聚合物改性過程中物質能量轉換過程

宋 衛

（鹽城工學院材料科學與工程學院，江蘇鹽城 224051）

在化學生產工藝中，生產原料是有限的，為了形成新的化學物質，高分子物質或者低分子化合物之間可以進行有效的融合形成新的物質，在融合發展組成新物質的過程中，其中能量物質轉換過程也會發生變化。為了形成新物質新的性能，需要進行一系列化學反應、物理反應，以及高溫高壓下將物質進行此次融合。在實際化學生產工藝中，聚合物的應用非常廣泛，聚合物構成了許多生活用品中重要的組成部分，如塑料容器，尼龍制品，橡膠輪胎等。聚合物并不是一個單純的物質，而是通過連接許多較小的分子形成長鏈，稱為單體，因此，聚合物是多個分子組合形成的一種物質。在人類生存世界中，大多數聚合物都是通過人工合成，天然的聚合物只有脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），這兩種天然的聚合物組成生物最基本的化學物質。除了這兩種天然的聚合物之外，還有其他天然聚合物，如絲、羊毛、毛發、指甲、纖維素和蛋白質。

1 聚合物的性質

聚合物是一種高分子化合物，又稱加聚物，是由多個分子聚合而成，有低分子聚合物，也有高分子聚合物，在實際化工生產以及實際生活中，人們應用的大多都是高分子聚合物，簡稱高聚物。目前所應用的聚合物大多都是人工合成的，天然的聚合物只是構成物質的化學基本成分，在實際生活中起不到實際作用，只能作用于生物基本化學構成中，真正應用于人類生產生活的還是經過合成之后的物質，具有多種性能，比如具有高強壓性、耐高溫等。而且很多高聚物都能夠被生物降解，在厭氧環境下會生成硫化氫、甲烷等污染性物質，但是這些物質不會對環境產生長期的影響[1]。人類之所以要研究聚合物的改性使其形成新的化學性能形成新的物質，有很大程度上都是因為組成聚合物的單體都是有毒的，聚合物的單體大多都是從石油中提取而來，其中不乏一些對人體造成傷害的物質，影響人體健康。現在，人們大量研究聚合物改性，降低其污染性質，從中加入新的含氧化物，不會對人體造成傷害，而且在被降解之后，也不會對環境產生危害。另外，高分子聚合物有很多性質也不符合工業化生產條件以及人們應用的條件。高聚物由于分子含量很高，展現出很多劣勢，比如，高聚物難溶于其他物質，甚至不溶，而且分子間的作用力很大，黏稠性很大，以至于只能以黏稠的固態或者液態呈現。其次，分子含量多且大，造成高聚物內的分子分散程度也大。[2]

2 聚合物改性的理解

聚合物改性是一個化學反應的過程，通過物理和機械的方法在聚合物中加入無機物質、有機物質或者其他物質，也可以是不同聚合物之間相互混合的一個過程，聚合物是一個多鏈物質，由多個單個鏈子組合而成，公鏈、支鏈都可以重新進行組合，進而形成新的物質，用化學方法將聚合物之間實現共聯、相交、共聚，或者也可以將多種方法疊加使用，最后形成低成本高質量的化合物，又或者改性后的聚合物具有聲、光、熱、力、電中的特殊性能，能夠用于特殊行業的工業原料中。聚合物改性中會涉及對原有物質能量轉換的過程，以及讓原有物質發生性能上的變化。在實際的聚合物應用中，大部分都是高分子聚合物，而高分子聚合物在實際中并不具有太大的功能，相反會對環境、人體產生一定的傷害，且實用性并不大。[3]因而，為了讓更多的高分子聚合物應用于我們的日常生活中，因此必須對聚合物進行化學反應，化學反應可以改變化學物質本身的性質，從而改變其基本性能，使之更能適用于人類基本的生產生活，這也是自然基本物質的生存意義，成為人類生產活動中不可缺少的一部分，通過對聚合物改性讓其價值最大化，為人類活動提供便利。

3 聚合物改性的方法

3.1 物理方法和化學方法

聚合物改性的方法有很多種，大體上可以分為物理方法和化學方法，物理方法不會改變物質的基本性質。因此，物理方法一般用于兩種物質的相互融合，兩種物質可以互補，在性能上可以相互補充，在進行高溫高壓的融合之后就可以形成具備新的性能的新的物質。高分子聚合物是由很多鏈子形成的，而改變其化學性質的主要方法就是改變這些主鏈、支鏈的分布連接結構，以及讓大分子鏈之間發生化學反應的一種改性方法。因此，化學方法可以適用于大多數的高分子化合物進行改性，也是因為這種改性方法具有很多的優勢，一般情況下，運用化學改性方法得到的聚合物化學性質較為穩定，改性效果維持時間長，但是不同于物理改性方法，化學改性方法通常采用化學反應，因此操作過程非常復雜，且成本高。但是在實際化工實驗廠內還是多以化學方法為主，化學方法中涉及的物質、材料、器材等都非常復雜，也需要操作人員具有較高的操作工藝，因此，化學方法涉及的成本較高。因此，化學方法的應用只適用于某些化工廠。[2]

