力化學聚合物

聚合物力化學是介於力學和聚合物化學這兩門科學之間的新興科學，主要研究物質在力場作用下的化學過程和化學現象。在力場作用下，聚合物產生分子內應力，進而使分子鏈斷裂，形成兩個大自由基，這種大自由基一般具有較強的活性，它可以同氧分子等自由基接受體作用而穩定，使聚合物分子量降低而實現降解；也可以引發可聚合單體合成嵌段或接枝共聚物；甚至還可以同具有活性點的其他聚合物直接形成接枝共聚物。如果有兩種或兩種以上的聚合物同時發生力化學斷裂，形成多種自由基，則可以得到更為複雜的聚合物產物。

基本介紹

• 中文名：力化學聚合物
• 外文名：Force chemical polymer
• 定義：介於力學、聚合物化學的新興學科
• 研究：力場作用下化學過程
• 現象發現：1934年
• 最早定義：前蘇聯化學家巴拉姆鮑伊姆

發現

聚合物力化學是介於力學和聚合物化學這兩門科學之間的新興科學，主要研究物質在力場作用下的化學過程和化學現象。這種現象，早在1934年Staudinger已發現，當聚苯乙烯（PS）被球磨或快速通過鉑金噴口時，分子量顯著下降。將這一現象最先定義為“聚合物力化學”的是前蘇聯化學家巴拉姆鮑伊姆，他寫成了第一本力化學專著。隨後，關於聚合物力化學的研究逐漸受到美國以及東歐、亞洲等國家的科學家的重視，使聚合物力化學這門新興科學在基本理論和在聚合物合成等方面的研究日益發展起來。

力化學

力化學是介於力學和化學之間研究物質在機械力作用下化學轉化的一門學科。力化學現象的第一個科學評價是在研究有機高分子化合物後作出的，但其實際套用則是從研究無機物開始。20世紀50年代力化學首先被用於無機材料領域，從60年代末開始，就已合成出大量穩定和亞穩定的無機材料。到80年代，這一新興學科又擴展到礦物的加工，材料的合成製備，粉體表面改性，機械合金，納米粉體的製備等套用領域。力化學逐漸被套用到聚合物/聚合物合成及共混改性的研究中，並進一步向聚合物/無機粒子複合材料的研究方向發展。

機理

聚合物力化學機理是聚合物力化學基礎理論最為重要的方面，它一直吸引著眾多的科學家努力從事這方面的工作。在聚合物力化學機理的研究中,人們通常注意兩個基本問題：一是在給定條件下，哪種化學鍵形式最可能發生斷裂；二是這種斷裂過程符合怎樣的斷裂機理。

力場破壞聚合物，主要表現在化學鍵的斷裂。聚合物分子鏈最弱的地方最易發生化學鍵斷裂。因此可以根據化學鍵的強度的大小粗略估計分子鏈的斷裂點。

聚合物鏈在力場作用下發生斷裂一般有兩種形式：有規斷裂和無規斷裂。最早有人認為，受到剪下的聚合物分子在流動方向上被拉伸，其中大多數鍵被拉直，但是鏈的末端還保持著一點蜷曲，其粘著力拉伸中央的鍵產生應力，這個力隨分子鏈長度的平方增加，當超過臨界剪下速率時聚合物化學鍵在中央優先破壞，低於給定條件下的臨界分子量的分子是穩定的。由於這個理論沒有考慮到分子鏈的纏結，只宜套用於稀溶液分子變形，對於聚合物系統而言是不適宜的。

斷裂過程符合怎樣的斷裂機理，Regel在研究聚合物力化學變形時認為在力場的作用下發生斷裂主要經歷以下3個階段：

（1）受到強應力作用的化學鍵產生應力微中心；

（2）在熱波動作用下受到極限應力的化學鍵斷裂，形成初生微銀紋；

（3）初生微銀紋逐漸融合成更大的裂紋，導致斷裂。

開始的兩個階段代表著聚合物力化學的基本階段，提供了具有自由基性質的活性中心。第三個階段是新表面的形成，這個新表面具有引發合適單體的反應活性。事實上，第一、第二個階段形成的活性中心是穩定的，隨著大裂紋的形成，活性中心的數量越來越多。

高分子合成方面的套用

聚合物力化學方法進行聚合物合成有其獨特的優勢。無需溶劑，符合環保要求，無需添置額外的設備，經濟可行。聚合物共混在世界範圍內受到重視，成為製備新型，高性能材料的一種簡便易行的方法，而利用力化學方法為實施聚合物共混製備各種所需的增容劑十分方便，使更多的難以相容的聚合物材料實現共混改性成為可能，這同時也促進了力化學的發展。到目前為止，聚合物力化學降解和聚合物力化學合成是聚合物力化學發展的兩個主要方向。人們已經利用聚合物力化學方法進行了聚合物接枝和嵌段共聚的研究，並將這些材料套用於聚合物共混工藝之中。目前合成接枝和嵌段共聚物的途徑主要有兩種：聚合物-聚合物體系和聚合物-單體體系。

力化學套用領域

無機材料合成

機械合金法是從20世紀70年代發展起來的用力化學法合成無機材料的方法，如合成非晶合金材料、過飽和固溶體、納米晶等。國內外主要集中於研究力化學合成納米陶瓷粉體和材料，其中高能球磨法是其採用的主要方法。通過力化學合成出的納米鈦酸鹽陶瓷、納米鐵酸鋅陶瓷、納米鐵電陶瓷以及PMN － PT電子陶瓷都具有很好的工藝過程。在濕法冶金中，力化學可在礦物表面形成新的表面和晶體缺陷，降低反應溫度，增加溶解量和溶解速率，用簡單廉價的反應物和更短的反應時間就可製得水溶性的複合物

粉體表面改性

粉體的力化學表面改性是利用超細粉碎及其他強烈機械力作用，有目的地激活粉體表面，使粉體結構複雜化或無定形化，增強與有機物或其他無機物的反應活性。

力化學對高鈣粉煤灰混合水泥基本材料表面性能影響很大。力化學作用可有效促進游離氧化鈣水化，提高混合水泥強度，大幅度降低混合水泥硬化漿體的雷氏夾膨脹值和自由線膨脹率。力化學也可用於改善陶瓷表面的釉性能。通過機械力作用常溫下就可破壞其遠程有序性，提高活性，降低熔塊的熔融溫度，從而達到改善釉面性能的目的。

聚合物與無機粒子共混改性

力化學形成聚合物/無機粒子共聚物時，無機粒子常用作力引發劑。在力分散這些物質時，在斷裂面上又重新生成各種特性的能引發聚合，縮聚，結合及其他轉化的活性中心。誘導的聚合物自由基與活性粒子結合，從而形成牢固的相界面。