书城科普神奇的新材料(海洋与科技探索之旅)
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第18章 高分子材料概述

对于“高分子”,许多人可能会感到陌生。其实,高分子就在我们每一个人的身边,我们的农、食、住、行都离不开高分子。我们不但每天都用到高分子,而且每天也吃高分子。我们穿的衣服基本上是棉麻、丝毛、尼龙、的确良等纤维构成,我们吃的食物如米、面、豆、肉、蛋中都含有大量淀粉、蛋白质,建房子用的木料、涂料、油漆,交通工具使用的轮胎,学习用橡皮擦、球鞋、雨衣等橡胶制品……所有这些都是高分子材料,高分子材料的基础是高分子化合物。

那么什么是高分子化合物呢?高分子化合物就是那些分子量特别大的物质。常见的化合物一般由几个或几十个原子组成,分子量也在几十到几百之间。如水的分子量为18,乙醇的分子量是46。高分子则不同,它的分子量至少要大于1万。高分子化合物的分子一般由几千、几万甚至几十万个原子组成,它的分子量也就是几万、几十万甚至以亿来计算。高分子的“高”就是指它的分子量高。

这么多的原子是怎样聚合在一起的呢?无论是天然高分子还是合成高分子,都有一个共同的结构特性,即这些物质都是由简单的结构单元以重复的方式连接而成的,这种结构单元被称为链节。一个高分子中链节的数目被称为聚合度,链节间连接的方式不同,所形成的高分子化合物也不同,其性质会有很大差别。如线型高分子是由许多链节组成的长链,其连接方式就像许多铁圈一个接一个地套起来形成一条长链一样。在这种结构中,不仅有分子中的化学键力的作用,而且高分子链很长,分子间接触点很多。因此,分子间的范德华力也起明显的作用。这种结构特征是高分子化合物具有特殊性能的原因,如高分子化合物具有相当大的机械强度,有些甚至超过钢铁。

此外,还有支链型高分子和网状高分子。线型高分子的分子链上长出了许多枝杈,形成支链型高分子。塑料就是这种类型的高分子。其特点是在受热时能变软,没有确定的熔点,易于塑造成各种形状,冷却后又可变为固定形状,再加热还能熔化。这种性质叫热塑性。

在线型高分子链上,有些能起反应的基团跟别的单体或物质起化学反应后,分子链间的化学链会将它们连接起来,形成的结构像渔网,被称为网状高分子;又因其结构不只是一张网,网与网之间又相互交联,形成立体结构,所以又叫立体形高分子。这类高分子性质奇特,它不溶于溶剂,而且一经热加工或成形后,再受热也不会再熔化。硫化橡胶就属于这一类高分子。

许多高分子化合物具有很好的电绝缘性。这是因为其化学键为共价键,不能发生电离,没有传递电子的能力。而且热和声也不易引起高分子的振动。因此,可用做隔热保温或隔音材料。宇宙飞船的外层就涂有一层高分子物质。飞船在回到大气层时,虽然其表面温度可达5000℃左右,这远远超过了任何物质的熔点,但由于高分子传热性极差,这也只能使外层高分子物质燃烧脱落。飞船本体没有受到高温的威胁,从而能安全返回地面。

另外,还有许多具有光、电、磁性质的高分子材料,如导电性高分子、半导体高分子、非线性光学用高分子、光电导高分子等,这类功能高分子材料在不同领域都发挥着重要作用。