什么是聚合物?

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聚合物的构成

聚合物从字面上解释就是聚集在一起的物体,是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的化合物。 一个单体被称作一聚体,两个称为二聚体,三个称为三聚体,如果连接的更多称之为低聚物。 聚合物对聚合度没有具体的规定,大约由数百个以上单体组成。 多个单体连接而成的聚合称为分子,一般情况下聚合物的尺寸主要通过分子量表现。 我们常见的塑料容器,合成树脂零件等物品的分子量有数十万之多,数万分子量的聚合物用于制作强度不高的材料,如胶片和热熔胶等。

ポリマーの構造

▲聚合物的构成

 

聚合物基本单位的单体构成与分子量赋予了聚合物的主要特征。 例如,聚乙烯的单体乙烯与聚氯乙烯的单体氯乙的区别,只是一个氢原子和一个氯原子的置换(下图)。 聚合物连接时在形态上没有偏移的聚乙烯,构造上拥有结晶部分,聚氯乙烯由于带负电性高的氯原子造成电荷偏移,在分子内产生较强的化学键连接而形成坚固的结构。 所以单体是由怎样的原子构成并且如何配置的,这些都对聚合物的构成产生影响。

エチレンとクロロエチレンの分子構造

▲聚乙烯单体・乙烯(左)与、聚氯乙烯・氯乙(右)

如果试着关注一下分子量,乙烯在室温下是气体,但是随着聚合后分子量变大,性质和状态会发生如下改变:
  液体石蜡(液体,分子量数100,聚合度20左右)
 →石蜡(固体,分子量400左右,聚合度20~30)
 →聚乙烯(固体,分子量数10000~,聚合度数100~)
即使都被称为聚乙烯的各种材料,由于分子量的不同,加工时的属性与制品的机械强度也会不同。

由此可知,作为聚合物分析的基本要素,应重视种类的鉴定与分子量的测定。

 

聚合物的种类

聚合物(合成树脂)的分类方法有很多,根据加工上的特征可以大致分为以下几类。

  • 热塑性树脂(塑料)
  • 热固性树脂

热塑性树脂(塑料)随着加热/冷却往返于流动状态与固体状态之间,但是热固性树脂即使再加热也不再流动化。

并且,热塑性树脂(塑料)根据其耐热温度不同,其用途分类如下:

  • 通用塑料
  • 工程塑料
  • 超级工程材料



在我们周围最常见的塑料就是通用塑料了。代表性的有聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),聚苯乙烯(PS)。通用塑料由于其价格低廉,可用性强,但是一般耐热温度在100℃左右,因此用途有限。所以,需要提高耐热性,合成出可以在工业上使用的塑料种类。这种塑料被称为工程塑料,如聚碳酸酯(PC),聚酰胺(PA),聚缩醛(POM)等,这些耐热温度在300℃左右。

随着塑料在工业上的广泛使用,对“性能更高!”的期望越来越高,耐热性与耐药性都有所提升的塑料群被生产出来,称为超级工程塑料。有聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK),聚酰亚胺(PI)等,在一直使用金属的地方也能使用。但是,这种塑料不具有芳香环多等生物降解性,因此不能很好地被循环使用。

另一方面,对自然界负担少、易分解的开发产品有聚乳酸等生物降解性塑料,但是,在机械强度和加工性方面还存在问题,因此使用范围被局限在一次性餐具等方面。近些年,非生物降解性,包括一些将植物作为原材料的生物塑料,其属性与加工性有所提高的PLA聚合物,生物PE,生物PET等正在逐渐地被用于市场。

按照聚合物链的取向,分为结晶/非结晶树脂。

 

聚合物的分类与代表性聚合物的种类



结晶 非结晶 主要用途
热塑性树脂 通用塑料 聚乙烯(PE)
聚丙烯(PP)
聚对苯二甲酸(PET)
聚苯乙烯(PS)
ABS树脂
聚氯乙烯(PVC)
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
杂货

塑料袋
一次性容器·包装
工程塑料
聚对苯二甲酸(PBT)
聚酰胺(PA)
聚缩醛(POM)
聚碳酸酯(PC)
聚苯醚(PPE)

电器·电子部件
衣物纤维
超级工程材料
聚苯硫醚(PPS)
聚醚醚酮(PEEK)
聚四氟乙烯(PTFE)
聚酰亚胺(PI)

电器·电子部件
印刷电路板
电磁线涂层
对高温与耐药性有要求的地方的部件
生物分解塑料
聚乳酸(PLA) 聚己内酯(PCL)
一次性餐具
热固性树脂


酚醛树脂
脲醛树脂
三聚氰胺树脂
聚酰亚胺(PI)
餐具
电器机器
电器绝缘体
表层饰板