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第10节黏性物47
第11节聚合体处理而且再循环48
例子10绝缘为众议院搭乘52
解决53
摘要53
字汇55
PROBLEMS57
第1节聚合体的分类57
第2节附加和压缩聚合57
设计PROBLEMS62
介绍
聚合体,以塑料、橡皮和纤维的形式，已经许多年担任日常生活的必要又不同的角色:
同样电的绝缘,当做轮带,和当做为食包装,除了提到三。
没有可以为他们替换的材料的其他班级。
你曾经想知道被做的雷射唱片是从什么吗?
什么聚合体被用于口胶?
第一合成纤维是哪一个曾经制造?
为什么是一些塑料"
洗碗机保险箱"
和一些不?
什么是防弹的背心制造从?
什么聚合体作为东西不黏上的厨具?
世纪前，聚合体业在它的幼年方面。
第一人造的塑料,一种纤维素硝酸盐的形式,在1862年在伦敦的棒国际的展览被展现。
展览品被安排和进入36个班级之内。
在班级4（在产品中用的动物和蔬菜物质）的区段C的这14000展览品是被来自他命名了Parkesine的材料的亚历山大公园做的一组小的成型当中。
它为天然的材料，像是象牙制和龟甲制的哪一个正在变成稀有又贵当做一个替换在展览广告传单中被描述。
公园在1813年出生而且当做胸罩-创办人被做学徒。
他在年青的橡皮业中变成活跃而且在1843年请准专利一件防水的织物了,专利权他稍后对查尔斯麦金塔卖了。
防水的织物自然地是一种天然橡皮的主要早使用,在那时被从南美洲丛林的树获得。
早产品的不愉快tackiness由硫磺的vulcanizing效果的这1840s的固特异和汉考克与发现一起除去。
起先，硫磺只在表面上被拂去灰尘,但是这很快是被橡皮和硫磺的机械的混合跟随。
在婴儿橡皮和塑料业的公园的兴趣是在他们之间一直存在的科学和工业关系的代号。
对于来自纤维素硝酸盐（赛璐珞）的塑料材料的生产的首先真正商业的程序是由于纽约州的奥尔巴尼的约翰Hyatt。
在1863年,Hyatt,然后是一二十-六年的打印机,寻找赢得一个$10000元的奖从Phelan得到和Collander公司为新的综合性的材料赚撞球的球。
他在纤维素硝酸盐上学习了文学而且知道公园的发现pyroxylin和樟树的组合生产了相似象牙的塑料。
Hyatt构思了使用溶剂的小量而且用热和压力补充它的主意。
在早的实验在他的寄宿舍的厨房中引导了之后，他被驱逐到一个车棚了。
赛璐珞是纤维素的较低的硝酸盐之一-较高的之一是枪棉花!
Hyatt完全成功具有他的程序，而且专利权在1870年被发行了。
Celluloiod的重要性是不只有它是第一塑料，但是它四十年,直到人造树胶的发展,唯一的一个。
赛璐珞仍然今天被用使撞球的球和桌球成为球。
字mer意谓这上下文中一"
单位"
，期限mer提及一个原子的单位小组或者定义一个聚合体的特性安排的分子。
一个聚合体能被想到为藉由联合一些mers或单位被做的材料。
聚合体是材料有巨人或者macromoleculars,像链一样的分子有平均的分子压重从10,000至藉由经过化学的会接参加许多mers或单位被建造的超过1,000,000g/摩尔。
分子的重量在每个分子中被定义为原子块的总数。
大多数的聚合体、固体或液体,是以碳为基础;
然而，他们可能是无机的。
（举例来说,以矽树脂为基础的网络）塑料是被主要地包含添加剂，像是纤维、匈牙利货币单位，色素和更进一步提高他们的财产的同类的聚合体组成的材料。
塑料包括热后可塑性物质（日用品和工程学）,thermoset材料、和elastomers.（天然的或合成物质）在这一本书中，我们可交换地使用期限塑料和聚合体。
聚合是在有一单位（知道当做单体）或者一些单位（已知的当做oligomers）的小分子用化学被叁加产生这些庞大的分子方面所依据的程序。
聚合通常由长链的生产开始在哪一个原子是被强烈叁加的共有原子价会接。
