高分子设计[精选].ppt

高分子设计的理论基础 第二章 高分子的性质 1.高分子的基本性质 2.高分子的加工性质 3.高分子性质的加和性 依数性 即高分子的特性数值依赖于物质的量，而与组成无关。凡属依数性的高分子性质均可用经验方法测定。实际上只有理想气体和理想溶液才具有这种特性。对高分子而言，只有渗透压、蒸汽压、沸点升高、冰点降低等渗透特性才具有依数性。 加和性 在理想状态下，每摩尔高分子的某一性质是组成该分子的各种原子或基团的同类性质的物质的量的总和。高分子的分子量具有加和性，它是最精确的加和值。摩尔体积、摩尔热容、摩尔折射率等均具加和性。 结构特性 这种性质完全由分子结构所制约，由分子结构来确定，高分子对光的选择性的吸收值和高分子的核磁共振谱都反映出典型的高分子结构特性。 4. 利用加和性原理计算高分子的性质 高分子加和性处于依数性和结构特性的中间范畴。加和性原理是研究物理性质，其中包括高分子基本性质的较为有效的半经验方法。 具有加和性的高分子性质的摩尔函数可分为以下四类： (1) 高分子量与其结构单元的相对分子质量。依其定义为∑A，A为原子量。这类函数与其结构单元有关。 (2) 摩尔内在性质，如摩尔体积、摩尔热容、摩尔熔化熵、摩尔内聚能、摩尔磁化率等具有加和性。其特性值往往是某一比例量与物质的量的乘积。如，摩尔热容即为物质的量与比热的乘积。此加和性函数既有理论依据，又与实验值近似。 (3) 具有一定理论基础的较为复杂的加和性摩尔函数，如摩尔折射率、摩尔极化率及摩尔声速函数(RaO函数)。 (4) 经验加和性函数，多是内在性质的某一函数与物质的量或摩尔体积的乘积。这类型的函数往往受分子相互作用的影响，其中的函数有摩尔热膨胀系数、摩尔玻璃化转变温度、摩尔熔化转变温度、摩尔特性粘数、摩尔折射率(Vosel函数)、摩尔粘度—温度函数、摩尔成焦倾向函数。 原子贡献、基团贡献和键的贡献 所谓原子贡献，是指高分子的基本性质是用组成该分子的原子对某性质的影响。 基团贡献，即把一些有关的原子组合成基团，以基团为单位计算高分子的性质。 所谓键贡献，就是以该种高分子中不同类型的化学键对某一性质的贡献作为计算基础。（由于给定原子对相邻键的影响，同一种键对同种高分子性质的贡献不同。） 提高精确性的措施 （2）标准化合物方法 某种高分子高分子的性质为未知的，但同类的另一种高分子的性质为已知的。将类似的高分子作为模型或标准（带有符号“0”）计算未知性质。 5. 高分子性质的规律性 高分子组成是高分子材料性能的物质基础，高分子组成不同，自然性质也不相同。但是，组成相同的高分子在不同的条件下呈现出完全不同的性能。 （例如，甲基丙烯酸甲酯在室温下是坚硬的。而在100℃时是柔软的。说明温度改变了聚丙烯酸甲酯的分子运动对外力的反应。） 二、高分子的结构 高分子的结构 1、高分子结构的特点 2、高分子结构模型设计 3、高分子结构的发展 1、高分子结构的特点 一级结构：包括组成高分子主链的链节结构单位的化学结构及序列结构、空间构型和立体异构以及高分子的链长与分子量分布、结构分布、交联、支化度等。 二级结构(超分子结构)：由高分子链间的相互作用而形成的不同的链的构象和聚集态结构，包括无定形、结晶、取向等。 三级结构：微观形态结构、多相形态结构。 高级结构：两种三级结构的聚集体。 2、高分子结构模型设计 通过高分子稀溶液的物性来研究无限稀释时单个高分子链的行为。高分子最简单的结构是一个没有分支的链。可以用重复单元的化学结构、聚合度和端基的种类，描述高分子链结构。 3、高分子结构的发展 高分子特性参数 1、相对分子质量及分布 2、高分子链段长度和均方末端距 3、高分子的密度、结晶度 4、高分子的热转变温度 5、高分子材料特性值 6、高分子溶液性质与内聚能密度 1、相对分子质量及分布 2、高分子链段长度和均方末端距 3、高分子的密度、结晶度 4、高分子的热转变温度 5、高分子材料特性值 6、高分子溶液性质与内聚能密度 高分子成品性能 外观性质 耐久性 使用性能 对于复杂的高分子体系，通过已积累的相关数据和规律，可建立一个适当的数理统计模型。建模和模拟的方法有多种(如功能模拟和结构模拟等)。以高分子化合物为例，其结构模型见图。 X0’Y0’ X0Y0 X1Y1 X2Y2 X1’Y1’ X2’Y2’ S1 S2 S1’ S2’ B2B2 B1B1 图中S1、S2、S1’、S2’为构成主链的主要成分：XY(如X0Y0、X1Y1、X2Y2等)为双官能团(若为缩聚物它们分别为缩聚后的基团，若为合成共聚物它们分别为零)；B