《高分子化学习题》课件

高分子化学习题探讨高分子化学的关键概念和知识点通过解答习题加深对高分子化学的理解和应用高分子化学的基本概念分子结构聚合度分子量分布高分子是由大量相同或不同的小分子通过化高分子的聚合度决定了其分子量大小聚合高分子并非完全一致存在分子量分布这,学键结合而成的大分子其独特的分子结构度越高分子量越大性能也会相应变化种分散性也会影响高分子的性能,,决定了高分子独特的性质和应用高分子化合物的分类天然高分子合成高分子包括蛋白质、核酸和多糖等是生命体内的重要组成部分通过人工化学反应制得如塑料、橡胶、纤维等广泛应用于工,,,业和日常生活半合成高分子生物降解高分子在天然高分子基础上进行化学修饰如纤维素衍生物结合了天能被生物或降解如聚乳酸、聚羟基烷酸,,enzymatic microbial,然与人工特点酯等具有环保特性,高分子的结构与性质高分子化合物由许多简单分子按特定顺序连接而成通常具有复杂的三维结构,高分子的结构特点包括分子量大、链状结构和侧基、立体规则性以及分子量分布等这些结构特点直接决定了高分子的物理化学性质如熔点、玻璃化温度、溶,解性、粘度等合理设计高分子的结构对于优化其性能非常关键高分子的分子量30K聚乙烯通常分子量在左右30,000100K聚苯乙烯通常分子量在以上100,000$1M聚甲基丙烯酸甲酯工业应用中分子量通常达到万100高聚物的分子量是衡量其性质的重要指标分子量不同其物理化学性质也有很大差异一般来说分子量越高,,,聚合物的强度、硬度和耐热性也越好高分子的聚合反应单体准备提取或合成具有反应性官能团的单体分子聚合发生单体分子发生化学反应形成长链高分子分子量调控通过调整反应条件来控制最终产物的分子量分布链增长聚合反应引发剂1提供初始活性自由基链引发2自由基攻击单体引发链增长链传播3活性中心不断加成单体扩展链条链终止4两个活性自由基之间相遇而终止链增长聚合反应是由引发剂产生活性自由基这些自由基不断加成单体分子而形成高分子链条的过程该过程包括链引发、链传播和链终止三个主要步骤链引,发是自由基攻击单体分子的过程链传播是活性中心不断加成单体扩展链条的过程链终止是两个活性自由基相遇而停止反应的过程,,链增长聚合动力学链增长聚合反应的动力学主要研究聚合速度、连锁传播、连锁转移和连锁终止等基本过程以下表格比较了不同过程的特点:连锁传播通过单体的连续加入不断增加高分子链的长度连锁转移活性自由基或活性中心被转移到其他分子上终止原有的聚合反应,连锁终止活性自由基或活性中心失去活性导,致聚合反应停止这些过程共同决定了聚合反应的速度和分子量分布特征合理控制这些过程对于合成目标高分子非常关键链停止反应自由基消除1两个活性自由基相遇并结合质子转移2活性链端加氢而失去活性单电子转移3活性链端接受电子而失去活性链增长聚合反应中链的持续增长需要通过链停止反应才能完成链停止反应主要有三种类型自由基消除、质子转移和单电子转移这些,:反应使活性链端失去其活性从而停止继续增长链停止反应是整个链增长聚合反应的关键步骤之一链转移反应定义1链转移反应是指在聚合反应过程中活性中心从一条链转移到,另一条链或其他物质上的反应过程作用2链转移反应可以调节聚合物的分子量分布提高聚合物的加工,性能举例3常见的链转移剂包括氢卤素硫代化合物等可以通过转移反,,,应终止聚合反应链终止反应自由基消除两个自由基相互结合彼此抑制并形成稳定的产物,分子间转移自由基从一个分子转移到另一个分子形成新的自由基,分子内转移自由基从分子内的一个基团转移到另一个基团形成新的自由基,步生长聚合反应反应机理1步生