《聚合物的結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

1、第六章 聚合物的結(jié)構(gòu),第六講,高聚物的液晶態(tài),液晶:有晶體的各向異性又有液體的流動(dòng)性，其有序性介于液體的各向同性和晶體的三維有序之間，結(jié)構(gòu)上保持著一維或二維有序排列，這種狀態(tài)稱為液晶態(tài),處于這種狀態(tài)的物質(zhì)為液晶。,液晶小分子：液晶性物質(zhì)具有獨(dú)特的溫度效應(yīng)、電光效應(yīng)、磁效應(yīng)和良好的機(jī)械性能，可廣泛應(yīng)用于電子、電視顯示、溫度檢測(cè)、工程技術(shù)等領(lǐng)域，這些應(yīng)用又極大推動(dòng)了液晶的研究，使之成為一門新興的邊緣學(xué)科。,一、形成液晶的分子應(yīng)滿足的基本條件 分子具有不對(duì)稱的幾何形狀，含有棒狀、平板狀或盤狀的剛性結(jié)構(gòu)。其中以棒狀的最為常見，一般棒狀分子的長度和直徑的比值要大于6.4。 分子應(yīng)含有苯環(huán)、雜環(huán)、多重鍵等

2、剛性結(jié)構(gòu)，此外還應(yīng)具有一定的柔性結(jié)構(gòu)如烷烴鏈。 分子間有適當(dāng)大小的作用力以維持分子的有序排列，因此液晶分子應(yīng)含有極性或易于極化的基團(tuán)。,剛性結(jié)構(gòu)：由中心橋鍵X和兩側(cè)的剛性基團(tuán)組成，X：CNN，NN，NN(O)，COO等， 剛性基團(tuán)：苯環(huán)，脂環(huán)或雜環(huán)等 分子的末端：較柔性的極性或可極化的基團(tuán)，如酯基、氰基、硝基、氨基、鹵素等。 具有很大的長徑比：分子長為24nm，寬度約為0.40.5nm，,液晶結(jié)構(gòu)模型：長棒狀或長條狀,液晶基元,二、液晶的分類 按液晶基元的排列形式和有序性 近晶型、向列型、膽甾型,近晶型 向列型 膽甾型,三類液晶結(jié)構(gòu)的示意圖,按液晶的形成條件 溶致型液晶：把物質(zhì)溶解于溶劑內(nèi)，在

3、一定的濃度范圍內(nèi)形成的液晶。 熱致型液晶：將物質(zhì)加熱到熔點(diǎn)或玻璃化溫度以上形成的液晶。 按液晶分子大小高分子液晶（將上述的液晶基元以化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)在主鏈上或側(cè)鏈上形成）和小分子液晶。 按物質(zhì)的來源 天然高分子液晶主要有纖維素、多肽及蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子 合成高分子液晶有芳香族聚酰胺、芳香族聚酯、芳香族聚酰胺酰肼、芳香族聚酰肼、聚甲基烯酸類衍生物、有機(jī)硅衍生物等。,液晶基元在高分子鏈上的分布 主鏈型高分子液晶 ：液晶基元位于高分子主鏈上,液晶高分子也可以彼此交聯(lián)形成液晶網(wǎng)絡(luò)，在應(yīng)力作用下可以產(chǎn)生形變，具有橡膠的彈性。,側(cè)鏈型高分子液晶 ：液晶基元位于高分子側(cè)鏈上,三、高分子液晶的品種及應(yīng)用 1溶

4、致型主鏈高分子液晶 生成液晶的三個(gè)條件：高聚物濃度高于臨界值； 高聚物的分子量高于臨界值；溶液的溫度低于臨界值。 主要品種：芳香族聚酰胺 例：聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（PPTA）和聚對(duì)苯甲酰胺（PBA），它們常用的溶劑為濃硫酸或填加少量氯化鋰（LiCl）或氯化鈣(CaCl2)的二甲基乙酰胺。 聚對(duì)苯基苯二噻唑,聚對(duì)苯二酰肼,某些芳香族聚酯,高分子液晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)與液晶行為,溶致性液晶主要形成向列型液晶 溶致性主鏈高分子液晶的相行為和流變性：,0 5 C01 10 C02 15,高聚物濃度對(duì)粘度的影響,溶致型主鏈高分子液晶的應(yīng)用：制備高強(qiáng)和高模量的纖維和膜材料。,2熱致型主鏈高分子液晶 形成的溫度范圍

