单个高分子链的结构-中国计量学院材料科学与工程试验教学中心.PPT

第一章 原子结构与键合 第一节 原子结构与键合 第二节 高分子结构 第二节 高分子结构 2.1 高分子结构概述 2.2 高分子链的近程结构 2.3 高分子链的远程结构 2.1 高分子结构概述 高分子化合物（Macro Molecular Compound ） 1）由一种或多种简单的相对分子质量小的有机化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。 2）由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物， 也称为高分子、大分子。 亦称高聚物、聚合物。 几个基本概念 单体 聚合反应前最初的简单低分子化合物，一种或几种。 链节 组成高分子链的结构相同的基本重复单元。 聚合度 高分子链中链节的重复次数。聚合度反映了高分子链的长短和高分子化合物的相对分子质量。 官能度 指单体能与别的单体发生键合的位置数目。 高分子是由许多单个的高分子链聚集而成，其结构包括两方面： （1）单个高分子链的结构； （2）许多高分子链聚在一起表现出来的聚集态结构。 2.2 高分子链的近程结构 一、高分子链的化学组成 聚合物高分子链由主链和侧基构成 （一）碳链高分子 主链由C原子以共价键联结，侧基为氢原子、有机基团或取代基。 如： PE、PS、PP、PVC 等 （二）杂链高分子 主链由二种或更多原子以共价键联结 主要是C、O、N、S等原子 如：环氧树脂、尼龙6、尼龙66、PET等 （三）无机元素有机高分子 主链中含有 Si 、P 、B 等无机元素的高分子链 如：聚二甲基硅氧烷 （四）无机高分子 主链既不含C原子，也不含有机基团，而完全由其它元素所组成，这类元素的成链能力较弱，故聚合物分子量不高，并易水解。 二、高分子链结构单元的键合方式 1.均聚物结构单元键接顺序 单烯类单体中，除乙烯分子是完全对称的，其结构单元在分子链中的键接方法只有一种外，其它单体因有不对称取代，故有三种不同的键接方式（以氯乙烯为例）： 不同键接方式，对高聚物结晶能力、力学性能、热稳定性能等有着重要影响。 对双烯类烯烃的加成聚合键接方式更复杂 2.共聚物的序列结构 三、高分子链的几何形态 线形高分子：加热后变软，甚至流动，可反复加工，热塑性 支化高分子：可溶可熔 交联高分子：不溶不熔 三维网状高分子：不溶于任何溶剂，也不能熔融，一旦受热固化便不能改变形状，热固性 四、高分子链的空间构型 构型：分子中由化学键所固定的原子在空 间的排列。这种排列是热力学稳定 的，要改变构型必需经过化学键的 断裂与重排。 取代基围绕特定原子在空间的排列规律。 主要有：旋光异构和几何异构 旋光异构 由烯烴单体合成的高聚物 在其结构单元中有一不对称C原子，故存在两种旋光异构单元 ，有三种排列方式： 全同立构：高分子链全部由一种旋光异构单元键接而成 间同立构：高分子链由两种旋光异构单元交替键接而成 无规立构：高分子链由两种旋光异构单元无规键接而成 不同的旋光异构构型，对高分子聚合物的宏观性能有明显影响： 全同立构 PP （聚丙烯）： 熔点 165℃；密度 0.92 ；易结晶塑料 无规立构 PP （聚丙烯） ： 软化点 80℃；密度 0.85 ；弹性体 2.3 高分子链的远程结构 高分子化合物的分子量有一定分布，不是均一的，聚合物分子量的这种特性称为“多分散性”。 聚合度是指高分子中所含的重复单元的数目，其值与分子量成正比；可以作为衡量高分子大小的参数。 聚合物的分子量或聚合度到达某一数值后，才能显示出适用的机械强度，这一数值称为临界聚合度。对极性强的高聚物来说，其临界聚合度约为40；非极性高聚物的临界聚合度约为80；弱极性的介于二者之间。 一、高分子的大小 二、高分子链的内旋转构象 构象：由于单键（σ键）的内旋转，而产生的分子在空间的不同形态。它是不稳定的，分子热运动即能使其构象发生改变。 构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。它是稳定的，要改变构型必需经化学键的断裂、重组。 高分子链细长，原子数众多，单键可内旋，所以高分子链的空间构象众多，导致原子排布不断变换，空间形状变换频繁，从