第二章 高分子结构-1次.ppt

第二章 高分子结构 研究聚合物微观结构与宏观性能之间内在关系的科学 可塑性、成纤性、成膜性——容易成型加工； 刚性、韧性——可作为结构材料使用; 高弹性、粘弹性——弹性体和特殊材料； 化学稳定性——耐腐蚀材料； 优良的隔热和电绝缘性能——绝缘和保温材料； 有限的使用温度范围——耐热性差； 有限的使用寿命——容易老化； 长链状分子结构； 结构的不均一性——分子量不均一性、结构单元键接顺序和空间构型的不均一性、共聚组成的不均一性、序列分布的不均一性……； 分子链的柔顺性——大部分高分子的主链具有一定的内旋转自由度，内旋转导致大分子链卷曲并且空间形态多变，表现出一定的柔性； 分子链之间排列堆积可以形成多种凝聚态结构——结晶结构、非晶结构、取向结构……； 结构与性能关系的纽带——分子运动 聚合物的分子运动可以将微观结构的特点在聚合物的宏观物理性能上表现出来。 由于聚合物结构的复杂性和不均匀性，聚合物分子运动的形式是多种多样的。当聚合物的结构不同、所处的环境不同时，它所具有的运动方式也不相同，因此表现出的宏观性能也就不同。 通过研究聚合物的分子运动，可以了解并且建立聚合物的微观结构与其宏观性能之间的关系。 课程内容 高分子的链结构 高分子的聚集态结构 聚合物的分子运动与转变 高分子结构的特点： 分子量大： 104-107 线链型结构 分子量及尺寸的多分散性 物质结构的多层次性 一、分子链的化学组成 主链主要由碳、氧、硅、氮、硫等原子组成 1. 碳链高分子 ~~~~~~C-C-C-C-C-C-C-C~~~~~~~ 一般可塑性较好，化学性质稳定，但强度一般，耐热性较差，可作为通用高分子使用。 2. 杂链高分子 ~~~~~C-C-O-（N，S，Si…）-C~~~ 相对于碳链聚合物，耐热性和机械强度明显提高，但化学稳定性较差。芳香族杂链聚合物可做工程塑料使用。 分子链的端基主要影响聚合物热稳定性，因为聚合物的降解一般从分子链的端基开始。 聚甲醛（POM）的端羟基受热后容易分解释放出甲醛，所以聚甲醛合成需要用乙酸酐进行酯化封端，从而消除端羟基，提高热稳定性。 聚碳酸酯（PC）的端羟基和酰氯端基都可以促使聚碳酸酯在高温下降解。如果用苯酚进行封端则可以明显提高PC的耐热性。 获得交联聚合物的途径 四、共聚组成及序列分布 均聚（homopolymerization），是指由一种有机单体进行的聚合反应。均聚物指由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物。典型的均聚物有PP，PE，PVC等。 共聚（copolymerization），是指两种或多种有机单体进行的聚合反应。根据单体的种类多少分二元，三元共聚等。 * * 聚合物性能特点 聚合物结构的特点 (1). 聚合物分子链的组成——组成 (2). 结构单元的键接方式——构型 (3). 共聚组成及序列分布——组成+构型 (4). 线型、支化和交联———构造 (5). 取代基空间排列方式——构型 高分子的近程结构属于化学结构范畴，它对聚合物的基本性能具有决定性的影响，近程结构一旦确定，聚合物的基本性能也就随之确定。 高分子的近程结构 ——高分子的基本微观结构 3. 元素有机高分子 ~~~~~Si-（O，P，Al，Ti，)~~~~ 大分子主链上没有碳原子，侧基上具有有机基团。该类聚合物具有较好的可塑性和弹性，还具有优异的耐热性，可以在一些特殊场合使用，但强度较低，脆性大。可用作耐高温的涂料、塑料、润滑剂等。 大分子链（主链和侧基）完全由无机元素组成，没有碳原子。无机高分子一般具有极好的耐热性，强度低。 4. 无机高分子 分子链的侧基和端基 侧基： 柔顺性好 水溶性 聚合物驱油： M=3千万，提高水的粘度 二、结构单元的键接方式 一般头-尾相连占主导优势，而头-头相连所占比例较低。结构单元在分子链上的键接方式也会影响聚合物的性能——主要是结晶性能和化学性能。 单烯烃聚合时的键接方式主要有两种： 双官能团单体聚合 ? 线型大分子 三官能团单体存在(或有链转移) ? 支化大分子 线型聚合物和支化聚合物大分子链之间不存在化学键，通过分子间力相互排列堆积形成聚集态。加入适当溶剂可以溶解，加热可以使其熔融————热塑性聚合物。 三、大分子的构造——线型、支化、交联 （2）根据支链的连接方式不同 无规支化（Random branching）