東華大學(xué)高分子化學(xué)課件第六章

第六章高分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)本章主要介紹高分子材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及它們之間的關(guān)系。ppbypptppt高分子的分類1按結(jié)構(gòu)分類高分子可分為線性、支化、交聯(lián)三種結(jié)構(gòu)。線性高分子由長(zhǎng)鏈組成，支化高分子由主鏈和側(cè)鏈組成，交聯(lián)高分子由鏈間連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2按來源分類高分子可分為天然高分子和合成高分子。天然高分子由動(dòng)植物等生物體合成，如蛋白質(zhì)、纖維素。合成高分子由人工合成，如聚乙烯、聚丙烯。3按性質(zhì)分類高分子可分為熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體等。熱塑性塑料可反復(fù)加熱成型，熱固性塑料加熱后會(huì)固化，彈性體具有彈性和韌性。高分子的分子量定義高分子的分子量是指單個(gè)高分子鏈的相對(duì)分子質(zhì)量，反映了單個(gè)高分子鏈的尺寸大小。影響因素高分子的分子量取決于單體在聚合過程中的反應(yīng)程度和聚合方式。重要性分子量是高分子材料性能的關(guān)鍵影響因素，直接影響材料的物理性質(zhì)和力學(xué)性能。高分子的分子量分布定義高分子的分子量分布是指同一高分子樣品中不同分子量的分子所占比例的分布情況。影響因素高分子的分子量分布受聚合方式、反應(yīng)條件和單體純度等因素影響。重要性分子量分布影響高分子材料的力學(xué)性能、溶解性、熔融溫度、粘度等性質(zhì)。高分子的平均分子量定義由于高分子樣品中存在不同分子量的分子，因此需要用平均分子量來描述高分子的分子量大小。種類常用的平均分子量有數(shù)均分子量、重均分子量、粘度平均分子量等，每種平均分子量反映了不同的分子量信息。重要性平均分子量是表征高分子材料的重要參數(shù)，它與材料的物理性質(zhì)、力學(xué)性能等密切相關(guān)。高分子的分子量測(cè)定方法凝膠滲透色譜法(GPC)粘度法端基分析法光散射法原理各種方法利用高分子在溶液中的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。不同方法側(cè)重于不同類型的平均分子量。應(yīng)用分子量測(cè)定對(duì)了解和控制高分子材料的性能非常重要。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ψ肿恿恳蟛煌?。黏度平均分子量定義黏度平均分子量是根據(jù)高分子溶液的黏度來測(cè)定的平均分子量，反映了高分子鏈的纏結(jié)程度。特點(diǎn)黏度平均分子量對(duì)長(zhǎng)鏈分子比較敏感，它受高分子鏈的長(zhǎng)度和形狀影響較大。應(yīng)用黏度平均分子量常用于表征聚合物的分子量大小，以及控制聚合物的黏度。公式黏度平均分子量可以用Mark-Houwink方程計(jì)算，該方程包含高分子溶液的黏度和濃度信息。數(shù)均分子量定義數(shù)均分子量是指將所有高分子鏈的分子量加總，然后除以高分子鏈總數(shù)。數(shù)均分子量反映了高分子樣品中不同分子量的平均值。計(jì)算方法數(shù)均分子量可以使用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，例如凝膠滲透色譜法(GPC)。意義數(shù)均分子量與高分子材料的溶解性、黏度等性質(zhì)密切相關(guān)。它反映了高分子樣品中不同分子量的平均大小。重均分子量1定義重均分子量是指將所有高分子鏈的分子量與其質(zhì)量相乘，然后除以所有高分子鏈的總質(zhì)量。重均分子量反映了高分子樣品中不同分子量的加權(quán)平均值。2計(jì)算方法重均分子量可以使用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，例如光散射法或超速離心法。3意義重均分子量與高分子材料的力學(xué)性能、熔融溫度等性質(zhì)密切相關(guān)。它反映了高分子樣品中分子量較大的分子所占的比例。分子量分布曲線定義分子量分布曲線描述了高分子樣品中不同分子量的分子所占比例的變化情況。它反映了高分子樣品中分子量的分布情況。特點(diǎn)分子量分布曲線通常呈鐘形曲線，曲線形狀和峰值位置反映了高分子樣品的分子量分布信息。意義分子量分布曲線可以提供高分子樣品中分子量分布的直觀信息，幫助理解高分子材料的物理性能和力學(xué)性能。應(yīng)用分子量分布曲線可以用于表征高分子的分子量分布，評(píng)估聚合反應(yīng)的控制程度，以及預(yù)測(cè)高分子材料的性能。