《高分子结构》课件

高分子结构高分子化合物是由大量重复单元构成的巨大分子它们的结构复杂多样具有独,特的化学和物理性质本课程将深入探讨高分子的分子结构、结构与性能的关系,为您全面理解高分子材料奠定基础什么是高分子巨大分子结构广泛应用独特性质高分子是由大量小分子重复连接形成高分子材料广泛应用于工业、医疗、高分子具有独特的物理化学性质如高,的巨大分子其分子量通常在一万以上日用品等领域是现代社会不可或缺的弹性、耐热性、绝缘性等使其成为理,,,材料想的材料高分子分类天然高分子如蛋白质、核酸等生命体内的高分子物质合成高分子通过化学反应合成的高分子材料，如塑料、橡胶等高分子结构线性、支链和网状结构是高分子的三种基本结构形式线性高分子线性高分子分子链结构简单由单一基元连续线性排列而成不存在分,支或交联主链为线状连续结构具有良好的规整性线性高分子广泛应,,用于工程塑料、纤维、薄膜等领域代表性包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯,乙烯等支链高分子支链高分子是指主链上附有分支的高分子化合物与线性高分子相比支链高分,子具有更复杂的分子结构可以在主链上引入不同长度和形式的分支此类高分,子常用于制造性能优异的工程塑料和橡胶材料分支结构对高分子的物理化学性能有重要影响如提高熔融指数、改善加工性能、,提高抗冲击性等支链高分子广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域是高分,子材料不可或缺的重要组成部分网状高分子分子结构复杂形成交联网络赋予独特性能网状高分子具有复杂的三维交联结构这种网状高分子通过共价键或非共价键形成了一这种网络结构使得网状高分子表现出良好的,结构赋予了它独特的性质和用途个立体交联的三维网络结构弹性、韧性和耐热性等特点高分子的平均分子量10,000数量平均分子量基于单个分子量的算术平均值20,000质量平均分子量基于每个分子的质量加权的平均值

2.0多分散指数分子量分布的广度程度数均分子量重均分子量重均分子量相对于数均分子量反映出高分子链,中质量较大的分子所占的比重通过测量溶液的浊度或光散射强度可以获得重均分子量重均分子量越大表示大分子含量越高,多分散性指数高分子链上基团碳碳主链侧基团-高分子链的主要骨架由碳碳键构附在主链上的基团决定了高分子-,成提供了重要的力学性能的特性和性能如甲基、氨基等,极性基团非极性基团含有极性原子如氧、氮等可形成如烷基等无极性基团对溶解性和,,强的分子间力影响溶解性和相互相互作用有不同影响,作用极性基团带有电荷的基团亲水性基团极性基团是在高分子链上携带正电荷或负电荷的基团如氨基极性基团通常也具有亲水性因此容易与水分子形成氢键等相互作,,、羟基、羧基等这些基团赋予高分子极性用这使得带有极性基团的高分子在水中溶解度较好具有良好的NH2OH COOH,,使其能与水等极性溶剂发生相互作用亲水性非极性基团甲基非极性的烷基基团具有较低的化学活性广泛存在于各种高分子材料中,苯基芳香性的非极性基团增强了高分子链的刚性和稳定性常见于工程塑料中,氟烷基具有优异的耐化学性和耐热性广泛应用于耐高温、耐化学品的特种工程塑料,高分子链的构象直链构象1高分子链以最简单的线性方式排列没有分支或缠结这种构象,赋予了聚合物良好的流动性和加工性卷曲构象2高分子链会因内部相互作用而呈现不规则的卷曲状态这种构象增加了体积提高了高分子的耐热性能,折叠构象3高分子链可以通过氢键等作用力形成有序的折叠构象类似于蛋,白质的三级结构这种构象增加了高分子的结晶性和刚性直链构象高分子链的直链构象指主链上的碳原子按照一定的角度排列形成一条线性且没,有分支的结构这种构象容易使高分子链在空间中呈伸直状有利于提高其机械,强度和刚性直链构象的高分子还会表现出良好的结晶性和热稳定性卷曲构象高分子链在溶液或熔融状态下会形成卷曲的三维构象这种构象是由于链分子内部的热运动而产生的无序状态卷曲构象可以降低高分子链的自由能提高高分子溶液的熵这种随机卷曲的结构,能够使高分子在空间中占据更大的体积并展现出更好的流动性,高分子链的浓溶液性质粘度增加渗透压下降光散射增强高分子链在溶液中会互相缠结和纠缠高分子链在溶液中占据大体积降低了高分子链在溶液中大小不一会产生更,,,导致粘度显著提高这种效应在浓溶液小分子溶质的浓度从而使渗透压明显强的光散射效应通过测量光散射可确,中更为明显下降定分子量高分子溶液的粘度

0.

