1、1高分子化学的认识与感悟摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应的一门学科，同时还涉及聚合物的结构和性能。本文是讲述我在学习了高分子化学这门课程之后对这门课程的掌握、理解，以及我感兴趣的高分子化学课程中的聚合方法的理解。关键字：高分子化学 高分子 聚合物 聚合方法一. 我对高分子化学的掌握1.什么是高分子化学高分子化学是研究高分子化合物（简称高分子）合成（聚合）和化学反应的一门科学；同时还会涉及聚合物的结构和性能。同时也涉及高分子化合物的加工成型和应用等方面。高分子也成聚合物（或高聚物） ，有时高分子可指一个大分子，而聚合物则指许多大分子的聚集体。高分子的相对分子质量非常的大，小到几
2、千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。2.高分子的分类和命名2.1 高分子分类从 不 同 的 专 业 角 度 ， 对 高 分 子 进 行 多 种 分 类 ， 例 如 按 来 源 、 合 成 方 法 、 用 途 、热 行 为 、 结 构 等 来 分 类 。在 高 分 子 课 程 学 习 中 ， 我 们 对 高 分 子 的 分 类 是 按 有 机 化 学 和 高 分 子 化 学 角 度 来考 虑 ， 是 按 照 主 链 结 构 将 高 分 子 分 成 三 大 类 ： 碳 链 聚 合 物 ： 主 链 完 全 有 碳 原 子 组 成 ， 比 如 绝 大 部 分
3、 的 烯 类 和 二 烯 类 的 加 成聚 合 物 。 杂 链 聚 合 物 ： 主 链 除 了 碳 原 子 外 ， 还 有 氧 、 氮 、 硫 等 杂 原 子 ， 比 如 聚 醚 、 聚酯 、 聚 酰 胺 等 缩 聚 物 和 杂 环 开 环 聚 合 物 以 及 大 多 数 天 然 高 分 子 。 元 素 有 机 聚 合 物 ： 主 链 中 没 有 碳 原 子 ， 主 要 由 硅 、 硼 、 铝 和 氧 、 氮 、 硫 、 磷等 原 子 组 成 ， 但 多 半 是 有 机 基 团 ， 比 如 甲 基 、 乙 基 、 乙 烯 基 、 苯 基 等 。如 果 主 链 和 侧 基 均 无 碳 原 子 ，
4、 则 称 物 价 高 分 子 ， 像 硅 酸 盐 之 类 。2.2 高 分 子 命 名在 有 机 化 学 中 我 们 就 学 过 聚 合 物 的 命 名 ， 在 高 分 子 化 学 中 聚 合 物 的 命 名 跟 我们 以 往 的 命 名 没 有 什 么 区 别 ， 在 这 里 命 名 方 法 主 要 分 两 类 ： 单 体 来 源 命 名 法 ： 就 是 聚 合 物 名 称 以 单 体 名 为 基 础 。 比 如 乙 烯 的 聚 合 物 我们 称 为 聚 乙 烯 。 结 构 单 元 命 名 法 ： 就 像 有 机 化 学 里 一 样 ， 先 确 定 重 复 单 元 结 构 ， 排 好 单 元
5、次 序 ， 命 名 。 最 后 在 名 字 前 加 一 个 聚 就 可 以 了 。3.聚 合 反 应 与 聚 合 方 法3.1 聚 合 反 应在 我 们 学 习 高 分 子 化 学 过 程 中 ， 聚 合 反 应 贯 穿 了 我 们 整 个 课 本 ， 从 缩 聚 和 逐 步聚 合 到 自 由 基 聚 合 、 自 由 基 共 聚 合 、 离 子 聚 合 、 配 位 聚 合 、 开 环 聚 合 等 ， 聚 合 反应 中 有 涉 及 到 聚 合 物 的 分 子 量 和 分 布 还 有 聚 合 物 的 大 分 子 的 结 构 、 它 们 的 链 状 和聚 合 物 的 聚 集 态 、 热 转 变 之