高分子的結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)高分子鏈的結(jié)構(gòu)決定了其物理和化學(xué)性質(zhì)。不同的鏈結(jié)構(gòu)會(huì)影響高分子的柔性、熔點(diǎn)、溶解性等。支化結(jié)構(gòu)支化結(jié)構(gòu)是指高分子鏈上存在分支。分支結(jié)構(gòu)會(huì)降低高分子的結(jié)晶度，影響其力學(xué)性能。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指高分子鏈之間形成交聯(lián)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高了高分子的強(qiáng)度、韌性和耐熱性。高分子的構(gòu)型定義構(gòu)型是指高分子鏈中原子或基團(tuán)在空間排列的特定方式，由化學(xué)鍵決定，無法通過簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)改變。類型立構(gòu)規(guī)整性順反異構(gòu)手性高分子的構(gòu)象定義構(gòu)象是指高分子鏈在空間的排列方式，由高分子鏈的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)決定，可以輕易改變。影響因素構(gòu)象受溫度、溶劑、壓力等因素影響，影響高分子鏈的形狀和尺寸，進(jìn)而影響高分子的物理性質(zhì)。類型常見的構(gòu)象有無規(guī)卷曲、螺旋形、折疊形等，不同構(gòu)象具有不同的能量狀態(tài)。重要性構(gòu)象對(duì)高分子材料的力學(xué)性能、溶解性、粘度等方面具有重要影響。高分子的鏈型線性鏈線性鏈?zhǔn)侵赣蓡捂湗?gòu)成，沒有分支，分子量分布較窄。支鏈鏈支鏈鏈?zhǔn)侵赣芍麈満蛡?cè)鏈構(gòu)成，具有分支結(jié)構(gòu)，分子量分布較寬。交聯(lián)鏈交聯(lián)鏈?zhǔn)侵赣筛叻肿渔溨g形成化學(xué)鍵，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。星型鏈星型鏈?zhǔn)侵赣啥鄠€(gè)線性鏈從一個(gè)中心點(diǎn)輻射出去，形成星狀結(jié)構(gòu)。高分子的分子量與性質(zhì)的關(guān)系1溶解性分子量越大，溶解性越差，因?yàn)楦叻肿渔溨g的相互作用力增強(qiáng)，難以與溶劑分子發(fā)生作用。2黏度分子量越大，黏度越高，因?yàn)楦叻肿渔湹睦p結(jié)程度增加，流動(dòng)性降低。3力學(xué)性能分子量越大，強(qiáng)度、韌性、硬度等力學(xué)性能越好，因?yàn)楦叻肿渔溨g的相互作用力增強(qiáng)，材料的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。4熱性能分子量越大，熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等熱性能越高，因?yàn)楦叻肿渔溨g的相互作用力增強(qiáng)，需要更高的能量才能破壞。高分子的溶解性定義高分子的溶解性是指高分子材料在溶劑中溶解的能力。溶解性受高分子鏈的結(jié)構(gòu)和溶劑性質(zhì)的影響。影響因素高分子鏈的極性、分子量、結(jié)晶度以及溶劑的極性、溶解度參數(shù)等都會(huì)影響高分子的溶解性。溶解過程溶解過程是高分子鏈與溶劑分子之間發(fā)生相互作用，高分子鏈的結(jié)構(gòu)松散，并分散在溶劑中，形成溶液。高分子的溶脹定義溶脹是指高分子材料在溶劑中吸附溶劑而體積膨脹的現(xiàn)象。溶脹過程是一個(gè)可逆過程，可以通過改變?nèi)軇┑臐舛然驕囟葋砜刂啤Ｓ绊懸蛩馗叻肿拥慕宦?lián)度、溶劑的極性和溫度等因素都會(huì)影響溶脹程度。交聯(lián)度越高，溶脹程度越低；溶劑的極性越強(qiáng)，溶脹程度越高；溫度越高，溶脹程度越高。高分子的溶液性質(zhì)粘度高分子溶液的粘度受分子量、濃度、溫度和溶劑性質(zhì)等因素影響。光散射高分子溶液的光散射現(xiàn)象可以用來測(cè)定高分子的分子量和尺寸。滲透壓高分子溶液的滲透壓可以用來測(cè)定高分子的分子量和濃度。滲透高分子溶液的滲透現(xiàn)象可以用來調(diào)節(jié)高分子材料的吸水性或釋放溶劑。高分子的凝膠化1定義凝膠化是指高分子溶液在特定條件下，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠的過程。2過程凝膠化通常由交聯(lián)反應(yīng)引起，高分子鏈之間形成交聯(lián)，形成具有彈性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。