第五讲 高分子化合物的基本概念
天然或人工合成的高分子化合物，都是由结构相同的、简单的结构单元通过共价键或配位键重复连接而成。因此，高分子化合物又称聚合物。其分子量巨大的程度应在物理机械性能方面，足以与低分子化合物有显著的差别。组成高分子化合物大分子的分子量，一般可自几万至几十万，甚至上百万。而通常的低分子化合物的分子量只有几十或几百。高分子化合物大分子链的长度约为104—105Å；C-C单键的长度仅为1.5Å(1Å=10-8cm)。巨大的分子量是高分子化合物具有独特性质的根源。从高分子化合物的降解反应或低分子合成反应得知，大分子是以许多相同的或不同的基本链节作为化学结构单元，通过共价键连接而成的。
例如：
由此可见,所谓链节,就是构成高分子化合物的最基本的化学结构单元(重复单元).上式右边的方括号内是聚乙烯的结构单元，或叫聚乙烯的链节。高分子化合物大分子中所包含的链节数(n)通常称为聚合度(有时用DP)表示，是Degree of Polymerization的缩写。高分子化合物分子量(Mw)与聚合度（DP）之间的关系为：
Mw=DP×m 或 DP=Mw/m 式中：m- 每一链节的分子量。
必须注意链节与单体区别。单体是一种化合物,是制取高分子化合物的原料；而链节是一组原子团。在聚乙烯中,乙烯是制造聚乙烯的单体，其组成与聚乙烯分子中链节的原子组成相同。而在 聚乙烯醇中，单体与链节的原子组成却不相同。
一、高分子化合物的基本特性
高分子的特性也即是高分子化合物与低分子物质的区别.主要表现在高分子固体及其溶液的力学性质方面。高分子化合物的基本特性有：
1．不挥发性 高分子化合物没有气态，只有液态与固态，不挥发。
2．优良的机械性能 高分子化合物的大分子链有较高的柔顺性与良好的机械强度。高分子化合物的分子间引力大,尤其是含有极性基团或存在着氢键的高分子化合物,其分子间引力更大,具有高的机械强度。大分子的柔顺性,使高分子化合物具有良好的弹性与粘流性,可被牵伸成丝或制成薄膜。
3．良好的电绝缘性 高分子化合物大分子中各个原子彼此以共价键结合,不电离,有良好的电绝缘性。
4．结晶性 有些高分子化合物具有结晶物质的特性，有清晰的X光衍射图象。
5．溶解性能 高分子化合物溶液的粘度特别高,2%-3%的高分子溶液比同浓度的低分子溶液的粘度高十几倍至几百倍。
上述特性,取决于组成大分子的原子或官能团的本性、分子量、空间排列(几何结构)、分子形态（运动着的大分子的统计特性）以及聚集态结构。
二、高分子化合物的合成反应
高分子化合物的制备,可以由一种或一种以上的单体作为初始原料,经过合成反应而制得;也可由已经得到的天然的或合成的高分子化合物，经过化学转化，改性而成为另一种高分子化合物。
单体聚合成高分子化合物的方法有多种。不同的方法,其反应机理不完全相同，得到的高分子化合物性质也有差异。
1、本体聚合 只有单体及少量引发剂,而不用溶剂或分散剂的聚合方法,叫本体聚合。所得产品纯度高,产率高,不需要后处理设备,在实验室和工业生产中都有应用。
2、悬浮聚合 将非水溶性的单体以小液滴(0.1-3mm)形式悬浮在水中,加入引发剂使之发生聚合,叫悬浮聚合。此法容易除去聚合热，产品纯度比乳液聚合法高，已广泛应用于工业生产。
3、乳液聚合 在乳化剂存在下,经搅拌单体分散于水中成为乳浊液,然后用水溶性引发剂引发聚合的方法，称为乳液聚合。所得聚合物粒子可分散得很细,粒子直径约1μ-0.1mm。本法在工业生产中已广泛应用，如丙烯酸甲酯浆料的制造。
4、溶液聚合 单体在溶剂中引发聚合称为溶液聚合。在合成树脂生产中应用得较少,但有些品种却需要用溶液聚合法进行生产，例如，聚醋酸乙烯、聚丙烯腈或聚丙烯酰胺等的制造。
三、大分子链形状
高分子化合物中，由于分子内与分子间均存在相互作用力，使大分子具有各种形态。双官能度分子间相互化合，则可形成长链大分子。
官能度大于2的单体分子间相互化合,则随着反应条件的不同，可能生成线型、支链型或网状体型的高聚物。
线型和网状分子最重要的性能差别：前者是可溶、可熔的，因其分子是相对自由的；而网状 分子则不溶、不熔，除非将交链键破坏。 两种以上单体进行共聚时，共聚物分子的连接方式显然更为复杂，这在丙烯酸类浆料及聚乙烯醇变性浆料中是常见的。分子的连接方式不同,它们的性能也有许多差异,常见的连接方式如下：
由此可见,接枝共聚已是增加了、或是改变了分子支链的结构和高分子化合物的性质;而其它几种共聚则只是改变主链的结构和高分子化合物的性质。
四、高分子化合物分子量 分子量是决定高分子化合物性能的一个重要因素，与高分子化合物的物理机械性能有着密切关系。大量的实验证明,高分子化合物的分子量一定要达到某一数值后,才能显示出其有价值的机械强度。上浆用的聚乙烯醇，分子量应在1300以上，若超过80000已不适用于经纱上浆。 必须注意,每种低分子化合物,都有其恒定的分子量。但是,对高分子化合物来说，由于形成过程的复杂性,构成每一个大分子结构单元数目并不是完全相同,故其分子量也不象低分子化合物那样固定不变。实际上，一种高分子化合物是由组分相同、结构单元（链节）相同,但链节数目不同的大分子混合聚集而成。聚合物的这种特性称为多分散性，聚合物分子量是一个平均值。
五、关于极性分子和非极性分子:在高分子化合物领域中,包括纺织经纱上浆工程中，经常会遇到极性分子和非极性分子的概念问题.同种原子所组成的共价键,由于负电性是对等与对称的，其电子云的分布不偏不倚，形成的键是无极性的，叫做非极性键，这种分子叫做非极性分子。若是两个不同的原子，或是两个负电性不同的原子所组成的组合，由于电子云分布不对称，导致结合的键呈极性,称为极性键,形成的分子叫极性分子.显然,若原子团或分子本身是一种离子则形成的结合后的大分子的极性会更大，电子云分布的不对称性会更大。 一个分子的极性也决定于分子偶极矩。分子偶极矩是分子间作用力的一个重要参数。分子偶极矩数值是组成分子的所有键的偶极矩的矢量总和。任何一个化合物的分子偶极矩，均可通过标准键偶极矩来推算。