高分子物理(北京化工大学)3-1ppt课件
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高分子物理(北京化工大学)3-1ppt课件
高分子是由许多重复单元组成的具有柔性的分子，具有许多独 立运动的单元，所以一个高分子在溶液中可其到若干个小分子 的作用，又不停的改变构象，因此在溶液中的排列方式比同数 量的小分子排列要多得多。因而混合熵比理想溶液大，而蒸汽
压比同数量的小分子溶液小得多。只有当溶液处于 状态或浓
度趋于零时，高分子溶液才体现出理性溶液的性质。
本讲内容： 第一节 高聚物的溶解 •高聚物溶解过程的特点 •高聚物溶解过程的热力学解释 •溶剂的选择
第二节 高分子溶液的热力学性质 •小分子理想溶液的热力学
9
3.1 The solution of polymers 聚合物的溶解
The process of solution 溶解过程
（1） 非晶态聚合物的溶胀和溶解
VMi 0
溶液中溶质分子间，溶剂分子间， 溶质和溶剂分子间的相互作用是 相等的。
溶解过程中没有体积变化，也无 热量变化，溶液的蒸汽压服从 Raoult law.
H
i M
0
M – mixing i - ideal
22
X1
N1 N1 N2
N1 – the mole number of solvent N2 – the mole number of solution
HM 12[1 2 ]2VM
Hildebrand J., Scott R.L., Solubility of Nonelectrolytes, Reinhold Publishing Corporation, New York, Chapter 7 (1949)
1, 2 – 分别为溶剂和高分子的体积分数
The mixing entropy of the ideal solution
压比同数量的小分子溶液小得多。只有当溶液处于 状态或浓
度趋于零时，高分子溶液才体现出理性溶液的性质。
本讲内容： 第一节 高聚物的溶解 •高聚物溶解过程的特点 •高聚物溶解过程的热力学解释 •溶剂的选择
第二节 高分子溶液的热力学性质 •小分子理想溶液的热力学
9
3.1 The solution of polymers 聚合物的溶解
The process of solution 溶解过程
（1） 非晶态聚合物的溶胀和溶解
VMi 0
溶液中溶质分子间，溶剂分子间， 溶质和溶剂分子间的相互作用是 相等的。
溶解过程中没有体积变化，也无 热量变化，溶液的蒸汽压服从 Raoult law.
H
i M
0
M – mixing i - ideal
22
X1
N1 N1 N2
N1 – the mole number of solvent N2 – the mole number of solution
HM 12[1 2 ]2VM
Hildebrand J., Scott R.L., Solubility of Nonelectrolytes, Reinhold Publishing Corporation, New York, Chapter 7 (1949)
1, 2 – 分别为溶剂和高分子的体积分数
The mixing entropy of the ideal solution
《高分子物理》ppt课件
为和结晶形态。
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
高分子物理化学全套课件
21
贝克兰（1863-1944） 贝克兰用来合成酚醛树脂 的反应釜
22
电器元件
23
聚乙烯的发明
19世纪30年代，英国帝国化学公司（ICI）的福西特和吉布 森想让乙烯和苯甲醛在 140MPa 的高压和 170℃ 温度下进行 反应。未发生预期反应，却发现器壁上有一层白色蜡状的固 体薄膜——乙烯的聚合物。之后的爆炸事故使实验不得不终 止下来。 1935年,ICI的另几位研究人员帕林、巴顿和威廉姆斯决定 重复上述试验。经分析，它与两年前被福西特发现的蜡状 薄膜是同一种物质——聚乙烯。
聚合物合成和反应 功能高分子 高分子物理
聚合物的表征、结构和性 能的关系
高分子材料
高分子工程
聚合物合成工艺和加工成型工艺
综 合 研 究 领 域
高分子化学
制备
结构
加工
性能
应用
4
高分子物理
