第3章 高分子材料的物理化学性质 7
高分子材料性能研究与应用
高分子材料性能研究与应用高分子材料是一种重要的工程材料，广泛应用于机械、汽车、电子、建筑、医疗等领域。
高分子材料具有轻质、高强、高韧、耐腐蚀、绝缘等特点，成为各种工业领域不可或缺的材料。
本文将着重介绍高分子材料的性能研究和应用。
一、高分子材料的物理性质高分子材料是由许多分子聚合而成的，具有非晶态或半晶态的结构。
主要有以下几种物理性质：1.力学性能：高分子材料具有轻质、高强的特点，可以实现高效的能量转换和储存。
2.电学性能：高分子材料的电学性能可以通过改变分子结构和加工工艺来调节。
3.热学性能：高分子材料可进行热塑性加工，易于成型。
同时，高分子材料也具有较高的绝缘性和热稳定性。
4.光学性能：高分子材料具有光学吸收、透明度、颜色等特性。
通常用于制造光学器件和光学材料。
二、高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质主要包括以下几个方面：1.物理状态：高分子材料通常以固体状态出现，但也可在适当的温度和溶剂下形成流体。
2.水解性：部分高分子材料的酯基与水反应后会发生水解，导致其结构的变化和物理性质的改变。
3.氧化降解：高分子材料会受到氧化物、酸、硷等因素的影响，导致其分子结构的破坏和硬度的降低。
4.耐化学品性：高分子材料具有耐酸、耐碱、抗溶解性等特性，在化学工业上被广泛使用。
三、高分子材料的应用高分子材料广泛应用于农业、建筑、医疗、能源、物流等众多领域。
主要包括以下几个方面：1.工程领域：高分子材料在机械加工、建筑材料、汽车工业、电子器材等领域得到广泛应用。
2.医疗领域：高分子材料作为医用材料和功能性医用材料，广泛用于外科、整形、骨科等医疗领域。
3.环保领域：高分子材料作为环保材料得到广泛应用，例如油泄漏清理材料、环保装饰材料等。
4.能源领域：高分子材料的应用在能源领域的广泛，如太阳能电池、锂离子电池、超级电容器等。
四、高分子材料的未来发展高分子材料的未来发展趋势是制备高性能材料、发展低成本加工技术和提高生物可降解性等方面。
药用高分子材料学复习重点
第一章绪论1、高分子分别在传统制剂、现代制剂中的作用答：在传统剂型中的应用的高分子材料：如作为片剂的赋形剂、黏合剂、润滑剂等。
在现代制剂中高分子作为应用在控释、缓释制剂和靶向制剂中，如做微丸的赋形剂、缓释包衣的衣膜以及特殊装置的器件。
包装用材料。
药用辅料的定义答：辅料是经过安全评价的、有助于剂型的制备以及保护、支持，提高药物或制剂有效成分稳定性和生物利用度的材料。
第二章高分子的结构、合成和化学反应聚合物的结构式答：聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚氯乙烯（PVC）聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）聚乙酸乙烯酯（PV Ac）聚乙烯醇（PV A）纤维素尼龙-66按照性能和用途进行的高分子材料分类答：五大类，塑料、橡胶、纤维，涂料以及黏合剂。
热塑性塑料和热固性塑料的区别答：热塑性塑料——受热后软化，冷却后又变硬，这种软化和变硬可重复、循环，因此可以反复成型。
大吨位的品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
热固性塑料——是由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后不能再回复到可塑状态。
聚合过程(最后的固化阶段)和成型过程是同时进行的，所得制品不溶不熔。
热固性塑料的主要品种有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等。
柔性概念、影响因素答：（1）主链结构当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。
因为O、N原子周围的原子比C原子少，内旋转的位阻小；而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转位阻更小，即使在低温下也具有良好的柔顺性。
当主链中含非共轭双键时，虽然双键本身不会内旋转，但却使相邻单键的非键合原子间距增大使内旋转较容易，柔顺性好。
当主链中由共轭双键组成时，由于共轭双键因p电子云重叠不能内旋转，因而柔顺性差，是刚性链。
（2）侧基侧基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。
非极性侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差；对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱，柔顺性大。
高分子材料的物理化学性质
（6）增塑：增塑剂的加入可使材料强度降低，只适于对 弹性、韧性的要求远甚于强度的软塑料制品。
（7）外界因素：温度、外力作用速度和作用时间对强度 都有影响。
（三）粘弹性
高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘 弹现象 静态粘弹性 蠕变、应力松弛 粘弹性分类 动态粘弹性 滞后、内耗
1、蠕变
在恒温下施加较小的恒定外力时，材料的形变随时间而 逐渐增大的力学松弛现象。如挂东西的塑料绳慢慢变长。
• 这种由于力学滞后而使机械功转换成热的现象，称 为内耗。
• 相关应用
• 对于作轮胎的橡胶，则希望它有最小的力学损耗 才好 • 对于作为防震材料，要求在常温附近有较大的力 学损耗（吸收振动能并转化为热能） • 对于隔音材料和吸音材料，要求在音频范围内有 较大的力学损耗（当然也不能内耗太大，否则发 热过多，材料易于热态化）
（4）应力集中：若材料中存在某些缺陷，受力时，缺陷附 近局部范围内的应力会急剧增加，称为应力集中。应力集中 首先使其附近的高分子链断裂和相对位移，然后应力再向其 它部位传递。
（5）惰性填料：有时为了降低成本，在聚合物中加入一 些只起稀释作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉状碳 酸钙。惰性填料往往使聚合物材料的强度降低。