6、类 的 。 我 们 知 道 聚 合 反 应 有 很 多 种 类 型 ， 同 样 我 们 可以 将 聚 合 反 应 分 类 。2在 以 前 学 习 关 于 聚 合 物 的 反 应 时 ， 我 们 很 熟 悉 的 有 缩 聚 、 加 聚 和 开 环 聚 合 。 在高 分 子 课 程 中 我 们 学 习 到 了 逐 步 聚 合 和 连 锁 聚 合 。 下 面 我 说 说 我 对 着 两 种 聚 合 反应 的 掌 握 情 况 。3.1.1 逐 步 聚 合多数缩聚和聚加成反应都属于逐步聚合，其特征是低分子转变成高分子在缓慢逐步进行，每步反应的速率和活化能大致相同，逐步聚合中任何两分子（单体分子或聚合物分
7、子）间都能相互反应生成聚合度更高的聚合物分子。在课程在我们了解到逐步聚合反应的分类，比如，平衡缩聚和不平衡缩聚、线形缩聚和体形缩聚、均缩聚和混缩聚及共缩聚等这些各种缩聚的反应机理、特征、聚合度、分子量分布等，在生活科研之中的应用，还有缩聚和逐步聚合要怎么样才能成功反应。3.1.2 连 锁 聚 合连 锁 聚 合 反 应 也 称 链 式 反 应 ， 反 应 中 一 旦 形 成 单 体 活 性 中 心 ， 就 能 很 快 的 传 递下 去 ， 瞬 间 形 成 高 分 子 。 平 均 每 个 大 分 子 的 形 成 时 间 都 非 常 短 。 聚 合 过 程 由 链 引发 、 链 增 长 和 链 终
8、止 几 步 基 元 反 应 组 成 ， 各 步 反 应 速 率 和 活 化 能 差 别 很 大 。 反 应中 只 存 在 单 体 、 聚 合 物 和 微 量 引 发 剂 。 进 行 连 锁 聚 合 反 应 的 单 体 主 要 是 烯 类 、 二烯 类 化 合 物 。像 课 本 中 的 自 由 基 聚 合 、 自 由 基 共 聚 合 、 离 子 聚 合 和 配 位 聚 合 都 是 属 于 连 锁 聚合 。 这 几 种 聚 合 只 是 因 为 活 性 中 心 的 不 同 而 区 别 开 ： ： 自 由 基 聚 合 是 因 为 其以 自 由 基 为 活 性 中 心 ， 自 由 基 共 聚 合 也 一
9、 样 。 ： 离 子 聚 合 是 以 离 子 为 活 性 中心 ， 阳 离 子 聚 合 的 活 性 中 心 是 阳 离 子 ， 阴 离 子 聚 合 的 活 性 中 心 是 阴 离 子 。 ：配 位 聚 合 的 活 性 中 心 是 配 位 离 子 。在 各 种 连 锁 聚 合 反 应 中 我 们 主 要 学 习 了 解 了 它 们 的 各 自 的 特 征 、 反 应 的 单 体 结构 和 聚 合 类 型 、 它 们 的 反 应 机 理 、 反 应 的 动 力 学 、 它 们 各 自 反 应 的 引 发 剂 等 等 。以 及 各 种 反 应 在 科 研 及 生 活 中 的 应 用 。3.1.3 逐
10、 步 聚 合 与 连 锁 聚 合 的 区 别逐 步 聚 合 与 连 锁 聚 合 的 区 别 如 下 ： 逐 步 聚 合 没 有 特 定 的 活 性 中 心 和 基 元 反 应 ； 而 连 锁 聚 合 需 要 活 性 中 心 就像 上 面 所 写 各 种 反 应 的 活 性 中 心 都 不 同 ， 连 锁 聚 合 有 链 引 发 、 增 长 、 转 移 、 终止 等 基 元 反 应 。 逐 步 聚 合 的 反 应 时 逐 步 进 行 的 ； 连 锁 聚 合 的 反 应 是 单 体 一 经 引 发 便 迅 速连 锁 增 长 。 逐 步 反 应 的 体 系 中 含 单 体 和 一 系 列 分 子 量