目录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章 概论 天然高分子 链式聚合反应 逐步聚合反应 聚合物的化学反应 聚合物的结构 聚合物的性质 合成材料 聚合物的加工成型 高分子化学 高分子化学 高分子化学 高分子物理 高分子物理 高分子材料 高分子加工
36
氯丁橡胶的出现
美国也大力研究合成橡胶。1931年首先合成了氯丁橡胶，
氯原子使氯丁橡胶具有天然橡胶所不具备的一些抗腐蚀性 能。例如，它对于汽油之类的有机溶剂具有较高的抗腐蚀 性能，远不像天然橡胶那样容易软化和膨胀。因此，像导 油软管这样的用场，氯丁橡胶实际上比天然橡胶更为适宜。 氯丁橡胶首次清楚地表明，正如在许多其他领域一样，在 合成橡胶领域，实验室的产物并不一定只能充当天然物质 的代用品，它的某些性能能够比天然物质更好。
高分子物理(共90张PPT)
晶，影响制品性能。
收缩与翘曲
高分子制品在成型后，由 于内应力的存在，会发生 收缩和翘曲现象，需通过
工艺控制减少其影响。
高分子加工过程中的物理和化学变化
01 热变化
高分子在加工过程中吸收或放 出热量，引起温度变化，对制 品性能产生影响。
02 力学变化
高分子在加工过程中受到剪切 、拉伸等力的作用，发生力学 状态的变化。
高分子物理(共90张PPT)
CONTENTS
• 高分子物理概述 • 高分子的结构与形态 • 高分子的物理性质 • 高分子的溶液性质 • 高分子的加工与成型 • 高分子物理的应用与发展前景
01
高分子物理概述
高分子的定义与分类
定义
高分子是由大量重复单元通过共价键 连接而成的长链化合物，分子量高达 数千至数百万。
弹性
高分子链的柔顺性和链段运动能力使其具 有弹性，如橡胶的弹性回复。
黏性
高分子链间的缠结和摩擦使其具有黏性， 如聚合物的熔融和溶液行为。
塑性
高分子在一定条件下可发生塑性变形，如 热塑性塑料的加工成型。
强度
高分子材料抵抗外力破坏的能力，如纤维 的强度和韧性。
高分子的热学性质
热容
高分子材料的热容通常较大，吸热和放热 过程中温度变化较小。
物理的研究提供了有力支持。
02
高分子的结构与形态
高分子的链结构
链的近程结构
包括键接方式、支化、交联等
链的远程结构
涉及链的柔顺性、构象和链的尺寸等
链结构的表征方法
如X射线衍射、中子散射、电子显微镜等
高分子的聚集态结构
高分子的分子间相互作用：包括范德华力 、氢键、离子键等
高分子的聚集态类型：如溶液、凝胶、晶 体、非晶态等
收缩与翘曲
高分子制品在成型后，由 于内应力的存在，会发生 收缩和翘曲现象，需通过
工艺控制减少其影响。
高分子加工过程中的物理和化学变化
01 热变化
高分子在加工过程中吸收或放 出热量，引起温度变化，对制 品性能产生影响。
02 力学变化
高分子在加工过程中受到剪切 、拉伸等力的作用，发生力学 状态的变化。
高分子物理(共90张PPT)
CONTENTS
• 高分子物理概述 • 高分子的结构与形态 • 高分子的物理性质 • 高分子的溶液性质 • 高分子的加工与成型 • 高分子物理的应用与发展前景
01
高分子物理概述
高分子的定义与分类
定义
高分子是由大量重复单元通过共价键 连接而成的长链化合物，分子量高达 数千至数百万。
弹性
高分子链的柔顺性和链段运动能力使其具 有弹性，如橡胶的弹性回复。
黏性
高分子链间的缠结和摩擦使其具有黏性， 如聚合物的熔融和溶液行为。
塑性
高分子在一定条件下可发生塑性变形，如 热塑性塑料的加工成型。
强度
高分子材料抵抗外力破坏的能力，如纤维 的强度和韧性。
高分子的热学性质
热容
高分子材料的热容通常较大，吸热和放热 过程中温度变化较小。
物理的研究提供了有力支持。
02
高分子的结构与形态
高分子的链结构
链的近程结构
包括键接方式、支化、交联等
链的远程结构
涉及链的柔顺性、构象和链的尺寸等
链结构的表征方法
如X射线衍射、中子散射、电子显微镜等
高分子的聚集态结构
高分子的分子间相互作用：包括范德华力 、氢键、离子键等
高分子的聚集态类型：如溶液、凝胶、晶 体、非晶态等
《高分子物理》课件
合成的不同方法，包括自由基聚合、阴离子聚合和开环聚合，以 及其在材料制备中的应用。
高分子加工技术
探索高分子材料的加工技术，如挤出、注塑、吹塑等，讨论每种技术的优缺点以及在实际生产中的应用。
高分子材料应用范围
展示高分子材料在不同领域的广泛应用，包括医疗、电子、汽车等，并讨论其在可持续发展中的作用。
总结与展望
总结高分子物理的重要概念，并展望未来的发展方向，探讨高分子物理在新材料研究中的前景。
