【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第五章合成有机高分子化合物

§5-1高分子化合物的结构和特性

【01】在前面几章中，我们已经知道，有不少化合物的分子量是非常巨大的，一般我们就称它们为高分子化合物。在人类生活中，一天也离开不了高分子化合物，如粮食的主要成分淀粉，棉花和木材中的纤维素以及蛋白质、橡胶等等，都是天然的高分子化合物。

【02】由于高分子化合物具有复杂的结构和特殊的性质，给研究工作带来了很多困难。长期以来，人类对高分子化合物较多地局限于运用方面，直到二十世纪初期，化学家对它还仍然认为是一个谜。虽然在1900年生产了酚醛塑料，1910年合成了丁钠橡胶，但是这仅是在生产上的初步发展，至于对高分子化合物理论的建立，以及有目的地进行合成和应用，还是最近几十年里的事。尤其在1930年以后，人们扩大了这方面的化学知识，运用合成法制出了许多塑料、合成纤维和合成橡胶的高分子材料，这些材料不仅可以代替天然产物，而且在某些性能上比天然产物还要优越。目前高分子化学，已从有机化学的领域里分离出来，成为一门独立的科学。

【03】在本章里，我们将从高分子化合物的结构和特性的认识入手，讨论几种重要的有机高分子材料的原料、合成、性能和用途，要求通过本章学习，对塑料、合成橡胶、合成纤维等高分子化合物能有一个初步的认识。

高分子化合物的分子量

【04】高分子化合物和一般化合物的不同之点，主要表现在分子量的大小，普通无机物或有机物的分子量不过几十或几百，一千到二千的就很少见。而高分子化合物的分子量很大，可达几万甚至几千万。这种巨大分子量的物质，分子间的吸引力很大，又是相互纠缠在一起，因此，它们的物理性质如机械强度、弹性、可塑性等要比低分子化合物优越得多。显然，高分子化合物的物理性质，和它们的巨大分子量是有很大的关系。

高分子化合物的结构

【05】高分子化合物的结构和一般有机物相似，也是由许多原子按照一定的方式有秩序地结合起来的，具有一定形状，不过比较复杂。它们的结构，大致可分为线型和体型（网状）两种。

【06】线型结构的高分子化合物，主要由碳原子彼此以共价键相联结而成为长链。有时在链中也可能夹杂着其他元素如氮、氧和硫等原子。这种链可以有不同的长度，原子数可以多至几万个，但不论链有多长，链的结构总是由一种特定结构的单位，称为“链节”的多次重复所组成。例如聚氯乙烯这种高分子物质的结构是：…—CH₂—CHCl—CH₂—CHCl—CH₂—CHCl—…

【07】它是由氯乙烯CH₂=CHCl聚合而成：

【08】从上式中可以看出，聚氯乙烯就是由特定结构的单位多次重复组成。所以聚氯乙烯的链节就是而氯乙烯是聚氯乙烯的单体。

【09】聚氯乙烯是属于线型结构的高分子化合物。如图5·1(a)所示：

【10】另一些高分子化合物的结构，是由一条很长的主链和许多较短的支链相联结，形成若干分枝。如图5·1(b)所示。这种线型结构又叫做枝型结构。线型结构的分子不论有没有分枝，实际上都是蜷曲的。

【11】还有一些高分子化合物，由于支链的存在，使主链之间发生许多“交联”而形成网状。如图5·1(c)所示。这种结构叫做体型结构。体型结构的分子不仅是蜷曲的，而且是立体的网状，这是因为“交联”不是发生在同一个平面里的缘故。

【12】高分子化合物的结构是决定它的性质的重要因素，如线型高分子化合物，一般可以溶解于适当的溶剂里，且受热后能够熔融；但体型高分子化合物就既不能溶解，也不能熔融。但是线型和体型并没有绝对的界限，支链多的线型化合物的性质就接近于体型，而且还可以通过加热引起线型分子里的某些官能团的化学变化，使线型结构变为体型的。