F
F
均匀压缩
体积改变而形状不变
A0
弹性模量
是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的 大小。是材料刚性的一种表征。分别对应于以上 三种材料受力和形变的基本类型的模量如下： 拉伸模量（杨氏模量）E：E = /
剪切模量（刚性模量）G：G = s /
体积模量（本体模量）B：B = p /
影响粘合强度的因素：
1.分子量：中等分子量
2.表面粗糙度：粗糙表面提高粘合强度
高分子材料的化学和物理性质
高分子材料的化学和物理性质高分子材料是一类具有特殊性质和应用价值的化学材料，它们通常是由重复单元构成的大分子，有着十分复杂的结构和多种功能。
在现代工业、医学、农业等领域中，广泛应用于各种领域中，是一种非常重要的材料。
高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质表现在两个方面：其一是基础化学性质，包括构成元素、原子价、化学键的类型等；其二是高分子分子结构和性质之间的关系。
高分子材料的构成元素主要是碳、氢、氧、氮等元素，其中碳和氢的比例最高，这使得高分子材料具有了很高的稳定性和化学惰性。
而由此所形成的非极性高分子的亲水性较低，故表面本身具有的粘性和换能功较大。
高分子材料的原子（分子）价数，是高分子材料的结构和性质之间的重要关系基础，特别是对于它们的物理性质有着重要影响。
其中，材料的原子价数越大，它与其它原子、离子相互结合能力就越大，其物质的力学稳定性也就更强。
而材料的原子价数越小，由此形成的键能越小，就更容易被热或光线破坏。
高分子材料的化学键类型为共价键和离子键，其中，共价键属于共享电子对，包括单键、双键、三键等，具有稳定的结构和物理性质；离子键属于不同原子间电子转移形成的强化学键，具有高的凝结热和强的结构稳定性，但它们化学稳定性差，较易水解，交联性小，因此会对材料的化学性质产生较大的影响。
高分子材料的分子结构和性质之间的关系，是高分子材料化学性质研究的重点之一。
高分子分子结构的多样性制约了高分子材料的性能与用途，而这一特性又与材料的原子价数和化学键相关。
高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质主要包括力学性质、热力学性质、电学性质和光学性质。
高分子材料的力学性质是指这类材料在承受外力时所产生的反应。
它通常表现为弹性、塑性和黏弹性等，而其中最为重要的是强度、韧度和硬度。
高分子材料的热力学性质是指高分子材料物质在热力学条件下的行为。
热力学性质包括热膨胀系数、热导率、比热等，高分子材料的这些性质直接影响着高分子材料的应用。
第三章 (1) 高分子材料的物理化学性质
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（ii）pH敏感水凝胶 ：pH敏感性水凝胶是体积随环境pH值、 离子强度变化的高分子凝胶。这类凝胶大分子网络中具有可解 离成离子的基团，其网络结构和电荷密度随介质pH值的变化而 变化，并对凝胶的渗透压产生影响；同时因为网络中添加了离 子，离子强度的变化也引起体积变化。 一般来说，具有pH值响应性的水凝胶都是含有酸性或碱性侧 基的大分子网络，即聚电解质水凝胶。随着介质pH值、离子强 度的改变，酸、碱基团发生电离，导致网络内大分子链段间氢 键的解离，引起不连续的溶胀体积变化。
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热可逆性水凝胶 有些聚合物水溶液在室温下呈自由流动的液态 而在体温下呈凝胶态，即形成热可逆性水凝胶(TGR)。这一体系 能够较容易地对特定的组织部位注射给药，在体内环境下很快形 成凝胶。而且这种给药系统的制备较简单，只需将药物与聚合物 水溶液进行简单地混合。 如：聚环氧乙烷(PEO)与聚环氧丙烷(PPO)嵌段共聚物是已被批 准用于药用辅料的高分子，商品名叫普流罗尼(Pluronic)或泊洛沙 姆(Poloxamer)，依据其结构和浓度，这类聚合物存在两个临界相 转变温度，即溶液-凝胶转变温度(相当于LCST)和凝胶-溶液转变 温度，在这两个温度之间其水溶液呈现凝胶状态。利用这类共聚 物水溶液低温溶液状态混合药物，尤其是生物类药物，注人体内 形成凝胶，从而实现控制药物释放同时保护药物活性的功能。
高分子习题及答案
一．名词解释：重复单元：重复组成高分子结构的最小结构单元叫重复单元结构单元：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团叫结构单元玻璃态：低温时，高分子整条链和链段都不能运动，只有小尺寸运动单元变化，处于“冻结”状态，相应的力学状态称为玻璃态高弹态：高分子在外力作用下，分子链由卷曲构象变为伸展构象发生很大的形变，一旦除去外力，又逐步恢复形变，相应的力学状态称高弹态玻璃化转变温度：聚合物高分子链段运动的“冻结”或“解冻”时所对应的转变温度叫玻璃化转变温度二．填空题1.高分子的溶解是一个缓慢过程，分为两个阶段：溶胀和溶解。
2.聚合物由高弹态转变为粘流态时的温度称为粘流温度，以 Tf 表示。
这种处于流体状态的聚合物称为粘流体。
3.高分子的热一形变曲线图中，分为五个区，分别为玻璃态、玻璃化转变区、高弹态、粘流转变区、粘流态。
4.与小分子相比，高分子的分子量有以下两个特点：相对分子量大和多分散性。
三．选择题1.聚合物溶解必要条件是（ A )A 、吉布斯自由能变化（△ Gm）小于零。
B 、吉布斯自由能变化（△ Gm ）大于零。
C 、吉布斯自由能变化（△ Gm ）等于。
D 、以上均不正确。
2.判断高分子材料溶解度及相容性应遵循一定原则，下列不正确的是（ C )A 、溶度参数相近原则。
B 、极性相似相溶原则。
C 、聚合度大小原则。
D 、溶剂化原则。
3.分子量分布的测定法为（ B )A 、气相色谱法B 、凝胶色谱法C 、X 一衍射D 、原子吸收光谱4.高分子聚合物的分子是是不均一的，这种分子量的不均一性称为( A )A 、多分散性B 、溶散性C 、触变性D 、高通量性下列表示玻璃化转变温度正确的是( C )A 、Tc maxB 、TmC 、TgD 、Tf5.分子量分布的测定法为（ C ）A、气相色谱法 C、高效液相色谱法B、凝胶色谱法 D、原子吸收光谱四．判断题1.晶态聚合物的溶解要比非晶态聚合物困难。
