고중합체

많은 동일하거나 단순한 구조 단위가 원자키를 통해 반복적으로 연결된 고분량 (보통 10 4 ~ 10 6) 의 화합물입니다. 예를 들어, PVC 분자는 염화 비닐 분자의 많은 구조 단위인 CH2CHCL 로, CH2CHCL 은 반복적으로 연결되어 있으며, 구조 단위 또는 링크라고도 합니다. 구조 단위를 형성할 수 있는 작은 분자로 구성된 화합물을 단량체라고 하며 합성중합체의 원료이다. PVC 는 다음과 같이 축약할 수 있습니다.

-[CH2CH]

| n

염소

N 은 반복 셀 수 (중합도라고도 함) 를 나타내며 중합체를 측정하는 중요한 지표입니다. 중합도가 매우 낮은 중합체 (1 ~ 100) 를 올리고머라고 하며 분자량이 10 4 ~ 10 6 (예: 플라스틱,) ) 를 고분자 중합체라고 합니다. 단량체로 중합된 중합체는 위에서 언급한 폴리 염화 비닐 및 폴리에틸렌과 같은 단일중합체라고 합니다. 두 개 이상의 단량체로 중합된 중합체를 * * * 폴리머라고 합니다 (예: 염화 비닐-비닐 아세테이트 * * * 중합체).

발전간사: 천연 고분자를 사용한 역사는 매우 오래되었고 19 세기 중엽에 이르러서야 사람들은 천연 고분자에 대한 화학적 개조에 들어갔다. C. 고특이는 1839 에서 고무의 황화반응을 발견하여 천연고무를 실용공학 재료로 바꾸는 연구에서 중요한 진전을 이루었다. 1870 J.W.Hyatt 는 장뇌로 니트로셀룰로오스를 증조하여 니트로셀룰로오스를 산업화시켰다. 1907 L 베클랜드는 첫 번째 열경화성 페놀 수지의 합성을 보도하고 1920 년대에 산업화했다. 이것은 최초의 합성플라스틱 제품이다. 1920 년 H. Standinger 는 폴리머가 일반 가격 키를 통해 서로 연결된 구조 단위의 긴 사슬 분자로 현대 고분자 과학의 설립을 위한 토대를 마련했다고 제안했다. 그런 다음 카로더스는 합성중합체를 두 가지 범주, 즉 중축 합된 중축 합물과 가산된 가산합물로 나눕니다. 1950 년대에 지글러와 나타는 배위 중합 촉매제를 발견하여 규칙적인 폴리머를 합성하는 시대를 열었다. 자만분자 개념이 확립된 지 수십 년 동안 합성중합체는 급속한 발전을 이루었고, 많은 중요한 중합체들이 연이어 산업화되었다.

중합체의 분류는 단량체 소스, 합성 방법, 최종 용도, 난방 동작, 중합체 구조 등과 같은 여러 각도에서 분류할 수 있습니다.

(1) 분자 주 체인의 요소 구조에 따라 중합체는 탄소 체인, 잡체인 및 원소 유기물의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

탄소 사슬 중합체 거대 분자의 주쇄는 완전히 탄소 원자로 이루어져 있다. 대부분의 올레핀과 디엔 중합체는 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 폴리 염화 비닐과 같은 범주에 속합니다.

잡사슬 중합체 대분자의 주쇄에는 탄소 원자 외에 산소, 질소, 황 등 잡원자가 있다. 예를 들어 폴리 에테르, 폴리 에스테르, 폴리 아미드, 폴리 우레탄, 폴리 설파이드 고무 등이 있습니다. 엔지니어링 플라스틱, 합성섬유, 내열중합체는 대부분 잡체인 중합체입니다.

원소 유기중합체의 주쇄에는 탄소 원자가 없고, 주로 실리콘, 알루미늄, 산소, 질소, 황, 인으로 구성되지만, 측기는 메틸기, 에틸, 비닐 등과 같은 유기단으로 이루어져 있다. 실리콘 고무가 대표적인 예입니다.

