高分子研究方法第0章緒論

長安大學(xué)材料學(xué)院許培俊聚合物現(xiàn)代研究方法緒論

Introduction天然高分子合成高分子蛋白質(zhì)DNARNA纖維素淀粉天然橡膠……在適當(dāng)條件下人工合成的大分子MacromolecularCompoundPolymer

高分子Macromolecule

（大分子）1.1高分子的基本概念

高分子的定義由原子或原子團(tuán)（結(jié)構(gòu)單元）以共價鍵形式連結(jié)而成的大分子量（一般為104～106）同系混合物?？煽s寫成1.2高分子的基本特征

特征1.高分子的分子量很大高分子的許多特殊性質(zhì)均與其分子量很大有關(guān)

高分子的溶液性質(zhì)：難溶，甚至不溶，溶解過程往往要經(jīng)過溶脹階段高分子溶液粘度比同濃度的小分子高得多高分子之間的作用力大，只有液態(tài)和固態(tài)，不能氣化固態(tài)聚合物具有一定的力學(xué)強度，可抽絲、能制膜1.2高分子的基本特征

特征2.組成簡單、結(jié)構(gòu)有規(guī)

組成高分子的原子數(shù)目雖然成千上萬，但所涉及的元素種類卻十分有限，以C、H、O、N四種非金屬元素最為普遍，S、Cl、F、Si也存在于一些高分子中。

高分子的主鏈多由重復(fù)結(jié)構(gòu)單元以共價鍵形式相連接單鍵雙鍵三鍵在高分子中幾乎不存在1.2高分子的基本特征

特征3.分子形態(tài)多樣化

線型高分子

(Linear)

其長鏈可能比較伸展，也可能卷曲成團(tuán)，取決于鏈的柔順性和外部條件，一般為無規(guī)線團(tuán)；適當(dāng)溶劑可溶解，加熱可以熔融，即可溶可熔；可由僅含2個官能團(tuán)的單體（包括單烯類單體、環(huán)狀單體）聚合而成。支鏈高分子

(Branched)支鏈的長短和數(shù)量可不同；適當(dāng)溶劑可溶解，加熱可以熔融，即可溶可熔;有的是在線型高分子形成后人為地通過反應(yīng)接枝(Grafting)上去的；有的則是在聚合過程中自然形成的，如：聚合過程中向聚合物的鏈轉(zhuǎn)移與大分子單體共聚體型高分子(Crosslinkednetwork)整個高分子已鍵合成一個整體，已無單個大分子而言；可以看成是線型或支鏈高分子以化學(xué)鍵交聯(lián)（Crosslinking）而成；交聯(lián)程度淺的,受熱可軟化，適當(dāng)溶劑可溶脹；交聯(lián)程度深的,既不溶解,又不熔融，即不溶不熔。交聯(lián)前交聯(lián)后SnSnSnSnSnSnSn橡膠硫化星型高分子(Star)StarPolymer樹狀高分子(Dendrimer)

分子量多分散性的定義

高分子不是由單一分子量的化合物組成，而是由分子量不等的同系物的混合物，存在一定的分布或多分散性。高分子的分子量不均一的特性，即為分子量的多分散性。

特征4.分子量具有多分散性（Polydispersity）1.2高分子的基本特征分子量分布是影響聚合物性能的因素之一分子量過高的部分使聚合物強度增加，但加工成型時塑化困難

低分子量部分使聚合物強度降低，但易于加工不同用途的聚合物應(yīng)有其合適的分子量分布:

纖維 分子量分布宜窄塑料 居中橡膠 分子量分布較寬

特征5：高分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜①高分子的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)：高分子是由成千上萬個（103—105

數(shù)量級）相當(dāng)于小分子的結(jié)構(gòu)單元組成的。②高分子鏈的柔順性：高分子鏈中單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，可以使主鏈彎曲而具有柔性。③高分子鏈之間的作用力很大，互相之間可以發(fā)生交聯(lián)。④高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性：晶態(tài)、非晶態(tài)，球晶、串晶、單晶、伸直鏈晶等。其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對高分子材料的物理性能有很重要的影響。⑤高分子材料中常有一些添加劑，使分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)高分子的鏈結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)取向態(tài)結(jié)構(gòu)液晶態(tài)結(jié)構(gòu)織態(tài)結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)構(gòu)特點三級結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)Chemicalcomposition化學(xué)組成Configuration構(gòu)型Architecture構(gòu)造Sequentialstructure共聚物的序列結(jié)構(gòu)Microstructure高分子的結(jié)構(gòu)(近程結(jié)構(gòu))Size分子大?。ǚ肿恿考胺植迹㏒hape分子形態(tài)（構(gòu)象）Morphology高分子的形態(tài)(遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu))Polymerchainstructure高分子鏈結(jié)構(gòu)Themicrostructureandmorphologyofsinglepolymerchain.單個高分子鏈的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。高分子的鏈結(jié)構(gòu)