（对）2.分子量相同的同种化学类型聚合物，支化的比线型的更易溶解。
高分子物理化学 第三章
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
粘度法（粘均分子量）
该法是目前最常用的方法之一。 溶液的粘度除了与分子量有关，还取决 于聚合物分子的结构、形态和尺寸， 因此，粘度法测分子量只是一种相对 的方法。
根据上述关系由溶液的粘度计算聚合物 的分子量。
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
例如尼龙6：
H2N(CH2)5CO NH(CH2)5CO n NH(CH2)5COOH
COOH 一头 （中 NH2 ，一头 间已无这两种基团），可用酸碱滴 定来分析端氨基和端羧基，以计算 分子量。
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
计算公式：
W——试样质量 n——试样摩尔数 ne——试样中被分析的端基摩尔数 Z——每个高分子链中端基的个数
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
C —— 溶液的浓度
—— 溶剂的沸点升高常数
—— 溶剂的冰点降低常数
—— 溶质分子量
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
一些溶剂的沸点升高常数
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
一些溶剂的冰点降低常数
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
特 点
可证明测出的是 ； 对缩聚物的分子量分析 应用广泛； 分子量不可太大，否则 误差太大。
第 三 章 高 聚 物 的 分 子 量 和 分 子 量 分 布
溶液依数性法
小分子：
稀溶液的依数性：稀溶液的 沸点升高、冰点下降、蒸汽压下 降、渗透压的数值等仅仅与溶液 中的溶质数有关，而与溶质的本 性无关的这些性质被称为稀溶液 的依数性。
药用高分子材料习题(答案)
《绪论》一、名词解释药用辅料：广义上指的是能将药理活性物质制备成药物制剂的各种添加剂药用高分子辅料：具有高分子特征的药用辅料二．填空题1 ．药用辅料广义上指的是能将药理活性物质制备成药物制剂的各种添加剂，其中具有高分子特征的辅料，一般被称为药用高分子辅料。
2 ．辅料有可能改变药物从制剂中释放的速度或稳定性，从而影响其生物利用度。
3 ．高分子材料学的目的是使学生了解高分子材料学的①最基本理论和药剂学中常用的高分子材料的②结构，③物理化学性质，④性能及用途，⑤并能初步应用这些基本知识来理解和研究高分子材料在一般药物制剂、控释制剂及缓释制剂中的应用。
4．药用高分子辅料在药用辅料中占有很大的比重，现代的制剂工业，从包装到复杂的药物传递系统的制备，都离不开高分子材料，其品种规格的多样化和应用的广泛性表明它的重要性。
三．选择题1 ．下面哪项不是有关药用高分子材料的法规（D)A ．《中华人民共和国药品管理法》B ．《关于新药审批管理的若干补充规定》C ．《药品包装用材料容器管理办法（暂行）》D ．《药品生产质量管理办法》2 ．依据用途分，下列哪项不属于药用高分子材料（C)A ．在传统剂型中应用的高分子材料B ．控释、缓释制剂和靶向制剂中应用的高分子材料C ．前体制剂中应用的高分子材料D 包装用的材料四．简答题1 ．药用高分子材料学研究的任务是什么？答：( 1 ）高分子材料的一般知识，如命名、分类、化学结构；高分子的合成反应及化学反应（缩聚、加聚、共聚、聚合物的改性与老化）；高分子材料的化学特性和物理、力学性能。
2 ．药用辅料是在药物制剂中经过合理的安全评价的不包括生理有效成分或前体的组分，它的作用有哪些？答：( 1 ）在药物制剂制备过程中有利于成品的加工( 2 ）加强药物制剂稳定性，提高生物利用度或病人的顺应性。
( 3 ）有助于从外观鉴别药物制剂。
( 4 ）增强药物制剂在贮藏或应用时的安全和有效。
3 高分子材料作为药物载体的先决条件是什么？答（1 ）适宜的载药能力；( 2 ）载药后有适宜的释药能力；( 3 ）无毒、无抗原性，并具有良好的生物相容性。
高分子材料的分子结构与物理性质
高分子材料的分子结构与物理性质高分子材料作为一种重要的工业原料，在各个行业都有广泛的应用。
它可以用于制造塑料、橡胶、纤维等产品，具有很好的物理性能和机械性能，同时还能够通过改变分子结构来改变其特性。
本文将从高分子材料的分子结构和物理性质两个方面进行讨论。
一、高分子材料的分子结构高分子是由单体分子通过聚合反应组成的。
他们通常由大量的重复单元组成，有一条或多条聚合主链，辅助链和横向连接等支链。
高分子的分子结构对其物理性质有着重要的影响。
1.聚合度和分子量聚合度和分子量是高分子材料分子结构最基本也是最重要的参数。
聚合度通常指的是单个聚合物中单体数量的总和，分子量则是聚合物中所有单体分子的相对分子质量。
分子量越大，聚合物的物理性质越好，强度越高，同时也容易受到热量的影响。
2.分子结构高分子材料的分子结构通常包括线性、支化和交联三种形式。
线性分子结构的高分子只有一条主链，分子量较小，物理性能一般。
支化分子结构的高聚物具有分子链的分支结构，分子量较大，物理性能好，但热稳定性较差。
交联分子结构的高分子具有大量交联点，具有非常强的物理性能和热稳定性，但是也往往是刚性的。
3.结晶度结晶度是聚合物分子结构的另一个重要参数，这个参数直接决定了材料的物理性质。
结晶度高的高聚物材料具有优异的刚性和强度，但是也比较易于碎裂，结晶度并不高的高聚物材料则更具有一定的难燃性和柔韧性。
二、高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质涵盖了它的各个领域，包括机械性能、热性能、电性能、光学性能和界面性能等方面。
下面我们将逐一介绍。
1.机械性能高分子材料的机械性能是评价其物理性质的关键指标之一。
