第三章高分子材料的物理化学性质
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。
高分子材料
2. 高分子材料的机械性能特点 (1)强度低
100 MPa, 比 金属低得多, 但由于其重量轻、密度小， 许多高聚物的比强度还是很高的, 某些 工程塑料的比强度比钢铁和其他金属 还高。对于粘弹性的高聚物，其强度 主要受温度和变形速度的影响。
另一类高分子化合物的分子中虽然也包含了成千上万个结 构单元，但是所有的结构单元都是相同的，是由很多相同的 单元连接在一起的，不少天然的有机高分子材料都有这样的 结构，例如天然橡胶的主要成分是异戊二烯，棉纤维的主要 成分是纤维素。
构成大分子的最小重复结构单元，简称结构单元，或 称链节。构成结构单元的小分子称单体。
随着温度的升高，高聚物的力学
状态发生变化，在脆化温度Tb以下， 高聚物处于硬玻璃态；在Tb～Tg之间 处于软玻璃态；在略高于Tg时处于皮 革态；在高于Tg较多时处于橡胶态； 在接近于粘流温度Tf时处于半固态。
相应地，高聚物的性能由硬脆逐渐变 为强硬、强韧、柔韧高分子材料
高分子材料又称为高分子聚合物(简称高聚物),是以高分子化合 物为主要组分的有机材料。高分子化合物是指相对分子质量很大 的化合物，其相对分子质量一般在5000以上，有的甚至高达几百 万。高分子化合物由低分子化合物通过聚合反应获得。组成高分 子化合物的低分子化合物称作单体。
高分子材料的发展概况 （1）蒙昧期：19世纪中叶以前人们是无意识地使用高分子 材料。 （2）萌芽期：20世纪初期出现化学改性和人工合成的高分 子。 （3）争鸣期：20世纪初期到30年代高分子 （Macromolecule Polymer）概念形 成。 1920年德国学者H.Staudinger发表了他的划时代的文献 “论聚合”，提出异戊二烯构成橡胶，葡萄糖构成淀粉，纤 维素氨基酸构成蛋白质，都是以共价键彼此连接，提出高分 子长链结构的概念。
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。
大学高分子物理学教案
大学高分子物理学教案高分子物理学是高分子科学中的重要组成部分，是探索高分子材料性质和应用的关键学科。
本教案主要介绍高分子物理学的基本概念、物理化学性质和研究方法等方面内容，以期提高学生的学习效果和掌握相关专业知识。
一、教学目标1、掌握高分子物理学的基本概念和性质。
2、理解高分子聚合物的结构与性质关系。
3、掌握高分子聚合物的合成方法及基本工艺。
4、掌握高分子材料的热学、力学、电学等基本性质。
5、培养学生的实验设计、数据处理和分析能力。
二、教学内容第一章高分子聚合物结构1、高分子聚合物的分类和命名2、高分子聚合物分子结构3、高分子聚合物的物理化学性质第二章高分子合成方法1、自由基聚合法2、离子聚合法3、开环聚合法4、酶催化聚合法第三章高分子材料物理化学性质1、高分子材料的热学性质2、高分子材料的力学性质3、高分子材料的电学性质第四章高分子材料表征方法1、X射线衍射2、核磁共振3、热重分析4、拉曼光谱第五章高分子材料应用1、高分子材料在医药领域的应用2、高分子材料在电子领域的应用3、高分子材料在环保领域的应用三、教学方法1、理论讲授：讲解高分子物理学的基本概念和性质。
2、互动探讨：通过提问和互动的方式，激发学生的分析和思考能力。
3、辅助实验：开展高分子实验，培养学生精细化实验操作的能力。
4、案例分析：以典型案例为例，探讨高分子材料的应用。
四、教学评估1、期中考试：主要考察学生对高分子物理学概念和知识的理解掌握。
2、实验报告：根据实验结果，分析和解释实验现象的原因和机理。
3、期末论文：阐述某一高分子材料的综合性能和应用前景。
五、教学资源和参考书目1、教材：《高分子物理学》高都海、陈佳慧2、参考书：《高分子学原理与应用》余留芳、陈雄波3、参考网站：中国高分子学会、SCI检索网站。