5、： Tg或Tm Tclear（清亮點(diǎn)溫度）。 主要品種：一些芳香族聚酯、含偶氮苯、氧化偶氮苯、芐連氮等基團(tuán)的高聚物等 熱致型高分子液晶的應(yīng)用：熱致型主鏈高分子液晶熔體粘度低，因此加工性能好。機(jī)械強(qiáng)度高，可以廣泛地應(yīng)用于材料的增強(qiáng)、增韌，或直接作為高性能材料使用，并改善它們的加工性能。,高分子液晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)與液晶行為,四、液晶的表征,液晶態(tài)的表征,液晶的光學(xué)性質(zhì)和織構(gòu) 偏光顯微鏡（PLM）,液晶的微觀結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài) WAXD、SAXD、ED 、TEM、SEM、AFM 、PLM,液晶的熱學(xué)性質(zhì) (DSC和TGA) 示差掃描量熱法,液晶的流變性 （毛細(xì)管粘度計(jì)和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)）,多組份聚合物的織態(tài)結(jié)構(gòu),

6、一、多組分聚合物的概念及分類 多組份聚合物又稱高分子合金，是兩種或兩種以上不同的聚合物以化學(xué)鍵或非化學(xué)鍵結(jié)合形成的。 是改善聚合物性能的重要方法,ABS,SAN,二、制備多組份聚合物的方法 物理共混，包括熔融狀態(tài)下的機(jī)械共混、溶液共混、乳液共混等； 化學(xué)共混，包括一種單體在另一種高聚物中進(jìn)行聚合的溶脹聚合、核殼型乳液聚合以及互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。,三、共混高聚物的相容性原理 1、高聚物之間的相容性 從熱力學(xué)角度，高聚物之間的相容性就是高聚物之間的相互溶解性，是指兩種高聚物形成均相體系的能力。 2、相容性的判據(jù) 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，如果兩組分互溶是熱力學(xué)上的自發(fā)過程，則要求混合自由能的變化FM小于零：

7、,通常高分子混合時(shí)SM很小且為吸熱過程，HM0，所以，F(xiàn)M一般為正值，即體系是不相容的。,FM0 時(shí)，體系是相容的。,3、動(dòng)力學(xué)相容 通常有實(shí)用意義的高聚物共混體系大都是不相容的，兩種高分子組分在混合后仍保持自己的相，但可形成超分子水平混合，即依靠外界的條件也可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制的、良好的分散混合，得到力學(xué)性能優(yōu)良且動(dòng)力學(xué)相對(duì)穩(wěn)定的高聚物共混物。 4、增容劑 增加界面作用，使高聚物之間易于相互分散以得到宏觀上均勻的共混產(chǎn)物；改善高聚物之間相界面的性能，增加相間的粘合力，從而使共混物具有動(dòng)力學(xué)長期穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能。,四、多組分聚合物的形態(tài),1、相結(jié)構(gòu) 包含連續(xù)相和分散相，通常含量多的組分為連續(xù)相，含量

8、少的組分為分散相。 2、相分離 隨著分散相含量的增加，其形態(tài)從球狀分散到棒狀分散，當(dāng)兩組分的含量相近時(shí)，則形成層狀結(jié)構(gòu)，隨著兩種組分含量進(jìn)一步變化，分散相和連續(xù)相將發(fā)生逆轉(zhuǎn)。,白色：組分A，黑色：組分B,2020/12/6,S/B 80/20 S/B 60/40 S/B 40/60,苯乙烯 /丁二烯共聚物相分離實(shí)例,3、形態(tài) 單相連續(xù)結(jié)構(gòu)：構(gòu)成高聚物共混物的兩個(gè)相或多個(gè)相只有一個(gè)連續(xù)相，其它的相分散于連續(xù)相中，稱為分散相。,相疇不規(guī)則 相疇規(guī)則 相疇為香腸結(jié)構(gòu),兩相連續(xù)結(jié)構(gòu) 兩相共連續(xù)結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)、互鎖結(jié)構(gòu) 相互貫穿IPN（相疇程度上的相互貫穿）,4、高聚物共混物的界面 界面層：在共混高聚物中，在兩相之間還存在的過渡區(qū)。 界面層在兩相之間起著傳遞應(yīng)力的作用，其結(jié)構(gòu)與兩種高聚物的相容性，此外與高分子鏈的柔性、組成以及相分離條件也有關(guān)系。 界面上的作用力：化學(xué)鍵合力，分子間作用力,五、多相體系對(duì)聚合物性能的影響 根據(jù)共混物中兩相的軟硬程度，常分為： 1分散相軟，連續(xù)相硬 例如：橡膠增韌