有機化學在高分子材料合成中的應用探究

謝楚云安徽省淮北市第一中學

有機化學在高分子材料合成中的應用探究

謝楚云
安徽省淮北市第一中學

近年來高分子材料在各個領域得到廣泛的應用，這為科技的發展提供了較好的條件。作為高分子材料專業中的重要學科，有機化學對高分子材料的研究極為重要。本文將對高分子材料科學進行概述，分析有機化學在高分子單體合成方面的應用和改性方面的應用，并探討其在高分子合成技術方面的應用。

有機化學；高分子材料合成；應用

一、高分子材料科學

高分子材料科學是上世紀三十年代興起的一門學科，主要是研究高分子材料在生活生產各個領域中的應用，和人們的實際生活緊密相連。高分子材料的種類繁多，利用高分子材料合成的產品種類也很多，而這些材料在很大程度上促進了科技的進步與經濟的發展。高分子材料科學中涉及到的知識點有很多，并且會存在很多變化，所以高分子科學的研究存在一定的難度，尤其是對于一些剛接觸到這門學科的學生而言，需要記憶的內容量巨大。而有機化學是高分子材料研究中的一門基礎性學科，其為高分子材料的合成研究有極為重要的作用。尤其是在開展高分子材料合成教學的過程中，必須要讓學生在有機化學方面有足夠的認識，才能保證學生在學習高分子材料合成的過程中有足夠的基礎知識。

二、高分子單體合成方面的應用

在開展高分子材料研究的過程中，有機化學在傳統高分子單體合成中的應用一直是關鍵內容。如具有機械加工方便、價格低廉和透明度較高等優點的有機玻璃，其單體構成是聚甲基丙烯酸甲酯，而在合成這種單體的時候主要有兩種方式。其中一種是丙酮氰醇法，這種方法中最關鍵的反應機理是醛和酮的加成反應。這種方法對反應條件的要求不高，但是其中涉及到的反應較多并且整個反應流程很長，對設備的耐腐蝕性要求較高，所以會使生產成本大幅上升，實際應用較少。另一種方法是使用異丁烯直接進行氧化酯化法，這種方法是先通過一系列的反應讓異丁烯生成甲基丙烯醛，然后分別在通過氧化和酯化得到聚甲基丙烯酸甲酯。

另外，在梳狀、星狀、樹狀和接枝高分子等結構較為特殊的高分子單體和稱重，有機化學也有十分重要的作用。如以丙烯酸酯基為末端基的大分子單體的合成，這種大分子通常被用在接枝共聚物的合成中，其具體的反應式如下所示：

根據有機化學對該反應過程進行分析可以知道，其首先是烯烴的加成反應，因為加熱和引發劑是反應需要的條件，所以其反應機理是自由基反應。而的第二步的反應中因三元環具有不穩定性，所以很容易在反應中出現開環現象，這樣就會導致含有雙鍵的原料與含有羧基的原料發生開環反應，從而生成含有雙鍵的大分子單體，最終完成接枝聚合物的合成。

三、改性方面的應用

隨著高分子材料科學研究的不斷深入，為了得到性能更好地材料，對高分子材料進行改性成為當前的主要方向。如對纖維素進行改性中，天然高分子材料纖維素是由葡萄糖單元組成，其每個組成單元中含有三個羥基，而這些羥基都能在醚化、硝化和酯化反應中參與反應，從而生成羥丙基纖維素、甲基纖維素、醋酸纖維、硝化纖維、銅氨纖維和粘膠纖維等多種衍生物。在最早的天然高分子改性中，除了硫化橡膠以外還有硝化纖維，而硝化纖維都具有易燃的特點。在進行纖維素醚類的制備中，主要是讓纖維素在堿液中溶脹，然后加入氯甲烷等醚化劑進行反應，從而得到甲基纖維素或乙基纖維素，其中甲基纖維素主要被用在分散劑和增稠劑的制備中。纖維素的硝化反應主要是利用無機酸和醇羥基完成酯化反應，而纖維素的醚化反應則是鹵代烷烴的親核取代反應。

在高分子反應的基礎上，可以將感光基團接到聚合物的主鏈上，如通過芳香族醛類化合物與聚甲基乙烯酮的縮合反應，就能生成感光性能良好的高分子材料。在有機化學的層面上對其中涉及到的反應進行分析，其主要是因為聚甲基乙烯酮中的甲基受到電子效應的影響而獲得較強的活性，這樣就能讓其與芳香族醛類化合物上的醛基發生羥醛縮合反應，從而獲得感光性良好的高分子材料。

四、高分子合成技術方面的應用

在上世紀八十年代，一些學者開始對基團轉移聚合進行連續的報道。通過這種高分子聚合方法的應用，能夠讓丙烯酸酯與α-甲基丙烯酸酯發生活性聚合，反應過程中會經歷引發、增長和終止三個階段，其中前兩個階段的反應如下所示：

這兩個階段的反應主要是通過烯酮硅縮醛向α，β-不飽和酯進行加成反應，從而完整整個反應。其中首先是硅原子在單體羰基和親核性催化劑作用下完成配位，讓硅原子周圍產生不穩定的八面體電子結構。在這樣的情況下就會出現分子內電子的轉移，單體與引發劑之間會生成碳碳鍵，然后硅基向單體的羰基氧上轉移后形成烯酮硅縮醛結構。根據這樣的反應可以看出，只有在羰基上的α，β兩個位置上存在不飽和雙鍵的情況下，才能完成單體的基團轉移聚合。其中能夠進行陰離子聚合的非極性單體有很多，但環氧單體、共軛二烯和苯乙烯等不能進行這樣的聚合反應。

五、結束語

高分子材料合成中涉及到很多化學反應原理，其中尤其是對有機化學中的原理有很多的應用。而作為化學材料研究的重要基礎性知識，有機化學在高分子材料合成中的應用直接關系到材料合成的成功與否。所以在進行高分子材料合成研究的過程中，必須要加強對有機化學的應用。

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謝楚云（1999-），女，漢族，現就讀于安徽省淮北市第一中學高二十六班，任班級團支部書記，閑暇時喜歡課外閱讀、寫作，彈鋼琴。