六、教学时间安排本教学方案按照14周授课时间安排，其中前三周用于无机高分子概论的讲授，后十一周则为高分子物理学，细节见下：第一周无机高分子的介绍第二周无机高分子的结构与性质第三周无机高分子的合成第四周高分子聚合物分类与命名第五周高分子聚合物分子结构第六周高分子聚合物的物理化学性质第七周自由基聚合法第八周离子聚合法第九周开环聚合法第十周酶催化聚合法第十一周高分子材料热学性质第十二周高分子材料力学性质第十三周高分子材料电学性质第十四周期末总结七、教学反思此次教学重在理论讲授，适当引入了案例分析和实验操作，但也存在一些不足之处，即教学方法单一、实验环节亟待完善等问题，需在后续教学中加强改进。
高分子材料的物理化学特性
高分子材料的物理化学特性高分子材料是一类非常常见的材料，广泛应用于各种领域，例如建筑、汽车、电子、医疗、生物等领域。
高分子材料独特的物理化学特性是制造它的原材料和生产工艺的结果，了解这些特性可以帮助我们更好地设计和制造高分子材料产品，提高其性能和可靠性。
一、高分子的分子结构高分子是由大量单体分子通过聚合反应形成的长链分子。
它们通常是由碳、氢、氧、氮等元素组成的大分子，其基本结构包括主链和侧链。
主链是高分子分子结构的基本框架，侧链则可以增强或改变高分子的性质。
例如，聚氨酯聚合物的侧链可以是甲基、乙基、丁基或苯基等，不同侧链对聚氨酯材料的性质有着不同的影响。
二、高分子的力学特性高分子材料的力学特性是指其在外部力下的响应行为，包括弯曲、拉伸、压缩、剪切等方面。
高分子材料的力学特性主要由分子结构、分子量、分子量分布、化学成分、注射成型条件等因素决定。
高分子材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等力学特性是确定其使用寿命和耐用性的关键因素。
三、高分子的热学特性高分子材料的热学特性是指其在温度变化下的物理行为。
高分子材料的热容量、热导率、线膨胀系数等热学特性对于高分子材料的加工工艺、使用环境和耐热性等都有很大的影响。
例如，聚苯乙烯 (PS) 材料的热导率很低，因此在高温环境下很难进行加工和使用。
四、高分子的光学特性高分子材料的光学特性是指其在光学上的反应和行为，包括折射率、透过率、发光性等。
高分子材料中的原子和分子之间的电子极化、氢键和范德瓦尔斯力等，影响其光学特性。
例如，聚苯醚 (PPO) 材料的折射率很高，它常用于制造反射镜、透镜等光学器件。
五、高分子的电学特性高分子材料的电学特性是指其在电场下的反应行为，包括电阻率、介电常数、电容等方面。
高分子材料的电学特性主要来自于电子从一个分子到另一个分子的传递。
例如，聚乙烯 (PE) 材料的电阻率很低，因此它常用于制造电线和缆线等电子器件。
在现代工业领域中，高分子材料的应用越来越广泛，它们的物理化学特性已经成为人们研究和制造高性能高分子材料的关键。
高分子材料的物理和化学性能
——聚合物的导热性 ——聚合物的导热性 ⊕一般较差（因靠分子间力结合的）。 一般较差（因靠分子间力结合的）。 ⊕固体聚合物的热导率范围较窄（0.22W·m-1·K-1左 固体聚合物的热导率范围较窄（0.22W· 右）。 ⊕结晶聚合物的热导率稍高，非晶聚合物的热导率 结晶聚合物的热导率稍高， 随分子量增大而增大。 随分子量增大而增大。 ⊕低分子的增塑剂的加入：会使热导率下降。 低分子的增塑剂的加入：会使热导率下降。
——高分子材料的介电常数是以上几种因素所产生 ——高分子材料的介电常数是以上几种因素所产生 介电常数分量的总和。 介电常数分量的总和。 （二）相关数值 ——介电现象产生的原因：分子极化。 ——介电现象产生的原因：分子极化。 介电现象产生的原因 ——介电常数数值：非极性聚合物2左右； ——介电常数数值：非极性聚合物2左右；极性聚合 介电常数数值 见表3 11）。 物3-9（见表3-11）。