《高分子物理》PPT课件
这份PPT课件将帮助您了解《高分子物理》的重要概念和应用。通过丰富的 内容和精美的图片，让我们一起探索高分子物理的奇妙世界。
高分子物理概述
介绍高分子物理学的基本概念和理论，包括分子结构、分子力学以及高分子 的物理特性。
高分子材料的物理性质
深入了解高分子材料的物理性质，例如强度、弹性、热传导性等，解释其在 不同应用领域中的优势。
高分子加工技术
探索高分子材料的加工技术，如挤出、注塑、吹塑等，讨论每种技术的优缺点以及在实际生产中的应用。
高分子材料应用范围
展示高分子材料在不同领域的广泛应用，包括医疗、电子、汽车等，并讨论其在可持续发展中的作用。
总结与展望
总结高分子物理的重要概念，并展望未来的发展方向，探讨高分子物理在新材料研究中的前景。
《高分子物理》PPT课件
这份PPT课件将帮助您了解《高分子物理》的重要概念和应用。通过丰富的 内容和精美的图片，让我们一起探索高分子物理的奇妙世界。
高分子物理概述
介绍高分子物理学的基本概念和理论，包括分子结构、分子力学以及高分子 的物理特性。
高分子材料的物理性质
深入了解高分子材料的物理性质，例如强度、弹性、热传导性等，解释其在 不同应用领域中的优势。
高分子物理共90张PPT
高分子物理共90张PPT第一部分：高分子物理基础知识1. 高分子物理概述高分子物理是研究高分子材料的构造、力学性质及其在热、电、光等方面的行为规律的一门学科。
高分子物理的主要研究对象是具有大分子结构的聚合物和高聚物。
2. 高分子材料的结构高分子材料的分子结构可以分为线性、支化和交联三种。
其中，线性结构的高分子链是单纯的直线结构，支化结构则是在链上引入支链结构，交联结构则是在高分子链上形成水晶点，使高分子链之间发生交联作用。
3. 高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质包括力学性质、热性质、电性质、光学性质和磁性质等。
其中，力学性质是高分子材料最基本的性质之一，包括拉伸、压缩、弯曲、挤压、剪切等方面的力学性能；热性质则包括高分子材料的热干扰系数、热导率、热膨胀系数等；电性质则包括高分子材料的电导率、介电常数、介质损耗等；光学性质包括吸收、散射、透射、反射等方面的反映；磁性质则包括磁导率、磁化率等。
4. 高分子材料的分子运动高分子材料的分子运动是高分子物理学研究的一个重要方面。
高分子分子的运动可分为平动、转动、振动三种类型，其中振动运动通常与分子中的化学键振动相关联。
第二部分：高分子材料的物理加工工艺1. 高分子材料的成型加工高分子材料的成型加工包括挤出、注塑、吹塑、压缩成型、旋压成型等多种技术，其中挤出、注塑和吹塑等工艺技术是广泛应用的成型技术，具有高效、经济绿色等优点。
2. 高分子材料的复合加工高分子材料的复合加工是目前最为关注的技术之一，它将高分子材料与其他材料进行有效的综合利用，并在性能上得到了显著的提高。
高分子复合材料广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
3. 高分子材料的改性加工高分子材料的改性加工是指通过添加改性剂来改变高分子材料的属性，以得到更好的性能。
常见的改性剂包括增强剂、塑化剂、光稳定剂、抗氧化剂等。
4. 高分子材料的表面处理高分子材料的表面处理是一种重要的加工技术，它可以提高高分子材料的表面性能和增强其附着力，同时也可以达到美化、防腐蚀等目的。
高分子物理化学全套PPT课件课件
通过深入研究高分子材料的微观结构和宏观性能之间的关系，为高分 子材料的设计和制备提供理论指导。
探索新型高分子材料的合成方法
发展新型的高分子合成方法，实现高效、环保、低成本的合成，提高 高分子材料的性能和功能。
拓展高分子材料的应用领域
将高分子材料应用于新能源、生物医学、环保等领域，开发具有创新 性和实用性的高分子材料。
高分子物理化学的发展历程
• 总结词：高分子物理化学的发展历程包括起步阶段、成长阶段和繁荣阶段，其 发展推动了人类社会的进步。
