碳化高分子
正文
聚合物經過碳化（一種熱處理，使化合物中的非碳成分如氫、氧、氮、硫等全部或大部揮發掉）而製成的一種含碳量很高的合成材料。它具有耐高溫、高強度、高模量等特殊性能，廣泛用於航天工業、吸附劑製造等領域。碳化高分子是在研究聚合物的熱穩定性試驗中發展起來的。20世紀50年代，開始研究聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇、苯乙烯 -二乙烯苯共聚物的碳化。60年代初，發表了聚丙烯腈經熱處理製成碳化聚丙烯腈纖維的研究成果。這種物質色黑、耐火，在惰性氣體存在下繼續緩慢升溫到1400℃後，可得到高強度的碳纖維；當升溫到3000℃後可得到高模量碳纖維。這種碳纖維與樹脂結合使用，可獲得相對密度小而工作性能好的複合材料。航天工業的發展，需要耐高溫、耐腐蝕、相對密度小的合成材料，因而使高分子碳化的研究更加活躍。70年代又由於活性炭不能滿足科研和工業上的要求，開展了以碳化高分子材料代替活性炭的研究，獲得了吸附性能良好的碳化高分子吸附劑。
在製備碳化高分子的過程中，當用高溫處理某些有機聚合物材料時，這些材料易分解或氧化，變成揮發性的低分子化合物,若處理不當,整個高分子會被破壞。但在高純度惰性氣體保護下緩慢升溫，可獲得有特殊性能的碳化高分子。高分子在成型後，經碳化可得保持原型的碳化高分子，如從聚丙烯腈纖維製得的碳纖維（模量為42×105千克力/厘米2,強度為3×104千克力/厘米2）；從泡沫塑膠製得的泡沫碳（相對密度為0.05～0.065,抗壓強度為4.8千克力／厘米2）;從塑膠製得的玻璃碳(微孔體積小於1％,模量為2.6×105千克力／厘米2,抗彎強度為700千克力／厘米2);其他如從薄膜製得的碳薄膜和從層壓塑膠製得的碳化層壓塑膠等。
某些高分子中引入功能基後，可提高熱穩定性，使碳化容易進行。例如苯乙烯-二乙烯苯共聚物中引入磺酸基後，在純氮保護下緩慢升溫,達到近1000℃後,即獲得碳化物。經X射線分析,發現這種碳化物的衍射圖與椰子殼活性炭相似。可用於脫色、分離、提純、水處理；還能用作色譜柱的載體（見色譜法）。碳化高分子吸附劑的優點是結構容易控制，易再生，密度大，便於在溶液中使用，物理穩定性好，能長期使用。這些都是活性炭所不及的。