원소 유기물은 잡체인 반유기 중합체라고도 한다. 주쇄와 측기에 탄소 원자가 없다면 무기고분자가 된다.

(2) 재료의 특성과 용도에 따라 중합체는 플라스틱, 고무, 섬유로 나눌 수 있다.

고무는 일반적으로 분자간 가격이 낮고 전형적인 고탄력인 선형 유연성 중합체입니다. 작은 힘의 작용으로 큰 변형 (500% ~ 1000%) 이 발생할 수 있으며 외부 힘이 제거된 후 원상태로 돌아갈 수 있습니다. 따라서 고무에 사용되는 중합체는 완전히 무정형이 필요하며 유리화 변환 온도가 낮고 대분자가 이동하기 쉽다. 약간의 가교 결합 후에 영구 잔류 변형을 제거할 수 있다. 천연 고무를 예로 들면 Tg 가 낮고 (-73 C), 소량의 가교 후 초기 탄성 계수가 작다.

섬유는 일반적으로 평균 분자량이 고무, 플라스틱보다 낮은 선형 결정질 중합체로, 쉽게 변형되지 않고 신장률이 낮습니다 (; 3 5000 n/cm2) 및 인장 강도 (>; 35,000n/cm2) 매우 높습니다. 섬유에 사용되는 중합체는 가격력을 높이고 결정력을 높이기 위해 극성 그룹을 가지고 있습니다. 늘이기는 결정도를 높일 수 있습니다. 뜨거운 물이 뜨거울 때 섬유 융점은 200 C 이상이어야 하고, 녹을 때 300 C 를 넘지 않아야 한다. 이 중합체는 용액 방사에 적합한 용제에 용해되어야 하지만 드라이클리닝 용제에는 용해해서는 안 된다. 업계에서 일반적으로 사용되는 합성섬유는 폴리아미드 (예: 나일론 -66, 나일론 -6 등) 입니다. ), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리 아크릴로 니트릴.

플라스틱은 합성물이나 천연 중합체를 주성분으로 충전재, 가소제 등의 첨가제로 특정 온도와 압력으로 가공한 재료나 제품이다. 이 중합체는 일반적으로 수지라고 하며 결정질이거나 무정형일 수 있습니다. 플라스틱의 행동은 섬유와 고무 사이에 있으며 범위가 매우 넓다. 부드러운 플라스틱은 고무에 가깝고, 단단한 플라스틱은 섬유에 가깝다. 부드러운 플라스틱의 결정도는 중간에서 높음까지 Tm 과 Tg 의 변화 범위가 매우 넓다. 탄성 계수 (15000 ~ 350000 N/cm2), 인장 강도 (1500 ~ 7000 N/cm2), 연신율 (20% 중간 결정도의 폴리에틸렌, 폴리아크릴, 나일론 -66 은 모두 부드러운 플라스틱입니다. 경질 플라스틱은 경도가 높아서 쉽게 변형되지 않는 것이 특징이다. 탄성 계수 (70 000 ~ 350 000N/CM2) 및 인장 강도 (3 000 ~ 8 500N/CM2) 는 높지만 파단 연신율은 낮습니다 (0.5% ~ 3%). 이런 플라스틱에 사용된 중합체는 모두 강성 체인을 가지고 있어 무정형이다. 플라스틱은 또한 가열 동작에 따라 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 나눌 수 있습니다. 플라스틱의 상태에 따라 성형 플라스틱, 적층 플라스틱, 폼, 인조 가죽, 플라스틱 필름 등으로 세분화할 수 있습니다.