——例子：聚偏氟乙烯、涤纶树脂、PP、PC等聚合 ——例子：聚偏氟乙烯、涤纶树脂、PP、PC等聚合 例子 物超薄薄膜驻极体已广泛用于电容器传声隔膜及 计算机贮存器等方面。 计算机贮存器等方面。 ——热释电流：若加热驻极体以激发其分子运动， ——热释电流：若加热驻极体以激发其分子运动， 热释电流 极化电荷将被释放出来，产生退极化电流，称为 极化电荷将被释放出来，产生退极化电流， 热释电流（TSC）。 热释电流（TSC）。
（二）影响因素 ⊕极性：极性聚合物才有明显的介电损耗。 极性：极性聚合物才有明显的介电损耗。 ⊕非晶态极性聚合物：介电谱上一般均出现两个介 非晶态极性聚合物： 电损耗峰，分别记作α 见图3 37）。 电损耗峰，分别记作α和β（见图3-37）。
α峰：相应于主 链链段构象重排， 链链段构象重排， 它和Tg是对应的。 它和Tg是对应的。 Tg是对应的 β峰：相应于次 级转变， 级转变，对聚醋 酸乙烯酯 是柔性侧基的运 动，对PVC相应 PVC相应 于主链的 局部松弛运动。 局部松弛运动。
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。
高分子物理总结
第三章 高聚物的分子运动3.1 高聚物的分子热运动1. 高分子热运动的特点1. 运动单元的多重性。
除了整个分子的运动(即布朗运动)外还有链段、链节、侧基、支链等的运动(称微布朗运动).2. 运动时间的依赖性。
高分子热运动是一个松驰过程。
在外场作用下物体从一种平衡状态通过分子运动过渡到另一种平衡状态是需要时间的，这个时间称为松弛时间，记作τ./0t x x e τ-= 当t=τ时， 10x x e -=式中0x 是外力未除去时塑料丝增加的长度，x (t)是外力除去后，在t 时间内测出塑料丝增加的长度，τ为常数。
因而松驰时间定义为: x 变到等于0x 的1e -时所需要的时间.它反映某运动单元松弛过程的快慢.由于高分子运动单元有大有小， τ不是单一值而是一个分布，称为”松弛时间谱”.3. 分子运动的温度依赖性. 温度对高分子的热运动有两方面的作用：①使运动单元活化。
②温度升高使高聚物发生体积膨胀。
升高温度加快分子运动，缩短松驰时间，即有/0E RT e ττ= 式中E 为活化能， 0τ为常数.如果高聚物体系的温度较低，运动单元的松驰时间τ就较长，因而在较短时间内将观察不到松驰现象；但是如果温度升高，缩短了运动单元的松驰时间τ，就能在较短的时间内观察到松驰现象。
2. 高聚物的力学状态和热转变在一定的力学负荷下，高分子材料的形变量与温度的关系式称为高聚物的温度-形变曲线(或称热机械曲线)①线型非晶态高聚物的温度-形变曲线.线形非晶态聚合物的形变-温度曲线玻璃态:链段运动被冻结，此时只有较小的运动单元如链节、侧基等的运动，以及键长键角的变化，因而此时的力学性质与小分子玻璃差不多，受力后变形很小(0.01%~0.1%)，且遵循胡克定律，外力除后立即恢复.这种形变称为普弹形变.玻璃态转变:在3~5℃范围内几乎所有的物理性质都发生突变，链段此时开始运动，这个转变温度t 称为玻璃态转变温度(T g ).高弹态:链段运动但整个分子链不产生移动.此时受较小的力就可发生很大的形变(100%~1000%)，外力除去后可完全恢复，称为高弹形变.高弹态是高分子所特有的力学状态.流动温度:链段沿作用力方向的协同运动导致大分子的重心发生相对位移，聚合物呈现流动性，转变温度称为流动温度(T f ).粘流态:与小分子液体的流动相似，聚合物呈现粘性液体状，流动产生了不可逆变形.②交联高聚物的温度-形变曲线 交联度较小时，存在T g ， 但T f 随交联度增加而逐渐消失.交联度较高时， T g 和T f 都不存在.③晶态聚合物的温度-形变曲线. 一般相对分子质量的晶态聚合物只有一个转变，即结晶的熔融，转变温度为熔点T m .当结晶度不高(X c <40%)时，能观察到非晶态部分的玻璃化转变，即有T g 和T m 两个转变.相对分子质量很大的晶态高聚物达到T m 后，先进入高弹态，在升温到T g 后才会进入粘流态，于是有两个转变.④增塑聚合物的温度-形变曲线 加入增塑剂一般使聚合物的T g 和T f 都降低，但对柔性链和刚性链，作用有所不同.