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材料科学基础
高分子材料的结构
G A O F E N Z I C A I L I A O D E J I E G O U
高分子链的构象及柔顺性
高分子链的构象
由于单键的内旋转导致的分子链在空间的不同几何形态。
高分子链的内旋转:
C—C单键是由σ电子组成,电子云的分布
是轴向对称的,因此C—C单键可以绕轴
相对自由旋转。
由于高分子链是由成千上万个单键所组成,所以由于内旋转将引起
大分子的众多构象。
高分子链的构象
单键围绕相邻单键,在保持键长和键角不变时可以任意旋转。
C -C 键在Z轴自转,引起C -C 键绕C -C 键公
1 2 2 3 1 2
转,C 可以以C -C 键为轴,在顶角为的圆锥底
3 1 2
面圆周上的任何位置。
同理,C -C 键的自转,C -C 键的公转,C 可
2 3 3 4 4
以出现在以C -C 键为轴,顶角为的圆锥底面圆
2 3
周上的任何位置。
由此可知,C 的活动空间更大。
4
内旋转引起大分子的众多构象是高聚物具有链柔性的原因。
高分子链的柔顺性
柔顺性是高分子链能够改变其构象状态的特性。
链段是高分子链上能够独立运动的最小单元。
对实际高分子而言,内旋转的单键数目愈多,内旋转受阻愈小,
构象数愈大,链段愈短,相应的柔顺性越好。
由于热运动的缘故,高分子链构象时刻在改变,因而构象具有
统计意义。
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高分子链的柔顺性
柔顺性的度量
1 末端距h
2
2 均方末端距〈h 〉
2 2
自由结合链:〈h 〉= nl
2 2 末端距指一条分子链的两个
自由旋转链:〈h 〉= 2nl
末端之间的直线距离,是一个矢
n :键的数量, l :键长 量。由于高分子的构象是在不断
结论: 的变化,在观察时间内,ℎ不断
容易内旋转的链 — 柔性链 变化,只能取其平均值,由于方
向的任意性,ℎ 0 ,故采用标量
不易内旋转的链 — 刚性链
〈h2 〉表示分子链的尺寸较好。
影响高分子链柔顺性的主要因素
1 主链结构
主链全由单键组成时,柔顺性最好。
‒Si—O‒键最好;‒C—O‒键次之;‒C—C‒键最差
主链中含有孤立双键时,柔顺性较好。
当主链含有共轭双键时,大分子呈刚性,
如聚乙炔、聚苯等。
CH3 CH3 CH3
主链含有芳杂环
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