• 详细描述：高分子物理化学的发展历程可以追溯到20世纪初，当时科学家开 始对高分子物质进行研究，并发现了高分子化合物的长链结构和多分散性等特 点。随着研究的深入，人们逐渐认识到高分子物质的结构和性质在不同尺度上 存在差异，并开始从微观到宏观的不同尺度上进行研究。在成长阶段，高分子 物理化学的研究领域不断扩大，涉及的学科也越来越多，如物理学、化学、生 物学等。同时，人们开始将高分子物理化学应用于实际生产和生活中，推动了 相关产业的发展。进入21世纪后，随着科学技术的发展和人类对物质世界的 认识不断深入，高分子物理化学的研究进入繁荣阶段。人们开始深入研究高分 子物质的结构和性质，探索其在不同环境下的变化规律和机制，为解决实际问 题提供更加精准的理论支持。同时，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发 展，人们可以更加方便地模拟和预测高分子物质的行为和性能，进一步推动相 关领域的发展。总之，高分子物理化学的发展历程是一个不断创新和发展的过 程，其发展推动了人类社会的进步。
高分子物理化学全套 ppt课件
目录
• 高分子物理化学概述 • 高分子结构与性质 • 高分子合成与制备 • 高分子反应与改性 • 高分子材料性能与应用 • 高分子物理化学前沿研究
探索新型高分子材料的合成方法
发展新型的高分子合成方法，实现高效、环保、低成本的合成，提高 高分子材料的性能和功能。
拓展高分子材料的应用领域
将高分子材料应用于新能源、生物医学、环保等领域，开发具有创新 性和实用性的高分子材料。
高分子物理化学的发展历程
• 总结词：高分子物理化学的发展历程包括起步阶段、成长阶段和繁荣阶段，其 发展推动了人类社会的进步。
• 详细描述：高分子物理化学的发展历程可以追溯到20世纪初，当时科学家开 始对高分子物质进行研究，并发现了高分子化合物的长链结构和多分散性等特 点。随着研究的深入，人们逐渐认识到高分子物质的结构和性质在不同尺度上 存在差异，并开始从微观到宏观的不同尺度上进行研究。在成长阶段，高分子 物理化学的研究领域不断扩大，涉及的学科也越来越多，如物理学、化学、生 物学等。同时，人们开始将高分子物理化学应用于实际生产和生活中，推动了 相关产业的发展。进入21世纪后，随着科学技术的发展和人类对物质世界的 认识不断深入，高分子物理化学的研究进入繁荣阶段。人们开始深入研究高分 子物质的结构和性质，探索其在不同环境下的变化规律和机制，为解决实际问 题提供更加精准的理论支持。同时，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发 展，人们可以更加方便地模拟和预测高分子物质的行为和性能，进一步推动相 关领域的发展。总之，高分子物理化学的发展历程是一个不断创新和发展的过 程，其发展推动了人类社会的进步。
高分子物理化学全套 ppt课件
目录
• 高分子物理化学概述 • 高分子结构与性质 • 高分子合成与制备 • 高分子反应与改性 • 高分子材料性能与应用 • 高分子物理化学前沿研究
高分子化学与物理课件(全套) PPT
意大利人纳塔
——[ TiCl3+Al(C2H5)3]——等规立构聚丙烯
1963年齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。
石油裂解产物得 到充分利用
Giulio Natta 1903~1979
高分子理论和聚合方法上的突破
活性聚合的实现
1956年，美国Szwarc提出活性聚合概念 ——高分子进入分子设计时代。
N H
n
polypyrrole (PPy)
H N
S n polythiophene (PT)
H N
n poly(phenylene vinylene) (PPV)
N
N n
polyaniline
1.1 高 分 子 科 学 简 史
天然高分子 的直接利用 天然高分子 的化学改性
淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等
论聚合 ”
的论文，提出高分子物质是由具有相同化学
结构的单体经过化学反应(聚合)，通过化学 键连接在一起的大分子化合物。
1932年出版了划时代的巨著《高分子
有机化合物》，成为高分子化学作为一 门新兴学科建立的标志。
1953年诺贝尔奖
高分子理论和聚合方法上的突破
Paul J. Flory——建立了高分子长链结
II. 平 均 分 子 量
聚合物的分子量或聚合度是统计的，是一个平均值，叫 平均分子量或平均聚合度。 平均分子量的统计可有多种标准，其中最常见的是重均 分子量和数均分子量。
1.2.2 聚合物的分子量及多分散性
假设某一聚合物样品中所含聚合物分子总数为n，总质量为w， 其中，分子量为Mi的分子有ni摩尔，所占分子总数的数量分数 为Ni，则Ni = ni/n，其质量为wi = niMi，其质量分数为Wi = wi/w，∑ni = n,∑wi = w,∑Ni =1,∑Wi =1。