11、 递 增 的 中 间 产 物 ； 连 锁 聚 合 只有 单 体 和 聚 合 物 。 逐 步 聚 合 分 子 量 缓 慢 增 加 ， 转 化 率 在 短 期 内 很 高 ； 连 锁 聚 合 的 分 子 量 变化 不 大 转 化 率 随 时 间 而 增 大 。3.2 聚 合 方 法高 分 子 化 学 中 的 聚 合 方 法 大 致 分 为 四 种 ： 本 体 聚 合 、 溶 液 聚 合 、 悬 浮 聚 合 、乳 液 聚 合 。 在 课 本 中 专 门 有 单 章 介 绍 聚 合 方 法 ， 但 其 他 各 章 节 讲 述 聚 合 反 应 时 也同 样 贯 穿 着 聚 合 方 法 。 下 面 我 简
12、 要 的 介 绍 我 在 学 习 中 对 几 种 方 法 的 认 识 ： 本 体 聚 合 ： 单 体 的 本 身 加 入 （ 或 不 加 ） 少 量 油 溶 性 引 发 剂 的 在 本 体 内 的 聚合 。 比 较 难 聚 合 ， 而 且 聚 合 热 不 易 排 除 ， 但 其 操作简便，产物纯净。溶液聚合：是将单体和油溶性引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合。其反应速率较小、分子量较低，比较容易反应，体系粘度低，传热、混合容易，温度易于控制；3但是聚合度较低，产物常含少量溶剂，使用和回收溶剂需增加设备投资和生产成本。悬浮聚合：单体以液滴状悬浮于水中的聚合，主要由单体、油溶性引发剂、水和分散剂四部分
13、组成。反应容易进行。其容易洗涤、分离，产物纯度较高；但是产物容易粘壁，影响聚合釜传热和生产周期。乳液聚合：单体在水中以乳液状态进行的聚合，主要由单体、水溶性引发剂、水和乳化剂等组成。反应容易进行。其速度快、产物分子量大、体系粘度低、易于散热；但是乳化剂等不易除净，影响产物性能。4.聚合物的化学反应聚合物化学反应的种类由聚合度和基团的变化（侧基或端基） ，大致分为三类：聚合物基本不变的反应，而仅限于侧基或端基变化的反应，常称为相似转变。聚合度变大的反应，如交联、嵌段、接枝和扩链反应。聚合度变小的反应，如解聚、降解等反应。主要学习了聚合物化学反应的特征、反应的影响因素、聚合物对环境的影响和处理等等
14、。二、我对高分子化学课程的感悟以上除去高分子材料类是我在高分子化学学习过程中所学习到的。在未学高分子化学前以为高分子化学就是我们所学的有机化学一样讲述聚合物之间的加成、缩聚之类的，还有对一些聚合物的了解，比如塑料、纤维、橡胶、蛋白质之类的那么一点点的了解。而高分子化学让我们了解到现在高分子科学的研究是以高分子化学为基础，研究高分子化合物的分子设计、合成及改性等，为高分子科学研究提供新生化合物、为国民经济提供新材料及合成方法。高分子化学学习过程中我们才深深的认识到，原来高分子化学和我们之间的密不可分，我们身上穿的衣服、手机上的材料、吃的饭、吃饭用的餐具、汽车的轮胎等等，多不胜数。我们的吃穿住行每
15、时每刻都跟高分子打着交道。当我们睡到高分子的时候经常联想到的是塑料一类，更会联想到白色污染 。很多污染是与高分子有关，但世界本来就具有双面性，带给我们污染的同时又带给了我们多少的便利，高分子在我们人类的文明上作出了巨大的贡献。睡着绿色高分子的提出，高分子的污染将会便得越来越少。就比如说可降解塑料。高分子化学课程的学习让我掌握了高分子化学的基础知识，拓宽我的视野，让我深深感受到凭着我们自己的学习未来终将因为我们而改变高分子化学的学习拓宽了我们的视野，认识到高分子化学的广阔与前景，随着高分子科学的发展由三大合成材料（塑料、合成橡胶和合成纤维）到精细高分子、功能高分子、生物医学高分子。高分子课程的学