塑料被用于包括衣服、玩具、家庭的器械、结构和装饰的项目、涂料、油漆、黏性物、汽车轮带、生物医学的材料的一个申请的令人惊异数字,汽车缓冲挡和内部、泡沫和包装。
聚合体时常被用于合成物,当做纤维和一个点阵式。
液晶显示器（LCDs）以聚合体为基础。
我们也在对光反应变色透镜中使用聚合体。
因为他们的使能力绝缘的和低电介体常数，塑料时常用来制造电子的成份。
最近更常，重要的发展已经在以有用的压电，semiconductivity为基础的有柔性电子的装置的区域中发生,光学的和电镀物品-在一些聚合体中见到的光学的财产。
聚合体，像是乙烯聚合物的醋酸盐（PVA）是水溶性。
许多如此的聚合体能在水或者有机的溶剂中被溶解在处理窑业和半导体方面被当作缚者、表面活性剂或可塑剂使用,和当做对许多消费者产品来说的添加剂。
乙烯聚合物的butyral（PVB）,一个聚合体,组成叠片的一部份汽车挡风玻璃用的玻璃。
聚合体或许被用于技术更甚于材料的任何其他的班级。
商业广告－或标准日用品－聚合体是轻量级,抗腐蚀的材料用低的力量和坚硬,和他们在高温度对使用是不适当的。
这些聚合体然而，是相对地廉宜的而且不迟疑地进入多种形状之内被形成,排列到浴缸的对机械的齿轮形式塑料袋子。
工程聚合体被设计在提高的温度提供改良的力量或较好的表现。
这些材料在相对小的量中被生产而且时常是贵的。
一些工程聚合体能在温度运行当做高度当做350℃;
其他通常在纤维形式－的－有比钢棒的力量。
聚合体也有许多有用的物理性质。
一些聚合体如此的当做压克力的喜欢PlexiglasTM而且LuciteTM是透明的而且能为眼镜替换。
虽然大多数的聚合体是持有有用的导电性的电的绝缘体、特别的聚合体（像是缩荃）和以聚合体为基础的合成物。
TeflonTM有一个摩擦的低系数而且是非根厨具的涂料。
聚合体也抵抗腐蚀和化学的攻击。
第1节聚合体的分类
聚合体在某些方面被分类;
被分子如何被综合,藉着他们的分子结构,或由他们的化学家庭。
如果聚合体是一个线的聚合体或一个被分枝的聚合体（图1），分类聚合体的一个方法将说。
一个线的聚合体有像意大利面条一样分子的链。
在一个被分枝的聚合体中，有起源于这些主要部份链的较小的链的主要聚合体链和中级分枝。
注意，即使我们说"
线的"
链以直线的形式实际上不。
一个较好的方法描述聚合体根据他们的机械和热行为。
提议1比较三个主要的聚合体种类。
（一）（b）
（c）（d）
图1Schemetic成绩线的而且分枝了聚合体。
注意：
分岐能在任何类型的聚合体中发生。
（举例来说,热后可塑性物质、thermosets和elastomers）
（一）线的不分枝聚合体:
注意链不是直线和不连接。
不同的聚合体链被显示使用不同的色度和设计清楚地表示每个链不对另外的被连接。
（b）线的分枝聚合体:
链没被连接，然而他们有部门。
（c）没有分岐的Thermoset聚合体:
链被共价键连接到彼此，但是他们没有部门。
参加点与坚硬的圆周一起加亮。
（d）有部门，而且经由共价键用铁链锁住那的Thermoset聚合体被互相连接。
不同的链和部门为比较好的差别在不同的色度中被显示。
链实际上用化学以债券作保证的地方与填充的圆周一起显示。
提议这三个聚合体种类的1个比较
行为一般的结构例子
热后可塑性物质有柔性的线链（直线或分枝）聚乙烯
热硬化性的硬的三度空间的网络（链分枝可能是线的）聚亚安酯
Elastomers热后可塑性物质或轻轻的交叉结合thermosets,有像春天一样分子自然橡皮
热后可塑性物质由藉由一起参加单体被生产的长链组成;
他们以塑料又易延展的样子典型地行为表现。
链可能或可能没有部门。
个别的链是interwined。
有在不同链的原子之间的相对弱的货车derWaals束缚。
这略微相似至被使缠结的一些树在一起上面。
树可能或可能没有树枝,每棵树靠它自己和不对另外的连接。