对柔性链聚合物， T g 降低不多而T f 降低较多，高弹区缩小；对刚性链聚合物， T g 和T f 都显著降低，在增塑剂达到一定浓度时，由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用，使刚性链变为柔性链，此时T g 显著降低而T f 降低不大，即扩大了高弹区，称”增弹作用”，这点对生产上极为有用(如PVC 增塑后可作为弹性体用).3. 高聚物的松驰转变及其分子机理在T g 以下，链段是不能运动了，但较小的运动单元仍可运动，这些小运动单体从冻结到运动的变化过程也是松弛过程，称为次级松弛。
高分子物理结构与性能第三章结晶动力学与结晶热力学
Avrami指数——与成核机理和晶体生长方式有关的常数，等于生长的空间维数和成核过程的时间维数之和。
生长方式
均相成核
异相成核
三维生长（球晶）
n=3+1=4
n=3+0=3
二维生长（片晶）
n=2+1=3
n=2+0=2
一维生长（针状晶体）
n=1+1=2
n=1+0=1
不同成核方式和生长类型的Avrami指数
求平均值E（E是时间的函数）
设单位面积内的平均雨滴数为N，当时间由t增加到t+dt时，有效面积的增量为2πrdr，平均值E的增量为：
设水波前进速度（球晶生长速度）为v，则有：
1
对上式积分即可得到m的平均值E与t的关系：
2
—— 一次性成核且晶核密度为N时，结晶体系内的非晶部分与时间的关系
3
P
r
二次结晶——聚合物主期结晶结束后仍在进行的结晶 二次结晶进行的相当缓慢，可以延续几个月，甚至几年。在这段时间内，材料的热力学状态以及各种性质一直随二次结晶的进行而变化，因此会导致制品发生变形、开裂等问题，所以二次结晶是应该避免的。 避免二次结晶的措施： 对聚合物制品进行“退火”处理，即在较高的温度下对制品进行热处理，促进聚合物的二次结晶，使结晶尽早完成。
σ——侧表面自由能； σe——端表面自由能； bo——单分子层厚度； hf——单位体积理想聚合物晶体熔融热焓。
单击此处添加大标题内容
以 对 作图，可以得到：
与成核方式有关的参数Kg 与晶核生成速率相关的参数Go 可以求出σσe
LH（Lauritizen-Hoffmann ）方程
急冷至结晶温度
高分子材料的特征
高分子材料的特征高分子材料是由许多单体（通常是有机化合物）共价结合形成长链分子的大分子化合物。
这种类型的材料具有众多特殊的物理和化学性质，这些性质与其材料的组成密切相关。
鉴于高分子材料不仅具有独特的物理性质，而且使用也非常广泛，本文将着重介绍高分子材料的特征。
高分子材料的分子量大，具有无限的分子量分布，分子结构复杂，均聚物和共聚物都可见。
由于分子量越大，物理性质越接近实心材料，大分子的高柔性，使得高分子材料具有高韧性和良好的抗切割性能，具有优良的挠曲回复性和耐冲击属性。
这类材料通常具有较高的强度、刚度和硬度，但在应变率较高的情况下，其性能可能会下降。
针对应力水平远低于常温常压下大气压强度的高分子材料，它们需要不断地改进材料的构造，以提高其使用性能。
高分子材料无色透明或色彩丰富。
高分子材料具有高透明度，大多数塑料透光性好，植物纤维材料如全素皮革类材料虽然透光性差，但由于生物桥接和共聚作用的加强，使其表面细节和手感更加接近天然皮革。
并且高分子材料可以根据需要通过染色或添加其他添加剂来提供特定的颜色、亮度和光泽度等性质。
高分子材料具有化学稳定性优良，并且具有较高的耐化学腐蚀性。
大多数的高分子材料具有耐酸、碱、油和有机溶剂等化学物质的能力，可在一定温度和湿度范围内具有较好的化学稳定性。
此外，高分子材料通常更容易处理和加工成形，因此很适合用于制造各种产品和结构，比如注塑件、管道、复杂的组件和工程结构等。
高分子材料比通常使用的金属材料和木材更轻便，体积更小，且节约成本。
在同样的体积和重量下，高分子材料通常比其他材料更轻。
这使得它们具有重要的应用价值，可以用于制造负重轻、大体积的部件或是轻型建筑结构等。
高分子材料具有良好的电学性能。
