有機(jī)化學(xué)在高分子材料合成中的應(yīng)用研究

王京璽

濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250000

有機(jī)化學(xué)在生活中應(yīng)用廣泛，高分子材料需要有機(jī)化學(xué)才能合成。有機(jī)化學(xué)分為天然有機(jī)化學(xué)與合成有機(jī)化學(xué)，前者是研究天然有機(jī)物不同性質(zhì)的化學(xué)，后者是添加簡單化學(xué)物通過化學(xué)反應(yīng)合成的化學(xué)。高分子材料是30年代建立的年輕學(xué)科，塑料等高分子材料廣泛應(yīng)用于科研等領(lǐng)域，高分子材料合成反應(yīng)體系龐大，需要培養(yǎng)學(xué)生對高分子合成反應(yīng)類型的理解，將高分子化學(xué)內(nèi)容結(jié)合有機(jī)化學(xué)知識解釋，便于學(xué)生理解掌握所學(xué)內(nèi)容。

1 高分子材料有機(jī)化學(xué)內(nèi)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(fā)展，很多科研機(jī)構(gòu)投入大量人力材料進(jìn)行高分子材料的研究。當(dāng)前高分子材料廣泛用于生活各領(lǐng)域。高分子材料涉及很多知識點，有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)物質(zhì)組成，特征與應(yīng)用學(xué)科，通過有機(jī)合成或元素組成化學(xué)反應(yīng)作用合成有機(jī)化合物。

高分子合成技術(shù)使a一甲基丙烯酸醋進(jìn)行活性聚合高分子合成方法，增長和引發(fā)反應(yīng)通過烯酮硅縮醛向a一甲基丙烯酸醋進(jìn)行Mi比ael加成反應(yīng)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(wěn)定八面體結(jié)構(gòu)，引發(fā)劑與單體形成C-C鍵后，在單體形成新烯酮醛酸結(jié)構(gòu)。通?？梢赃M(jìn)行鋅離子聚合非極性單體中，共軛二烯等不適合進(jìn)行聚合反與國內(nèi)，選擇高分子材料應(yīng)研究其化學(xué)成分，保證反應(yīng)中產(chǎn)生合理穩(wěn)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(yīng)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(wěn)定。要想自由基穩(wěn)定存在，主要看與周圍靠近其他原子結(jié)構(gòu)相互作用。甲基具有性質(zhì)對自由基電子排列有很大影響，改變電子云層區(qū)間密度。碳碳雙鍵連接單鍵再連接雙鍵時，π電子運(yùn)動范圍擴(kuò)大出現(xiàn)離域現(xiàn)象。自由基穩(wěn)定性受到其他因素影響，其穩(wěn)定性會影響高分子材料合成效率，穩(wěn)定性強(qiáng)高分子材料不易合成。

部分有機(jī)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(fù)流態(tài)，只會在溫度升高狀態(tài)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(xué)鍵在分子鏈間形成，生成所需網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料主要用于惡劣環(huán)境中[1]。如發(fā)生火災(zāi)，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(fā)生碳化反應(yīng)繼續(xù)引燃。

自由基性質(zhì)對高分子材料合成非常重要，自由基穩(wěn)定性按照自由基順序減小，碳自由基穩(wěn)定性較差，通常按規(guī)則優(yōu)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(wěn)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(chǎn)生共軛效應(yīng)。自由基穩(wěn)定性強(qiáng)反映活性低，穩(wěn)定性強(qiáng)的自由基鏈長受限制大，穩(wěn)定性一定程度產(chǎn)生自阻聚作用。

聚合反應(yīng)分為縮聚與加聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)是采用逐步聚合方式，將單體通過反應(yīng)除去小分子的聚合形式。聚合中產(chǎn)生部分副反應(yīng)，基團(tuán)反應(yīng)使小分子間鍵斷裂，小分子鍵產(chǎn)生加成反應(yīng)為加劇反應(yīng)。加劇反應(yīng)中不出現(xiàn)其他小分子，借助引發(fā)劑可得到高分子化合物，采取一定手段提高轉(zhuǎn)化率。聚合反應(yīng)時首先判斷反應(yīng)，聚乙炔異構(gòu)分為順式與反式，掌握聚合反應(yīng)形式，應(yīng)通過有機(jī)化學(xué)了解，導(dǎo)電高分子聚乙炔通過兩個二三鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行加劇得到，主鏈相互交替，雙鏈經(jīng)反應(yīng)形成共軛大二，產(chǎn)生導(dǎo)電作用，有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)對高分子材料合成起到關(guān)鍵作用。

2 有機(jī)化學(xué)在高分子材料合成反應(yīng)中的應(yīng)用

有機(jī)化學(xué)在傳統(tǒng)高分子單體合成方面應(yīng)用于研究重點，丙酮氰醇法合成路線關(guān)鍵反應(yīng)機(jī)理是醛酮親核加成反應(yīng)，首步反應(yīng)中氰基負(fù)離子進(jìn)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(jīng)濟(jì)環(huán)保。

異丁烯氧化脂化法是生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯常用技術(shù)路線，異丁烯氧化反應(yīng)機(jī)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(jī)化學(xué)在結(jié)構(gòu)特殊的高分子單體合成中起到重要作用[2]。第一步反應(yīng)為烯烴加成反應(yīng)，為自由基反應(yīng)機(jī)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(jìn)行環(huán)氧基開環(huán)反應(yīng)。

改性是高分子材料發(fā)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(yīng)為醇羥基酯化反應(yīng)。通過高分子反應(yīng)在聚合物主鏈接上感光基團(tuán)，從有機(jī)華化學(xué)角度理解反應(yīng)機(jī)理為，聚甲基乙烯酮側(cè)鏈甲基受羥基強(qiáng)吸電子效應(yīng)影響，與醛基發(fā)生合反應(yīng)，得到有感光性能的肉硅酮結(jié)構(gòu)。

基團(tuán)轉(zhuǎn)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(jìn)行活性聚合的高分子合成方法。引發(fā)反應(yīng)通過烯酮硅縮醛向α，β-不飽和脂進(jìn)行Michael加成反應(yīng)進(jìn)行，親核性催化劑對硅原子進(jìn)配位，親核試劑共同配位作用，使硅原子形成八面體結(jié)構(gòu)，硅基轉(zhuǎn)移到單體羥基氧形成新烯酮硅縮醛結(jié)構(gòu)。羰基的α，β-位有不飽和雙鍵單體進(jìn)行基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合，可進(jìn)行陰離子聚合非極性單體如共軛二烯等不適合聚合反應(yīng)。

3 結(jié)束語

高分子材料研究對推進(jìn)材料研究具有重要意義，從單應(yīng)用天然高分子材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N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(yīng)用有機(jī)化學(xué)知識的例子有很多，將有機(jī)化學(xué)知識與高分子材料合成課程結(jié)合，有利于學(xué)生提高分子化學(xué)學(xué)習(xí)效率。通過有機(jī)化學(xué)在高分子材料合成應(yīng)用實例，可以使學(xué)生達(dá)到對知識的融會貫通。