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什么是聚合物(聚合物定义和例子)

获取科学中使用的术语聚合物的定义,并查看常见聚合物的示例。

什么是聚合物(聚合物定义和例子)

聚合物是由连接的重复亚单元(称为单体)的链或环组成的大分子。聚合物通常具有高熔点和沸点。因为分子由许多单体组成,所以聚合物往往具有高分子量。

聚合物这个词来自希腊语前缀poly -,意思是“许多”,后缀-mer,意思是“部分”。这个词是瑞典化学家 Jons Jacob Berzelius (1779–1848) 于 1833 年创造的,尽管其含义与现代定义略有不同。1920 年,德国有机化学家赫尔曼·施陶丁格 (Hermann Staudinger) (1881-1965) 提出了对聚合物作为大分子的现代理解。

聚合物的例子

聚合物可分为两类。天然聚合物(也称为生物聚合物)包括丝绸、橡胶、纤维素、羊毛、琥珀、角蛋白、胶原蛋白、淀粉、DNA 和虫胶。生物聚合物在生物体中发挥关键作用,充当结构蛋白、功能蛋白、核酸、结构多糖和能量储存分子。

合成聚合物通常在实验室中通过化学反应制备。合成聚合物的例子包括 PVC(聚氯乙烯)、聚苯乙烯、合成橡胶、硅树脂、聚乙烯、氯丁橡胶和尼龙。合成聚合物用于制造塑料、粘合剂、油漆、机械零件和许多常见物体。

合成聚合物可分为两类。热固性塑料由液体或软固体物质制成,通过加热或辐射固化,可不可逆地转变为不溶性聚合物。热固性塑料往往是刚性的并且具有高分子量。塑料在变形时会保持变形,并且通常会在熔化之前分解。热固性塑料的例子包括环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂、聚氨酯和乙烯基酯。电木、凯夫拉和硫化橡胶也是热固性塑料。

热塑性聚合物或热软化塑料是另一种类型的合成聚合物。虽然热固性塑料是刚性的,但热塑性聚合物在冷却时是固体,但柔韧并且可以在一定温度以上成型。虽然热固性塑料在固化时会形成不可逆的化学键,但热塑性塑料中的键合会随着温度的升高而减弱。与分解而不是熔化的热固性塑料不同,热塑性塑料在加热时会熔化成液体。热塑性塑料的例子包括丙烯酸、尼龙、特氟隆、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS和聚乙烯。

聚合物发展简史

自古以来就使用天然聚合物,但人类有意合成聚合物的能力是一个相当新的发展。第一种人造塑料是硝酸纤维素。1862 年,英国化学家亚历山大·帕克斯 (Alexander Parkes) (1812-1890) 设计了制造它的过程。他用硝酸和溶剂处理了天然聚合物纤维素。当硝化纤维素用樟脑处理时,它会产生赛璐珞,这是一种广泛用于电影工业的聚合物,可作为象牙的可模塑替代品。当硝化纤维素溶于乙醚和酒精时,它就变成了火棉胶。这种聚合物从美国内战开始就被用作外科敷料。

橡胶的硫化是聚合物化学的另一大成就。德国化学家弗里德里希·卢德斯多夫 (1801-1886) 和美国发明家纳撒尼尔·海沃德 (1808-1865) 独立发现在天然橡胶中添加硫有助于防止其变粘。英国工程师托马斯·汉考克(1786-1865)在 1843 年(英国专利)和美国化学家查尔斯·古德伊尔(1800-1860)在 1844 年描述了通过添加硫和加热来硫化橡胶的过程。

虽然科学家和工程师可以制造聚合物,但直到 1922 年才提出了关于它们如何形成的解释。Hermann Staudinger 提出将长链原子连接在一起的共价键。除了解释聚合物的工作原理外,施陶丁格还提出了大分子这个名称来描述聚合物。

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