高分子材料的电学性能多样，它们可以是导体、绝缘体或半导体。
其特殊的电学性能使得高分子材料广泛应用于工业生产和电子行业中。
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。
高分子材料的性质与应用
高分子材料的性质与应用高分子材料是一类具有特殊性质和广泛应用的材料，其特点是由大量重复单元构成的长链结构。
本文将对高分子材料的性质进行探讨，并介绍其在不同领域中的应用。
一、高分子材料的性质高分子材料具有以下几个主要性质。
1. 分子量大：高分子材料的分子量通常在几万至上百万之间，分子量越大，其物理性质越优异。
2. 高柔韧性：由于高分子材料的长链结构，使得其具有较高的柔韧性，能够承受较大的拉伸变形。
3. 高吸湿性：高分子材料的分子链中含有大量的极性基团，使其具有吸湿性。
这种性质使得高分子材料在一些特殊应用中具有优势，比如制作吸湿性材料。
4. 耐热性：高分子材料中的键结构稳定，使其在高温条件下能够保持较好的物理性能。
5. 耐化学性：高分子材料在一定程度上能够耐受化学物质的侵蚀，具有一定的耐酸碱性。
二、高分子材料的应用领域1. 塑料制品：高分子材料的一大应用领域就是制造各种塑料制品。
不同种类的高分子材料可以通过调控其化学结构和分子量来制备出不同性能的塑料制品，如聚乙烯、聚氯乙烯等。
2. 纤维材料：高分子材料可以通过纺丝、拉伸等工艺制造出各种纤维材料，具有良好的拉伸性和柔韧性。
这些纤维材料广泛应用于纺织、服装、建筑等领域。
3. 包装材料：高分子材料的耐化学性和吸湿性使其成为理想的包装材料。
用高分子制造的塑料薄膜可以用于食品、药品等包装领域，具有良好的密封性和保鲜效果。
4. 电子材料：高分子材料在电子领域中也有广泛的应用。
例如，聚酰亚胺材料具有优异的电绝缘性能，可用于制造印制线路板等电子元件。
5. 医疗材料：高分子材料在医疗领域中具有很好的应用前景。
生物相容性好、可降解的高分子材料在医疗器械、组织工程等方面有广泛的应用。
6. 高分子复合材料：高分子材料与其他材料的复合可以产生更加优异的性能。
高分子复合材料广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域，用以制造轻量化、高强度的结构材料。
总结：高分子材料具有独特的性质和广泛的应用领域。
第三章高分子材料的结构与性能(二)
〔iv〕老化
3.3.2 高弹性
高弹态聚合物最重要的力学性能是其高弹性。
〔1〕高弹性的特点： 〔i〕弹性模量小，形变量很大；〔ii〕弹性模量与绝对温度成正比；
〔iii〕形变时有热效应； 〔iv〕在一定条件下，高弹性表现明显的松弛 现象。 〔2〕高弹性的本质
3.2.4 聚合物的熔体流动
当温度高于非晶态聚合物的Tf、晶态聚合物的Tm时，聚合物变 为可流动的粘流态或称熔融态。热塑性聚合物的加工成型大多是 利用其熔体的流动性能。
3.2.4.1 流动流谱
❖ 流谱：指质点在流动场中的运动速度分布。 ❖ 剪切流动:产生横向速度梯度场的流动 ❖ 拉伸流动:产生纵向速度梯度场的流动
材料在外力作用下发生形变的同时，在其内部还会产生对抗外 力的附加内力，以使材料保持原状，当外力消除后，内力就会使材 料回复原状并自行逐步消除。当外力与内力到达平衡时，内力与外 力大小相等，方向相反。单位面积上的内力定义为应力。
材料受力方式不同，发生形变的方式亦不同，材料受力方式主要有以下 三种根本类型：
自由体积是分子链进行构象转变和链段运动所需的活动空间。
当聚合物冷却时，自由体积逐渐减小，当到达某一温度时， 自由体积收缩到最低值，聚合物的链段运动因失去活动空间而被 冻结，聚合物进入玻璃态。因此自由体积理论认为玻璃化温度就 是使聚合物自由体积到达某一最低恒定临界值时的温度。
Tg的影响因素
〔i〕聚合物的结构：Tg是链段运动刚被冻结的温度，而链段运动 是通过主链单键的内旋转来实现，因此Tg与高分子链的柔顺性相关， 柔顺性好，Tg低，柔顺性差，Tg高。