高分子物理pptPPT课件演示文稿
链段运动从“冻结”到“解冻”的转变。 非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变。对晶
态聚合物，玻璃化转变是指其中非晶部分的这 种转变。 发生玻璃化转变的温度叫做玻璃化温度Tg
27
第二十七页，共390页。
Tg的工艺意义
是非晶热塑性塑料(如PS, PMMA)使用温度的上限 是非晶性橡胶(如天然橡胶, 丁苯橡胶)使用温度的下限
41
第四十一页，共390页。
自由体积理论（Fox 、 Flory）
固体和液体总的体积(VT)由两部分组成: 占有
7. 高分子热运动是一个松弛过程，松弛时间的大小取决于（
）。
A、材料固有性质 B、温度 C、外力大小 D、以上三 者都有关系。
40
第四十页，共390页。
5.3 高聚物的玻璃化转变
5.3.2 玻璃化转变理论 The theories of glass transition
等自由体积理论 (半定量) 热力学理论 (定性) 动力学理论 (定性)
T
T
（时温等效原理）
112
对于链段运动，松弛时间与温度的关系遵循WLF方程
第十二页，共390页。
5.2 聚合物的力学状态和热转变
➢ 1. 线形非晶态聚合物的力学状态 ➢ 2. 晶态聚合物的力学状态 ➢ 3. 交联聚合物的力学状态
113 第十三页，共390页。
5.2.1 线形非晶态聚合物的力学状态
流动，但此时已超过Td , 所以已经分解。PTFE就是如此， 所以不能注射成型，只能用烧结法。 PVA和PAN也是如此，所以不能熔融法纺丝所以不能 熔融法纺丝，只能溶液纺丝。
224
第二十四页，共390页。
5.2.3 交联聚合物的力学状态
1. 分子链间的交联限制了整链运动，无Tf 。 2. 交联密度较小时， “网链”较长，外力作用下链
态聚合物，玻璃化转变是指其中非晶部分的这 种转变。 发生玻璃化转变的温度叫做玻璃化温度Tg
27
第二十七页，共390页。
Tg的工艺意义
是非晶热塑性塑料(如PS, PMMA)使用温度的上限 是非晶性橡胶(如天然橡胶, 丁苯橡胶)使用温度的下限
41
第四十一页，共390页。
自由体积理论（Fox 、 Flory）
固体和液体总的体积(VT)由两部分组成: 占有
7. 高分子热运动是一个松弛过程，松弛时间的大小取决于（
）。
A、材料固有性质 B、温度 C、外力大小 D、以上三 者都有关系。
40
第四十页，共390页。
5.3 高聚物的玻璃化转变
5.3.2 玻璃化转变理论 The theories of glass transition
等自由体积理论 (半定量) 热力学理论 (定性) 动力学理论 (定性)
T
T
（时温等效原理）
112
对于链段运动，松弛时间与温度的关系遵循WLF方程
第十二页，共390页。
5.2 聚合物的力学状态和热转变
➢ 1. 线形非晶态聚合物的力学状态 ➢ 2. 晶态聚合物的力学状态 ➢ 3. 交联聚合物的力学状态
113 第十三页，共390页。
5.2.1 线形非晶态聚合物的力学状态
流动，但此时已超过Td , 所以已经分解。PTFE就是如此， 所以不能注射成型，只能用烧结法。 PVA和PAN也是如此，所以不能熔融法纺丝所以不能 熔融法纺丝，只能溶液纺丝。
224
第二十四页，共390页。
5.2.3 交联聚合物的力学状态
1. 分子链间的交联限制了整链运动，无Tf 。 2. 交联密度较小时， “网链”较长，外力作用下链
《高分子物理》全套教学课件
《高分子物理》全套教学课件一、教学内容本课件依据《高分子物理》教材，重点围绕第三章“高分子链的结构与性质”以及第四章“高分子溶液与溶胶”展开。
详细内容包括：高分子链的构造、链段运动与高分子弹性；高分子溶液的热力学性质、溶胶的稳定性；高分子链在溶液中的形态及其动态变化。
二、教学目标1. 让学生深入理解高分子链的结构特点及其对高分子性质的影响。
2. 培养学生掌握高分子物理的基本概念，如高分子溶液的热力学性质、溶胶的稳定性等。
3. 培养学生运用高分子物理知识解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点教学难点：高分子链的构造及其对高分子性质的影响；高分子溶液的热力学性质。
教学重点：高分子链的结构与性质；高分子溶液与溶胶的稳定性。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体课件、黑板、粉笔。
