什么是交联？以及交联聚合物的主要用途

交联的定义

在化学和生物学中，交联是将一个聚合物链连接到另一个聚合物链的键。这些连接可以采取共价键或离子键的形式，聚合物可以是合成聚合物或天然聚合物（如蛋白质）。

在高分子化学中，“交联”通常是指利用交联来促进聚合物物理性质的变化。

当“交联”用于生物领域时，它指的是使用探针将蛋白质连接在一起，以检查蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以及其他创造性的交联方法。

尽管这一术语在两门科学中都被用来指“聚合物链的连接”，但交联的程度和交联剂的特殊性差别很大。与所有科学一样，也存在重叠，下面的描述是理解这些微妙之处的起点。

高分子化学

交联是形成共价键或相对较短的化学键序列以将两个聚合物链连接在一起的过程的总称。术语固化是指热固性树脂（如不饱和聚酯和环氧树脂）的交联，术语硫化通常用于橡胶。当聚合物链交联时，材料变得更加坚硬。您还可以浏览另一篇文章《热固性聚合物的化学工艺及模制方法》，了解更多热固性聚合物相关信息。

在聚合物化学中，当一种合成聚合物被称为“交联”时，通常意味着聚合物的整个主体已经暴露于交联方法中。由此产生的机械性能的改变很大程度上取决于交联密度。低交联密度会增加聚合物熔体的粘度。中间交联密度将粘性聚合物转化为具有弹性性质和潜在高强度的材料。非常高的交联密度会导致材料变得非常坚硬或玻璃化，例如酚醛材料。

交联的形成

交联可以由热、压力、pH值变化或辐照引发的化学反应形成。例如，将未聚合或部分聚合的树脂与称为交联试剂的特定化学品混合会导致形成交联的化学反应。通常热塑性材料通过暴露于辐射源（如电子束照射、伽马射线照射或紫外光）也会产生交联。例如，电子束处理是用来交联C型交联聚乙烯的。其他类型的交联聚乙烯通过在挤出过程中添加过氧化氢（A型）或通过在挤出过程中添加交联剂（例如乙烯基硅烷）和催化剂，然后进行挤出后固化来制备。

硫化的化学过程是一种交联作用，它把橡胶变成与汽车和自行车轮胎相关的坚硬、耐用的材料。这个过程通常被称为硫固化；硫化这个词来自罗马火神瓦肯（Vulcan）。然而，这是一个缓慢的过程。典型的汽车轮胎在150℃下固化15分钟°C.然而，加入促进剂如2-苯并噻唑硫醇或四甲基秋兰姆二硫化物可以缩短反应时间。这两种物质在分子中都含有一个硫原子，从而引发硫链与橡胶的反应。促进剂通过催化向橡胶分子中添加硫链来提高硫化速率。

交联是热固性塑料材料的特性。在大多数情况下，交联是不可逆的，由此产生的热固性材料将退化或燃烧，如果加热，而不熔化。特别是在商业用塑料的情况下，一旦物质交联，产品就很难或不可能回收。不过，在某些情况下，如果交联键在化学上与形成聚合物的键有足够的不同，那么这个过程可以逆转。例如，烫发剂会破坏并重新形成头发中蛋白质链之间的天然交联（二硫键）。

物理交联

化学交联是共价键，物理交联是由弱相互作用形成的。例如，海藻酸钠在暴露于钙离子时形成凝胶，这使得它能够形成离子键，在海藻酸钠链之间架起桥梁。聚乙烯醇凝胶是在硼酸和聚合物的醇基之间通过氢键作用加入硼砂而形成的。形成物理交联凝胶的其他材料示例包括明胶、胶原、琼脂糖和琼脂。

化学共价交联在机械和热方面都很稳定，因此一旦形成就很难断裂。因此，像汽车轮胎这样的交联产品不容易回收。一类被称为热塑性弹性体的聚合物依靠其微观结构中的物理交联来实现稳定性，并广泛应用于非轮胎应用，如雪地摩托履带和医用导管。与传统的交联弹性体相比，它们具有更广泛的性能，因为作为交联的域是可逆的，因此可以通过加热进行重组。稳定域可以是非结晶的（如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物）或结晶的（如热塑性共聚酯）。

注：不能通过热处理或化学处理进行改性的橡胶称为热固性弹性体。另一方面，热塑性弹性体可以通过热成型和回收。

氧化交联

许多聚合物经历氧化交联，通常是在暴露于大气中的氧气。在某些情况下，这是不可取的，因此聚合反应可能涉及使用抗氧化剂来减缓氧化交联的形成。在其它情况下，当需要通过氧化形成交联时，可使用诸如过氧化氢之类的氧化剂来加速该过程。

上述对头发施加烫发剂的过程是氧化交联的一个实例。在这个过程中，二硫键被还原，通常使用硫醇，如巯基乙酸铵。之后，头发卷曲，然后“中和”。中和剂通常是过氧化氢的酸性溶液，在氧化条件下会形成新的二硫键，从而将头发永久固定在新的形态。

交联聚合物的用途

合成交联聚合物有许多用途，包括在生物科学中的用途，例如在形成凝胶电泳用聚丙烯酰胺凝胶方面的应用。轮胎用合成橡胶是将橡胶经硫化交联而成。这种交联使它们更有弹性。硬壳皮艇也经常用交联聚合物制造。

其他可以交联的聚合物有乙烯-醋酸乙烯酯-用于太阳能电池板制造-和聚乙烯。

醇酸磁漆是商业油基涂料的主要类型，暴露在空气中后通过氧化交联固化。

在许多水力压裂处理中，采用延迟凝胶交联剂对岩石进行压裂处理。

早期的交联例子是将长链聚合物连接在一起以增加强度和质量，涉及轮胎。橡胶是在高温下用硫磺硫化的，这就在乳胶模型之间建立了联系。

交联的新用途可以在再生医学中找到，生物支架交联以改善其机械性能。更具体地说，增加了在水基溶液中的抗溶解性。