高分子化合物的性质

【13】由于高分子化合物的分子量和结构跟低分子化合物有很大的差别，因而具有许多优越的性质。它们一般都有如下的几种基本特性：

1、弹性

【14】线型结构的高分子化合物，在普通情况下，它的分子长链是蜷曲的。当受到外力作用时可以被拉直一些，当外力取消后又能恢复原状，这就是具有弹性。不同的线型分子具有不同程度的弹性，其中以橡胶的弹性为较大。交联不多的体型高分子化合物也有弹性。但如交联过多，网的格子过小时，如硬橡皮因为多加了硫而发生过多的交联，就会失去弹性。

2、可塑性

【15】我们知道，象火漆一类物质，当加热到一定温度以上时就渐渐软化，这时可以把它用来封口和打印，冷却后，所造成的形状就保持不变。火漆印就是这样形成的。这种性质叫做可塑性。线型高分子化合物便具有可塑性。体型高分子化合物因交联很多，当加热时不能软化，也就没有可塑性。

3、机械强度

【16】物质在受到外力的拉、压、弯曲或扭转时容易折断或碎裂，这是由于分子间的引力抵抗不了外力，因而分子分离的缘故。所以物质在荷重所产生的应力（拉、压、扭转、弯曲等）作用下的抵抗破坏作用的性质，叫做机械强度。物质的抗拉、抗压、抗扭转、抗弯曲的能力，都有一定限度。例如丁钠橡胶的抗拉强度是210~229公斤/厘米²。就是说，横截面为1平方厘米的橡胶品，可以受得起210~229公斤的拉力，超过这个极限，就要被拉断了。物质机械强度的大小，在用作结构材料时是非常重要的，说得通俗一些，这就是“牢不牢”的问题。

【17】高分子化合物的机械强度和它的分子量、分子结构和结晶性有关。一般说来，同一种聚合物，分子量越大，机械强度就越大。分子结构成网状的，强度有显著增加。高分子化合物的结晶和低分子的不同。高分子的所谓结晶，只是一部分链排列得比较整齐，这种结晶叫做微晶，在高分子化合物中微晶和无定形状态是同时存在的。微晶的存在，对物质的机械强度也有很大的影响，一般来说，结晶度越大，强度也越大。线型高分子化合物如在熔融时把它拉长，就有一部分分子排列成微晶状态，冷却定形后，这部分分子的链不再恢复原来的蜷曲状态，象合成纤维在经过多次的熔融延伸后，它的结晶度就有所增大，从而增加了它的机械强度。

4、绝缘性

【18】高分子有机物一般都不能导电，具有良好的绝缘性。象聚乙烯和聚苯乙烯等高分子物质的绝缘性，比玻璃和瓷器的还要高。只有分子里含有羧基(—COOH)、氨基(—NH₂)、氰基（—CN)和氯原子(—CI)等极性基团的高分子有机物，绝缘性才略有减退.同时高分子有机物无吸水性，这也是它绝缘性高的因素之一，因为潮湿的东西是容易导电的。

【由于这些基团具有极性键（参看第二册“分子的形成”），就叫做极性基团。交流电通过导体，只要使导体中电荷或分子中的极性基团随着电压的方向，发生周期性的转移，电流就能通过，因此分子上带有极性基团的高分子化合物，是可以通过交流电的。但极性基团不能从这一端流动到那一端，直流电就不能通过，因为直流电是依靠电子或离子的自由流动而通过的，所以这种高分子化合物是直流电的绝缘体。至于不带极性基团的高分子化合物就不仅对直流电有绝缘性，对交流电也是绝缘体】

【19】高分子有机物除了上述的几种特性外，一般还有耐油、耐氧化、耐酸碱和耐腐蚀等化学稳定性以及隔音、隔热、不透气和不透水等优良物理性质。