高聚物材料的受力性能和耐磨性都较好，但是吸水性和腐蚀性较强。
与金属材料相比，高分子材料的刚性和强度略微逊色，但是也有不同领域的应用。
2.热性能高分子材料的热性能是由其聚合度和分子结构所决定的。
不同的聚合物材料具有不同的熔点和滑动温度，其热形变温度和热稳定性也会影响其应用范围和适用场景。
高分子材料的物理化学性质
在发生玻璃化转变前后，聚合物的许多物理性质 ( 比容、 法测定聚合物的Tg
Tg与聚合物材料使用性能的关系：
Tg>室温，可做塑料使用，Tg 表征塑料的耐热性，即塑料使用的
上限温度(结晶聚合物，Tm为使用上限温度)
注：对于非晶态的极性高聚物，既要符合“溶度参数相近”的规律， 又要符合“极性相近”原则。
3．溶剂化原则
（1）亲电性溶剂能和给电子高分子进行溶剂化而易于溶解。 （2）给电子溶剂能和亲电子性高分子“溶剂化”而利于溶解。 （3）亲（给）电子性相同的溶剂与高分子之间不能进行溶剂化作 用，故不利于溶解，即使溶度参数相近也不例外。 （4）氢键实际上也是一种强烈的溶剂化作用，若溶剂与高分子之 间能生成氢键，则有利于溶解。
生键长、键角的变化，而整个分子链和链段都不能运动，
处于被‘冻结’的状态。
• 该状态下高聚物受力后的形变是很小，形变与受力的
大小成正比，当外力除去后能立刻回复；弹性模量大；
质硬。
• 高弹态：链段运动被激发。受到外力时有 较大形变，撤力时弹性回缩 。 • 粘流态：高聚物在外力作用下发生粘性流
动，它是整个分子链互相滑动的宏观表现。
第一节 高分子溶液的理化性质
一．高聚物溶解过程的特点(相对复杂) 1．高聚物溶解缓慢且分两个阶段
① 溶胀：溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体
积膨胀的现象
② 溶解：高分子以分子状态均匀分散在溶剂中，
形成完全溶解的分子分散的均相体系
2．交联高聚物，只能溶胀，不会溶解。交联 度大的溶胀度小，交联度小的溶胀度大。
6. 高分子溶液的实际制备工艺必须根据高分 子与溶剂的特性而定(P59)
高分子物理化学全套课件讲解
第6章 聚合物的结构 高分子物理
第7章 聚合物的性质 高分子物理
第8章 合成材料
高分子材料
第9章 聚合物的加工成型 高分子加工 5
第1章 概论
1.1 高分子科学的发展史
6
发展期
争鸣期
萌芽期
蒙昧期
人类的文明史 = 材料的发展史
7
材料与时代的发展
铁器 时代
钢Байду номын сангаас 时代
塑料
高分子 合成纤维 时代 合成橡胶
功能高分子
青铜器 时代 石器
8
时代
一、远古时期
1、纤维素的利用——造纸
东汉（公元105年）蔡伦造纸
1987年，美国印刷工业100周年的纪念 会上时任总统布什说：“那个伟大国家 在造纸、印刷和排字方面所做的贡献， 确实可以说改变了历史的进程。”
最大的可再生资源，自然界每年产估计 1000亿吨。
9
17
赛璐珞可用作乒乓球、眼镜架、梳子、衣领、 指甲油等。1884年柯达公司用它生产胶卷、 但这种电影胶片放映时常摩擦而燃烧。
18
1884年法国人夏尔多内伯爵
（CHARDONNET ）发明人造丝
纺丝
硝酸纤维素溶液
人造丝
衣服
但极易燃烧，纺织厂的工人们似乎很不喜欢他 们的岳母大人，把这种丝称为岳母丝
现在的 人造丝
醋酸纤维素 再生纤维素
（30亿公斤/年，生丝的65倍）
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夏尔多内
20
第一个人造聚合物——酚醛树脂
1907年 贝克兰（美国,Baekeland ）研制人造虫胶 ➢ 15万只紫虫胶，半年，分泌0.454kg虫胶树脂（漆） ➢ 苯酚 ＋甲醛 角状物质（玻璃仪器报废） ➢ 反其道而行之，加热加压 ➢ 酚醛树脂应用于电器、刀柄、计算机外壳等
第三章 高分子材料的物理化学性质
c.最大的特点:体积相转变
功能高分子凝胶的体积相转变
外界环境因子的变化
溶胀相
收缩相
体积不连续变化
内因： 范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力---相互组合和竞争
分类：
来源
天然水凝胶 合成水凝胶
电中性水凝胶
性质
阳离子型
阴离子型
离子型水凝胶
两亲离子型
传统水凝胶
对外界刺激的应答情况的不同
智能水凝胶
智能高分子凝胶的刺激响应性与 分类
M1M 2 M 3 M i M n
n1 n2 n3 ni nn
w1 w2 w3 wi wn
分子量为 M i 的分子的质量占总质量的分数为
w w w1 w2 w3 i n W W W W W
分子量为 M i的分子数占总分子数的分数为
n nn n1 n 2 n3 i N N N N N
（2）某些水凝胶的溶胀性随外界溶胀条件的变化 而发生变化 3、水凝胶的应用
智能高分子凝胶的应用--调光材料&组织培养
低温透明
调光材料
高温白浊化
细胞
组织培养
智能高分子凝胶的应用--化学机械器件
循环提供的动力
毛自 状振 传动 动凝 装胶 置作 成
Poly(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)
智能高分子凝胶的应用--智能药物释放系统
i
（3）粘均分子量 M ：用稀溶液粘度法测得的平均分子量。
a M Wi M i i
1/ a
这里的a是指公式 a [ ] KM 中的指数。
对于多分散试样，
M w M M n
对于单分散试样， M w M M n （只有极少数象 DNA等生物高分子才是单分散的）
高分子材料的结构与性质
高分子材料的结构与性质高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物。
这些重复单元通过共价键或其他化学键相连，形成长链或网络结构。
高分子材料的结构与性质密切相关，它们的结构决定了它们的物理、化学以及力学性能。
本文将探讨高分子材料的结构与性质之间的关系。
1. 高分子的化学结构高分子材料的化学结构可以分为线性结构、支化结构和交联结构三种。
1.1 线性结构线性结构的高分子材料由直链或分支较少的链状分子构成。
它们的链状结构使得分子之间的间距较大，容易流动。
因此，线性高分子材料具有良好的可塑性和可加工性。