2. 学具：高分子物理教材、笔记本、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示日常生活中的高分子制品，如塑料、橡胶等，引导学生思考高分子材料的性质与应用。
2. 知识讲解：a. 高分子链的结构与性质：讲解高分子链的构造、链段运动与高分子弹性。
b. 高分子溶液与溶胶：讲解高分子溶液的热力学性质、溶胶的稳定性。
3. 例题讲解：针对高分子链的结构与性质、高分子溶液的热力学性质等内容，进行典型例题讲解。
4. 随堂练习：布置与高分子物理相关的练习题，巩固所学知识。
六、板书设计1. 高分子链的结构与性质a. 高分子链的构造b. 链段运动与高分子弹性2. 高分子溶液与溶胶a. 高分子溶液的热力学性质b. 溶胶的稳定性七、作业设计1. 作业题目：a. 解释高分子链的构造对高分子性质的影响。
b. 计算一个给定高分子溶液的渗透压。
c. 分析一个高分子溶胶的稳定性，并提出改善措施。
2. 答案：见附件。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：a. 邀请相关领域的专家进行专题讲座，加深学生对高分子物理的理解。
b. 组织学生参观高分子制品生产企业，了解高分子物理知识在实际生产中的应用。
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本讲内容： 第一节 高聚物的溶解 •高聚物溶解过程的特点 •高聚物溶解过程的热力学解释 •溶剂的选择
第二节 高分子溶液的热力学性质 •小分子理想溶液的热力学
9
3.1 The solution of polymers 聚合物的溶解
The process of solution 溶解过程
（1） 非晶态聚合物的溶胀和溶解
19
F 聚合物各结构基团的摩尔引力常数
(c) 计算法 V 重复单元的摩尔体积
PMMA
CH2
269
O 668.2
C O CH3
C
303.4
65.6 n
CH3 303.4
F=269+65.6+668.2+303.4*2=1609.6
V=M/=(5C+2O+8H)/1.19=100/1.19
F 19.154
13
因此，是否能溶取决于HM
(a) 极性高聚物溶于极性溶剂中，如果有强
烈相互作用，一般会放热，HM <0, 从而溶
解过程自发进行。
(b) 大多数高聚物溶解时，HM >0, 从而溶 解过程能自发进行取决于HM 和TSM的相
对大小。
HM < TSM 能进行溶解。HM 越小越有利
于溶解的进行。
14
Hildebrand equation
Gibbs 方程
G=H-TS
GM HM TSM
Josiah Willard Gibbs (1839-1903)
GM 0 自发进行？
分为三种情况 状态
GM 0 不溶解，相分离
7
重点和要求：
了解不同聚合物的溶解过程差异；从Flory— Huggins晶格模型理论出发，所推导出的高分 子溶液混合过程的混合热、混合熵、混合自由 能和化学位与小分子理想溶液的差别及产生差 别的原因；何为溶液；相分离及其机理。
VMi 0
溶液中溶质分子间，溶剂分子间， 溶质和溶剂分子间的相互作用是 相等的。
溶解过程中没有体积变化，也无 热量变化，溶液的蒸汽压服从 Raoult law.
(i) 溶剂分子渗入聚合物内部，即 溶剂分子和高分子的某些链段混合， 使高分子体积膨胀-溶胀。
(ii) 高分子被分散在溶剂中，整个 高分子和溶剂混合-溶解。
（2） 交联聚合物的溶胀平衡
交联聚合物在溶剂中可以发生溶胀， 但是由于交联键的存在，溶胀到一定 程度后，就不再继续胀大，此时达到 溶胀平衡，不能再进行溶解。
结晶聚合物， 先熔融，后溶解
交联聚合物，
Cross-linked polymers
只溶涨，不溶解
11
3.1.2 溶剂选择
• “相似相溶”原则 • “溶度参数相近”原则
• “高分子-溶剂相互作用参数1小于
1/2“原则
（1）“相似相溶”原 则
极 极 非极
非极
12
(2) “溶度参数或内聚能密 度相近”原则
第三章 高分子溶液
本章学时：6 1
高分子物理 第三章 高分子溶液
武德珍
2
3W
W hat is polymer solution? W hy to study polymer solution? HOW to study polymer solution?
