聚合物改性过程中物质能量转换过程

宋 卫

（盐城工学院材料科学与工程学院，江苏盐城 224051）

在化学生产工艺中，生产原料是有限的，为了形成新的化学物质，高分子物质或者低分子化合物之间可以进行有效的融合形成新的物质，在融合发展组成新物质的过程中，其中能量物质转换过程也会发生变化。为了形成新物质新的性能，需要进行一系列化学反应、物理反应，以及高温高压下将物质进行此次融合。在实际化学生产工艺中，聚合物的应用非常广泛，聚合物构成了许多生活用品中重要的组成部分，如塑料容器，尼龙制品，橡胶轮胎等。聚合物并不是一个单纯的物质，而是通过连接许多较小的分子形成长链，称为单体，因此，聚合物是多个分子组合形成的一种物质。在人类生存世界中，大多数聚合物都是通过人工合成，天然的聚合物只有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），这两种天然的聚合物组成生物最基本的化学物质。除了这两种天然的聚合物之外，还有其他天然聚合物，如丝、羊毛、毛发、指甲、纤维素和蛋白质。

1 聚合物的性质

聚合物是一种高分子化合物，又称加聚物，是由多个分子聚合而成，有低分子聚合物，也有高分子聚合物，在实际化工生产以及实际生活中，人们应用的大多都是高分子聚合物，简称高聚物。目前所应用的聚合物大多都是人工合成的，天然的聚合物只是构成物质的化学基本成分，在实际生活中起不到实际作用，只能作用于生物基本化学构成中，真正应用于人类生产生活的还是经过合成之后的物质，具有多种性能，比如具有高强压性、耐高温等。而且很多高聚物都能够被生物降解，在厌氧环境下会生成硫化氢、甲烷等污染性物质，但是这些物质不会对环境产生长期的影响[1]。人类之所以要研究聚合物的改性使其形成新的化学性能形成新的物质，有很大程度上都是因为组成聚合物的单体都是有毒的，聚合物的单体大多都是从石油中提取而来，其中不乏一些对人体造成伤害的物质，影响人体健康。现在，人们大量研究聚合物改性，降低其污染性质，从中加入新的含氧化物，不会对人体造成伤害，而且在被降解之后，也不会对环境产生危害。另外，高分子聚合物有很多性质也不符合工业化生产条件以及人们应用的条件。高聚物由于分子含量很高，展现出很多劣势，比如，高聚物难溶于其他物质，甚至不溶，而且分子间的作用力很大，黏稠性很大，以至于只能以黏稠的固态或者液态呈现。其次，分子含量多且大，造成高聚物内的分子分散程度也大。[2]

2 聚合物改性的理解

聚合物改性是一个化学反应的过程，通过物理和机械的方法在聚合物中加入无机物质、有机物质或者其他物质，也可以是不同聚合物之间相互混合的一个过程，聚合物是一个多链物质，由多个单个链子组合而成，公链、支链都可以重新进行组合，进而形成新的物质，用化学方法将聚合物之间实现共联、相交、共聚，或者也可以将多种方法叠加使用，最后形成低成本高质量的化合物，又或者改性后的聚合物具有声、光、热、力、电中的特殊性能，能够用于特殊行业的工业原料中。聚合物改性中会涉及对原有物质能量转换的过程，以及让原有物质发生性能上的变化。在实际的聚合物应用中，大部分都是高分子聚合物，而高分子聚合物在实际中并不具有太大的功能，相反会对环境、人体产生一定的伤害，且实用性并不大。[3]因而，为了让更多的高分子聚合物应用于我们的日常生活中，因此必须对聚合物进行化学反应，化学反应可以改变化学物质本身的性质，从而改变其基本性能，使之更能适用于人类基本的生产生活，这也是自然基本物质的生存意义，成为人类生产活动中不可缺少的一部分，通过对聚合物改性让其价值最大化，为人类活动提供便利。

3 聚合物改性的方法

3.1 物理方法和化学方法

聚合物改性的方法有很多种，大体上可以分为物理方法和化学方法，物理方法不会改变物质的基本性质。因此，物理方法一般用于两种物质的相互融合，两种物质可以互补，在性能上可以相互补充，在进行高温高压的融合之后就可以形成具备新的性能的新的物质。高分子聚合物是由很多链子形成的，而改变其化学性质的主要方法就是改变这些主链、支链的分布连接结构，以及让大分子链之间发生化学反应的一种改性方法。因此，化学方法可以适用于大多数的高分子化合物进行改性，也是因为这种改性方法具有很多的优势，一般情况下，运用化学改性方法得到的聚合物化学性质较为稳定，改性效果维持时间长，但是不同于物理改性方法，化学改性方法通常采用化学反应，因此操作过程非常复杂，且成本高。但是在实际化工实验厂内还是多以化学方法为主，化学方法中涉及的物质、材料、器材等都非常复杂，也需要操作人员具有较高的操作工艺，因此，化学方法涉及的成本较高。因此，化学方法的应用只适用于某些化工厂。[2]