62.5比内孔流出时间相对粘度

7.918K固有粘度分子量高分子溶液的粘度反映了高分子链在溶剂中的溶胀程度和分子量大小溶液粘度受多个因素影响，如分子量、浓度、温度等通过测量溶液的流动性能可以评估高分子的分子量分布高分子溶液的渗透压渗透压定义溶质在溶剂与溶液之间的压差推动,溶剂从低浓度区流向高浓度区影响因素溶质浓度、溶液温度、溶质分子量检测原理利用半透膜隔开溶液和纯溶剂通过,压力差大小测定溶质浓度应用领域测定高分子溶液浓度、分子量、渗透压测定膜的选择性高分子溶液的光散射光散射原理高分子溶液中的粒子会散射入射光线通过分析散射光的特性可以测定,高分子的平均分子量和大小分布测量参数散射光强度、散射角度、粒子尺寸等数据可用于计算高分子的分子量和回转半径分子量测定通过测定不同浓度溶液的相对散射强度可以推算出高分子的数均和重,均分子量分子构象通过测定溶液的比可以Rayleigh,推算出高分子在溶液中的回转半径,反映其在溶液中的构象状态高分子链的固体状态结构结晶态非晶态半结晶态高分子链在固体状态下会呈现有序排列的不同程度的无序排列会形成非晶态结构很多高分子材料会同时存在结晶态和非晶结晶态在结晶态中高分子链会形成有规非晶态的高分子链无规则地缠绕在一起具态两种结构这种既有有序结晶区域又有,,,则的晶体结构具有较高的密度和机械强度有较低的密度和较弱的力学性能无序非晶区域的结构称为半结晶态,结晶态有序结构规则晶粒层状结构高分子在结晶态下会形成有序的晶体结构高分子材料在结晶过程中会形成规则的晶粒高分子链段在结晶状态下会形成规则的层状,分子链段呈现规则的取向和堆叠排列这种结构这些晶粒尺寸和分布对材料的性能有堆积结构这种层状结构使材料具有良好的,,有序结构赋予了高分子材料良好的机械强度重要影响屏蔽和绝缘性能和刚性非晶态非晶态高分子不存在规则重复的晶体结构而是呈现无序的链结构分子链随机,卷曲、缠绕形成松散的无定形态这种无规则堆积的结构赋予了非晶态高分子,独特的力学、光学和电学性能与结晶态相比非晶态高分子表现出更高的韧性和弹性在一定温度范围内可发生,,可逆的玻璃化转变它们广泛应用于制造塑料、橡胶等材料半结晶态高度有序的区域链段取向性层状结构半结晶态的高分子链存在高度有序的结晶区在结晶区域高分子链段具有较高的取向性半结晶态高分子链呈现出典型的层状形貌,,,域这些区域呈现典型的晶体结构但在非结晶区域仍保持无规则的取向结晶区域与非结晶区域交替分布,高分子链的熔融状态结构无规疏松结构层状有序结构高分子在熔融状态下分子链无序某些高分子在熔融时可形成有序排列呈现无规则的疏松结构的层状结构这种结构可以赋予,,这种结构赋予了高分子材料优异高分子特殊的光学和力学性能的流动性和成型性纳米结构一些高分子在熔融状态下可以自组装形成纳米级的有序结构这种结构为,高分子材料带来独特的性能无规疏松结构高分子材料在熔融态时呈现无规疏松的结构特征这种结构没有长程有序性和短程有序性高分子链呈现随机缠结的状态这种结,构使材料具有较高的自由体积和流动性在熔融态时更容易变形和,加工成型层状有序结构高分子材料在熔融状态下可呈现有序的层状结构这种结构由多个平行排列的高分子链层组成，每层内部的高分子链排列有一定的秩序性这种有序结构赋予了高分子材料独特的力学、热学和光学性能层状结构可以通过高分子链的取向、链长、侧基团等因素来控制和调节通过不同的制备工艺如拉伸、挤出、压制等可以获得不,,同程度的层状有序结构高分子链的纳米结构高分子材料在纳米尺度上具有独特的结构特征可以呈现出多样化的纳米结构形,态如层状、管状、球状等这些纳米结构赋予了高分子材料独特的机械、光学、,电磁等性能在众多高科技领域有广泛应用,理解和控制高分子链的纳米结构是设计和开发先进高分子材料的关键通过化学合成和物理加工等手段可以调控高分子链的构象和聚集态从而获得所需的纳米,,结构形态高分子材料的性能力学性能热性能高分子材料可根据不同应用需求高分子材料的热稳定性、导热性、拥有优良的强度、硬度、韧性等热膨胀系数等特性会影响其广泛力学性能如塑料制品可通过改应用热塑性塑料可通过加热塑变聚合物分子结构调控其力学特造成型而热固性塑料在加热过程,性中则产生不可逆的交联电性能高分子材料可根据聚合物结构设计具有各种电绝缘、电导、电容等性能广,泛应用于电子电力领域如电线电缆、电容器、电池隔膜等力学性能抗拉强度剪切模量衡量材料抵抗外力拉伸的能力决定了描述材料在剪切应力作用下的变形程,材料的承载能力度反映材料的硬度,冲击韧性疲劳强度表征材料在外力冲击下抵抗破坏的能指材料在反复变形载荷作用下的抗疲力反映材料的韧性劳性体现材料的耐久性,,热性能熔点热稳定性玻璃化温度热膨胀系数高分子材料的熔点决定了它们高分子材料的热稳定性反映了玻璃化温度决定了高分子材料高分子材料的热膨胀系数较大,的加工温度范围熔点越高它们在高温下的化学稳定性从硬脆状态转变为柔韧状态的意味着温度变化会引起较大的,材料的热稳定性越好可用于可通过改性来提高热稳定性温度低于此温度材料较硬尺寸变化需要注意在设计中,,,,更高温度的应用如引入耐热基团脆高于此温度较软韧的热应力问题,电性能电导率介电性能12高分子材料可以是绝缘体、半高分子材料的介电常数和介电导体或导体电导率不同可用于损耗决定其在电场中的行为可,,制造各种电子元件用于制造电容器等器件电阻性能电离性能34高分子材料的体积电阻率和表有机高分子材料大多电性稳定,面电阻率决定其在电流通过时不容易发生电离适用于制造高,的行为可用于制造绝缘材料压电缆绝缘层,。