朱平平高分子凝聚态结构与聚合物性能概述 高分子科学与工程系.ppt

高分子凝聚态结构 及聚合物性能概述 身边的高分子材料 干型高分子粘合剂的仿生探索设计： 分子运动 高聚物结构与性能之间的关系: H.Staudinger（ 1953年诺贝尔化学奖）： 高分子是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子 长链中的结构单元数很大（102～105），一个结构单元相当于一个小分子 高分子的分子量一般为（104～107） 链结构 二级结构 构象：有机化合物分子中，由于单键的旋转导致碳原子上结合的原子或基团相对位置发生改变，因而产生分子在空间的不同排列方式。 3个可能的较稳定构象（反式、左旁式、右旁式) 长链高分子，如聚乙烯分子： 若全取反式构象：分子链呈锯齿形的伸展链 不全取反式构象：分子链发生弯曲 10000个C-C单键： 310000＝1.3×104770个可能的构象 取反式、左右式能量差别不大，出现的概率差别较小 由于热运动，构象经常在改变 高分子的构象是统计性的 在室温下相邻键取什么构象的概率差别不大，由于热运动，构象不断在改变，高分子链无规弯曲，自发地呈蜷曲形态，使构象熵趋于最大。 末端距 h—链的两个末端之间的距离： 完全伸直链： 无规弯曲链（高斯链） ： 例如： PE： 共价键键能:100-900kJ/mol 范德华力作用能: 0.8-21kJ/mol 偶极力：13-21kJ/mol 诱导力：6-13kJ/mol 色散力：0.8-8kJ/mol 氢键：≦40kJ/mol 高分子间的相互作用力非常大： 高分子的特点：大 其中的链单元数：102～105 链单元间的相互作用力 小分子间的相互作用力 高聚物无气态 （高聚物气化所需的能量 》破坏化学键所需的能量） 不可能用蒸馏的方法来纯化聚合物 特殊的高聚物溶解过程——先溶胀后溶解 单根高分子链的行为 （通过对稀溶液性质进行研究来获得，而溶液中高分子 链的构象、尺寸受溶剂的干扰。） 许多高分子链 许多高分子链 良溶剂－链单元间的相互作用 (表现为) 链单元间的排斥作用 不同链的链单元间相斥力 同一链内链单元间相斥力 拆散一个个高分子链 扩张每一个线团 （溶解） 溶剂不同，排除体积效应不同: 极稀溶液 稀溶液、亚浓溶液 浓溶液 极浓溶液 固体 (良溶剂) Cs C* Ce C+ ~0.01% ~0.5-10% 10 孤立线团 链间相互作用 物理网 相互穿透高分子链 降温 加非溶剂 线团收缩 链内凝聚 紧缩球粒 极稀溶液 (良溶剂)：孤立的溶胀线团(由于同一高分子链上链单元间的相斥作用) 稀溶液： Cs (动态接触浓度)，高分子链开始感受到其它链的相斥作用，但并没有接触，溶胀线团开始收缩，尺寸减小 亚浓溶液： C*(接触浓度)，但是无法计算C* 浓溶液： Ce(分子链的缠结浓度)，链开始相互穿透，形成物理网，分子量的意义失去，链单元空间分布仍不均匀。除了溶剂的溶胀作用外，还要考虑线团在交叠穿透时发生的屏蔽作用。 极浓溶液：C+ ，高分子链充分相互穿透，链内作用被链间作用完全屏蔽，呈高斯链形态。链单元空间密度达到一致，随着浓度的增加，分子链相互穿透的程度逐渐增加。非晶态固体：高斯链。 高分子凝聚态的特点： ：塑料的使用上限温度，橡胶的使用下限温度。 独有的熵弹性（高分子链构象熵的改变）： 橡皮筋受热时伸长吗？  橡胶高弹性特点： 可逆弹性形变大 最高可达10