许多矿物都是无机聚合物,如氧化物类的硅石、石英、刚玉,硫化物类的雌黄、辉锑矿,硅酸盐以及其他金属多酸盐类。这些天然无机聚合物多是晶体、高熔点、化学性质稳定、质地硬脆。但是某些人工合成的无机聚合物在固态稳定,一般具有有机聚合物的弹性可塑性;在液态或溶于溶剂时,有许多常解聚为低分子物质,有些发生水解作用。无机聚合物按链的组成大致可分为同质链(主链由相同元素构成)和异质链(主链由两种以上的元素构成)两大类。一些单纯的无机聚合物因具有极性的主链,易与其他化学品作用,稳定性较差。通常在这些无机元素上引入有机侧链,经过有机改性使其具有优异的化学稳定性、热稳定性。如聚硅氧烷已经用作特种橡胶、涂料等,聚磷腈可以用作阻燃剂、人造脏器和骨骼等的材料。
无机聚合物
主链由非碳原子和原子团以共价键结合构成的链状、层状或网状高分子聚合物。这些原子包括硼、氮、磷、硫、硅、硒和金属原子等。
- 英文名称
- inorganic polymer
- 所属学科
- 化学
又称均链聚合物。仅有少数元素能形成高分子量的同质链无机聚合物,它们是硅、硫、硒和磷等。如多硫化氢(硫烷)是由硫原子连接在一起的螺旋型、一维链状聚合物,黑磷晶体是由磷原子连接在一起的二维平面状聚合物。聚硅烷的骨架完全由硅原子组成,骨架上接有不同的烷基侧链,合适的侧链使得聚硅烷具有液晶特性,掺杂后可以导电。
又称杂链聚合物。能形成异质链无机聚合物的元素很多,元素周期表中除了ⅠA族以外,绝大多数元素都能通过氧、氮、氯、硫等搭桥原子连接形成无机聚合物。最常见的异质链无机聚合物是硅酸盐(如片状结构的云母和线状结构的石棉)、具有正交笼状结构的五氧化二磷和具有带状结构的三氧化二锑等。最重要的异质链无机聚合物包括含硅-氧键的硅酸盐和聚硅氧烷,含磷-氧键的聚磷酸盐,含P═N键的聚磷腈,以及聚硫氮和聚硼氮等。聚硅氧烷具有的结构,R和R′是烷基和芳基。聚磷腈的分子结构通式是
,R、R′可以是无机元素(F、Cl、Br)、有机基团(烷基、芳基、烷氧基)等,n约为15000。大多数聚磷腈无色,不导电,具有固有的骨架柔韧性,工业上作为特种橡胶(无机橡胶)、分离膜和阻燃材料。通过引入合适的侧链,聚磷腈还可以呈现导电性或半导体特性,可作为高分子催化剂以及制造人工脏器、骨骼等生物医用材料。具有
结构的聚硫氮有良好的导电性,以聚环三硼氮为单元的聚硼氮具有极高的稳定性和可与金刚石相比的硬度,可以用作磨料和绝缘材料等。
又称配合物高分子。由金属离子和低分子量的配体聚合而成。早期因该方面的研究较少,归类于异质链无机聚合物,随着超分子化学的飞速发展,已经合成一大批配位聚合物,得到多种拓扑结构的聚合物,如砖墙图案、蜂巢图案、金刚石结构和一些穿插的结构,在结构理论和催化、吸附等方面已经显现出特殊的价值。比较常见的如氯化钯、硫氰酸银等金属与简单配体的聚合物,4,4′-联吡啶、1,3,5-间苯三酸等简单有机配体形成的多孔结构,以及其他复杂有机配体形成的复杂结构等。