所謂聚合物是通過聚合的方式將成千上萬的小分子連線而成的一類物質，由於這類物質聚合成的分子量很大，所以又稱為高分子或高聚物。 \n 聚合物可分成天然和合成兩大類型。如自然界有澱粉、蛋白質、纖維和橡膠等聚合物，但工程中所使用的聚合物往往是指人工合成的聚合物，常見的有聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡膠等。 \n 儘管聚合物的分子量很大，但其化學結構卻比較簡單，大多是由一種或幾種小分子物質聚合而成，所以聚合物分子結構是這小分子物質結構的重複組合。如常見的日用工程塑膠聚氯乙烯是由單個氯乙烯分子聚合在一起形成。
基本介紹
- 中文名：高聚物套用
- 外文名：Application of polymers
- 拼音：gaojuwuyingyong
- 如：聚氯乙烯
基本信息,高聚物,高分子化合物的結構與性能,高聚物套用,
基本信息
高聚物
高聚物，是由幾百～幾千個原子、彼此以共價鍵連結起來的大分子化合物，具有較大的分子量(5×103～106)。此類化合物雖然分子量很大，但其化學組成、結構一般比較簡單(蛋白質例外)，通常是以簡單的結構單元為鏈節，通過共價鍵重複結合而成高聚物。如聚氯乙烯的形成與結構就是這樣的。
高分子化合物的結構與性能
（1）高分子鏈的結構和柔順性
鏈型（包括帶支鏈的）高聚物的長鏈分子通常呈捲曲狀，且互相纏繞，分子鏈間有較大的分子間作用力，顯示一定的柔順性和彈性。可溶解於合適的溶劑。它們在加熱時會變軟，冷卻時又變硬，可反覆加工成型，稱為熱塑性高聚物。聚氯乙烯、未硫化的天然橡膠、高壓聚乙烯等都是鏈型高分子化合物。
體型高聚物是鏈型（含帶支鏈的）高分子化合物分子間以化學鍵交聯而形成的具有空間網狀結構的高分子化合物，一般彈性和可塑性較小，而硬度和脆性則較大。一次加工成型後不再能熔化，故又稱為熱固性高聚物。它具有耐熱、耐溶劑、尺寸穩定等優點。如酚醛樹脂、硫化橡膠及離子交換樹脂等都是體型高聚物。
鏈型（包括帶支鏈的）高聚物的長鏈分子通常呈捲曲狀，且互相纏繞，分子鏈間有較大的分子間作用力，顯示一定的柔順性和彈性。可溶解於合適的溶劑。它們在加熱時會變軟，冷卻時又變硬，可反覆加工成型，稱為熱塑性高聚物。聚氯乙烯、未硫化的天然橡膠、高壓聚乙烯等都是鏈型高分子化合物。
體型高聚物是鏈型（含帶支鏈的）高分子化合物分子間以化學鍵交聯而形成的具有空間網狀結構的高分子化合物，一般彈性和可塑性較小，而硬度和脆性則較大。一次加工成型後不再能熔化，故又稱為熱固性高聚物。它具有耐熱、耐溶劑、尺寸穩定等優點。如酚醛樹脂、硫化橡膠及離子交換樹脂等都是體型高聚物。
（2）高分子化合物的物理形態
非晶態鏈型高分子化合物無確定的熔點，在不同的溫度範圍內可呈現三種不同的物理形態，即玻璃態、高彈態和粘流態。
高彈態是高聚物所獨有的罕見的一種物理形態。呈高彈態的高聚物當溫度降低到一定程度時，可轉變成如同玻璃體狀的固態，稱為玻璃態（如常溫下的塑膠即處於玻璃態），該轉化溫度叫玻璃化溫度，用Tg表示。如天然橡膠的Tg為-73℃。而當溫度升高時，高聚物可由高彈態轉變成能流動的粘液，稱為粘流態。高彈態轉變為粘流態的溫度叫粘流化溫度，用Tf表示。對於非晶態高分子化合物，Tg的高低決定了它在室溫下所處的狀態，以及是否適合作橡膠還是塑膠等。Tg高於室溫的高聚物常稱為塑膠。Tg低於室溫的高聚物常稱為橡膠。用作塑膠的高聚物Tg要高；而作為橡膠，Tg與Tf之間溫度的差值則決定著橡膠類物質的使用溫度範圍。