在热后可塑性物质的链能被张应力的申请解开纠结。
热后可塑性物质可能是无定形或水晶的。
在暖气之上，热后可塑性物质使而且变柔软融化。
他们藉由对提高的温度加热进入形状之内被处理。
热后可塑性物质容易地被使再循环。
热硬化性的聚合体由强烈地是对彼此的交叉结合形成三度空间的网络结构的分子的长链（线的或者分枝）组成。
网络或热硬化性的聚合体像被打结到在一些地方中的彼此的一束线而且不仅仅使缠结在。
上面每线可能有对它的其他边线附件。
Thermosets通常较强壮,但是更易碎的,超过热后可塑性物质。
Thermosets一加热不融化但是开始分解。
他们不能够容易地在再处理之后被，交叉结合反应已经发生，而且因此再循环很困难。
Elastomers这些即是橡皮。
他们有一个有柔性的毁坏>
200%.这些可能是热后可塑性物质或轻轻的交叉结合thermosets。
聚合体链有能藉由应用一个力量可逆地伸展的像卷一样分子。
热后可塑性物质elastomers是特别一群聚合体。
他们有热后可塑性物质的处理安逸和elastomers的有柔性行为。
代表结构图2表演三个方法我们可以表现一个聚乙烯的片段,热后可塑性物质的最简单的。
聚合体链有碳原子的脊椎;
二氢原子对链的每碳原子是以债券作保证的。
链一扭和旋转到处隔开。
在身材，聚乙烯没有部门而且因此是线的热后可塑性物质。
在图2（c）的简单的二维模型包括聚合体结构的必要元素，而且意志用来描述各种不同的聚合体。
碳原子和碳和氢原子之間的单一线（-）表现一个共价键。
二条平行线（=）表现在原子之间的一个两倍的共价键。
一些聚合体包括戒指结构。
如此的当做苯戒指在聚苯乙烯和其他的聚合体（图3）中发现.
图五个方法表现聚乙烯的结构;
（一）一个坚硬的三度空间的模型（b），三度空间的"
空间"
做模型,和（c）一个简单的二维模型。
在图2（c）被显示的结构,如果我们代替在CH2的氢原子之一与（CH3）,一个苯戒指或氯,分别地,我们得到聚丙烯，聚苯乙烯和乙烯聚合物的氯化物（pvc）的结构。
如果我们以氟（F）替换在CH2小组的所有H，我们得到TeflonTM的polytetrafluoroethylene的结构。
像许多其他的发现TeflonTM也意外地被发现。
许多聚合体结构能如此起源于聚乙烯的结构。
下列的例子表示聚合体的不同类型如何被用。
图五个方法表现苯戒指。
在这情况，苯戒指被跟一双碳原子显示附件,产生苯乙烯。
例子1设计/材料选择为聚合体成份
设计你可能为下列的申请选择的聚合体材料的类型:
一个外科医生的手套、一个饮料容器和一个滑车。
解决
手套一定有能力伸展棒的交易为了要在外科医生的手之上滑倒,然而它一定紧紧地遵照手在手术期间允许触觉的最大感觉。
接受很多的有柔性的紧张的材料-特别地与相对地少应用的压迫力-可能是充用:
这一个需求描述elastomer。
饮料容器应该容易地而且经济上地生产。
它应该有一些延性和有黏性，以便它不偶然地打碎而且泄漏内容。
如果饮料被变成碳酸盐，CO2的散布是主要的担心。
一热后可塑性的如此当做聚乙烯terephthalate（伴侣动物）将会有必需的formability和延性对这一个申请的需要。
滑车将会受制于一些压迫力，而且穿着当做一条带子忽略它。
相对强壮、硬、以及难的材料是避免穿着所必要者，因此，一个热硬化性的聚合体可能最适当。
第2节附加和压缩聚合
附加聚合和压缩聚合是引导"
聚合"
的二个主要的方法。
（创造一个聚合体）起源于的聚合体分别地,这些程序即是附加和压缩聚合体。
最通常的聚合体的形成，聚乙烯（PE）,从乙烯分子是一个附加的例子或链-生长的聚合。
乙烯,一种瓦斯,是单体（单一单位）而且有公式C2H4。
这二粒碳原子被一个两倍共价键叁加。
每碳原子用第二粒碳原子分享它的电子中的二,和二氢原子对每一粒碳原子（图4）是以债券作保证的.