长聚合反应是通过双官能团分子彼此逐步反应而进行的聚合过程反应过程中不会产生副产物反应特点2步生长聚合反应速度较慢但能够精确控制聚合度和分子量分布,产物结构规则适用于制备高性能聚合物,典型反应3常见的步生长聚合反应包括缩聚反应、加成反应、开环反应等,如尼龙、聚酯、聚碳酸酯的制备共聚物定义分类12共聚物是由两种或两种以上不同单体单元随机或规则地连接共聚物可分为随机共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝而成的高分子化合物共聚物等性质应用34共聚物的性质通常介于其组成单体的性质之间可以设计出共聚物广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料等领域是重要,,具有特定性质的高分子材料的高分子材料共聚反应动力学共聚物的结构与性质共聚物是由两种或两种以上不同种类的单体单元组成的高分子化合物其结构与性质非常丰富可通过调节单体种类、比例和排列,方式来大幅改变主要特点包括组成和排列规则、相容性、相变行为等结构复杂性决定了共聚物可广泛应用于工业、医疗等领域高聚物的溶液性质溶解过程分子构象浓度效应高聚物溶解时会发生溶剂分子与高分子链之高聚物在溶液中的构象会影响其溶解性和性高聚物溶液浓度的变化会影响其物理化学性间的相互作用这种相互作用会影响高聚物质溶剂条件、温度等因素都会改变高分子质如粘度、渗透压、热力学性质等这些,的溶解性和溶液性质的构象性质对于高聚物的应用非常重要高聚物的溶液粘度高聚物的渗透压高聚物溶液的渗透压是高聚物分子在溶剂中的扩散能力的反映渗透压可以用来测定高聚物的分子量和浓度影响因素描述溶质分子量分子量越大，渗透压越小溶质浓度浓度越高，渗透压越大溶质性质亲和水性越强，渗透压越大温度温度越高，分子运动越剧烈，渗透压越大通过测定高聚物溶液的渗透压，可以得到高聚物的数均分子量和浓度，从而分析高聚物的性质和行为高聚物的光散射510K散射因子分子量高聚物分子的大小和形状影响光散射更高的分子量会导致更强的光散射的强度

0.1500浓度角度高聚物溶液的浓度越高光散射越强光散射强度随观察角度的变化而变化,高聚物的结晶与熔融高聚物的结晶与熔融是其重要的物理性质对聚合物材料的应用有重要影响聚,合物分子链的规整程度和分子间相互作用决定了其结晶能力结晶度越高力学,性能、热稳定性等也会越好熔融过程中聚合物分子链会逐渐解开并随温度升,高而进入无定型状态高聚物的玻璃化玻璃化过程玻璃化温度玻璃化的意义测定方法当高聚物从熔体冷却到低于玻玻璃化温度是高聚物由流动态玻璃化使高聚物的物理性质发通常使用差示扫描量热法璃化温度时其分子链将变得转变为玻璃态的关键温度它生显著变化如刚性增加、透或动态机械分析法,,DSC僵硬和有序进入玻璃态这取决于高聚物的分子量、侧基、明度提高、热膨胀系数降低等来测定高聚物的玻璃,DMA种从液态到固态的转变被称为结构刚性等因素这些性质变化对高聚物的加工化温度玻璃化过程和应用至关重要高聚物的降解化学降解生物降解高聚物可通过酸碱水解、氧化分解等一些高聚物可被生物体内的酶或微生化学反应进行降解这种方式通常会物分解为小分子这种生物降解过程较,破坏聚合物的主链为缓慢热降解光降解高聚物在高温下会发生热分解分子量阳光中的紫外线可导致高聚物发生光,降低产生一些小分子化合物这种降氧化反应造成分子链的断裂导致性能,,,解过程可逆下降高聚物的固体态性质结晶形态形态转变12高聚物可以形成结晶态或无定高聚物在加热时会发生玻璃化形态其结晶度会影响材料的机转变和熔融转变