3.2 其他改性方法

共混改性，共混改性是将两种及两种以上的高分子聚合物经混合制备均匀混合物质的一个过程，在共混改性方法下，可以分为物理共混改性和化学共混改性。同样的，物理共混改性是在不改变原有物质化学性能的基础上进行混合的一个过程，并没有涉及物质内部的性能发生变化。而化学共混改性是化学反应的一个过程，比如在高温高压下，将两种物质有效的融合在一起，在高温高压下，可以改变混合物质的化学性质，比如，在高温高压下，高分子聚合物的支链结构可以被分离，重新和其他支链结构进行组合，从而得到一种新的物质。因此，共混改性适用于两种或多种高分子聚合物在性能上的互补。

填充改性，顾名思义就是填充一种材料来达到改性的一种方法，在聚合物中填充一种材料，比如，无机粉体或者纤维，在加入某种材料后，原有聚合物的性质就得到了改变，某些性能得到了改善。这种方法一般不需要对聚合物进行大规模的性能改动，而且填充的材料一般都在化工工厂能够接受的价格之内，因而这种方法还有的一大优势就是节省成本。不仅节省了很多制作过程中的成本，而且填充材料简单易得。填充改性这种方法并不经常使用，填充改性必须要求两种物质的性能能够有效地融合，如果性质不能融合，那么就不能得到新的物质。而在实际环境中，两种物质的性质能够完全融合的例子并不多见。因而，这种方法在实际应用中并不多见。[1]

纤维增强复合材料，聚合物改性过程一般都是应用有机或者无机物质为辅助材料进行改性的过程，而纤维增强复合材料就是以有机聚合物为基体，用纤维类增加材料为增强剂的一种复合材料。纤维增强复合材料是一种合成的复合材料，聚合物本身就是一个高分子物质，这是因为这一特性也使得很多聚合物在性能应用方面存在很多的缺陷。在实际化工生产过程中，纤维增强复合材料经常被应用在各种聚合物中，利用有机物质或者无机物质使其性能更加完善，或者形成新的物质。

表面改性，从字面上来看，就是对聚合物表面进行改性的一种方法，改性过程只发生在聚合物表面，而不深入内部。表面改性适用于利用表面性质进行化工生产的聚合物，比如，对聚合物表面的光泽、硬度、耐磨、防静电等性能的改性，适用于对外部表面要求较高的高分子聚合物。因此，只对表面进行改性的方法主要有表面氧化处理、表面电晕处理或者表面热处理等，这些方法只会作用于聚合物表面，不会对其内部进行改变。又比如说，一种高分子聚合物表面的性能分布不均匀，利用表面改性的方法可以均匀高分子聚合物表面哦性能，使其分布均匀。表面改性适用于某些外部功能过于强大或者为物质的应用带来了负面影响，只能将物质的表面性质进行改善。在某些行业要求中，对应用的物质具有一定的特殊要求，必须拥有较强的光泽、硬度、耐磨等性质。因此，表面改性也只是对于部分聚合物适用。

4 聚合物改性过程中的能量转换

在聚合物改性过程中，有的是应用化学方法，有的是应用物理方法中的理论，物理方法并不会改变其物质中的基本性能，只是对某种表面性能进行改变，并不会改变其内部性能。两种或多种物质进行有效的融合就可以改变其中的性能。因此，物理方法一般来说并不会涉及能量转换的过程，相反会把某些物质溶于另一种物质中，将一种物质转换为能量，转换为聚合物的一种化学性质。另外，聚合物改性也会应用化学方法，化学方法可以改变聚合物的性能，是两种能量转换的过程，利用化学方法可以实现将一种物质的光能转换为动能，或者将动能转换为电能，能量转换过程意味着破坏了物质原有的基本结构，破坏了它的分子结构以后，进入到微观层界面，将分析重新进行排列组合。而在高分子聚合物中，就是将其中的主链、支链结构进行重新组合，组合形成新结构的同时也可以形成新的性能。目前来说，我国的技术已经达到了纳米级别的处理技术，因此，对于分子层面的处理技术来说，在聚合物改性过程我国的技术已经到了纯熟的程度。

5 结束语

聚合物是一种基础的化学物质，作为一个可以填充的聚合物基，可以往内部填充进入其他物质，这样可以形成一些具有特别性质的复合材料，这些复合材料在我国各行各业中都有应用，极大地提高了我国化工制造业方面的技术水平。聚合物中大多都是高分子聚合物，高分子聚合物由于其数量规模庞大的分子结构，在基本应用中并不具有太多的性能，相反会给环境及人体带来很大的伤害，在降解之后也会对环境产生时间较长、危害较大的影响。因此，在化工生产中，一般都会对高分子聚合物进行改性，改变其原有的性质，或者在原有性质的基础上不断完善，使其能够成为人类生产生活的实际用品。改性过后形成的聚合物应用于生产生活的方方面面。本文对聚合物的性质进行了阐述，发现其中某些性质并不符合工业生产化条件。并对聚合物改性过程进行深入解读，了解改性过程究竟是一个什么样的变化过程。然后，提出了几种目前拥有的改性方法，包括物理方法、化学方法、填充改性、表面改性等等，这些方法各有各的技术特点，也适用于不同的聚合物进行改性，因而，在改性的过程中应当根据原有物质的基本构成与性质进行改造。未来，聚合物形成的复合材料在能源催化方面还可以与其他技术相结合，尤其是目前的人工智能和数据分析处理技术，与新技术的结合可以推动其在其他领域的应用，也推动能源催化的发展研究与应用，为我国的化工工艺提供更多的技术支持。