高分子化学

橡胶、塑料、纤维

把聚合物链结构和链间作用力联系到橡胶、塑料与纤维的不同性质，并学习合成、加工和应用实例。

直觉同一类长分子，多种实用材料

聚合物材料不是一个刚性分子，而是许多长链的集合。链彼此滑移可形成柔软塑料；少量交联可使链像橡胶一样回复；链取向并强烈吸引则可形成坚韧纤维。

模型示意类似聚异戊二烯的柔性链；硫交联限制链滑移，帮助硫化橡胶拉伸后回复。它是示意图，并非分子尺度测量。

定义: 弹性体

能发生较大且主要可逆形变的聚合物。柔性链受力时伸展、卸载后回缩；稀疏交联网络可防止永久流动。

定义: 热塑性塑料与热固性塑料

热塑性塑料的链未形成永久共价网络，受热软化，通常可再成型。热固性塑料固化为网络，再加热不会熔融；过热最终会发生化学降解。

这些名称描述不同方面：热塑性/热固性涉及热响应和网络结构；弹性体描述力学响应；纤维描述形状与取向。同一种材料可符合多个描述。

\ce{n CH2=CH2 -> [-CH2-CH2-]_{n}}

加聚中 C=C 键打开，单体单元连接而不脱去小分子。聚乙烯的重复单元为 –CH₂–CH₂–；链长、支化和结晶度显著影响性质。

例题: 简单估算聚合度

理想聚乙烯链的摩尔质量为 28 000 g mol⁻¹。每个 –CH₂–CH₂– 重复单元按 28.0 g mol⁻¹ 计，忽略端基，估算重复单元数。

解答

重复单元数约为 28,000 ÷ 28.0 = 1,000。因此聚合度约为 10³；真实样品具有链长分布。

定义: 天然橡胶与硫化

天然橡胶主要是顺式-1,4-聚异戊二烯。硫黄硫化在链间形成交联。交联太少会蠕变、发黏；太多则限制链运动，使橡胶变硬、延展性下降。

纤维强度不只取决于聚合物种类：拉伸使链取向，链间作用和结晶度有助于传递载荷。尼龙和聚酯是合成纤维；再生纤维素通过加工纤维素制得，并非聚合新单体。