高分子化合物的合成

高分子化合物的合成

合成高分子的原料资源丰富且广泛；从20世纪合成高分子工业发展来看，早期以农业和林业为主要原料，大致可分为三类：淀粉类如薯类、植物种子、橡子等，或从中得到的乙醇、丁醇、丙酮；纤维类如木屑、稻草、花生壳、椰子壳、芦苇等，可从中得到木粉、纤维素、糖醛等；非食用油脂类如蓖麻油、桐油、蚕蛹油和松节油，可从中得到对苯二甲酸、癸二酸、癸二胺等。以农林副产品为原料生产合成高分子，工艺流程大，处理量大，相继为煤和石油所代替。煤和石油中包含着一系列有用的化工原料，将煤干馏后从煤焦油中得到很多化合物可作为合成高分子的原料。到了20世纪50年代，石油化工兴起，煤又被石油和天然气取代成为合成高分子工业原料的主要来源。煤之所以会被石油取代，主要原因是用石油炼制时原料成本低。另外，石油中有用成分高。对最重要的乙炔来说，从1吨焦煤中只能得到5千克乙炔，而从1吨石油中可得到200多千克。

有机高分子就是从上述农、林副产品、煤或石油等原料中得到的有机小分子化合物，作为合成有机高分子的原料；在通常情况下，一般的合成方法有加成聚合反应、缩合聚合反应和共聚合反应等。

一、加成聚合反应

含有双键的单体分子，如乙烯（C₂H₄）、氯乙烯（C₂H₃Cl）、丙烯（C₃H₆）、苯乙烯等，它们是通过加成聚合反应得到聚合物的。加聚反应后除了生成聚合物外，再没有任何其他产物生成，聚合物中包含了单体中全部原子，如聚乙烯、聚氯乙烯。

C₂H₄是平面对称分子，当C₂H4分子中的一个H原子被一个Cl原子取代后，对称性被破坏了。C₂H₃Cl分子中若将带氯原子的碳原子看成是头，则不带氯的碳原子就是尾了。聚乙烯分子进行加成聚合反应时，可能产生三种情况：头—头连接、尾—尾连接，头—尾连接；混乱无序连接，如图1—1所示。从图中看到，第一种连接方式，相邻碳原子上有氯原子；第二种连接方式，碳原子上的氯原子是间隔分开的；第三种连接方式是上述两种连接的混合。连接方式不同，所形成的聚氯乙烯分子的结构不同，反映出来的性质也就有差异。

图1－1　聚氯乙烯分子中的三种连接方式

在工业上利用加成聚合反应生产的合成高分子的约占合成高分子总量的80%，最重要的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。

二、缩合聚合反应

缩合聚合反应就是将分子中含有双官能团或多官能团的单体，通过分子间官能团的缩合反应把单体分子聚合起来，同时生成水、醇、氨等小分子化合物，简称缩聚反应。如尼龙—66又称聚酰胺。用己二胺和己二酸作为单体，这两种单体分子之间通过脱水缩合，形成肽键（NH），两端的氨基和羧基具有活性，可继续与单体分子缩合，最终形成链状大分子聚合物，既聚酰胺。它的商品名称叫尼龙—66或锦纶—66，数字表示两种单体中碳原子的数目。把黏稠的尼龙—66液体从抽丝机的小孔里挤出来，得到性能优异的尼龙—66合成纤维。日常生活中我们熟悉的“的确良”是对苯甲酸和乙二醇脱水缩合聚合而成的聚酯纤维高分子，商品名称也叫涤纶，它有挺括不皱、易洗易干等特点，从上面的叙述当中，我们又一次对高分子的概念的理解加深了一次。

缩合聚合反应也是合成高分子工业上的一个非常重要的合成反应，常见的聚酰胺（尼龙）、聚酯（涤纶）、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚碳酸酯等，都是通过缩聚反应生产的。

两种或两种以上不同的单体进行聚合，得到的聚合物中含有两种或两种以上单体单元就是常说的共聚合反应。这种聚合物叫做共聚物。合成共聚物的聚合反应称为共聚合反应。按照共聚物中单体分布的不同，可分为交替共聚、嵌段共聚、无规共聚和接枝共聚等。共聚合反应常用来改进合成高分子的性能，这种改进叫做结构改进。共聚物中单体单元的结构、数量和排列方式会影响共聚物的物理性能。例如聚丙烯腈（腈纶）性如羊毛，但着色性差，若用1%的丙烯基磺酸钠与之共聚合后，腈纶纤维就可染成各种颜色。又如将丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）进行共聚合制成的ABS树脂，是一种综合性能极好的三元共聚物。