중합체의 구조 중합체의 구조는 체인 구조와 집합 상태의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

(1) 분자 체인 구조는 단거리 및 장거리 구조로 나눌 수 있습니다. 인접 구조에는 구조 및 구성이 포함됩니다. 구조란 체인에 있는 원자의 종류와 배열 방식, 대체 기초와 끝베이스의 종류, 단량체 셀의 정렬 순서, 분기 체인의 종류와 길이 등을 말합니다. 구성이란 원자의 대체기가 공간에서의 배열을 가리킨다. 단거리 구조는 화학 구조에 속하며, 일급 구조라고도 한다. 원격 구조는 분자의 크기와 형태, 체인의 유연성, 분자가 다양한 환경에서 사용하는 형태를 포함한다. 원격 구조는 보조 구조라고도 합니다. 사슬 구조는 단일 분자의 형태를 가리킨다.

중합체 체인에서 반복되는 셀의 화학적 구성은 일반적으로 중합체 제조에 사용되는 단량체에 따라 인접 구조를 통해 명확하게 연구됩니다. 이 구조는 중합체 안정성, 분자간 힘 및 체인 유연성에 영향을 주는 중요한 요소입니다. 본딩 방법은 중합체의 구조 셀이 연결되는 방법입니다. 중축 합 및 개방 루프 중합에서 구조 단위의 결합 방법은 일반적으로 명확하지만 가산 중합에서는 단량체의 결합 방법이 다를 수 있습니다. 예를 들어, 모노 올레핀 단량체 (CH2=CHR) 는 중합에서 다음과 같은 세 가지 방법을 가질 수 있습니다.

대부분의 올레핀 중합체에 대해 머리-꼬리 결합이 주요 방법이며, 구조 단위의 서로 다른 결합 방법은 중합체 재질의 성능에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어 PVC 체인의 구조 단위는 주로 머리와 꼬리를 결합한 것으로, 소량의 머리와 꼬리를 결합하면 열 안정성이 떨어집니다.

* * * 중합체는 구조 단위의 결합 방법에 따라 대체 * * * 중합체, 불규칙 * * * 중합체, 블록 세그먼트 * * * 중합체 및 그라프 트 * * * 중합체로 나눌 수 있습니다. 같은 * * * 중합체는 체인 구조 단위의 정렬 순서가 다르기 때문에 부타디엔 및 스티렌 * * * 중합과 같은 성능 변화를 일으키며 스티렌 부타디엔 고무 (불규칙 * * * 중합체), 열가소성 엘라스토머 SBS (스티렌-부타디엔-스티렌 3 블록 세그먼트 * * 를 생산합니다

광학 이성질체와 기하학적 이성질체는 공간 구조 단위 원자의 서로 다른 배열에서 발생한다. 중합체 구조 단위에 비대칭 탄소 원자 (키랄 탄소라고도 함) 가 있는 경우 각 링크에는 두 가지 광학 이성질체가 있습니다. 중합체에서 중합체를 결합하는 방법에는 세 가지가 있습니다. 폴리머가 모두 하나의 광학 이성질체 단위로 결합되면 전체 동립체라고 합니다. 두 개의 광학 이성질체 셀이 번갈아 결합되어 있으며, 이를 인터-호모 이렉투스라고 합니다. 두 개의 광학 이성질체가 완전히 불규칙할 때, 무질서한 입체라고 한다. 분자의 다른 입체구조는 재료의 성질에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 등규 폴리스티렌 구조는 규칙적으로 정해져 있고, 용융점은 240 C 이고, 불규칙적인 폴리스티렌 구조는 불규칙하며, 결정화할 수 없고, 온도를 80 C 연화시킬 수 있다. 1, 4- 가산 디엔 중합체의 경우, 내부 이중키의 기단이 이중키의 양쪽에 서로 다른 방식으로 배열되어 있기 때문에 순식 구성과 반식 구조가 존재한다. 예를 들어, 폴리 부타디엔은 시스 및 트랜스 구성을 가지고 있습니다.

그 중에서도 순식-1, 4- 폴리부타디엔은 분자사슬 간격이 커서 실온에서 탄력이 좋은 고무입니다. 트랜스-1, 4- 부타디엔의 분자 사슬 구조도 비교적 규칙적이고 결정화되기 쉬우며 실온에서는 탄성이 떨어지는 플라스틱이다.