然而，由于链状结构的易滑动性，线性高分子材料的强度和刚性相对较低。
1.2 支化结构支化结构的高分子材料具有较多的侧基或支链。
支化结构的引入可以增加分子之间的交联点，增强高分子材料的强度和刚性。
同时，支化结构还可以减缓分子链的运动，提高高分子材料的熔点和玻璃化转变温度。
支化结构的高分子材料在保持流动性的同时，还具有较高的强韧性和抗拉强度。
1.3 交联结构交联结构是高分子材料中的三次结构，通过交联点将多个线性或支化的高分子链连接在一起，形成一个三维网络结构。
交联结构的高分子材料具有优异的机械性能，高强度、高耐磨性和高温稳定性。
然而，交联结构的高分子材料通常较脆硬，不易加工。
2. 高分子的物理性质高分子材料的物理性质主要包括熔点、玻璃化转变温度和热胀缩性。
2.1 熔点高分子材料的熔点取决于其结晶性和分子量。
结晶性较高的高分子材料通常具有较高的熔点，因为结晶部分的分子排列更加有序，分子之间的相互作用更强。
另外，分子量较高的高分子材料由于分子间的范德华力较强，也会导致较高的熔点。
2.2 玻璃化转变温度玻璃化转变温度是高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的临界温度。
玻璃化转变温度与高分子材料的结构和分子量密切相关。
结晶度较高的高分子材料通常具有较高的玻璃化转变温度，因为结晶区域的链状排列限制了链段的运动。
另外，分子量较大的高分子材料由于分子间的交联较多，也会导致较高的玻璃化转变温度。
药用高分子材料学
药用高分子材料学第一章绪论1、药用高分子材料指的是药品生产和制造加工过程中使用的高分子材料，包括作为药物制剂成分之一的药用辅料与高分子药物以及药物接触的包装贮运的高分子材料。
2、高分子材料在药剂学中的作用①增强和扩大主药的作用和疗效，降低毒副作用②改变药物的给药途径，提高生物利用度③调控主药的体内外释放速率与释药规律④可逆性改变人体局部生理功能，以利于药物吸收⑤改变主药的理化性质，使之更适合药效发挥⑥增强主药的稳定性，掩盖主药的不良味道及减少刺激性第二章高分子的结构、合成和化学反应1、高分子的特性：①具有很大的分子作用力②可发生相当大的可逆力学形变③在溶剂中表现出溶胀特性2、单体单元：聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的单元结构。
3、单体：形成结构单元的小分子化合物，是合成聚合物的原料。
4、聚合度（DP）:代表重复单元数。
即分子式中的n。
5、均聚物：由一种单体聚合而成的高分子。
6、共聚物：由两种或两种以上的单体聚合而成的聚合物。
7、高分子的分类：①有机高分子：完全由碳原子或由C、0、N、S、P等在有机物中常见的原子组成。
有主链纯为碳原子构成的碳链高分子和主链中含有C及0、N、S、P等原子的杂链高分子。
②元素有机高分子：主链不含C原子，主要由Si、B、Al等原子构成，侧链是含C有机基团。
③无机高分子：主链和侧链都不含C原子。
8、高分子结构按其研究单元不同分为高分子链结构（即分子内结构：近程结构和远程结构）和高分子聚集态结构两大类。
9、近程结构：分子链中较小范围的结构状态，包括高分子结构单元的化学组成和键接方式、空间排列以及支化和交联等，是高分子的微管结构，而且与结构单元有着直接的链子，又称为一次结构或化学结构。
10、均聚物结构单元的键接顺序：完全对称的单体只有一种键接方式，不对称的取代结构的单体形成高分子链时有三种不同的键接顺序--头-头键接、尾-尾键接、头-尾键接（带取代基的碳原子叫做头，不带取代基的碳原子叫做尾）11、共聚物的序列结构：含M1、M2 两种单体的共聚物分子链的结构单元有一下4种典型的排列方式：无规共聚物（无规排列）、交替共聚物（严格交替）、嵌段共聚物（一段较长的M!和另一段较长的MJ、接枝共聚物（主链由M t构成，支链由M2构成）12、高分子链的构型（1 ）旋光异构若每一个链节中有一个不对称碳原子，每个链节就有两个旋光异构单元存在，它们组成的高分子链就有 3 种键接方式：全同立构---全部由一种旋光异构单元键接而成的高分子间同立构---由两种旋光异构单元交替键接成的高分子无规立构---两种旋光异构单元完全无规则键接成的高分子（2）几何异构由于双键不能内旋转而引起的异构现象综上，分子链中结构单元的空间排列是规整的，称为有规立构高分子（包括旋光异构和几何异构）13、高分子链的远程结构---是指整个分子范围内的结构状态，又称二次结构。
高分子物理(共90张PPT)
高分子物理(共90张PPT)高分子物理是研究高分子的性质、结构和行为的物理学科。
高分子物理是在20世纪初形成的，它涉及的领域非常广泛，包括高分子合成、高分子材料制备、高分子加工与成型等。
本文将结合90张PPT，对高分子物理的基本概念、研究方法、高分子结构与性质、高分子的加工与成型等方面进行介绍。
第一部分：高分子物理的基本概念1、高分子的定义高分子是由无数个重复单元组成的巨大分子，其分子量通常大于10^3，由于其特殊的结构和物理化学性质，广泛应用于生活、工业等众多领域。
2、高分子物理的研究对象高分子物理的研究对象是大分子化合物。
这些化合物的分子量很大，通常大于10^3，有时甚至可达到10^7。
这就意味着高分子物理不仅涉及到分子级性质的研究，还要考虑宏观级别的物理特性。
3、高分子物理的主要内容高分子物理的主要内容包括高分子的结构、性质、动力学、形态、相变、流变、加工与成型等方面。
4、高分子物理的研究方法高分子物理的研究方法包括实验研究和计算模拟两种，其中实验研究主要包括材料合成与制备、结构表征、物理性质测试等，计算模拟主要包括分子动力学模拟、量子力学计算、有限元分析等。
第二部分：高分子结构与性质1、高分子的结构分类高分子可分为线性高分子、支化高分子、交联高分子、网络高分子等四种结构。
其中，线性高分子的分子结构最为简单，具有线性分子链结构；支化高分子分子链呈树枝状结构；交联高分子中分子链相互交联形成三维网格状结构；网络高分子则形成分子链与交联点间互相交联的巨分子结构。
2、高分子的物理性质由于高分子材料具有特殊的分子结构，因此具有一系列独特的物理性质，例如：高强度、高耐磨性、高耐热性、高透明度、高电绝缘性等。
在高分子加工中，可以通过改变处理条件和添加剂等方式来控制高分子的物理性质。
