高分子物理 -小结

高分子物理小结

(1~5章)

2011年5月

注：仅供高分子物理学习补充

绪论

至今高分子科学诺贝尔奖获得者

•H. Staudinger （德国）:把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）

•K.Ziegler （德国）: G.Natta （意大利） : 乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）

•P. J. Flory (美国）: 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。

•H. Shirakawa白川英树(日本), Alan G. MacDiarmid (美国), Alan J. Heeger (美国) ：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。

•de Gennes(法国)：软物质、普适性、标度、魔梯。

我国高分子的科学发展

我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表了首篇高分子科学论文。

长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）；

冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。

何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。

钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。

钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。

徐僖50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。

王葆仁1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组。

第一章高分子链的结构

高分子结构的主要特点：

高聚物的结构是非常复杂的，与低分子相比有如下几个特点：

１）高分子链是由数目很大（103~105数量级）的结构单元所组成的。

２）一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。３）高分子结构的不均一性。

４）高分子之间的相互作用力对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。５）高聚物的聚集态有晶态和非晶态之分。

６）高聚物材料的织态结构对高聚物材料的性能有着重要的影响。

1.1 组成和构造

1.1.1 结构单元的化学组成

碳链高分子主要通过加成反应制备.

这一类高分子的特点:

优点：

（１）大多数都具有好的可塑性；

（２）通常来讲加工成型比较容易；

（３）原料来源比较丰富，成本低；

缺点：

（１）大多数都容易燃烧；

（２）耐热性比较差；

（３）容易老化。

杂链高分子：

主链除碳原子以外，还有其他原子，如：氧、氮、硫等存在，同样以共价键相连接。由于主链是由两种以上的不同原子组成，所以称为杂链高分子（hetero chain polymer）。如: PA、PET、PBT、POM、PC等，由缩聚和开环反应制得。

－(CH2－O)n－Acetals (Polyether) (POM)

－(CH2－CH2－S－S)n－ Polysulfone Rubber

这一类高聚物主要是通过缩合聚合或者开环聚合反应制备。

特点是耐热性和强度性能都比纯粹的碳链高聚物要高一些。通常可以作为工程塑料。但因主链带有极性，容易水解、醇解或者酸解。

1.1.2 高分子链的构型

构型（configuration）是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。

1.1.

2.1 旋光异构

具有四个不同取代基的C原子（不对称C原子，asymmetric carbon atom)在空间有两种可能的互不重叠的排列方式，成为互为镜像的两种异构体(isomer)，并表现出不同的旋光性，称为旋光异构体。

1.1.

2.2 几何异构

主链上有双键

•几何异构(顺反异构)

–成因：1,4加聚的双烯类聚合物中，由于主链双键的碳原子上的取代基不能绕双键旋转，当组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时，即可形成顺反两种构型，它们称作几何异构体。

1.1.

2.3 键接异构

1,2 addition 1,1 addition

支化，交联的表征

支化度的表征

•支化因子G：支化高分子链的均方半径与线形高分子链的均方半径之比值；

•支化度：以支化点密度或两相邻支化点之间的链的平均分子量来表示支化的程度，称支化度。

•交联度：用相邻两个交联点之间的链的平均分子Mc 来表示。支联度越大，Mc越小。

•交联点密度：交联的结构单元占总结构单元的分数，即每一结构单元的交联几率。

线型、支化、网状分子的性能差别

•线型分子：可溶，可熔，易于加工，可重复应用，一些合成纤维，“热塑性”塑料（PVC，PS等属此类）;

•支化分子：一般也可溶，但结晶度、密度、强度均比线型差;

•网状分子：不溶，不熔，耐热，耐溶剂等性能好，但加工只能在形成网状结构之前，一旦交联为网状，便无法再加工，“热固性”塑料（酚醛、脲醛属此类）.

1.1.4 共聚物的序列结构

统计(无规）共聚物Statistical (Random) copolymer，Poly(A-ran-B)

交替共聚物Alternating copolymer, Poly(A-alt-B)

嵌段共聚物 Poly(A-block-B)

接枝共聚物 Poly(A-graft-B)

不同序列结构在共聚物中的应用ABS

第二节高分子链的构象

1.2 构象

由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫做构象(conformation)。分子热运动就足以使之实现，各种构象之间转换速度极快，因而构象是不稳定的。

高分子链的柔顺性(flexibility)

范德华力是存在于分子间的一种作用力，它比化学键弱得多。一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、