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PPT3 第三章 高分子溶液.ppt
第3章高分子溶液 Polymer Solution What is polymer solution? 高分子溶液、胶体及小分子溶液的区别 高分子溶液 1.高分子溶液:高聚物以分子状态分散在溶剂中所形成的混合物。 举例:PVC溶于THF /CR溶于乙苯/NR 溶于甲苯 2.浓溶液与稀溶液 高分子溶液性质随浓度不同有很大变化,据此将高分子溶液分为浓溶液和稀溶液。 稀溶液(dilute solutiom):一般认为高分子溶液的浓度在1%以下者称为稀溶液。 浓溶液(dense solution):指高分子溶液浓度在1%以上者,实际中应用较多。 目前对高分子稀溶液的研究较多,已经可以用定量 或半定量的规律来描述他们的性质,但对浓溶液的研 究不够,而浓溶液体系在生产实践中较重要。 3.高分子溶液性质所涉及的内容 ①热力学性质(thermodynamic properties):溶解过程中的 高分子溶液的渗透压(osmotic pressure),高分子溶液的分子形态(morphology)和尺寸(size),高分子溶液的相互作用(interaction),高分子溶液的相分离(phase separation)等。 ②流体力学性质(rheologic properties):高分子溶液的粘度(viscosity),高分子在溶液中的扩散(diffusion)和沉降(sedimentation)等。 ③光学性质(optical properties):高分子溶液的光散射(light scattering),折光指数(refractive index),透明性(transparency),偶极距(dipole moment)等。 ④电学性质(electrical properties) Why to study polymer solution? 在理论研究方面: 高分子溶液是研究单个高分子链结构的最佳方法 在实际应用方面: ①溶液纺丝(filature):浓度在20-30%,粘度大,稳定性差。PVC,PAN ②油漆(oil paint),涂料(dope/paint):浓度可达60%,粘度更大。 ③凝胶(gel):半固体状态。 ④增塑高聚物(plasticized polymer):固体状浓溶液,有一定的机械强度。 ⑤能互容的高聚物共混物(miscible polymer blend)。 How to study polymer solution? 聚合物的溶解过程 溶剂的选择 溶解状态 溶解热力学 3.1 聚合物的溶解3.1.1 聚合物的溶解过程 非晶态聚合物: 溶胀和溶解 交联聚合物: 溶胀平衡 结晶聚合物: 晶体熔融再溶解 极性与非极性聚合物 1.高聚物溶解的特点 由于高聚物结构的复杂性:分子量大且存在多分散性(polydispersity);形状有线性(linear),支化(branched),交联(crosslinked);聚集态又存在晶态和非晶态 因此高聚物的溶解现象比小分子复杂的多,具体详述如下: ①高分子与溶剂分子尺寸相差大。两者的分子运动速度存在差异,溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物,而高分子向溶剂扩散速度却慢的多,结果是溶剂先进入高聚物内部,使高分子体积膨胀,即溶胀(swelling),然后是高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解的分子分散的均相体系。 ②溶解度反比于分子量,分子量增加,溶解度(solubility)减小。 ③非晶态高分子结构中,由于分子堆砌较松散,分子间相互作用力较弱(weak intermolecular interaction),因此溶剂分子比较容易进入高聚物内部使之发生溶胀 溶解,晶态高聚物由于分子排列规整,堆砌紧密,分子间作用力强,溶剂进入比较困难。 2.非晶态高聚物溶解 非晶态线形高聚物的溶胀和溶解过程如下: 溶解过程主要包括两个阶段: ①溶剂分子首先渗入高聚物内部,使高分子体积膨胀 溶胀 ②高分子被分散(disperse)在溶剂中 溶解。 典型例子:聚苯乙烯溶于苯中 聚氯乙烯溶于THF中等。 高分子溶解溶胀过程先出现溶胀这一现象,可作如下解释: 高聚物与小分子溶剂混合时,两者分子量相差较大,其中高分子链较长,且互相缠结,因此分子链本身不易移动,作用力也较大。当高分子与溶剂接触的初期,高分子不会向溶剂中扩散(diffuse)。但高分子链有柔性,其链段的热运动而在空间产生空穴,这些空穴易被溶剂小分子占据,从而使高聚物产生体积增大的膨胀现象。但此时,整个高分子链还不能摆脱相互之间的作用而扩散到溶剂分子中去,整个体系还是两相(一是含有溶剂的高
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