3
W hat is polymer solution?
如何测定溶度参数
溶度参数 = 1/2 =
CED E V
17
(a) 溶胀法：
用交联聚合物，使其在不同溶剂中达到溶胀 平衡后测其溶胀度，溶胀度最大的溶剂的溶 度参数即为该聚合物的溶度参数。
18
(b) 粘度法
即按照溶度参数原则，溶度参数越是接近相溶性越好，相 溶越好溶液粘度最大。所以把高分子在不同溶剂中溶解， 测其粘度，粘度最大时对应的溶剂的溶度参数即为此高分 子的溶度参数。
HM 12[1 2 ]2VM
Hildebrand J., Scott R.L., Solubility of Nonelectrolytes, Reinhold Publishing Corporation, New York, Chapter 7 (1949)
1, 2 – 分别为溶剂和高分子的体积分数
本章教学目的：通过本章的学习，全面了解由于高分
子的长链大分子的结构特点带来的在溶解过程和溶液热 力学参数上的与小分子的不同，正确判断何时能溶、何 时为状态、何时发生相分离；对多组分聚合物组成的溶 液体系而言，由相分离机理不同所带来的织态结构和性 能差异。
8
第八讲 高聚物的溶解和Flory— Huggins初步介绍
溶度参数 = 1/2 = CED E V
CED –Cohesive energy density 内聚能密度
热力学分析 GM H m TSM
Gibbs free energy 自 Enthalpy
由能
焓
EntropyBiblioteka 熵溶解自发进行的必要条件 GM 0
溶解过程中 SM 0 TSM 0
V
20
(3) “高分子-溶剂相互作用参
数1小于1/2“原则
1
1 2
1
1 2
1
1 2
良溶剂
status
Why?
劣溶剂
21
3.2 Thermodynamical properties of the flexible chain polymer solutions
3.2.1 ideal solution 理想溶液
（3） 结晶聚合物的溶解
(i) 结晶聚合物的先熔 融，其过程需要吸热。
(ii) 熔融聚合物的溶解。
(i) 非极性聚合物 (ii) 极性聚合物
10
Key points for polymer dissolving
Linear polymers
线形聚合物， 先溶涨，后溶解
Crystalline polymers
1, 2 – 分别为溶剂和高分子的溶度参数
VM – 混合后的体积
15
一般说来如果 1 2 1.7 ~ 2.0 则聚合物不溶
Hildebrand公式适用于非极性或弱极性
强极性时要使用Hansen公式:
2
d2
2 p
h2
式中：下标d、p、h分别表示色散力、极性力和氢键力
混合溶剂： 11 22
16
传统上
广义上
4
W hy to study polymer solution?
研究 高分子溶液是研究单个高分子链结构的最佳方法
应用
粘合剂
涂料
溶液纺丝
增塑
共混
5
HOW to study polymer solution?
•聚合物的溶解过程 •溶剂的选择 •溶解状态：互溶 或 分离 •溶解热力学
6
Gibbs 混合自由能
第二节 高分子溶液的热力学性质 •小分子理想溶液的热力学
9
3.1 The solution of polymers 聚合物的溶解
The process of solution 溶解过程
（1） 非晶态聚合物的溶胀和溶解
19
F 聚合物各结构基团的摩尔引力常数
(c) 计算法 V 重复单元的摩尔体积
PMMA
CH2
269
O 668.2
C O CH3
C
303.4
65.6 n
CH3 303.4
F=269+65.6+668.2+303.4*2=1609.6
V=M/=(5C+2O+8H)/1.19=100/1.19
F 19.154
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因此，是否能溶取决于HM
(a) 极性高聚物溶于极性溶剂中，如果有强
烈相互作用，一般会放热，HM <0, 从而溶
解过程自发进行。
(b) 大多数高聚物溶解时，HM >0, 从而溶 解过程能自发进行取决于HM 和TSM的相
对大小。
HM < TSM 能进行溶解。HM 越小越有利
于溶解的进行。
14
Hildebrand equation
Gibbs 方程
G=H-TS
GM HM TSM
Josiah Willard Gibbs (1839-1903)
GM 0 自发进行？
分为三种情况 状态
GM 0 不溶解，相分离
7
重点和要求：
了解不同聚合物的溶解过程差异；从Flory— Huggins晶格模型理论出发，所推导出的高分 子溶液混合过程的混合热、混合熵、混合自由 能和化学位与小分子理想溶液的差别及产生差 别的原因；何为溶液；相分离及其机理。
VMi 0
溶液中溶质分子间，溶剂分子间， 溶质和溶剂分子间的相互作用是 相等的。
溶解过程中没有体积变化，也无 热量变化，溶液的蒸汽压服从 Raoult law.