这些转变会显,,械强度和热稳定性著影响材料的性能形态取向力学性能34通过拉伸、挤出等外力作用可高聚物的刚性、延伸性等机械,以使高聚物分子链取向从而改性能在很大程度上决定着其在,善材料的各向异性特性固体应用中的性能高聚物的力学性能拉伸性能压缩性能硬度和韧性高聚物在拉伸作用下表现出良好的延伸性和高聚物对压缩应力的抵抗能力也很出色能通过分子链的交联程度和结构调控可以获,,抗拉强度这与其独特的分子结构和取向有有效承受外部的压力作用而不会破坏得从柔软到硬质的广泛硬度范围同时兼具,,关良好的韧性高聚物的电性能电绝缘性半导电性电荷传输静电特性高聚物通常具有优良的电绝缘通过化学改性某些高聚物可一些导电性高聚物可以在电场高聚物可根据其分子极性和摩,性能可广泛应用于电线电缆以表现出半导体特性有利于作用下实现电子或离子的有序擦性能表现出静电吸附或静电,,绝缘、变压器绝缘等领域高制造电子器件和导电涂层这传输应用于电池、超电容等放电等特性应用于静电喷涂、,,聚物的分子结构和极性决定了类高聚物通常含有共轭双键或电子器件中这类高聚物具有柔性电子等领域其较低的介电常数和电导率含有金属离子共轭结构或离子基团高聚物的光学性能透光性折射率高聚物的透光性根据分子结构和取向而有所不同可制作透明或不透高聚物的折射率取决于密度和极化率可用于制造隐形眼镜、光学镜,,明的聚合物材料片等发光性光学活性某些具有共轭结构的高聚物具有发光特性可用于制造聚合物发光二含有手性碳原子的高聚物可旋转平面偏振光应用于光学传感器和显,,极管示器PLED高聚物的热稳定性热稳定性重要性影响因素高聚物在使用和加工过程中需要高聚物的热稳定性受化学结构、承受较高温度因此其热稳定性是分子量、结晶度等因素的影响需,,一个关键的性能指标要进行针对性设计和控制测试方法提高措施常用的热稳定性测试方法包括热通过引入热稳定性良好的单体、重分析和差示扫描量热法添加热稳定剂等方式可以有效提TGA,等可准确评估高聚物的热高高聚物的热稳定性DSC,分解温度和热行为高聚物的抗化学性抗腐蚀性化学耐受性抗老化性抗水解性高聚物具有出色的抗腐蚀性由于化学键的强度和分子结构许多高聚物都具有良好的抗老一些高聚物对水解也很抗性,,可以抵御酸、碱、有机溶剂等的稳定性高聚物不易被化学化性不易受光线、热量、氧这使它们能够在潮湿环境中长,,化学品的侵蚀这使得它们适反应破坏这保证了它们在化气等因素的影响而发生化学变期使用满足许多工业和生活,用于各种苛刻的化学环境如学工业中的长期使用寿命和可化从而确保了制品的使用寿应用的需求,,化工设备、管道、容器等靠性命高聚物的生物相容性生物安全性组织修复能力12高聚物在生物环境中需要具有良好的生物安全性不会引起生物相容性良好的高聚物能够帮助组织修复和再生为医疗,,排异反应或产生毒性应用提供支撑降解特性表面亲和性34可降解高聚物能够在体内逐步分解吸收避免长期残留带来高聚物的表面性质决定其与细胞组织的亲和度影响植入体,,的不利影响的生物相容性高聚物的应用建筑材料医疗器械聚合物如塑料、涂料和粘合剂在建筑可降解聚合物制成的支架、缝合线和行业广泛应用为结构提供强度和保护假体能帮助治疗各种疾病和创伤,包装材料电子元件聚合物如塑料膜和薄板被广泛用于食聚合物作为绝缘材料、粘合剂和外壳品、药物和其他产品的包装在电子设备制造中扮演重要角色总结与展望通过本课程的学习我们全面掌握了高分子化学的基础知识从基本概念、分类、,,结构性质到合成反应和聚合动力学以及高聚物在各方面的性能表现展望未来,,高分子化学必将推动材料科学和工业技术的不断进步为人类创造更美好的生活,。