《高分子链的结构》课件

高分子链的结构高分子链是由重复单元构成的长大分子其结构和性质决定了材料的各种性能,了解高分子链的结构是深入认识高分子材料的关键高分子概述高分子的定义高分子的组成高分子的特点高分子是由许多单体分子通过共价键连接形高分子由碳、氢、氧、氮等元素组成并包高分子材料具有分子量大、重复基本单元多、,成的巨大分子是自然界和工业中广泛存在含大量的重复基本单元性能优异等特点广泛应用于工业和日常生,,的重要物质活高分子的定义巨大分子量多样的组成高分子是由数以千计的小分子重高分子可由碳、氢、氧、氮等元复结合而成的巨大分子其分子素组成以不同的化学键连接形成,量通常在数万到数百万之间复杂的重复结构广泛应用高分子广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料等领域在现代工业和生活中扮,演着重要角色高分子的组成有机聚合物复杂结构分子量广泛高分子是由许多小分子单体通过化学高分子链通常由碳、氢、氧、氮等元高分子的分子量可从数千到数百万不反应形成的大分子化合物素组成具有极其复杂的三维空间结构等是一个很大的范围,,高分子的特点复杂分子结构分子量分布广泛易于取向高分子具有由数百或数千个单体单元组成的高分子的分子量范围广泛从几千到几百万高分子链容易在外力作用下发生取向从而,,复杂分子结构呈现出多样化的性质和应用不等这决定了其物理化学特性的差异表现出各向异性的物理化学特性,,高分子链的分子量分布高分子材料由不同长度的分子链构成其分子量分布是理解和控制高分子性能的,关键了解数均分子量、重均分子量以及多分散性对高分子功能性能的影响至关重要数均分子量数均分子量是反映高分子链整体分子量水平的重要参数它描述了整个高分子样品中所有分子量的算术平均值数均分子量对高分子的性能有重要影响是设计和控制高分子材料性能的关键依据Mn,重均分子量5重均分子量表示在整个分子量分布中高分子量分子的贡献较大,10数均分子量表示分子量分布中低分子量分子的贡献较大,3多分散性表示分子量分布的宽度用数均分子量与重均分子量之比来表示,多分散性定义影响多分散性是指高分子化合物中各个分子链的分子量存在差异的程多分散性会影响高分子的各种物理和化学性质如溶解度、流变性、,度这体现了一个高分子样品中不同链长分子的存在机械性能等因此控制多分散性是高分子材料设计的关键,高分子链的构象高分子链的构象是指其三维空间中的具体分子形态了解高分子链的构象特征有助于理解其物理化学性质顺式构象和反式构象顺式构象反式构象在顺式构象中，相邻基团位于同一平面或同侧这种构象具有较在反式构象中，相邻基团位于不同平面或异侧这种构象能量较低的能量并更稳定它通常会形成线性、有序的高分子链高相对不稳定它会导致高分子链出现扭曲和卷曲的结构,扭曲构象扭曲构象高分子链中的碳碳键可以绕着化学键轴自由旋转形成各种不同的扭曲构象如弹簧状、蛇形-,,等结构多样性这种构象的多样性使得高分子链具有广泛的结构可能性从而表现出丰富的物理化学性质,构象转变通过外部条件的变化如温度、压力和溶剂环境的改变高分子链可以发生构象转变从而改变,,,其性质卷曲构象分子链的卷曲不同卷曲程度表征卷曲构象高分子链会由于分子内的范德华力、氢键等卷曲程度的差异会影响高分子链的性质和性利用扫描电镜等现代表征手段可以直观观,相互作用而产生自发的卷曲这种卷曲构象能如密度、溶解度、弹性等合理控制卷察高分子链的卷曲结构为研究其性能提供,,赋予了高分子独特的三维空间结构曲构象是提升高分子应用性能的关键重要依据高分子链的空间构型高分子链分子的空间构型包括线型、分支和网状三种不同的结构形式这些结构会影响高分子的性能和应用线型结构简单结构高度柔性线型高分子链是由单一的原子链线型高分子链具有高度的柔性和组成的最简单的高分子结构其可变性容易发生各种构象变化如,,重复单元连接成一条直线折叠、卷曲等无支链线型高分子链上没有分支整体呈现简单直线的结构特征,分支结构定义形成12分支结构是指主链上有分枝的分支结构可以通过共聚合、接高分子链分支可以是短的侧枝反应等方式制备长分枝结链也可以是较长的干枝构通常来自聚合物的分子内重,排影响应用34分支结构会影响高分子的溶解分支结构有利于提高高分子的性、流变性、机械性能等通常韧性和抗冲击性在塑料、橡胶,,会降低结晶度和熔点等领域有广泛应用网状结构高度交联分子量高硬度高网状结构中高分子链之间存在大量交联点网状结构中高分子链长且交联