第三部分：高分子的加工与成型1、高分子的加工方法高分子的加工方法包括：挤出成型、注塑成型、压缩成型、吹塑成型、热模压成型、注液成型等多种方式，其中以挤出成型和注塑成型应用最为广泛。
高分子材料思考题答案
《高分子材料导论》思考题第一章材料科学概述1．试从不同角度把材料进行分类，并阐述三大材料的特性。
按化学组成分类：金属材料无机材料.有机材料（高分子材料）按状态分类:气态。
固态：单晶.多晶.非晶.复合材料.液态按材料作用分类:结构材料，功能材料按使用领域分类：电子材料。
耐火材料。
医用材料。
耐蚀材料。
建筑材料三大材料：（1）金属材料富于展性和延性，有良好的导电及导热性、较高的强度及耐冲击性。
（2）无机材料一般硬度大、性脆、强度高、抗化学腐蚀、对电和热的绝缘性好。
（3）高分子材料的一般特点是质轻、耐腐蚀、绝缘性好、易于成型加工，但强度、耐磨性及使用寿命较差。
2．说出材料、材料工艺过程的定义。
材料——具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。
由化学物质或原料转变成适用于一定用场的材料，其转变过程称为材料化过程或材料工艺过程。
3．原子之间或分子之间的结合键一般有哪些形式？试论述各种结合键的特点。
离子键：无方向性，键能较大。
由离子键构成的材料具有结构稳定、熔点高、硬度大、膨胀系数小的特点。
共价键：具有方向性和饱和性两个基本特点。
键能较大，由共价结合而形成的材料一般都是绝缘体。
金属键：无饱和性和方向性。
具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电、导热性能。
4．何为非晶态结构？非晶态结构材料有何共同特点？原子排列近程有序而远程无序的结构称为非晶态结构或无定形结构，非晶态结构又称玻璃态结构。
共同特点是：结构长程无序，物理性质一般是各向同性的；没有固定的熔点，而是一个依冷却速度而改变的转变温度范围；塑性形变一般较大，导热率和热膨胀性都比较小。
5．材料的特征性能主要哪些方面？热学、力学、电学、磁学、光学、化学等性能6．什么是材料的功能物性？材料的功能物性包括哪些方面？功能物性，是指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。
包括：1热电转换性能2光－热转换性能3光－电转换性能4力－电转换性能5磁－光转换性能6电－光转换性能7声－光转换性能7．材料工艺与材料结构及性能有何关系？材料工艺，包括材料合成工艺及材料加工工艺，影响材料的组织结构，因而对材料的性能有显著的影响。
高分子材料的化学与物理性质
高分子材料的化学与物理性质高分子材料是现代化学工业中非常重要的一类材料。
由于其独特的分子结构和物理性质，高分子材料在各种领域都有广泛的应用。
比如，聚合物材料用于制备塑料、橡胶、纤维等物质，在医疗、电子、航空等领域中也有很多应用。
那么，高分子材料的化学和物理性质是什么？了解这些特性有什么意义？接下来我们深入探讨。
一、高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质与其分子结构有关。
高分子材料通常是由重复的单体分子组成的巨大分子，这样的分子结构决定了高分子材料具有独特的化学特性和反应规律。
首先，高分子材料可以进行链延长反应。
链延长是指通过加入新的单体结构，使高分子链继续增长，形成更长的高分子链的反应。
这个过程通常是通过自由基反应、阳离子反应和阴离子反应来实现的。
例如，聚乙烯是由乙烯单体分子通过自由基反应逐渐递增而成的。
其次，高分子材料还可以进行聚合反应。
聚合反应是指仅仅在特定的反应条件下，使单体分子链之间的化学键键合成，以形成高分子链的过程。
聚合反应是一种常见的高分子化学反应，其反应方式受热量、光强、催化剂和其他环境因素的影响，不同的聚合条件可以产生不同的聚合体。
最后，高分子材料还可以进行交联反应。
交联反应是指在高分子材料中引入交联的反应性物质，从而形成高分子材料内部的三维结构。
这种交联化学反应可以通过光固化、热固化和辐射固化等多种方法实现。
交联反应可以使高分子材料具有更高的稳定性和强度，并改善其耐化学性和耐热性等性能。
二、高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质影响着材料在各个领域中的应用。
高分子材料常常表现出典型的高分子性质，如高分子链的柔性、分子排列和相互作用等。
首先，高分子材料具有重量轻、强度高和断裂韧性好等性质。
这些性质使高分子材料被广泛应用于轻型结构、柔性设备和耐磨设备等领域。
其次，高分子材料具有良好的电学和热学性能。
例如，聚苯乙烯的介电常数非常低，它的耐热性和耐腐蚀性也很好。
聚乙烯在高温下具有较高的电绝缘性能，因此被广泛应用于电线电缆绝缘层。
高分子习题和答案
一．名词解释：重复单元：重复组成高分子结构的最小结构单元叫重复单元结构单元：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团叫结构单元玻璃态：低温时.高分子整条链和链段都不能运动.只有小尺寸运动单元变化.处于“冻结”状态.相应的力学状态称为玻璃态高弹态：高分子在外力作用下.分子链由卷曲构象变为伸展构象发生很大的形变.一旦除去外力.又逐步恢复形变.相应的力学状态称高弹态玻璃化转变温度：聚合物高分子链段运动的“冻结”或“解冻”时所对应的转变温度叫玻璃化转变温度二．填空题1.高分子的溶解是一个缓慢过程.分为两个阶段：溶胀和溶解。
2.聚合物由高弹态转变为粘流态时的温度称为粘流温度.以 Tf 表示。
这种处于流体状态的聚合物称为粘流体。
3.高分子的热一形变曲线图中.分为五个区.分别为玻璃态、玻璃化转变区、高弹态、粘流转变区、粘流态。
4.与小分子相比.高分子的分子量有以下两个特点：相对分子量大和多分散性。
三．选择题1.聚合物溶解必要条件是（ A )A 、吉布斯自由能变化（△ Gm）小于零。
B 、吉布斯自由能变化（△ Gm ）大于零。
C 、吉布斯自由能变化（△ Gm ）等于。
D 、以上均不正确。
2.判断高分子材料溶解度及相容性应遵循一定原则.下列不正确的是（ C )A 、溶度参数相近原则。
B 、极性相似相溶原则。