16、习，让我们对高分子的基础知识等到了解和加深，思维也随着高分子的广阔无限延伸，也为我们毕业以后的工作提供了更宽更广的发展。三、我对聚合方法的理解聚合方法分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合。下面讲述我对各种聚合方法的理解：1.本体聚合本体聚合无介质，只有单体本身，在引发剂或光、热、辐射能等作用下聚合。有时可能加入少量颜料、增塑剂、润滑剂、分子量调节剂等助剂。1.1 本体聚合的优点产品杂质少、纯度高、透明性好，尤其适于制板材、型材等透明制品。自由基，离子聚合都可选用本体聚合。气态、液态及固态单体均可进行本体聚合，其中液态单体的本体聚合最为重要。本体聚合适于实验室研究。例如单体聚合能力的鉴定，
17、聚合物的试制、动力学研究及共聚竞聚率的测定等。41.2 本体聚合的缺点聚合初期，转化率不高，体系粘度不太大，散热尚不困难。但当转化率提高，体系粘度增大后，散热困难，加上自加速效应，放热速率提高。如散热不良，轻则造成局部过热，使分子量分布变宽；严重的则温度失控，引起爆聚。2.溶液聚合单体和引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合方法。溶液聚合与本体聚合相比较：粘度较低，混合和传热较容易，温度易控制，较少自加速效应，可避免局部过热。在实验室，常用此法进行聚合机理及动力学研究。使用溶剂-单体浓度低，聚合速率相对较慢，还可能发生向溶剂的链转移，产物的分子量一般也较低；要获固体产物时，需除去溶剂，回收费用较高；除
18、尽聚合物中残余溶剂较困难；除尽溶剂后，固体聚合物从釜中出料也较困难。工业上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场合如涂料、粘合剂、合成纤维纺丝 液、浸渍剂等。3.悬浮聚合溶解有引发剂的单体在强烈搅拌下，以小液滴状态悬浮分散于水中进行聚合单体液滴在聚合过程中逐渐转化为聚合物固体粒子。单体与聚合物共存时，聚合物一单体粒子有粘性，为了防止粒子相互粘结，体系中常加有分散剂，使粒子表面形成保护膜。悬浮聚合体系一般由单体、油溶性引发剂、水及分散剂四个基本组分组成。3.1 悬浮聚合的优点与缺点优点：粘度较低，简单安全，聚合热易除去，分子量及其分布较稳定，产物分子量一般比溶液法高，后处理工序比溶液法及乳液法简单
19、。缺点：产品中附有少量分散剂残留物。3.2 悬浮聚合的成粒机理及影响因素许多烯类单体在水中溶解很小，可看作不溶于水。搅拌时，剪切力使单体液层分散成液滴。搅拌强度越大，生成的粒子越小。界面张力使单体液滴成珠状，并使相互接触的小液滴凝聚成大液滴。在一定的搅拌强度和分散剂浓度下，大小不等的液滴通过一系列的分散和结合过程，构成一定的动平衡，最后得到大小较均匀的粒子。由于反应器中各部分的剪切力不同，所以粒子大小仍有一定的分布。3.3 悬浮聚合中的分散剂若停止搅拌，液滴将聚集变大，最后仍与水分层因此单靠搅拌形成的液一液分散是不稳定的。加之聚合到一定程度后，单体液滴中溶有或溶胀有一定量聚合物，就变得发粘起来
