王篤年正高級(jí)教師

(北京十一學(xué)校)

問題1 樹脂和塑料的關(guān)系是什么?

樹脂,顧名思義,早期來自樹木.有些樹木會(huì)在外界刺激(受傷形成斷口或蟲咬)下分泌一些膠狀物(無定形有機(jī)質(zhì))以保護(hù)自我,常見的如松香、桃膠等.后來,因眾多人工合成的高分子有機(jī)物外形與天然樹脂類似,都具有常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)、受熱后會(huì)軟化或熔融、在外力作用下可流動(dòng)等特點(diǎn),于是借用了樹脂的概念.隨著科技的發(fā)展,合成樹脂的產(chǎn)量占比、應(yīng)用范圍不斷增大,現(xiàn)在幾乎替代了天然樹脂的地位.

人們常把“樹脂”和“塑料”兩個(gè)概念混用,嚴(yán)格地講,二者是有區(qū)別的.樹脂是加工塑料制品的基礎(chǔ)原材料;塑料是根據(jù)需要,在樹脂中添加增塑劑(使其便于加工)、抗氧化劑、填充劑(增大其強(qiáng)度或體積等)、著色劑等輔料加工而成的商品.同樣的樹脂材料,根據(jù)需要可以加工成纖維、塑料等不同用途的商品.

問題2 加聚產(chǎn)物的兩端分別接什么原子?

我們熟知,縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物都有固定的端基,而加聚產(chǎn)物則不能寫出其端基,但這并不是說加聚產(chǎn)物就沒有端基.加聚反應(yīng)一般都是連鎖反應(yīng),通過高溫、光照或加入自由基引發(fā)劑(酸、堿、氧化劑等),讓單體分子變?yōu)閹в袉坞娮拥幕顫娮杂苫?然后這些自由基不斷相互作用、連接,最終形成高分子.但是,高分子總會(huì)有一個(gè)末端(這里是不可能保留單電子的),這個(gè)末端的單電子一般會(huì)與反應(yīng)體系內(nèi)的引發(fā)劑分子碎片(也是帶有單電子的自由基)結(jié)合,變?yōu)榉€(wěn)定結(jié)構(gòu)的高分子.

有些加聚反應(yīng)并不使用自由基引發(fā)劑,但是會(huì)在加聚反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)加入少量的自由基猝滅劑,如水、單質(zhì)碘等.猝滅劑的作用是將自身分子打開,分別連接到高分子的兩端形成端基,從而讓自由基連鎖反應(yīng)終止,以保證高分子鏈的長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)的范圍.

不同的反應(yīng)產(chǎn)物的端基不同,相對(duì)于巨大數(shù)目的高分子鏈節(jié),這些端基對(duì)于加聚物的性質(zhì)影響微乎其微,所以一般不寫出加聚物的具體端基.

問題3 聚乙烯高分子怎么會(huì)形成支鏈?

按理說,乙烯雙鍵打開后,形成的雙自由基“·CH2—CH2·(或—CH2—CH2—)”彼此連接,只能形成一條直鏈,不會(huì)形成側(cè)鏈.而事實(shí)上,高壓聚乙烯分子確實(shí)存在一些長(zhǎng)短不同的側(cè)鏈.

對(duì)此,學(xué)術(shù)上用“鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)”概念來解釋,比較抽象.可根據(jù)高壓聚乙烯的合成反應(yīng)條件做如下想象:激烈條件下(聯(lián)想一下烷烴的高溫裂解),已形成的高分子片段上,可能有H 原子脫離,于是形成碳自由基,此碳自由基會(huì)與短鏈的自由基結(jié)合,如圖1所示.

圖1

正是由于這些側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的存在,導(dǎo)致高壓聚乙烯分子排列難以齊整,空隙較大、密度較小.

問題4 為什么高壓聚乙烯材料的密度反而小于低壓聚乙烯材料?

從反應(yīng)條件看,合成高壓聚乙烯(又叫低密度聚乙烯,LDPE)的反應(yīng)溫度比較高,可達(dá)350 ℃;合成低壓聚乙烯(又叫高密度聚乙烯,HDPE)的反應(yīng)溫度一般不超過200℃.合成高壓聚乙烯的反應(yīng)條件激烈、反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短,形成的高分子相對(duì)分子質(zhì)量較小,且形成的高分子會(huì)有側(cè)鏈,所以分子間排列不整齊,空隙大,因此密度較小,硬度也相對(duì)較低,制成的塑料比較柔軟,更適合作為膜材料,如圖2所示.

圖2

問題5 如何理解線型高分子、體型高分子溶解性的差異?

溶解的本質(zhì)是溶質(zhì)分子(離子)與溶劑分子相互作用,發(fā)生溶劑化的過程.如果具有線型結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子的相對(duì)分子質(zhì)量較小,有可能與某些有機(jī)溶劑發(fā)生溶劑化作用而在溶劑中分散開來,形成高分子溶液(因溶質(zhì)分子大,在分散系分類中屬于膠體),這類高分子材料損壞時(shí),是可以通過溶解的辦法黏合修補(bǔ)的,如有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯).

由于高分子本身分子間也存在較強(qiáng)的作用力,不易被溶劑分散,所以分子鏈較長(zhǎng)的高分子往往就不易溶解了,因?yàn)樗鼈冸y以發(fā)生完全的溶劑化,比如纖維素.

體型結(jié)構(gòu)的高分子材料,內(nèi)部不存在單個(gè)的分子,可以認(rèn)為一整塊材料就是一個(gè)巨大的分子,故不可能發(fā)生完全的溶劑化,因而不會(huì)溶于任何溶劑.但是,有些體型結(jié)構(gòu)的材料在線型結(jié)構(gòu)發(fā)生交聯(lián)時(shí),內(nèi)部會(huì)形成較大的空隙,這些較大空隙可容納某些溶劑分子,溶劑分子滲透其中,導(dǎo)致高分子材料發(fā)生溶脹現(xiàn)象,如汽油可以使橡膠材料(硫化橡膠)發(fā)生溶脹現(xiàn)象.而那些結(jié)構(gòu)致密的體型高分子材料,溶劑分子很難滲透進(jìn)去,連溶脹現(xiàn)象也難以發(fā)生,如酚醛樹脂材料.