浅析有机化学在高分子材料合成中的应用

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  摘 要:高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。笔者根据多年的工作经验,主要针对有机化学在高分子材料合成中的应用问题进行分析和讨论。
  关键词:有机化学;高分子材料;材料合成;应用;
  一、有机化学合成材料的内容
  1、自由基
  在高分子合成反应来说,自由基是至关重要的存在。其中影响反应的主要因素有两个:第一个是自由基的性质第二个则是自由基的结构。不同种类的自由基具有不用的稳定性,这里涉及的自由基主要有三种,分别是叔碳自由基、仲碳自由基以及伯碳自由基,其中稳定性最好的是叔碳自由基,而稳定性排在末尾的则是伯碳自由基,影响自由基稳定性的主要因素就是共扼效应。在发生聚合反应时,当叔碳自由基和伯碳自由基都需要氢元素时,能够首先获得氢元素的是叔碳自由基。这主要是因为叔碳自由基的稳定性相对较好,从而使得叔碳自由基反应弧的竞争能力也相对较强,所以才能更容易获得氢元素。此外,在反应过程中,也存在一些具有自阻聚能力的自由基,这主要是由该自由基本身的稳定性决定的。总的说来,当一个自由基的稳定性相对较好时,那么与此同时该自由基的反应活性也就相对较差,从而使得该自由基具有相对较好的自阻聚能力。
  2、聚合反应
  通过聚合反应来得到高分子合成材料是一种十分常见的方式,聚合反应的本质就是有机物的聚合过程。聚合反应主要有两种类别:第一类是缩聚反应;第二类则是加剧反应。所谓缩聚反应指的就是通过多次的聚合,最终去掉小分子,得到聚合物。并不是所有的缩聚反应都可以得到高分子材料,如果基团的反应程度没有超过98%,那么就无法得到高分子材料。在进行加剧反应时,人们比较关心的一个问题就是反应的转化率,要想使得转化率得到提升,需要使用一定的方法。
  一般来讲,如果想要通过聚合反应得到高分子材料,首先需要做的工作就是确定聚合反应的具体类型。在开展聚合操作时,要想正确了解聚合反应的实际情况,相关人员必须具备相关基础知识,主要是有机化学理论。以导电高分子聚乙炔材料为例,相关人员可以通过学习有机化学来了解该材料,尤其是了解其结构特点,以及该种材料在发生聚合反应时的特性。掌握有机化学知识可以为开展高分子聚合材料研究奠定基础,方便后续研究的顺利开展。
  3、高分子材料
  现阶段,对高分子材料进行改性处理是一个非常热门的课题。所谓改性处理指的就是对现有的材料开展一定的更新操作,从而得到更加符合人们预期的高分子材料。一般来讲,改性处理的主要目的是使得材料的某些性能变得更好。例如:纤维素是一种比较常见的材料,构成纤维素的组件是葡萄糖。每一单位的葡萄糖分子中都有三个羟基,在进行改性操作时,主要针对的对象就是这些羟基。通过改性来提高材料的性能是一种十分有效的方式,要想保证改性操作可以顺利进行,最为关键的一个环节就是明确自己的研究目的,并对所研究的材料进行透彻的了解,这是开展后续改性操作的基础和前提。
  二、有机化学在高分子材料合成中的应用
  现阶段,基团转移聚合是一种相对较新的高分子合成技术,该技术主要包括三个阶段,第一阶段是引发;第二阶段是增长;最后一个阶段是终止。总的说来,在使用基团转移聚合技术时需要关注一些问题,下面具体介绍一下:
  第一,确保使用的亲核催化剂是合理的。在开展基团转移聚合操作时,亲核催化剂的主要作为为硅原子指导合适的配位,这是保证后续反应得到顺利进行的基础和前提。
  第二,保证共价键的数目是合适的,并在此基础之上,关注其和结构稳定性的联系。在亲核催化剂的协助之下,当硅原子发生配位行为时,要想保证该结构处于较为稳定的状态,那么就需要将其共价键的数目控制在4。但是,在实际的反应中,除了亲和催化剂,单体还会对硅原子的配位带来影响。在这种情况之下,最终得到的6配位,此时对应的结构是一个八面体,该结构不是十分稳定。于是,最终引发剂和单位间就出现了C一C键。
  第三,当C一C键出现之后,需要关注下述问题:硅基出现转移现象,此时就可以得到烯酮硅缩醛酸结构,并不是该结构中的所有基团都可以发生基团转移聚合反应,能够开展上反应的只有两个基团:第一个是羰基-;第二个则是-烯酮硅缩醛上的不饱和双建单体。
  三、高分子材料的绿色可持续发展
  1、高分子材料合成中的绿色战略
  (1)高分子合成原料的无毒化。高分子材料如果要想实现绿色战略,首先应将无毒无害的原材料作为其合成材料,并要确保这些替代材料来源丰富或者是可持续资源。例如,美国科学界针对高分材料合成原料替代品的开发,将玉米淀粉和PVA缓和物用于普通高分子材料加工,并且生产出的高分子材料在强度上与普通产品十分接近,并且该种高分子材料在遗弃后的分解率可以达到100%。
  (2)高分子材料自身的无毒化。合成高分子材料大多是不可降解的,且很难回收和再次利用,废弃后会对环境造成污染,这就需要考虑高分子材料本身的无毒无害性。再者,从绿色化学角度我们可以发现,高分子材料自身的无毒化是实现其绿色化目标的必然趋势,例如,现代外科手术中使用的缝合线等,都是由聚氨基酸等对生物体没有任何影响的材料制成,并且在使用中具有良好的生物相容性及降解性,可保证其在使用过程中不会存在副作用。
  2、高分子材料应用中的绿色战略
  一方面,可将高分子材料垃圾以聚合物的形式进行回收,并通过技术手段对其进行再次利用,很多高分子材料都具有良好的热塑性,虽然在二次加工利用过程中会出现降解或力学性能减弱等问题,但是依旧可以通过反映加工、无污染物理方法、紫外线以及微波等方法对其进行处理。
  另一方面,可将高分子材料垃圾以能量的形式进行回收及利用,虽然部分高分子材料的回收利用技术无法满足绿色战略要求,但是依旧可以通过技术手段进行处理,将其降解成低分子量油脂或其他化学品等,同时又解决能源短缺的问题,将无毒、热值高的材料制备成洁净的固体燃料是一个不错的方式。
  四、结束语
  化学高分子材料合成是有机化学的重要内容,并且有机化学以高分子材料合成为基础,使有机化学得到快速发展。值得注意的是有机化学在自然科学领域有很广的研究,涉及到生活中的各个方面,利用化学化学的方法可以抑制一些有些污染物的产生,也可以在环境污染上进行一定的处理,达到防止环境污染、污染处理的作用。
  参考文献:
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