈上重復串聯的基本結構單元的個數叫鏈節數.可以把聚乙烯的分子寫成(CH2)n,鏈節數n越多,分子就越長,表征聚合度越高.聚乙烯塑料一個大分子里就含有二千多個乙烯單體.
如果每條大分子鏈由一個單體串聯形成叫做均聚物,聚乙烯就為均聚物.若是由兩種單體A和B交替串連形成 叫交替共聚物:
…---A---B---A---B---A---B---…
尼龍PA66的分子鏈結構就屬這一類,如果兩種單體在分子鏈中的排列是任意的,如下式: …---A---B---A---A---B---A---…叫無規共聚物.
由三種單體組成的大分子叫三元共聚物,如ABS樹脂就是三元共聚物,它由丙烯腈,它由丁二烯,苯乙烯三種單體聚合反應組成.
共聚物無論在理論上或在應用中都有十分重要的意義.因為共聚物把幾種有機化合物的特征綜合到一種高聚物中來并能產生一種新的功能,使之具有更優異的性能.所以,有人把共聚物稱為聚合物”合金”,所以這種比喻是恰當的.
另外,對A和B還可采取其它的排列方式,如,主列是由A組成,而支鏈是由組成的接枝聚合,主鏈為由一長段A的高分子化合物鏈,再按一長段B的高分子化合物鏈的嵌段聚合等.
(2)縮聚反應
由一種或多鐘單體鏈縮合成為高聚物的大分子鏈,同時析出其它低分子物質的反應,叫做縮聚反應.因此,縮聚反應生成的高聚物的成分與參與反應不同.
縮聚反應在應用上也很重要,如酚醛塑料,環氧樹脂,聚酰胺等重要的工程數據就是由縮聚反應得到的.
高分子的相對分子量
高分子的相對分子量由下式表式:
M=m*n
式中 M---大分子的相對分子量;
m---基本結構單元的相對分子量;
n---重復結構單元數,稱為聚合度.
據研究,高聚物都具有顯示其特性的最低相對分子量,聚氯乙烯的相對分子量在5000以上,聚碳酸脂的在11000以上,才是高聚物,低與這些數值屬低聚物,不具備相應的高聚物的性能.但是,在合成高聚物的聚合反應中,由于各種因素的影響,不可能使高聚物的每一個大分子的長度都一樣,所以每一個大分子的相對分子量既不相等,結構也不相同(指重復情況).如聚氯乙烯,其各的分子的相對分子量由一千至二十萬以上不等.所以,實質上高聚物是由許多化學成分相同,相對分子量不等,結構不同的左分子組成的混合物.這個特性稱為高聚物的相對分子量的多分散性和結構的多分散性行(低分子化合物中每個分子的相對分子量相等,結構相同).而我們平常說的聚合物的相對分子量和聚合度,均為由物理方法測得的平均值.
聚合物的相對分子量與相對分子量的分散程度對它的性能有很大的影響.一般說, 相對分子量同時, 相對分子量分散性小的塑料的強度比較高,性能也比較好.
大分子鏈的空間構型
高聚物中大分子鏈的空間構型有三種形式,線型,支鏈狀線型及體型.現分別介紹如下:
線型分子即大分子呈線狀,如圖1-2a所示.在性能上,線型分子構成的高聚物一般是可熔的,而且可以反復受熱成型,并能在溶劑中溶解.如高密度聚乙烯,聚苯乙烯等.
支鏈狀線型分子的主鏈也是線狀,但主鏈上還生出或多或少長短不等的支鏈,如圖1-2b所示.支鏈狀線型分子構成的高聚物在受熱時往往可以熔融,也能溶于特定的有機溶劑.因為存在著支鏈,使分子的間距拉大,結構不大緊密,因此機械強度較低,但溶解能力與可塑性則較高.低密度聚乙烯的大小分子屬于此種構型.
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