C 、聚合度大小原则。
D 、溶剂化原则。
3.分子量分布的测定法为（ B )A 、气相色谱法B 、凝胶色谱法C 、X 一衍射D 、原子吸收光谱4.高分子聚合物的分子是是不均一的.这种分子量的不均一性称为( A )A 、多分散性B 、溶散性C 、触变性D 、高通量性下列表示玻璃化转变温度正确的是( C )A 、Tc maxB 、TmC 、TgD 、Tf5.分子量分布的测定法为（ C ）A、气相色谱法 C、高效液相色谱法B、凝胶色谱法 D、原子吸收光谱四．判断题1.晶态聚合物的溶解要比非晶态聚合物困难。
（对）2.分子量相同的同种化学类型聚合物.支化的比线型的更易溶解。
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第三章 高分子材料的物理化学性质 2.药物通过聚合物骨架(matrix)的扩散 M=[2CsDCot]1/2
其中Cs为药物在聚合物骨架中的溶解度 说明：药物由聚合物骨架释放量与t1/2呈线性关 系。
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第三章 高分子材料的物理化学性质
(二)非Fick扩散
全国高等中医院校规划教材
《药用高分子材料学》
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第三章 高分子材料的物理化学性质
凝胶 (一)凝胶的结构和性质 1.凝胶的结构和类型
凝胶(gel)是指溶胀的三
状结构高分子，在网状结 构的孔隙中又填充了液体介质， 这样一种分散体系称为凝胶。
维网
凝胶的超显微结构示意 S:剂化层；a:凝胶结合点
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第三章 高分子材料的物理化学性质 (一)Fick扩散
药物分子通过聚合物的扩散，可用Fick第一定律来 描述： J=-D*dc/dx
注意:扩散系数、渗透系数的单位 式中：J为溶质流量，mol/(cm2s)；
C为溶质浓度，mol/cm3，为垂直于有效扩散面积的位 移，cm； D为溶质扩散系数，cm2/s(在通常情况下，D被看作常量，但 实际上扩散系数是可人为控制的参数，改变聚合物的结构，D值可改 变。另外，药物浓度、温度、溶剂性质、药物的化学性质都能影响D 值)。负号表示扩散方向，即药物分子扩散朝浓度降低的方向进行。
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第三章 Байду номын сангаас分子材料的物理化学性质
德博拉数(Deborah number De)： De定义为特性松弛时间（τ ）与溶剂的特性扩散时 间（θ ）的比值。 De=τ /θ
当De《l，说明松弛过程快于扩散，则药物转运符合 Fick定律； 当De≈l，松弛与扩散双重作用导致一种复杂的转运行 为，则称之为非Fick转运。药物从这些聚合物的释放是不 符合Fick定律的，这方面的情况已有很多的报告，在本章 第一节的水凝胶部分另有叙述。
第三章 高分子材料的物理化学性质
凝胶脱水收缩性现象
a--脱水收缩前的凝胶；b--脱水收缩使凝胶分成两部分 厚德 明志 笃学 力行
第三章 高分子材料的物理化学性质
透过性：凝胶含有大量的液体，具有较大的孔径， 允许较小分子穿过即透过性。 交联度小：容易穿过 交联度大：扩散系数降低
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第三章 高分子材料的物理化学性质
溶胀度的主要影响因素 温度：升高可加速溶胀速度 电解质：对溶胀度的影响主要是阴离子部分，其影响作用 与影响胶凝作用的顺序相反
pH：对溶胀度的影响比较复杂，要视具体聚合物而论，如 蛋白质类高分子凝胶，介质的pH在等电点附近时溶胀度最 小。
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(二)功能水凝胶
1.功能水凝胶的结构及分类
水凝胶(hydrogels)是一种在水中显著溶胀、保持大
量水分的亲水性凝胶为三维网络结构。水凝胶强烈的吸水 能力是由于其结构中通常含有-OH、-CONH-、-CONH2、COOH和-SO3H等亲水基团。
水凝胶从来源分类
可分为天然水凝胶和合成水凝胶。
从性质来分类
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第三章 高分子材料的物理化学性质
(1)化学凝胶： 是指大分子通过共价键连接形成网状结构 的凝胶。这类凝胶不能熔融，也不能溶解，结 构非常稳定，因此也称为不可逆凝胶。 (2)物理凝胶： 是指大分子间通过非共价键相互连结，形 成网状结构。具有可逆性，即只要温度等外界 条件改变，物理链就会破坏，凝胶可重新形成 链状分子溶解在溶剂中成为溶液，因此又称可 逆凝胶，。
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第三章 高分子材料的物理化学性质
（２）外在因素：有些水凝胶的溶胀性随外界溶胀条件 的变化(如介质pH、温度、离子强度、电场、光和化学物 质等)发生极大的甚至不连续的改变。 阴离子水凝胶平衡溶胀度随pH增大而增大：阳离子 型则随pH增大而降低，在pK，附近，平衡溶胀度发生突 变，突变pH范围(△pH)取决于聚合物的结构以及聚合物 与溶剂的相互作用。
图3-4阴离子和阳离子型PH敏水凝胶平衡溶胀度与 PH的关系。
第三章 高分子材料的物理化学性质
2.水凝胶的溶胀行为及其影响因素
（１）内在因素：水凝胶在水中可显著溶胀。 离子型水凝胶因其结构中离子型基团(-COOH-、SO3H、NH2)的解离作用增加了聚合物的亲水性，导致其 有较强的吸水性。同时解离程度的增加，使网络中高分 子链上存在大量具有相同电荷解离基团，它们之间的静 电斥力导致高分子链进一步的伸展并与水分子充分接触。
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第三章 高分子材料的物理化学性质 一、药物通过聚合物的传质过程
在药物制剂中，药物通过聚合物的扩散装置有两