度高整体分网状结构赋予高分子材料高硬度和强度但,,,形成三维网络结构子量较大同时也使其脆性增加高分子链的取向高分子链的取向是指分子链在空间中的排列方式不同的取向会影响高分子材料的性能和性质本节将详细介绍高分子链的规则取向和无规取向规则取向分子有序优异性能规则取向的高分子链分子彼此平规则取向赋予高分子链优异的力行排列呈现有序的结构学、热学和光学等性能,加工成型规则取向有利于高分子材料的挤出、压铸等加工成型工艺无规取向分子链无规则排列结构无定形随机分布特性高分子链在无规取向状态下，各个分子链呈无规取向的高分子链缺乏长程有序排列，表高分子链在无规取向状态下，各个链段彼此现无序、随机的排列方式，没有明确的排列现为无定型、非晶态的结构这种结构通常之间呈现无序、随机的分布状态，没有固定方向这种构型即无规取向具有较低的力学强度和热稳定性的规则排列方式高分子链的结晶性高分子链的结晶性是指高分子材料中存在有序排列的晶体区域这直接影响材料的性能是一个非常重要的结构特征,结晶性高分子规则取向结构高密度分子堆积12结晶性高分子具有规则有序的结晶性高分子在固体状态下分分子链取向分子链能紧密排列子链能紧密堆积形成致密的晶,,形成晶体结构体结构因此密度较高,良好机械性能明显熔融点34结晶性高分子由于分子链有序结晶性高分子在加热时会出现排列形成了坚韧的晶体结构明显的熔融温度在此温度下晶,,,表现出优异的机械性能体结构消失非结晶性高分子无规则排列物理性能应用领域非结晶性高分子的分子链无规则排列缺乏非结晶性高分子通常具有较低的熔点和玻非结晶性高分子被广泛应用于塑料制品、,有序的晶格结构这赋予了材料良好的透璃化转温且热膨胀系数较高它们在普通涂料、胶粘剂等领域为日常生活提供了大,,明性和韧性使用温度下表现出橡胶般的弹性量方便实用的高分子材料影响高分子链构型的因素高分子链的构型受到多种因素的影响包括温度、压力和溶剂等这些因素会导,致高分子链发生构象变化进而影响材料的物理性能我们将仔细探讨这些影响,因素的作用机理温度对高分子链结构的影响热胀冷缩玻璃化转变温度熔融温度温度升高会使高分子链的热运动剧烈链段当温度降至玻璃化温度以下高分子链的热当温度升高至熔融温度以上高分子链的有,,,之间的相互作用减弱链条变得更加松散和运动受到限制链段之间的相互作用增强结序结构被破坏进入无规则的熔融状态这,,,,柔软温度降低则会降低热运动使链条更构变得更加刚硬和脆性是高分子加工的关键温度范围,加紧密有序压力对高分子链的影响增加结晶度诱导构象变化影响取向性影响化学反应较高的压力可以促进高分子链压力变化会导致高分子链发生外加压力可以促进高分子链沿高压条件下一些化学反应的,的有序排列增加结晶区域从构象转变如从无定形状态转特定方向排列提高取向度从活化能降低反应速率加快有,,,,,,,而提高高分子的结晶度和机械变为结晶状态改变材料的物而提高材料的力学强度和各向利于高分子的合成和改性,强度理性能异性溶剂对高分子链构型的影响亲和力溶胀溶剂与高分子链之间的亲和力决溶剂进入高分子链内部使其膨,定了溶剂能否溶解高分子亲和胀而改变构象溶胀度决定了高力越强溶解能力越好分子链的空间构型,溶剂质量溶剂的分子质量也会影响高分子链的构象变化小分子溶剂通常会更好地渗入高分子链内部高分子链结构与性能的关系高分子链的结构对其性能有着关键影响分子量大小、取向程度、结晶性等都是决定性能的重要因素了解这些结构性能关系有助于设计出更优质的高分子材-料分子量与机械性能分子量的影响拉伸强度韧性和耐冲击性分子量越高聚合物分子链越长分子间作用分子量的增加可以显著提高聚合物的拉伸强分子量的增加可以提高聚合物的韧性和耐冲,,力越强因此机械强度、弹性模量和硬度等度这对于制造强度要求高的工程材料很重击性使其更加抗折断和抗冲击,,,性能越好要取向与力学性能分子取向制造工艺分子取向程度高分子链分子的有序取向能够大幅提高常用的取向制造方法包括拉伸成型、挤分子取向程度的高低直接决定了材料的材料的拉伸强度和模量等力学性能出成型和浇注成型等通过外力作用实力学性能需要通过工艺参数的精细调,,现高分子链的有序排列控来优化结晶度与热学性能熔点高结晶度的高分子聚合物通常具有更高的熔点因为分子链之间的结合更紧密需要更高,,的温度才能打破这些结合热稳定性高结晶度的高分子聚合物通常具有较好的热稳定性因为结晶区域能够抵抗热分解,隔热性能高结晶度的高分子聚合物通常具有较好的隔热性能因为结晶区域阻碍热量的传递,。