3.2 其他改性方法

共混改性，共混改性是將兩種及兩種以上的高分子聚合物經混合制備均勻混合物質的一個過程，在共混改性方法下，可以分為物理共混改性和化學共混改性。同樣的，物理共混改性是在不改變原有物質化學性能的基礎上進行混合的一個過程，并沒有涉及物質內部的性能發生變化。而化學共混改性是化學反應的一個過程，比如在高溫高壓下，將兩種物質有效的融合在一起，在高溫高壓下，可以改變混合物質的化學性質，比如，在高溫高壓下，高分子聚合物的支鏈結構可以被分離，重新和其他支鏈結構進行組合，從而得到一種新的物質。因此，共混改性適用于兩種或多種高分子聚合物在性能上的互補。

填充改性，顧名思義就是填充一種材料來達到改性的一種方法，在聚合物中填充一種材料，比如，無機粉體或者纖維，在加入某種材料后，原有聚合物的性質就得到了改變，某些性能得到了改善。這種方法一般不需要對聚合物進行大規模的性能改動，而且填充的材料一般都在化工工廠能夠接受的價格之內，因而這種方法還有的一大優勢就是節省成本。不僅節省了很多制作過程中的成本，而且填充材料簡單易得。填充改性這種方法并不經常使用，填充改性必須要求兩種物質的性能能夠有效地融合，如果性質不能融合，那么就不能得到新的物質。而在實際環境中，兩種物質的性質能夠完全融合的例子并不多見。因而，這種方法在實際應用中并不多見。[1]

纖維增強復合材料，聚合物改性過程一般都是應用有機或者無機物質為輔助材料進行改性的過程，而纖維增強復合材料就是以有機聚合物為基體，用纖維類增加材料為增強劑的一種復合材料。纖維增強復合材料是一種合成的復合材料，聚合物本身就是一個高分子物質，這是因為這一特性也使得很多聚合物在性能應用方面存在很多的缺陷。在實際化工生產過程中，纖維增強復合材料經常被應用在各種聚合物中，利用有機物質或者無機物質使其性能更加完善，或者形成新的物質。

表面改性，從字面上來看，就是對聚合物表面進行改性的一種方法，改性過程只發生在聚合物表面，而不深入內部。表面改性適用于利用表面性質進行化工生產的聚合物，比如，對聚合物表面的光澤、硬度、耐磨、防靜電等性能的改性，適用于對外部表面要求較高的高分子聚合物。因此，只對表面進行改性的方法主要有表面氧化處理、表面電暈處理或者表面熱處理等，這些方法只會作用于聚合物表面，不會對其內部進行改變。又比如說，一種高分子聚合物表面的性能分布不均勻，利用表面改性的方法可以均勻高分子聚合物表面哦性能，使其分布均勻。表面改性適用于某些外部功能過于強大或者為物質的應用帶來了負面影響，只能將物質的表面性質進行改善。在某些行業要求中，對應用的物質具有一定的特殊要求，必須擁有較強的光澤、硬度、耐磨等性質。因此，表面改性也只是對于部分聚合物適用。

4 聚合物改性過程中的能量轉換

在聚合物改性過程中，有的是應用化學方法，有的是應用物理方法中的理論，物理方法并不會改變其物質中的基本性能，只是對某種表面性能進行改變，并不會改變其內部性能。兩種或多種物質進行有效的融合就可以改變其中的性能。因此，物理方法一般來說并不會涉及能量轉換的過程，相反會把某些物質溶于另一種物質中，將一種物質轉換為能量，轉換為聚合物的一種化學性質。另外，聚合物改性也會應用化學方法，化學方法可以改變聚合物的性能，是兩種能量轉換的過程，利用化學方法可以實現將一種物質的光能轉換為動能，或者將動能轉換為電能，能量轉換過程意味著破壞了物質原有的基本結構，破壞了它的分子結構以后，進入到微觀層界面，將分析重新進行排列組合。而在高分子聚合物中，就是將其中的主鏈、支鏈結構進行重新組合，組合形成新結構的同時也可以形成新的性能。目前來說，我國的技術已經達到了納米級別的處理技術，因此，對于分子層面的處理技術來說，在聚合物改性過程我國的技術已經到了純熟的程度。

5 結束語

聚合物是一種基礎的化學物質，作為一個可以填充的聚合物基，可以往內部填充進入其他物質，這樣可以形成一些具有特別性質的復合材料，這些復合材料在我國各行各業中都有應用，極大地提高了我國化工制造業方面的技術水平。聚合物中大多都是高分子聚合物，高分子聚合物由于其數量規模龐大的分子結構，在基本應用中并不具有太多的性能，相反會給環境及人體帶來很大的傷害，在降解之后也會對環境產生時間較長、危害較大的影響。因此，在化工生產中，一般都會對高分子聚合物進行改性，改變其原有的性質，或者在原有性質的基礎上不斷完善，使其能夠成為人類生產生活的實際用品。改性過后形成的聚合物應用于生產生活的方方面面。本文對聚合物的性質進行了闡述，發現其中某些性質并不符合工業生產化條件。并對聚合物改性過程進行深入解讀，了解改性過程究竟是一個什么樣的變化過程。然后，提出了幾種目前擁有的改性方法，包括物理方法、化學方法、填充改性、表面改性等等，這些方法各有各的技術特點，也適用于不同的聚合物進行改性，因而，在改性的過程中應當根據原有物質的基本構成與性質進行改造。未來，聚合物形成的復合材料在能源催化方面還可以與其他技術相結合，尤其是目前的人工智能和數據分析處理技術，與新技術的結合可以推動其在其他領域的應用，也推動能源催化的發展研究與應用，為我國的化工工藝提供更多的技術支持。