非晶態鏈型高分子化合物無確定的熔點，在不同的溫度範圍內可呈現三種不同的物理形態，即玻璃態、高彈態和粘流態。
高彈態是高聚物所獨有的罕見的一種物理形態。呈高彈態的高聚物當溫度降低到一定程度時，可轉變成如同玻璃體狀的固態，稱為玻璃態（如常溫下的塑膠即處於玻璃態），該轉化溫度叫玻璃化溫度，用Tg表示。如天然橡膠的Tg為-73℃。而當溫度升高時，高聚物可由高彈態轉變成能流動的粘液，稱為粘流態。高彈態轉變為粘流態的溫度叫粘流化溫度，用Tf表示。對於非晶態高分子化合物，Tg的高低決定了它在室溫下所處的狀態，以及是否適合作橡膠還是塑膠等。Tg高於室溫的高聚物常稱為塑膠。Tg低於室溫的高聚物常稱為橡膠。用作塑膠的高聚物Tg要高；而作為橡膠，Tg與Tf之間溫度的差值則決定著橡膠類物質的使用溫度範圍。
高聚物套用
自古以來，天然高分子就一直被人類利用為生活資料或生產資料。古代人已經掌握天然高分子的加工技術，如利用蠶絲、棉、毛織成織物,採用竹材、棉、麻造紙等。直到19世紀30年代末期才進入到天然高分子的化學改性階段，如天然橡膠的硫化(1839)，纖維素的硝化(1845)。20世紀初，經L.H.貝克蘭等人的研究，成功地合成了第一個合成高聚物──酚醛樹脂，標誌著人類套用合成高聚物的開始。隨後,各種高聚物的合成紛紛研究成功,並陸續投入生產。過去，高聚物材料是金屬及其他貴重材料（如象牙、珍珠等）的代用品；到近代，高聚物的套用已擴展到人們的生活、生產、科研和國防等各個領域。許多材料的套用範圍已經超過了天然材料和許多金屬材料，形成了龐大的高聚物材料套用體系。
高聚物合成材料按照性能和用途，大致可分為塑膠、合成橡膠（或彈性體）、合成纖維三大類。這些材料的原料來源豐富、種類繁多、加工簡易、性能優良，因此其用途之廣、發展之快是其他材料所不及的。
三大合成高聚物材料中以塑膠的產量最大，約占總量的70%～75%,增長速度最快。合成纖維的年產量的增長自70年代以來突飛猛進。1970年合成纖維的產量還不到天然棉、毛、絲等產量的一半，1980年的產量已經接近棉的總產量，到80年代中期將超過天然纖維的總產量。合成橡膠的產量增長也早已超過了天然橡膠，合成橡膠的品種多、生產周期短、性能優異，其耐油、耐高溫等性能是天然橡膠所不及的。目前，高聚物合成材料的套用已遍及各個領域。
工業方面 廣泛用作機械工業的各種工件和零件,如工程塑膠、耐磨材料、吸振材料(見高聚物吸振材料)等；電氣工業的絕緣材料、導電塑膠、導線等；採礦工業的坑道塑膠柱架和選礦用的浮選劑、絮凝劑等;石油工業中的鑽井柔桿及堵水劑、減阻劑、泥漿穩定劑等；化學工業中的耐腐蝕塑膠管道、槽、罐以及塗料、膠粘劑（見高分子膠粘劑）等；在輕紡工業中，高聚物的套用有更廣闊的前途，如人們的衣著服裝現在幾乎大部分由耐綸、滌綸和腈綸三大合成纖維製成；用高聚物製成的紙、人造皮革、木材代用塑膠等日益增多；色彩鮮艷、質輕耐久的各種高聚物包裝材料、裝飾品、日用器皿等也大量套用。
農業方面 農用薄膜和塑膠溫室的套用，發展十分迅速。帳篷、農漁用船艇、水利排灌管道、農用機械零部件、纜索等都有用高聚物製成的（見農用高聚物）。
交通運輸、通信、建築方面 各種車輛輪胎、管子、剎車片、車廂、船舶、飛機的各種內部輕質構件，都廣泛採用高聚物材料；用塑膠和複合材料製造輕型飛機和汽車，也正在積極研究中。通信用的信息轉換及信息記錄材料，主要包括光通信所用的導光纖維（見高分子導光纖維）、錄像用材料、高敏感度的感光材料、熱色記憶記錄材料等也都使用高聚物材料。建築物的上下水道、室內壁板、門窗、房梁及活動房屋、展覽館等都可用纖維增強塑膠製成。日本和中國近年都已建成玻璃纖維增強塑膠的橋樑建築。高分子灌漿材料用於建築物和構築物的防滲堵漏、消除缺陷和增強基礎等方面。
