第二节　高分子的基本概念

一、高分子及相关术语的定义

（1）高分子化合物

高分子是由一种或多种小分子通过共价键连接而成的链状或网状分子且分子量很大的一类化合物，即由成百上千个原子组成的大分子。一般地，分子量在104以上。因此，常称为高分子化合物。另外，我们通常提到的大分子指的是分子量在103以上的化合物。

高分子化合物一般又称为聚合物（Polymer），但严格地讲，两者并不等同。因为有些高分子化合物并非由简单的重复单元连接而成，而仅仅是分子量很高的物质，这就不宜称作聚合物。但通常，这两个词是相互混用的。

另外分子通过可逆和高度取向的非共价相互作用结合而形成的大尺度规则组装体结构也称为聚合物，或称超分子聚集体。但本课程不介绍这类聚合物及其结构与性能。

（2）高分子材料

高分子材料也称为聚合物材料，它是以高分子化合物为基本组分的材料。虽然有许多高分子材料仅由高分子化合物构成，但大多数高分子材料，除基本组分之外，为获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，一般还加有各种添加剂。例如，作为塑料使用的高分子材料中添加有颜料、填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂等。因此，高分子化合物（即聚合物）与高分子材料的含义是不同的，而在工业上并未将两者严格区分。

药用辅料、新型给药系统等药用以及其他用途的高分子材料的结构和性能主要是由其基本组分聚合物所决定。

（3）结构单元与链节

一个高分子往往由许多相同的简单结构单元通过共价键重复连接而成。例如高分子聚乙烯醇是由乙烯醇结构单元重复连接而成。

为方便起见，可缩写成

上式是聚乙烯醇分子结构表示式。端基R—只占高分子的很小部分，故略去不计。其中是结构单元，也是重复结构单元（简称重复单元），亦称链节，是与聚乙烯醇分子结构相似的聚丙烯，但两者的侧基不同，聚丙烯的侧基是甲基（—CH3），于是，在性质和用途上有很大的差异。聚乙烯醇是亲水性的并可溶于水，具有良好的黏合性、增稠性、生物相容性、成膜性和凝胶特性，用作药用辅料，而聚丙烯则是水不溶的且对大多数有机溶剂也是不溶的，通常在高温熔融挤出成型，用作药用包装材料。

习惯上，将形成结构单元的分子称作单体。这类与单体分子的原子种类和各种原子的个数完全相同、仅电子结构有所改变的结构单元也称为单体单元。如聚乙烯是由小分子乙烯（单体）通过自由基聚合而得到的，它的结构单元与单体单元是一样的，它可简记为

上式中n代表重复单元数，又称聚合度，它是衡量分子量大小的一个指标。乙烯是合成高聚物聚乙烯的单体，但是，上述聚乙烯醇不是由乙烯醇直接聚合而得到的，因为没有乙烯醇这种单体，聚乙烯醇是由聚乙酸乙烯酯与甲醇或乙醇进行醇解反应而形成的，它的原单体是乙酸乙烯酯。

二、高聚物的分类与命名

（1）高聚物分类

由于高聚物的种类很多，性质也各不相同，因此，给出科学的分类以反映物质特性的内在联系是非常必要的。通常，可根据来源、性能、结构、用途等不同角度对聚合物进行多种分类。

根据大分子（或高聚物）主链结构，即按高聚物的化学结构分类，可将高聚物分成有机高聚物、元素有机高聚物和无机高聚物三类。

有机高聚物又分为碳链和杂链高聚物，碳链高聚物是指大分子主链完全由碳原子构成，绝大部分烯烃类和二烯烃类聚合物都属于这一类。常见的有聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯等；杂链高聚物是指大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫、磷等在有机化合物中常见的元素的原子，常见的这类聚合物如聚醚（聚甲醛、聚乙二醇）、聚酯（聚乳酸、聚羟基丁酸酯）、聚酰胺（尼龙1010、尼龙66）、聚脲、聚硫橡胶、聚砜等。

元素有机高聚物是指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝、钛、氮、硫、磷等原子和氧原子组成，但侧基却由有机基团如甲基、乙基、芳基等组成。典型的例子是聚二甲基硅氧烷，即有机硅橡胶。其结构如下。

如果主链和侧基均无碳原子，则为无机高聚物，如某些硅酸盐（玻璃、陶瓷等）、弹性硫Sn、石墨、金刚石以及氮化硼陶瓷等。

而根据高聚物为基础组分的高分子材料的性能和用途，可将高聚物分成橡胶、纤维、塑料、黏合剂、涂料、功能高分子等不同类别。这实际上是高分子材料的一种分类，并非聚合物的合理分类，因为同一种聚合物，根据不同的配方和加工条件，往往既可用作这种材料也可用作那种材料。例如，聚乙烯醇既可作黏合剂、药用膜材料亦可作涂料。又如聚丙烯既可作为塑料使用也可加工成纤维材料——丙纶。

（2）高聚物命名

高聚物和以高聚物为基础组分的高分子材料的名称：专有名称、商品名称、基于结构的以国际纯粹与应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）命名规则命名和基于原料名称的化学名称。

专有名称是根据功能、用途、来源等或沿用已久的习惯叫法，如，用于纺织纤维生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯称为涤纶或的确良，因医用或来源而得名的高分子药物：抑素、胰岛素、干扰素等；沿用已久的淀粉是具有α-1，4糖苷键的葡聚糖，天然大分子聚氨基酸统称为蛋白质，类似的还有阿拉伯胶、甲壳素、透明质酸等，因其简单而普遍采用。此外，在描述常用的塑料和橡胶时，特别重要的是以其基础组分聚合物化学名称为基础的标准缩写：PVC（聚氯乙烯）、PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PC（聚碳酸酯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PVOH（聚乙烯醇）、SBS（苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）等。而天然的高聚物一般有自己的专用名称，如纤维素、蛋白质、淀粉，它们并不能反映出所称物质的结构。

商品名称是由生产商为销售而给自家的高聚物产品设计的商标或制订的牌号而形成的习惯叫法，比如聚酰胺类的习惯名称为尼龙（Nylon），聚丙烯酸酯共聚物卡波姆（Carbomer），乙二醇和丙二醇共聚物泊洛沙姆（Poloxamer）。

尽管IUPAC在1973年提出了以结构为基础的系统命名法，但目前仅见于学术研究文献中，尚未普遍采用。

化学名称是根据大分子链的化学结构而确定的名称，实际上普遍采用的化学名称是以原料-单体或假想单体名称为基础，在单体或假想单体名称前冠以“聚”字就成为高聚物名称。大多数烯类单体形成的高聚物均按此命名，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯分别是氯乙烯、苯乙烯、乙烯和甲基丙烯酸甲酯的聚合物，而聚乙烯醇则是假想单体乙烯醇的聚合物。大多数由烯烃合成的橡胶是共聚物，常从共聚单体中各取一字，后附“橡胶”二字来命名，如，丁（二烯）苯（乙烯）橡胶、乙（烯）丙（烯）橡胶等。杂链高聚物通常采用化学分类命名，它以该类材料中所有品种所共有的特征化学单元为基础，例如环氧树脂、聚酯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯的特征化学单元分别为环氧基、酯基、酰胺基和氨基甲酸酯基。至于具体品种，应有更详细的名称，例如，己二胺和己二酸的反应产物称为聚己二酰己二胺等。