【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。?

第五章合成有機高分子化合物

§5-1高分子化合物的結構和特性

【01】在前面幾章中，我們已經(jīng)知道，有不少化合物的分子量是非常巨大的，一般我們就稱它們?yōu)楦叻肿踊衔铩Ｔ谌祟惿钪?，一天也離開不了高分子化合物，如糧食的主要成分淀粉，棉花和木材中的纖維素以及蛋白質、橡膠等等，都是天然的高分子化合物。

【02】由于高分子化合物具有復雜的結構和特殊的性質，給研究工作帶來了很多困難。長期以來，人類對高分子化合物較多地局限于運用方面，直到二十世紀初期，化學家對它還仍然認為是一個謎。雖然在1900年生產(chǎn)了酚醛塑料，1910年合成了丁鈉橡膠，但是這僅是在生產(chǎn)上的初步發(fā)展，至于對高分子化合物理論的建立，以及有目的地進行合成和應用，還是最近幾十年里的事。尤其在1930年以后，人們擴大了這方面的化學知識，運用合成法制出了許多塑料、合成纖維和合成橡膠的高分子材料，這些材料不僅可以代替天然產(chǎn)物，而且在某些性能上比天然產(chǎn)物還要優(yōu)越。目前高分子化學，已從有機化學的領域里分離出來，成為一門獨立的科學。

【03】在本章里，我們將從高分子化合物的結構和特性的認識入手，討論幾種重要的有機高分子材料的原料、合成、性能和用途，要求通過本章學習，對塑料、合成橡膠、合成纖維等高分子化合物能有一個初步的認識。

高分子化合物的分子量

【04】高分子化合物和一般化合物的不同之點，主要表現(xiàn)在分子量的大小，普通無機物或有機物的分子量不過幾十或幾百，一千到二千的就很少見。而高分子化合物的分子量很大，可達幾萬甚至幾千萬。這種巨大分子量的物質，分子間的吸引力很大，又是相互糾纏在一起，因此，它們的物理性質如機械強度、彈性、可塑性等要比低分子化合物優(yōu)越得多。顯然，高分子化合物的物理性質，和它們的巨大分子量是有很大的關系。

高分子化合物的結構

【05】高分子化合物的結構和一般有機物相似，也是由許多原子按照一定的方式有秩序地結合起來的，具有一定形狀，不過比較復雜。它們的結構，大致可分為線型和體型（網(wǎng)狀）兩種。

【06】線型結構的高分子化合物，主要由碳原子彼此以共價鍵相聯(lián)結而成為長鏈。有時在鏈中也可能夾雜著其他元素如氮、氧和硫等原子。這種鏈可以有不同的長度，原子數(shù)可以多至幾萬個，但不論鏈有多長，鏈的結構總是由一種特定結構的單位，稱為“鏈節(jié)”的多次重復所組成。例如聚氯乙烯這種高分子物質的結構是：…—CH?—CHCl—CH?—CHCl—CH?—CHCl—…

【07】它是由氯乙烯CH?=CHCl聚合而成：

【08】從上式中可以看出，聚氯乙烯就是由特定結構的單位多次重復組成。所以聚氯乙烯的鏈節(jié)就是而氯乙烯是聚氯乙烯的單體。

【09】聚氯乙烯是屬于線型結構的高分子化合物。如圖5·1(a)所示：

【10】另一些高分子化合物的結構，是由一條很長的主鏈和許多較短的支鏈相聯(lián)結，形成若干分枝。如圖5·1(b)所示。這種線型結構又叫做枝型結構。線型結構的分子不論有沒有分枝，實際上都是蜷曲的。

【11】還有一些高分子化合物，由于支鏈的存在，使主鏈之間發(fā)生許多“交聯(lián)”而形成網(wǎng)狀。如圖5·1(c)所示。這種結構叫做體型結構。體型結構的分子不僅是蜷曲的，而且是立體的網(wǎng)狀，這是因為“交聯(lián)”不是發(fā)生在同一個平面里的緣故。

【12】高分子化合物的結構是決定它的性質的重要因素，如線型高分子化合物，一般可以溶解于適當?shù)娜軇├铮沂軣岷竽軌蛉廴?；但體型高分子化合物就既不能溶解，也不能熔融。但是線型和體型并沒有絕對的界限，支鏈多的線型化合物的性質就接近于體型，而且還可以通過加熱引起線型分子里的某些官能團的化學變化，使線型結構變?yōu)轶w型的。