图4附加为产生来自乙烯分子的聚乙烯反应。
在单体的没有饱和的两倍束缚被打破生产活跃的位置，这然后吸引另外的重复单位生产链。
在一个热、压力和催化剂的适当组合之前，碳原子之間的两倍的束缚被打破而且与一个共价键一起代替。
两倍的束缚是一个没有饱和的束缚。
在对一个束缚变更之后，碳原子仍然被叁加，但是他们变成活跃;
其他的重复单位或mers能被增加生产聚合体链。
我们需要有受约束的平均分子的重量和分子的重量分配的聚合体。
因此，聚合反应一定有一个"
OFF"
开关恐怕最好!
链可能被结束二个机制。
首先，二成长的链的结束可能被叁加。
这一个程序,呼叫组合,产生来自二较小的链的大的链。
其次，一链的活跃结束可能把一粒氢原子从即是disproportionation的一个程序的第二个链移开。
这反应结束二链,并非结合二链变成一较大的链。
有时，混合已知的当终结者被增加结束聚合反应。
大体上，为热后可塑性物质，比较高的平均分子的重量较高的意志是熔化的温度，而且较高的意志是聚合体的年轻率。
下列的例子举例说明附加聚合反应。
例子2创始者的计算必需的
计算大量的benzoylperoxide创始者必需的1公斤用200,000的平均分子重量g/摩尔的聚乙烯。
聚合的程度是什么?
承担：
创始者的20%的实际上有效而且所有的终止根据组合机制发生。
对于100%效率，我们为每个聚乙烯链需要benzoylperoxide的一个分子。
自由基之一会开始一链,另一个自由基第二个链;
然后，这二链进入一较大的之内联合。
乙烯@（2个C）@（12）的分子重量=+（4H）
（1）=28g/摩尔。
因此,聚合的程度是:
=7143个乙烯分子每一平均的链
组合机制需要benzoy的数字1peroxide分子是:
benzoy的分子重量1peroxide是
（14个C）（12）+（10H）
（1）+（4O）（16）=242g/摩尔。
因此,大量的创始者需要形成链的结束是:
然而，只有创始者的20%的实际上是有效的;
其余者再结合或者和其他的分子结合而且不引起链的开始。
因此，我们每一公斤的聚乙烯需要五次这数量、或benzoy的6.03g1peroxide。
压缩聚合聚合体链也能根据压缩反应或者步骤-生长的聚合、生产结构和相似附加聚合体的财产形成。
在压缩聚合中，一个相对小的分子（像是水、乙醇,甲醇等等）聚合反应的结果被形成。
这一个机制可能时常包括不同的单体作为出发或先驱者分子。
生产多元酯的dimethylterephthalate的聚合和乙烯乙二醇是一个重要的例子（图5）。
Dimethylterephthalate乙烯乙二醇
重复单位为聚乙烯terephthalate
（伴侣动物聚合体）甲基酒精
（副产品）
为聚乙烯terephthalate（伴侣动物）,一个通常的多元酯的图5压缩反应。
那阿3个小组而且从单体移走,允许这二个单体参加而且产生methy1酒精作为一个副产品。
在聚合期间,乙烯乙二醇单体的在结束上的一粒氢原子和一结合阿来自二甲基的terephthalate的3（methoxy）个小组。
一个副产品,甲基酒精（CH3哦）,走开被"
浓缩的"
和这二个单体联合生产一个较大的分子。
在这一个例子的每一个单体是bifunctional，而且压缩聚合能根据相同的反应继续。
最后,长的聚合体链--一个多元酯--被生产。
给这一个多元酯的重复单位有二个最初的单体:
一个乙烯乙二醇和一二甲基的terephthalate。
聚合体链的长度仰赖安逸与哪一个单体能散播为那目的而且接受压缩反应。
用铁链锁住生长停止当没有较多的monmers延伸链的结束继续反应。
压缩聚合反应也在sol中发生-凝胶陶瓷材料的处理。
follwing例子decribes讲到压缩聚合的尼龙和计算的发现。
例子3压缩聚合6,6尼龙的
尼龙首先被华莱士HumeCarothers报告了,在大约1934年du缆拉渡船,在1939年，du缆拉渡船的查尔斯Stine向为纽约世界的展览会被聚集的一群3000个女人报告这第一种合成物质纤维的发现的事。
第一个申请是尼龙强壮的长袜。
今天尼龙被用于数以百计的申请。
在尼龙之前，Carothers发现氯丁橡胶（elastomer）。
线的聚合体6,6尼龙的是藉由结合hexamethylenediamine的1000g和adipic酸被生产。
压缩反应然后生产聚合体。
表示这反应如何发生而且决定形成的副产品。
多少adipic酸的克被需要,和多少6,6尼龙的被生产,假定100%效率?