高分子的鏈結(jié)構(gòu)是指單個高分子鏈的結(jié)構(gòu)與形態(tài),包括兩個結(jié)構(gòu)層次上的內(nèi)容:一次結(jié)構(gòu)(近程結(jié)構(gòu)):是構(gòu)成的最基本微觀結(jié)構(gòu)，包括其組成和構(gòu)型。（可以理解為與鏈節(jié)有關(guān)的結(jié)構(gòu)）二次結(jié)構(gòu)(遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)):大分子鏈的空間結(jié)構(gòu)(構(gòu)象)以及鏈的柔順性等。（可以理解為與整條鏈有關(guān)的結(jié)構(gòu)）

高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，是指高聚物材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即高分子鏈與鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)。分子通過次價鍵力聚集在一起，形成了特定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。高分子分子量大，分子間的作用力也大，因此只有固態(tài)和液態(tài)兩種。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)分類：固態(tài)聚合物結(jié)晶態(tài)聚合物及無定型態(tài)（即非晶態(tài)聚合物）粘流態(tài)聚合物即為液態(tài)聚合物

結(jié)晶態(tài)（crystalline）特點：高分子可以結(jié)晶，但不能達(dá)到100％，即結(jié)晶高分子多處于晶態(tài)和非晶態(tài)兩相共存狀態(tài)。高分子結(jié)晶能力與內(nèi)因（大分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性、分子柔性和分子間力）和外因（取向、溫度等）有關(guān)。熔融溫度或稱熔點（Tm）是結(jié)晶高分子的熱轉(zhuǎn)變溫度。由于高分子結(jié)晶存在缺陷，并有分子量分布等原因，結(jié)晶高分子的熔點通常有一范圍。無定型態(tài)（非晶態(tài)）（amorphous）高分子可以是完全的非晶態(tài)非晶態(tài)高分子的分子鏈處于無規(guī)線團(tuán)狀態(tài)。這種纏結(jié)、混雜的狀態(tài)也可能存在著一定程度的有序性。非晶態(tài)高分子沒有熔點，在比熱容-溫度曲線上有一轉(zhuǎn)折點，此點對應(yīng)的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，用Tg表示。非晶態(tài)高分子的溫度-比容曲線

將一非態(tài)晶高聚物試樣，施一恒定外力，記錄試樣形變隨溫度的變化，可得到溫度形變曲線或熱機械曲線。非晶態(tài)高分子的溫度-形變曲線高聚物結(jié)構(gòu)和性能測定方法1結(jié)構(gòu)測定方法1.1一級結(jié)構(gòu)（分子結(jié)構(gòu)）：紅外、紫外、拉曼、核磁、色質(zhì)聯(lián)用、X射線衍射、電子能譜1.2

二級結(jié)構(gòu)（分子量及其分布）：粘度法、凝膠滲透色譜1.3

三級結(jié)構(gòu)（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)）結(jié)晶度：X射線衍射、電子衍射、熱分析取向：雙折射法、X射線衍射2轉(zhuǎn)變與松弛的測定轉(zhuǎn)變：高聚物從某種分子運動狀態(tài)改變到另一種平衡模式分子運動的狀態(tài)松弛時間：外力是高聚物從一個平衡狀態(tài)通過分子運動到另一個狀態(tài)需要的時間。松弛現(xiàn)象使高聚物力學(xué)性能出現(xiàn)粘彈性。高聚物轉(zhuǎn)變與性能測定熱性能：DTA、DSC、TGA力學(xué)性能：DMA體積變化：膨脹計法、折射系數(shù)法電磁效應(yīng)：介電松弛、核磁共振3高聚物性能的測定力學(xué)性能：萬能力學(xué)實驗機、應(yīng)力松弛儀、蠕變儀、擺捶沖擊、落球沖擊、動態(tài)力學(xué)分析、疲勞測試粘流行為：熔融指數(shù)儀、旋轉(zhuǎn)粘度計、流變儀電學(xué)性能：介電常數(shù)、擊穿電壓、介電損耗角正切熱性能：DSC、TGA、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、阻燃其它性能：老化性能、密度、透光度、吸濕計高分子材料的時代石器時代原始公社制

50萬-10000-4000

年前，黃帝，堯舜禹銅器時代奴隸制