高分子化合物的性質

【13】由于高分子化合物的分子量和結構跟低分子化合物有很大的差別，因而具有許多優(yōu)越的性質。它們一般都有如下的幾種基本特性：

1、彈性

【14】線型結構的高分子化合物，在普通情況下，它的分子長鏈是蜷曲的。當受到外力作用時可以被拉直一些，當外力取消后又能恢復原狀，這就是具有彈性。不同的線型分子具有不同程度的彈性，其中以橡膠的彈性為較大。交聯(lián)不多的體型高分子化合物也有彈性。但如交聯(lián)過多，網(wǎng)的格子過小時，如硬橡皮因為多加了硫而發(fā)生過多的交聯(lián)，就會失去彈性。

2、可塑性

【15】我們知道，象火漆一類物質，當加熱到一定溫度以上時就漸漸軟化，這時可以把它用來封口和打印，冷卻后，所造成的形狀就保持不變。火漆印就是這樣形成的。這種性質叫做可塑性。線型高分子化合物便具有可塑性。體型高分子化合物因交聯(lián)很多，當加熱時不能軟化，也就沒有可塑性。

3、機械強度

【16】物質在受到外力的拉、壓、彎曲或扭轉時容易折斷或碎裂，這是由于分子間的引力抵抗不了外力，因而分子分離的緣故。所以物質在荷重所產(chǎn)生的應力（拉、壓、扭轉、彎曲等）作用下的抵抗破壞作用的性質，叫做機械強度。物質的抗拉、抗壓、抗扭轉、抗彎曲的能力，都有一定限度。例如丁鈉橡膠的抗拉強度是210~229公斤/厘米2。就是說，橫截面為1平方厘米的橡膠品，可以受得起210~229公斤的拉力，超過這個極限，就要被拉斷了。物質機械強度的大小，在用作結構材料時是非常重要的，說得通俗一些，這就是“牢不牢”的問題。

【17】高分子化合物的機械強度和它的分子量、分子結構和結晶性有關。一般說來，同一種聚合物，分子量越大，機械強度就越大。分子結構成網(wǎng)狀的，強度有顯著增加。高分子化合物的結晶和低分子的不同。高分子的所謂結晶，只是一部分鏈排列得比較整齊，這種結晶叫做微晶，在高分子化合物中微晶和無定形狀態(tài)是同時存在的。微晶的存在，對物質的機械強度也有很大的影響，一般來說，結晶度越大，強度也越大。線型高分子化合物如在熔融時把它拉長，就有一部分分子排列成微晶狀態(tài)，冷卻定形后，這部分分子的鏈不再恢復原來的蜷曲狀態(tài)，象合成纖維在經(jīng)過多次的熔融延伸后，它的結晶度就有所增大，從而增加了它的機械強度。

4、絕緣性

【18】高分子有機物一般都不能導電，具有良好的絕緣性。象聚乙烯和聚苯乙烯等高分子物質的絕緣性，比玻璃和瓷器的還要高。只有分子里含有羧基(—COOH)、氨基(—NH?)、氰基（—CN)和氯原子(—CI)等極性基團的高分子有機物，絕緣性才略有減退.同時高分子有機物無吸水性，這也是它絕緣性高的因素之一，因為潮濕的東西是容易導電的。

【由于這些基團具有極性鍵（參看第二冊“分子的形成”），就叫做極性基團。交流電通過導體，只要使導體中電荷或分子中的極性基團隨著電壓的方向，發(fā)生周期性的轉移，電流就能通過，因此分子上帶有極性基團的高分子化合物，是可以通過交流電的。但極性基團不能從這一端流動到那一端，直流電就不能通過，因為直流電是依靠電子或離子的自由流動而通過的，所以這種高分子化合物是直流電的絕緣體。至于不帶極性基團的高分子化合物就不僅對直流電有絕緣性，對交流電也是絕緣體】

【19】高分子有機物除了上述的幾種特性外，一般還有耐油、耐氧化、耐酸堿和耐腐蝕等化學穩(wěn)定性以及隔音、隔熱、不透氣和不透水等優(yōu)良物理性質。