单体的分子结构在下面被显示。
线的尼龙链被生产当diamine结合的来自hexamethylene的一粒氢原子一哦从adipic酸聚集形成一个水分子。
↓
注意反应能在新分子的两者结束继续;
结果，长的链可能形成。
这一个聚合体被呼叫6,6尼龙的因为两者的单体包含六碳原子。
我们能决定hexamethylenediamine的分子重量是116g/摩尔,adipic是146g/摩尔,而且水是18g/摩尔。
hexamethylenediamine的痣的数字把是相等的加入（有计划的在下面）adipic酸的痣的数字:
1000g=8.62个痣=xg
116g/摩尔146g/摩尔
x=adipic酸的1259g必需的
被遗失的水的痣的数字也是8.621:
y@（8.621个痣）@（18g/摩尔）==155.2gH2O
但是每次另外一个单体是附件，另外的H2O被释放。
因此,生产的完全量的尼龙是
1000g+1259g－2（155.2g）=1948.6g
第3节聚合的度
聚合体,不像有机的或无机化合物,没有固定的分子重量。
举例来说,聚乙烯可能有排列的分子的重量从~二千五百万到六百万!
线聚合体的平均长度被聚合的程度表现,或在链中的重复单位的数字。
聚合的程度也能被定义当做:
聚合的程度=聚合体的平均分子重量
重复单位的分子重量
如果聚合体包含monmer的只有一个类型，重复单位的分子重量是单体的。
如果聚合体包含单体的超过一个类型，重复单位的分子重量是单体的分子压重的总数,比较少量副产品的分子重量。
在一个线的聚合体的链的长度非常地改变。
一些由于早的终止可能相当短;
另外地可能格外长。
我们能在二个方法中定义平均的分子重量。
平均的分子重量被藉由把链分为大小范围获得而且正在有分子的压重在那一范围里面的链决定分数的重量。
重量平均的分子重量Mw是
Mw=ΣfiMi
在Mw是每范围的低劣分子重量而且是聚合体的重量分数有链在那一范围里面的地方。
数字平均的分子重量Mn在每大小范围里面以链的数字分数并非重量分数为基础。
它总是比重量小平均的分子重量而且有被
Mn=ΣxiMi
在mi再是每大小范围的低劣分子重量的地方，但是xi在每范围里面是链的总数的分数。
Mw或Mn能用来计算聚合的程度。
二个下列的例子举例说明这些观念。
例子聚合的4度为6,6尼龙的
计算聚合的程度如果6,6尼龙的有120,000的分子重量g/摩尔。
反应被哪一个6,6尼龙的被生产在例子3被描述.Hexamethylenediamine和adipic酸联合而且释放一个水的分子。
当长的链形成,有,一般说来的时候，一浇水分子的发表为每个反应分子。
分子的压重是hexamethylenediamine的116g/摩尔,146g/摩尔为adipic酸、和18g/摩尔为水。
重复单位为6,6尼龙的是:
重复单位的分子重量是这二个单体的分子压重的总数,减那在二水中被进展的分子:
Mrepeat单位=116+146-2（18）=226g/摩尔
聚合的程度=120,000=531
226
聚合的程度在链中提及重复单位的总数。
链包含531hexamethylenediamine和531adipic酸分子。
例子5数字和重量平均分子的重量
我们有聚乙烯样品0而且5000g/摩尔之间用分子的压重包含4000链,8000链用分子的压重在5000而且10,000g/摩尔之间,7000链用分子的压重在10,000而且15,000g/摩尔之间,和2000链用分子的压重在15,000而且20,000g/摩尔之间。
决定数字和重量平均分子的压重。
首先我们需要为每这四范围决定数字分数xi和重量分数fi。
对于xi，我们只是在每范围中分开数字21,000,链的总数。
为了要找fi，我们首先在每范围中乘链的低劣分子重量的链的数字,提供每个小组的"
重量"
然后藉由藉着192.5×
106的完全重量分开找fi。
然后我们能使用相等（Mw=ΣfiMi）而且（Mn=ΣxiMi）找分子的压重。
链的数字低劣的M每一链xixiMi重量fifiMi
400025000.191477.510×
1060.0519129.75
800075000.3812857.560×
1060.31182338.50
700012,5000.3334162.587.5×
1060.45455681.25
200017,5000.0951662.535×
1060.18183181.50
Σ=21,000Σ=1.00Σ=9160Σ=192.5×
106Σ=1Σ=
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