3影響因素凝膠化的程度受高分子濃度、交聯(lián)劑濃度、溫度和溶劑性質(zhì)等因素影響。4性質(zhì)凝膠具有彈性、吸水性、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度等特性，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變定義玻璃化轉(zhuǎn)變是指非晶態(tài)高分子材料從橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的過程。它是一個(gè)物理變化，不是化學(xué)變化。影響因素玻璃化轉(zhuǎn)變溫度受高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量和側(cè)基大小等因素影響。重要性玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子材料的一個(gè)重要物理參數(shù)，它決定了材料在不同溫度下的力學(xué)性能和使用范圍。高分子的熔融性定義熔融是指結(jié)晶性高分子材料在加熱到一定溫度時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)的過程。熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指結(jié)晶性高分子材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度，是高分子材料的一個(gè)重要物理性質(zhì)。影響因素熔點(diǎn)受高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量、結(jié)晶度等因素影響。分子量越大、結(jié)晶度越高，熔點(diǎn)越高。熔融粘度熔融粘度是指高分子材料在熔融狀態(tài)下的流動(dòng)阻力，影響高分子材料的加工性能。高分子的結(jié)晶性定義結(jié)晶性是指高分子材料中，分子鏈以規(guī)則排列形成晶體結(jié)構(gòu)的程度。結(jié)晶區(qū)域結(jié)晶區(qū)域是指高分子鏈以規(guī)則排列形成晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域，具有高度有序性。非晶區(qū)域非晶區(qū)域是指高分子鏈以無序排列的區(qū)域，具有較低的密度和強(qiáng)度。影響因素高分子的結(jié)晶性受分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量、結(jié)晶度等因素影響。高分子的力學(xué)性質(zhì)彈性高分子材料在外力作用下發(fā)生形變，當(dāng)外力去除后，能夠恢復(fù)到原來形狀的性質(zhì)。塑性高分子材料在外力作用下發(fā)生形變，當(dāng)外力去除后，不能完全恢復(fù)到原來形狀的性質(zhì)。強(qiáng)度高分子材料抵抗外力破壞的能力，反映材料抵抗斷裂或屈服的能力。硬度高分子材料抵抗壓痕或劃痕的能力，反映材料表面抵抗磨損和刮擦的能力。高分子的熱穩(wěn)定性定義熱穩(wěn)定性是指高分子材料在高溫下抵抗熱分解和降解的能力。熱穩(wěn)定性是高分子材料的一個(gè)重要性能指標(biāo)，直接影響其在高溫下的應(yīng)用范圍。影響因素高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量、側(cè)基大小以及交聯(lián)程度等因素都會(huì)影響熱穩(wěn)定性。例如，鏈結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，側(cè)基越小，熱穩(wěn)定性越好；交聯(lián)程度越高，熱穩(wěn)定性越好。高分子的耐化學(xué)性定義耐化學(xué)性是指高分子材料抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。不同的高分子材料對(duì)不同化學(xué)物質(zhì)的耐受性不同。影響因素高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量、側(cè)基大小以及交聯(lián)程度等因素都會(huì)影響耐化學(xué)性。例如，交聯(lián)程度越高，耐化學(xué)性越好。測(cè)試方法常用的耐化學(xué)性測(cè)試方法包括浸泡法、接觸法、腐蝕法等。通過測(cè)試結(jié)果可以評(píng)估材料對(duì)特定化學(xué)物質(zhì)的耐受性。高分子的耐輻射性1定義耐輻射性是指高分子材料抵抗電離輻射的破壞能力