20、。此时，两液滴碰撞时，往往会粘结在一起，搅拌反而促进粘结，最后会成一整块。为此，必须加入适量的分散剂，以便在液滴表面形成一层保护膜，以防粘结。 水溶性有机高分子物质。作用机理是吸附在液滴表面形成保护膜，起保护胶体的作用，使表面张力或界面张力降低，使液滴变小。 不溶于水的无机粉末。呈粉末状吸附在液滴表面，起机械隔离的作用。4.乳液聚合在乳化剂及机械搅拌的作用下，单体在水中分散成乳状液进行聚合的方法在本体、溶液及悬浮聚合中，能使聚合速率提高的一些因素，往往使产物分子量降低。但在乳液聚合中，因该聚合方法具有特殊的反应机理，速率和分子量可同时较高。乳液5聚合的粒径约为 0.050.2 um，比悬浮聚合
21、物( 0.050.2 mm )要小得多。主要组分有单体、水、水溶性引发剂及乳化剂。4.1 乳液聚合的优点与缺点优点：以水为分散介质价廉安全。乳液的粘度低，且与聚合物的分子量及聚合物的含量无关，这有利于搅拌、传热及输送，便于连续生产；也特别适宜于制备粘性较大的聚合物，如合成橡胶等。聚合速率快，产物分子量高，在较低温度下聚合。适用于直接使用乳液的场合，如水乳漆、粘合剂、纸张、皮革及织物处理剂等。缺点：当需要固体聚合物时，乳液需经破乳（凝聚） 、洗涤、脱水、干燥等工序，生产成本较高产品中乳化剂等杂质不易除尽，影响电性能乳液聚合多用于生产丁苯、丁腈及氯丁等合成橡胶，也广泛用于制造涂料、粘合剂及纸张和织
22、物等的处理剂等，如 PVAc 乳液、丙烯酸酯类涂料和粘合剂等。其它如糊状 PVC 树脂，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、偏二氯乙烯等单体都可用此法聚合。4.2 乳液聚合的主要组分及其作用乳化剂：它可以使互不相溶的油（单体）水转变为相当稳定难以分层的乳液，该过程称为乳化。乳化剂的乳化作用，在于它的亲水基分子是由亲水的极性基团和疏水的（亲油）非极性基团(一般亲油基为烃基）构成的。根据极性基团的性质，乳化剂可分为阴离子型、阳离子型、两性型及非离子型四类。乳化剂可降低界面张力，有利于单体分散成细小液滴吸附在液滴表面形成保护膜，使乳液得以稳定使乳液得以稳定 增溶作用，使部分单体溶于胶束内。4.3 乳液聚合机理4
23、.3.1 聚合场所聚合发生在胶束内。很高的比表面积，有利于捕捉自由基，胶束内单体浓度较高（相当于本体单体浓度） ，胶束内单体浓度较高（相当于本体单体浓度） ，是油溶性有机单体和水溶性引发剂相遇的场所。此时体系中含有三种粒子：单体液滴、发生聚合的胶束成聚合物乳胶粒，及未发生聚合的胶束。随聚合的进行，水相单体进入胶束，单体液滴中的单体又重复溶解到水中。4.3.2 成核机理两种可能的成核机理：胶束成核：初级自由基或水相中形成的短链自由基由水相扩散进入胶束引发增长。均相成核：水相中形成的短链自由基从水相中沉淀出来后，吸附了乳化剂而稳定增长。两种成核过程的相对重要性，取决于单体在水中的溶解性和乳化剂的浓
24、度。单体水溶性大及乳化剂浓度低时，有利于均相成核，如乙酸乙烯酯的乳液聚合，反之则有利于胶束成核。如苯乙烯的乳液聚合。4.3.3 聚合过程乳胶粒生成期（成核期）：聚合速率增加乳胶粒数增加；单体液滴不变；胶束数减少胶束全部消失是该阶段结束的标志。恒速期：胶束消失起到单体液滴消失为止，乳胶粒数恒定，聚合速率也恒定。降速期：单体浓度减少，速率逐渐减少。四、我对高分子化学的思考高分子化学发展的高分子合成材料，在以前造成大量环境污染。而让高分子化学能可持续发展，需要使高分子合成材料与环境同化，增加循环使用和再生使用，减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染。研究合成高分子与生态的相互作用，达到高分子材料与生态环境的和谐等。学习高分子课程之后，让我了解到也认识到绿色高分子化学过程研究不远了。6