원격 구조

(1) 중합체의 크기: 가장 일반적으로 사용되는 중합체 크기의 측정은 분자량입니다. 중합체의 분자량은 중합 반응의 복잡성으로 인해 균일하지 않으며 평균 분자량 및 평균 분자량과 같은 통계적 평균으로만 나타낼 수 있습니다. 분자량은 중합체 재질의 역학 및 가공 성능에 중요한 영향을 줍니다. 중합체의 분자량 또는 중합도가 특정 값에 도달한 경우에만 적절한 기계적 강도를 나타낼 수 있습니다. 이 강도를 임계 중합도라고 합니다.

(2) 폴리머의 내부 회전: 폴리머의 주 체인은 매우 길어서 보통 직선이 아니며, 말려서 분자가 다양한 형태를 띠게 할 수 있다. 전체 분자로 볼 때, 타원체로 말릴 수도 있고, 방망이로 곧을 수도 있다. 국부적으로 들쭉날쭉하거나 나선형일 수 있는데, 이는 단일 키 내부 회전으로 인해 발생하며 분자는 공간에서 다른 모양을 나타냅니다. 이러한 형식은 조건과 환경의 변화에 따라 달라질 수 있다.

(3) 고분자 사슬의 유연성: 고분자 사슬이 그 형태를 바꿀 수 있는 성질을 유연성이라고 하는데, 이는 고분자의 많은 성질이 저분자 물질과 다른 주된 원인이다. 주 체인 구조는 중합체의 유연성에 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 폴리 디메틸 실록산은 Si-O-Si 의 키 각도가 크고, Si-O 의 키 길이가 길고, 내부 회전이 쉽기 때문에 유연성이 좋고, 좋은 합성고무입니다. 방향잡고리는 내부에서 회전할 수 없기 때문에, 주 체인에는 방향잡고리 구조가 있는 중합체 사슬은 유연성이 떨어지고 고온에 내성이 있다. 측기의 극성은 중합체 체인의 유연성에 큰 영향을 미친다. 측기 극성이 약할수록 이들 사이의 상호 작용력이 커지고 단일 키 내회전이 어려워 체인의 유연성이 떨어진다. 체인의 길이도 유연성에 영향을 줍니다. 체인이 짧고, 내부 회전 단일 체인 수가 적고, 분자 구조 수가 적으면 강성이 생길 수 있습니다.

Aggregate structure (aggregate structure) 클러스터 구조는 결정 구조, 무정형 구조, 방향 구조 및 직조 구조를 포함한 중합체 분자 체인 사이의 기하학적 배열 및 누적 구조입니다. 구조가 규칙적이거나 체인 가격이 강한 중합체는 고밀도 폴리에틸렌, 아이소 폴리 프로필렌, 폴리 아미드 등과 같이 결정화되기 쉽습니다. 결정질 중합체에는 종종 비결정질 영역이 있으며, 결정도가 높은 중합체에도 결정질 결함이 있으며 용융 온도는 결정질 중합체의 상한선입니다. 구조가 불규칙하거나 체인 간 화합가가 약한 중합체 (예: 폴리 염화 비닐, 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 등). ) 결정하기 어렵고, 보통 무정형이다. 특정 하중 및 응력 속도에서 비정질 중합체는 서로 다른 온도에서 유리 상태, 고탄성 상태 및 점성 상태의 세 가지 역학 상태를 나타낼 수 있습니다 (아래 그림 참조). 유리 상태에서 고탄성 상태로의 전이 온도를 유리화 전이 온도 (Tg) 라고 하며 무정형 플라스틱의 상한, 고무의 하한입니다. 고탄성 상태에서 점성 상태로의 전이 온도를 점성 유동 온도 (Tf) 라고 하며 중합체 가공 성형의 중요한 매개변수입니다.

과산화수소와 물의 혼합물은 혼합물에 속한다.