(i) 溶剂分子渗入聚合物内部，即 溶剂分子和高分子的某些链段混合， 使高分子体积膨胀-溶胀。
(ii) 高分子被分散在溶剂中，整个 高分子和溶剂混合-溶解。
（2） 交联聚合物的溶胀平衡
交联聚合物在溶剂中可以发生溶胀， 但是由于交联键的存在，溶胀到一定 程度后，就不再继续胀大，此时达到 溶胀平衡，不能再进行溶解。
结晶聚合物， 先熔融，后溶解
交联聚合物，
Cross-linked polymers
只溶涨，不溶解
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3.1.2 溶剂选择
• “相似相溶”原则 • “溶度参数相近”原则
• “高分子-溶剂相互作用参数1小于
1/2“原则
（1）“相似相溶”原 则
极 极 非极
非极
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(2) “溶度参数或内聚能密 度相近”原则
第三章 高分子溶液
本章学时：6 1
高分子物理 第三章 高分子溶液
武德珍
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3W
W hat is polymer solution? W hy to study polymer solution? HOW to study polymer solution?
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W hat is polymer solution?
如何测定溶度参数
溶度参数 = 1/2 =
CED E V
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(a) 溶胀法：
用交联聚合物，使其在不同溶剂中达到溶胀 平衡后测其溶胀度，溶胀度最大的溶剂的溶 度参数即为该聚合物的溶度参数。
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(b) 粘度法
即按照溶度参数原则，溶度参数越是接近相溶性越好，相 溶越好溶液粘度最大。所以把高分子在不同溶剂中溶解， 测其粘度，粘度最大时对应的溶剂的溶度参数即为此高分 子的溶度参数。
HM 12[1 2 ]2VM
Hildebrand J., Scott R.L., Solubility of Nonelectrolytes, Reinhold Publishing Corporation, New York, Chapter 7 (1949)
1, 2 – 分别为溶剂和高分子的体积分数
本章教学目的：通过本章的学习，全面了解由于高分
子的长链大分子的结构特点带来的在溶解过程和溶液热 力学参数上的与小分子的不同，正确判断何时能溶、何 时为状态、何时发生相分离；对多组分聚合物组成的溶 液体系而言，由相分离机理不同所带来的织态结构和性 能差异。
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第八讲 高聚物的溶解和Flory— Huggins初步介绍
溶度参数 = 1/2 = CED E V
CED –Cohesive energy density 内聚能密度
热力学分析 GM H m TSM
Gibbs free energy 自 Enthalpy
由能
焓
EntropyBiblioteka 熵溶解自发进行的必要条件 GM 0
溶解过程中 SM 0 TSM 0
V
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(3) “高分子-溶剂相互作用参
数1小于1/2“原则
1
1 2
1
1 2
1
1 2
良溶剂
status
Why?
劣溶剂
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3.2 Thermodynamical properties of the flexible chain polymer solutions
3.2.1 ideal solution 理想溶液
（3） 结晶聚合物的溶解
(i) 结晶聚合物的先熔 融，其过程需要吸热。
(ii) 熔融聚合物的溶解。
(i) 非极性聚合物 (ii) 极性聚合物
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Key points for polymer dissolving
Linear polymers
线形聚合物， 先溶涨，后溶解
Crystalline polymers
1, 2 – 分别为溶剂和高分子的溶度参数
VM – 混合后的体积
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一般说来如果 1 2 1.7 ~ 2.0 则聚合物不溶
Hildebrand公式适用于非极性或弱极性
强极性时要使用Hansen公式:
2
d2
2 p
h2
式中：下标d、p、h分别表示色散力、极性力和氢键力
混合溶剂： 11 22
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传统上
广义上
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W hy to study polymer solution?
研究 高分子溶液是研究单个高分子链结构的最佳方法
应用
粘合剂
涂料
溶液纺丝
增塑
共混
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HOW to study polymer solution?
•聚合物的溶解过程 •溶剂的选择 •溶解状态：互溶 或 分离 •溶解热力学
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Gibbs 混合自由能