天然聚合物

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简介

天然聚合物，通常称为生物聚合物，包括在植物、动物、微生物以及真菌的生命周期中自然产生的物质。

聚合物是由许多此类分子的重复结构亚基组成的巨大分子。聚合物已成为4个行业的基础——纤维、塑料、弹性体以及树脂。聚合是聚合物由其单体形成的过程。由于其极其复杂的结构、多样的行为和广泛的用途，聚合物很难分类。因此，我们根据以下因素对聚合物进行分类

• 来源

• 结构

• 聚合方式

• 分子间作用力

• 增长聚合

什么是天然聚合物？

天然聚合物是存在于生物系统中的聚合物类型，因此由有机和无机成分组成。这些物质自发产生，甚至有助于生物体的基本功能。它们具有单糖、氨基酸和核苷酸作为亚基。

它们在体内的存在起着诸如赋予细胞结构稳定性、在世代之间转移特定基因、充当能量来源以及协助生物过程的许多代谢作用等作用。

基于聚合物来源的分类

• 天然聚合物——所有这些聚合物都在植物和动物中被发现，并且也自然存在。蛋白质、橡胶以及纤维素是一些例子。

• 半合成聚合物——这些聚合物是通过化学修饰生物聚合物形成的。例如，醋酸纤维素、硝酸纤维素等。

• 合成聚合物——这些聚合物似乎是人工合成的。塑料是最广泛使用的合成聚合物。它们已被用于各种行业以及乳制品中。聚醚和尼龙-6,6是一些例子。

基于聚合物结构的分类

• 线性聚合物——线性聚合物可以通过其长而直的链来定义。例如，PVC用于电缆或管道。

• 支链聚合物——支链聚合物具有产生分支的直链。低密度聚乙烯就是一个例子。

• 交联聚合物——交联聚合物中发现了双官能团以及三官能团单体。它似乎表现出比线性聚合物更强的共价键。三聚氰胺以及酚醛树脂是两个例子。

基于聚合方式的分类

• 加聚反应——在加聚反应过程中，具有相对相似和不同单体的分子以大规模结合形成聚合物。这些单体包括不饱和分子，如烯烃、二烯烃及其衍生物。聚四氟乙烯、PVC、聚乙烯等是例子。

• 缩聚反应——缩聚反应涉及2个双官能团以及三官能团单体单元的重复缩合过程。例如，聚酯、苝等。

基于分子间作用力的分类

• 弹性体——弹性体实际上是一种在伸展后恢复到其原始结构的材料。这是一种任意排列的无定形聚合物。弹性体的组成中使用了交联来阻止链彼此滑动。弹性体之间的强相互作用较弱。橡胶以及丁苯橡胶是两个例子。

• 纤维——纤维包括含有氢键以及偶极-偶极吸引力的线性聚合物，这些力使聚合物链保持完整。纤维中的聚合物链似乎彼此很好地协调。纤维具有相当耐用、坚固以及高拉伸强度。尼龙-6,6就是一个例子。

• 热塑性塑料——这些包含通过范德华力结合在一起的长链聚合物。当加热时，某些聚合物会软化并在冷却后变硬，形成刚性物质。它们没有交联，并且可以通过加热并使用模具轻松成型。聚氯乙烯确实是一个例子。

• 热固性聚合物——它们具有低分子量并且是半流体的。一旦加热，它们就会开始在聚合物链之间交联，导致它们变硬并变得不溶。在热的作用下，它们会发展出3D结构。这种反应似乎是不可逆的。酚醛树脂、环氧树脂以及硅树脂是一些例子。

基于增长聚合的分类

• 链增长聚合——这些聚合物可以通过向包含反应中间体的生长链中添加重复单元来获得。链增长聚合实际上是烯烃以及共轭二烯烃化学中的一个关键过程。它们包括PVC、聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯。

• 逐步增长聚合——这些聚合物是在许多不同的步骤中产生的。每个步骤都需要2个亚基的缩合，这导致产生一个小聚合物。尼龙、涤纶和酚醛树脂是一些例子。

什么是合成聚合物？

合成聚合物通常在实验室中作为化学反应的结果而产生。这些聚合物不存在于自然界中，它们应该被生产出来。它是一种长链聚乙烯，它是通过将乙烯亚基引入逐渐变长的链中而开发的。

共聚

共聚物是由几种单体相互作用聚合而成的聚合物。例如：丙烯腈-苯乙烯共聚物。

生物降解聚合物

由于微生物的影响，聚合物可以在有氧和厌氧条件下分解。它使用淀粉、纤维素以及聚酯等成分制成。这类最常见的聚合物之一包括脂肪族聚酯。尼龙2-尼龙6以及聚羟基丁酸酯似乎是一些例子。

结论

我们得出结论，通过检查各种形式的聚合物及其在日常生活中的应用。专家们根据它们的丰度、可用性、分子间作用力以及导热性对它们进行了分类。对聚合物进行分类的最流行方法已分为三类——热塑性塑料、热固性塑料以及弹性体。

在聚合反应过程中，聚合物亚基相互反应形成聚合物链。原子作为链中的连接物连接在一起以产生聚合物链。聚合物的特性根据分子何时以及如何结合而有所不同。

常见问题

1. 天然聚合物的应用有哪些？

天然聚合物已在广泛的生物医学应用中得到重要应用，包括药物、组织修复支架、药物载体以及生物成像。它们通常用作伤口治疗中急性和慢性损伤的治疗方法。

2. 什么会延迟聚合物降解？

润滑剂，通常称为加工助剂以及流动助剂，可用于减少机械降解。这些将不仅减少与生产设备的摩擦，而且还减少聚合物链内的摩擦，最终导致熔体粘度下降。

3. 使用天然聚合物的优点是什么？

天然聚合物的生产成本低于合成聚合物。它们无毒且对人体和环境安全，但合成聚合物含有浓缩化学品，其可靠性不如天然聚合物。

4. 哪些参数会影响聚合物性能？

许多因素会影响聚合物的机械和物理性能，例如摩尔质量、制造、结晶相和分布。

5. 日常生活中使用的一些聚合物例子是什么？

基于聚合物的产品随处可见——合成纤维服装、聚乙烯眼镜、玻璃纤维、尼龙齿轮、塑料袋、基于聚合物的颜色、粘合剂以及涂有特氟龙的餐具。