有機化學在高分子材料合成中的應用研究

王京璽

濟南工程職業技術學院 山東 濟南 250000

有機化學在生活中應用廣泛，高分子材料需要有機化學才能合成。有機化學分為天然有機化學與合成有機化學，前者是研究天然有機物不同性質的化學，后者是添加簡單化學物通過化學反應合成的化學。高分子材料是30年代建立的年輕學科，塑料等高分子材料廣泛應用于科研等領域，高分子材料合成反應體系龐大，需要培養學生對高分子合成反應類型的理解，將高分子化學內容結合有機化學知識解釋，便于學生理解掌握所學內容。

1 高分子材料有機化學內容

高分子材料是高分子化合物為基體，向其中加入其他助劑形成。30年代隨著科技快速發展，很多科研機構投入大量人力材料進行高分子材料的研究。當前高分子材料廣泛用于生活各領域。高分子材料涉及很多知識點，有機化學是研究有機物質組成，特征與應用學科，通過有機合成或元素組成化學反應作用合成有機化合物。

高分子合成技術使a一甲基丙烯酸醋進行活性聚合高分子合成方法，增長和引發反應通過烯酮硅縮醛向a一甲基丙烯酸醋進行Mi比ael加成反應后形成，首先由親核催化劑Nu與單體輕基對硅原子配位。硅原子形成不穩定八面體結構，引發劑與單體形成C-C鍵后，在單體形成新烯酮醛酸結構。通常可以進行鋅離子聚合非極性單體中，共軛二烯等不適合進行聚合反與國內，選擇高分子材料應研究其化學成分，保證反應中產生合理穩定性。

自由基在高分子材料合成中起到重要作用，高分子材料合成中有很多反應需要自由基參與。自由基是化合物分子在特定外界條件小共價鍵斷裂，對平均分配成鍵原子形成具有單個電子原子，與三個碳原子連接碳原子自由基最穩定。要想自由基穩定存在，主要看與周圍靠近其他原子結構相互作用。甲基具有性質對自由基電子排列有很大影響，改變電子云層區間密度。碳碳雙鍵連接單鍵再連接雙鍵時，π電子運動范圍擴大出現離域現象。自由基穩定性受到其他因素影響，其穩定性會影響高分子材料合成效率，穩定性強高分子材料不易合成。

部分有機合成材料不能軟化，如酚醛塑料首次加熱可以軟化流動，升溫一定后逐漸變硬，二次加熱使不會恢復流態，只會在溫度升高狀態下逐漸變硬，在塑化流動充滿型腔后固化，得到所需形狀，特定化學鍵在分子鏈間形成，生成所需網狀結構，材料主要用于惡劣環境中[1]。如發生火災，聚氨酯材料遇火會生成碳化層，控制火勢蔓延。酚醛樹脂遇火后發生碳化反應繼續引燃。

自由基性質對高分子材料合成非常重要，自由基穩定性按照自由基順序減小，碳自由基穩定性較差，通常按規則優先奪走碳自由基氫元素，可憑反映趨勢判斷，一些自由基因穩定性影響具有自阻聚作用，如自由基碳原子存在于含二鍵的取代基時產生共軛效應。自由基穩定性強反映活性低，穩定性強的自由基鏈長受限制大，穩定性一定程度產生自阻聚作用。

聚合反應分為縮聚與加聚反應，縮聚反應是采用逐步聚合方式，將單體通過反應除去小分子的聚合形式。聚合中產生部分副反應，基團反應使小分子間鍵斷裂，小分子鍵產生加成反應為加劇反應。加劇反應中不出現其他小分子，借助引發劑可得到高分子化合物，采取一定手段提高轉化率。聚合反應時首先判斷反應，聚乙炔異構分為順式與反式，掌握聚合反應形式，應通過有機化學了解，導電高分子聚乙炔通過兩個二三鍵結構進行加劇得到，主鏈相互交替，雙鏈經反應形成共軛大二，產生導電作用，有機化學基礎對高分子材料合成起到關鍵作用。

2 有機化學在高分子材料合成反應中的應用

有機化學在傳統高分子單體合成方面應用于研究重點，丙酮氰醇法合成路線關鍵反應機理是醛酮親核加成反應，首步反應中氰基負離子進攻羥基碳正離子在硫酸作用下水解脂化成MMA，MM收率為99%，但存在劇毒氫氰酸為原料，增加投資成本，不夠經濟環保。

異丁烯氧化脂化法是生產甲基丙烯酸甲酯常用技術路線，異丁烯氧化反應機理為分子中雙鍵為sp2雜化，甲基氫原子活化，異丁烯甲基α-H原子易被催化劑氧化，酯化得到MMA。有機化學在結構特殊的高分子單體合成中起到重要作用[2]。第一步反應為烯烴加成反應，為自由基反應機理，巰基上硫加在雙鍵亞甲基上。含有雙鍵原料一二中羧基進行環氧基開環反應。

改性是高分子材料發展方向，纖維素每單元有3個羥基，形成多種衍生物。如硝化纖維，甲基纖維素等。植被纖維素醚類時，用堿液使纖維素溶脹，形成乙基纖維素。甲基纖維素用作增稠劑，纖維素硝化反應為醇羥基酯化反應。通過高分子反應在聚合物主鏈接上感光基團，從有機華化學角度理解反應機理為，聚甲基乙烯酮側鏈甲基受羥基強吸電子效應影響，與醛基發生合反應，得到有感光性能的肉硅酮結構。

基團轉移聚合1993年起有研究報道新的聚合方法，是使α-甲基丙烯酸酯進行活性聚合的高分子合成方法。引發反應通過烯酮硅縮醛向α，β-不飽和脂進行Michael加成反應進行，親核性催化劑對硅原子進配位，親核試劑共同配位作用，使硅原子形成八面體結構，硅基轉移到單體羥基氧形成新烯酮硅縮醛結構。羰基的α，β-位有不飽和雙鍵單體進行基團轉移聚合，可進行陰離子聚合非極性單體如共軛二烯等不適合聚合反應。

3 結束語

高分子材料研究對推進材料研究具有重要意義，從單應用天然高分子材料轉變為多種合成高分子材料，對高分子材料實用性等具有重要影響。高分子材料合成中應用有機化學知識的例子有很多，將有機化學知識與高分子材料合成課程結合，有利于學生提高分子化學學習效率。通過有機化學在高分子材料合成應用實例，可以使學生達到對知識的融會貫通。