类：贮库装置，另一类是骨架装置。药物一般是
溶解或分散在装置中，药物由装置的扩散过程有以下 几个步骤： ①药物溶出并进入周围的聚合物或空隙； ②由于存在浓度剃度，药物分子扩散通过聚合物 屏障； ③药物由聚合物解吸附； ④药物扩散何如体液或介质
（２）环境敏感水凝胶
这类凝胶对温度或pH等环境因素的变化所给予的刺 激有非常明确或显著的应答。根据环境变化的类型不同， 环境敏感水凝胶又分为：温敏水凝胶、pH敏水凝胶 、盐 敏水凝胶、光敏水凝胶 、电场响应水凝胶、形状记亿水 凝胶 。
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第三章 高分子材料的物理化学性质
目前研究最多的是温敏型和pH敏水凝胶。
第三章 高分子材料的物理化学性质 2.凝胶的性质 触变性 溶胀性 脱水收缩性 透过性
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第三章 高分子材料的物理化学性质
触变性：物理凝胶受外力作用(如振摇、搅拌或
其他机械力)，网状结构被破坏而变成流体，外部 作用停止后，又恢复成半固体凝胶结构，这种凝 胶与溶胶相互转化的过程，称为触变性 。
非Fick扩散的特点：
一个是处于玻璃态与高弹 态之间的界面，称为溶胀 界面，其以速率v向玻璃 态区移动 另一界面是处于膨胀的高 弹态与溶胀介质(即溶剂) 之间的界面，它向外移动
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第三章 高分子材料的物理化学性质
从平面几何角度而言，玻璃态区限制了溶胀只 能朝一个方向进行，即向内溶胀，这种限制在玻璃 态区内产生了一个压缩应力而在高弹态区产生了拉 伸张力，一但这两个溶胀界面会合，玻璃态区将完 全消失，聚合物将转变成高弹态，此时溶胀限制因 素消失，溶胀则向三维方向进行。
第三章 高分子材料的物理化学性质
凝胶透过性的意义：由于凝胶骨架空隙的分子筛 作用，使得大分子物质很难透过，凝胶骨架的透 过性与分子大小关系的原理正是凝胶电泳与凝胶 色谱的原理。药物缓释、控释制剂利用凝胶的性 质来控制药物的释放也已取得很大成果。
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第三章 高分子材料的物理化学性质
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第三章 高分子材料的物理化学性质
1.药物通过聚合物薄膜的扩散
J=DK/h*△C 式中：△C为薄膜两侧的溶质浓度差，mg/cm3； K为溶质分配系数； DK/h为溶质渗透系数(P)，cm/s (常用它来评价药物通过聚合物的渗透性能)。 K=溶质在聚合物薄膜中的浓度/溶质在溶出介质中 的浓度
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第三章 高分子材料的物理化学性质
扩散系数不是常数，药物分子的大小、极性、药
物在聚合物中的溶解度和聚合物的结构、温度等因素对扩 散系数有很大的影响。
2．药物通过多孔聚合物时
扩散系数(D)用下式来表示： D=Da*ε KpKτ /τ 式中Da为药物在液体介质(或充满水的孔隙)中的扩散 系数，cm2/s，ε 为孔隙率，τ 为曲折因子：Kp为药物在 聚合物-介质(水)之间的分配系数：Kτ 为限制性系数(与 药物分子半径或聚合物平均孔径有关)。
可分为电中性水凝胶和离子型水凝胶，离子型水凝胶 又可分为阴离子型、阳离子型和两性电解质。目前研究应 用较多的是离子型水凝胶。
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第三章 高分子材料的物理化学性质
根据水凝胶对外界刺激的应答情况不同，水凝胶 又可分为两类：
（１）传统的凝胶
这类水凝胶对环境的变化，如pH或温度变化不敏感。
温敏是指在水或水溶液中这种凝胶的溶胀与
收缩强烈地依赖于温度，凝胶体积在某一温区有突 变，该温度称为低临界溶液温度 (lower critical solution temperature，LCST)。
pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与收缩随着
环境的pH、离子强度的变化而发生变化。
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冻胶与干胶 ①冻胶指液体含量很多的凝胶，含液量常在90% 左右以上，通常指的凝胶均即冻胶。
②液体含量少的凝胶称为干凝胶，其中大部分是固 体成分，含液量常在15%左右。干凝胶在吸收 适宜液体膨胀后即可转变为冻胶。
第三章 高分子材料的物理化学性质
什么是胶凝及其影响因素？ 高分子溶液转变为凝胶的过程称为胶凝 素主要有浓度、温度和电解质。 。影响胶凝的因
浓度：每种高分子溶液都有一形成凝胶的最小浓度，小于 这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速胶凝。 温度：温度低有利于胶凝，但也有加热后胶凝，低温变成 溶液的例子，如泊洛沙姆的胶凝。 电解质：对胶凝的影响比较复杂，有促进作用，也有阻碍 作用，其中阴离子起主要作用，盐的浓度较大时SO42-和 Cl-般加速胶凝，而I-和SCN-则阻滞胶凝作用。 厚德 明志 笃学 力行
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第三章 高分子材料的物理化学性质
溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的 现象。
凝胶的溶胀分为两个阶段： 第一阶段：溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶 剂化层，此过程很快伴有放热效应和体积收缩现象。 第二阶段：液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加， 可达干燥物重量的几倍甚至几十倍。 溶胀性的大小可用溶胀度来衡量，溶胀度为一定温度下， 单位重量或体积的凝胶所能吸收液体的极限量。