塑膠材料的種類繁多，性能各異，雖然常用的材料還不算太多，但是有些材料性能差異很大，有些則比較相似，如果我們光靠記憶各材料的性能來熟悉材料，顯然是比較低效的，特別是一些你不常使用的材料，即使當(dāng)時(shí)你能記住它具體性能用途，但是估計(jì)也會(huì)很快忘記。所以，這個(gè)時(shí)候，理論、原理性的知識(shí)就顯得尤為重要，以下內(nèi)容實(shí)際上在上學(xué)時(shí)我們都學(xué)過，只是當(dāng)時(shí)很難去理解，現(xiàn)在回過頭來看，其實(shí)還是有些收獲的。

高分子鏈的結(jié)構(gòu)，其實(shí)影響著高分子塑膠材料很多性能，如強(qiáng)度、剛度、沖擊強(qiáng)度等物理性能，有些材料分子結(jié)構(gòu)式非常相似，但性能卻各異，比如這三種材料：PE、PS、PVC。

本文為啥把它們?nèi)旁谝黄鹋e例介紹呢，主要是他們名字太相似了，咋一看，一字之差，實(shí)際上它們的性能差別很大，它們都為五大通用塑膠之一，產(chǎn)量大，價(jià)格便宜，廣泛應(yīng)用于日常產(chǎn)品上。

PE，學(xué)名稱為“聚乙烯”，是指由乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。

PS，學(xué)名稱為“聚苯乙烯”，是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。

PVC，學(xué)名稱為“聚氯乙烯”，是指由氯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。

PE、PS和PVC的單體化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下，可以看出，結(jié)構(gòu)式的主要區(qū)別是，PS中苯環(huán)取代了PE（聚乙烯）中的一個(gè)氫原子，而PVC中氯原子取代了PE（聚乙烯）中的一個(gè)氫原子。

所以也統(tǒng)稱聚乙烯類塑膠，其中把苯環(huán)、CI等稱為取代基（R），它們的聚合反應(yīng)如下：

由于分子結(jié)構(gòu)的不同，所表現(xiàn)出來的性能也會(huì)不同，從上面的結(jié)構(gòu)式可以看出，PE的分子結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，而PS和PVC分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。

那么對(duì)稱或不對(duì)稱的分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物的性能有什么影響呢？

一、首先，需要理解高分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)

我們知道，原子之間通過共價(jià)鍵形成分子，而共價(jià)鍵又分為σ鍵和π鍵，至于什么叫σ鍵和π鍵，大家可以查找資料了解，這里就不展開講了，這里我們只需要了解它們的區(qū)別就行。

而C-C單鍵屬于σ鍵，其電子云分布具有軸對(duì)稱性，即這兩個(gè)C原子不管怎么繞軸旋轉(zhuǎn)，都不影響其電子云的分布，所以，高分子在運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏈中C-C單鍵可以繞軸旋轉(zhuǎn)，稱為高分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

高分子鏈C-C單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)會(huì)使得高分子鏈中的原子或原子團(tuán)形成不同的空間排布（位置、形態(tài)），所形成的空間排布，稱之為構(gòu)象。所以大多數(shù)長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)中，其實(shí)會(huì)存在無窮個(gè)構(gòu)象，這是造成高分子鏈具有柔性的原因。

高分子的柔性，指的是高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)。形成構(gòu)象的過程中，分子鏈中因單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)附近若干個(gè)單元一起運(yùn)動(dòng)，這若干個(gè)單元組成一個(gè)鏈段，就好比一條鐵鏈，每一節(jié)鏈相當(dāng)一個(gè)鏈段。

如果高分子鏈越長(zhǎng)鏈段越短，則鏈越柔順。

高分子鏈形成的構(gòu)象數(shù)越多，柔順性越大，也就是說，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越容易，鏈的柔順性越好。

二、影響高分子鏈柔性的因素：

1、主鏈結(jié)構(gòu)

1）如果主鏈全部由C-C單鍵組成的碳鏈高分子，則具有較大的柔性，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、乙丙橡膠（EMP）等。

2）當(dāng)主鏈中含有C-O,C-N,Si-O等鍵時(shí)，柔性較好，這是因?yàn)镺,N原子周圍的原子比C原子少，內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位阻小，而Si-O-Si的鍵角也大于C-C-C鍵，因而其內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻更小，即使是在低溫下也具有良好的柔順性。。

柔性比較：Si-O>C-N>C-O>C-C

3）當(dāng)主鏈中含有孤立雙鍵時(shí)，鍵角大，雙鍵兩側(cè)取代基少，使得孤立雙鍵相鄰的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻較小，分子鏈柔順性好。如聚丁二烯橡膠：

4）當(dāng)主鏈上含有共軛雙鍵時(shí)，主鏈上的雙鍵存在一個(gè)π鍵，不可旋轉(zhuǎn)，為剛性鏈，柔順性差。如聚乙炔、聚苯：

5）當(dāng)主鏈含有芳環(huán)或雜環(huán)時(shí)，芳雜環(huán)不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔順性較差，剛性強(qiáng)。如PP0、PC，可作為工程塑膠。

2、取代基

1）取代基的極性越大，非鍵合原子間的互相作用越強(qiáng)，內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻，分子鏈的柔性越差。如基團(tuán)極性CN>CI>CH3，所以柔性PP>PVC>PAN.

2）取代基的數(shù)目越多，互相作用越強(qiáng)，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難，分子鏈柔順性越差。如柔順性：PE>氯化PVC>PVC

3）對(duì)稱性取代基分子鏈柔性要好于單取代的分子鏈。

4）取代基的體積，非極性取代基對(duì)分子鏈柔性的影響主要是空間位阻效應(yīng)，取代基的體積增大，空間位阻增大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，分子鏈的柔性減小。

3、其他結(jié)構(gòu)因素

1）支化和交聯(lián)

支鏈長(zhǎng)，柔性降低。交聯(lián)度增加，柔性降低。

2）分子鏈的長(zhǎng)短

分子鏈越大，構(gòu)象數(shù)越多，鏈的柔順性越好，但當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量增加到一定數(shù)值時(shí)，對(duì)柔性的影響可忽略。

3）分子間作用力越大，聚合物分子鏈所表現(xiàn)出的柔性越小。

4）分子鏈的規(guī)整性，分子結(jié)構(gòu)越規(guī)整，結(jié)晶能力越強(qiáng)，高分子鏈一旦結(jié)晶，鏈的柔順性就表現(xiàn)不出來，聚合物呈剛性。

4、外界因素

1）溫度

提供克服內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻的能量, 溫度升高, 內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易, 柔性增大.

2）外力

外力作用的速率太快時(shí), 分子鏈來不及通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)而改變構(gòu)象, 表現(xiàn)出剛性

未完待續(xù)！

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