國防建設、尖端科學技術方面 特種高聚物和功能高分子具有耐高溫、耐低溫、高強度、高模量、高絕緣、耐腐蝕等特性，因此在兵器製造中可作為結構材料的輔助材料，如耐高溫和耐低溫的膠粘劑。特種塗料（見高聚物塗料）和密封材料（見高分子密封材料）也都用特種高聚物製成。無論在航空、航天飛行器，核設備，大型積體電路，以及軍事裝備的輕微型化等方面，高聚物材料是不可缺少的。
醫藥衛生方面 高聚物在這方面的套用發展很快,範圍很廣,除了高聚物藥物外,還用來製造人工臟器（如人工心臟、人工腎）、人工血液、人工血管、人工骨和關節、人工皮膚等（見醫用高分子）。
高聚物合成材料按照性能和用途，大致可分為塑膠、合成橡膠（或彈性體）、合成纖維三大類。這些材料的原料來源豐富、種類繁多、加工簡易、性能優良，因此其用途之廣、發展之快是其他材料所不及的。
三大合成高聚物材料中以塑膠的產量最大，約占總量的70%～75%,增長速度最快。合成纖維的年產量的增長自70年代以來突飛猛進。1970年合成纖維的產量還不到天然棉、毛、絲等產量的一半，1980年的產量已經接近棉的總產量，到80年代中期將超過天然纖維的總產量。合成橡膠的產量增長也早已超過了天然橡膠，合成橡膠的品種多、生產周期短、性能優異，其耐油、耐高溫等性能是天然橡膠所不及的。目前，高聚物合成材料的套用已遍及各個領域。
工業方面 廣泛用作機械工業的各種工件和零件,如工程塑膠、耐磨材料、吸振材料(見高聚物吸振材料)等；電氣工業的絕緣材料、導電塑膠、導線等；採礦工業的坑道塑膠柱架和選礦用的浮選劑、絮凝劑等;石油工業中的鑽井柔桿及堵水劑、減阻劑、泥漿穩定劑等；化學工業中的耐腐蝕塑膠管道、槽、罐以及塗料、膠粘劑（見高分子膠粘劑）等；在輕紡工業中，高聚物的套用有更廣闊的前途，如人們的衣著服裝現在幾乎大部分由耐綸、滌綸和腈綸三大合成纖維製成；用高聚物製成的紙、人造皮革、木材代用塑膠等日益增多；色彩鮮艷、質輕耐久的各種高聚物包裝材料、裝飾品、日用器皿等也大量套用。
農業方面 農用薄膜和塑膠溫室的套用，發展十分迅速。帳篷、農漁用船艇、水利排灌管道、農用機械零部件、纜索等都有用高聚物製成的（見農用高聚物）。
交通運輸、通信、建築方面 各種車輛輪胎、管子、剎車片、車廂、船舶、飛機的各種內部輕質構件，都廣泛採用高聚物材料；用塑膠和複合材料製造輕型飛機和汽車，也正在積極研究中。通信用的信息轉換及信息記錄材料，主要包括光通信所用的導光纖維（見高分子導光纖維）、錄像用材料、高敏感度的感光材料、熱色記憶記錄材料等也都使用高聚物材料。建築物的上下水道、室內壁板、門窗、房梁及活動房屋、展覽館等都可用纖維增強塑膠製成。日本和中國近年都已建成玻璃纖維增強塑膠的橋樑建築。高分子灌漿材料用於建築物和構築物的防滲堵漏、消除缺陷和增強基礎等方面。
國防建設、尖端科學技術方面 特種高聚物和功能高分子具有耐高溫、耐低溫、高強度、高模量、高絕緣、耐腐蝕等特性，因此在兵器製造中可作為結構材料的輔助材料，如耐高溫和耐低溫的膠粘劑。特種塗料（見高聚物塗料）和密封材料（見高分子密封材料）也都用特種高聚物製成。無論在航空、航天飛行器，核設備，大型積體電路，以及軍事裝備的輕微型化等方面，高聚物材料是不可缺少的。
醫藥衛生方面 高聚物在這方面的套用發展很快,範圍很廣,除了高聚物藥物外,還用來製造人工臟器（如人工心臟、人工腎）、人工血液、人工血管、人工骨和關節、人工皮膚等（見醫用高分子）。