P
冲击头，以一定速度对试样实 施冲击
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蠕变与温度高低和外力大小有关。温度过低，
外力太小，蠕变很小；温度过高，外力太大， 形变发展快；只有在适当温度和外力下，才 能观察到明显的蠕变。 ②应力松驰 在恒定温度和形变保持不变的 情况下，高聚物内部的应力随时间增加而逐 渐衰减的现象。 ③内耗(力学损耗) 高聚物在交变应力作用下，形变落后于 应力变化的现象称为滞后现象。 发生滞后现象，每一循环变化中就要消 耗功，称为内耗。
非Fick扩散
药物释放速度
水的扩散速度 大分子链松驰速度
3.4.2 扩散系数 影响扩散系数的因素： 药物分子的大小、极性 药物在聚合物中的溶解度 聚合物的结构 温度
控制药物扩散系数的方法： 交联度、支化度、结晶度、大分子晶粒大小、 添加助剂
（教材P55）
3.1.3 溶剂的选择
“溶度参数相近”原则 “极性相近”原则
弱亲电子性 给电子性 强亲电子性
溶剂化原则
3.1.4 凝胶
凝胶 溶胀的三维网状结构高分子。
分子内交联 分子间交联
化学凝胶 (化学键) 不能熔融、溶解
物理凝胶 (范德华力)
冻胶
干凝胶
凝胶性质 触变性： 溶胀性：
ห้องสมุดไป่ตู้
外部作用力 凝胶与溶胶相互转化。 溶胀度 脱水收缩性 透过性 功能性凝胶：温敏、pH敏
第三章 高分子材料的物理化学性质
初步掌握药用高分子辅料的加工处理、性能，特别是 溶解、溶胀、凝胶化、转变和粘弹性、力学强度和渗透性 等性质在药物制剂制备过程中的应用。
3.1 高分子溶液的理化性质
3.1.1 溶胀与溶解
溶胀 溶剂分子扩散进入高分子内部，使其体积增大的现象。 晶态聚合物 非晶态聚合物 交联聚合物 非极性：熔点以上，破坏晶格后才溶解
3.2 高分子的分子量及分子量分布
3.2.1 概述
数均分子量 重均分子量 粘均分子量 多分散性指数HI 单分散性HI = 1，一般在1.5 – 2.0，也可达20 – 50 分子量及其分布对聚合物各种性能有极大影响
3.2.2 分子量及其分布的测定方法
分子量测定法：
端基测定法 沸点升高和冰点降低 蒸气压渗透法(VPO) 膜渗透压 光散射法 粘度法 超速离心沉降
(二)硬度和强度
硬度：衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。 硬度试验方法很多，因压头的形状不同和计算方法差 异有布氏、洛氏和邵氏等名称。 强度(机械强度)：材料抵抗外力破坏的能力。 ①抗张强度(拉伸强度) 在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样上 沿轴向施加拉伸载荷，直至试样被拉断为止，断裂前试样 承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。
分子量分布测定法： 凝胶色谱法 相平衡分级法
上限2 ×104 上限3 × 104 3 × 104 – 1.5 × 106
104 - 107
3.3 聚合物的力学状态及高分子材料的力学性质
3.3.1 温度与力学状态 P69 3.3.2 药物剂型加工中高分子材料的主要力学性能 (一)弹性模量 P71 弹性模量 = 应力 / 应变 受力方式 简单拉伸 -- 杨氏模量E (对各向同性材料) 简单剪切 -- 切变模量G 均匀压缩 -- 体积模量B 也可用模量倒数 杨 --- 拉伸柔量 切 --- 切变柔量 体 --- 可压缩度 E = 2G ( 1 + V ) = 3B ( 1 – 2V ) V为泊松比，定义为在拉伸试验中，材料横向单位宽度 的减力与纵向单位长度的增加之比值。
3.4 药物通过聚合物的扩散
3.4.1 药物通过聚合物的传质过程
两类模型：贮库装置和骨架装置 扩散步骤：药物溶出进入周围的聚合物或孔隙 药物分子扩散通过聚合物屏障 药物由聚合物解吸附 药物扩散进入体液或介质
P74 – 75 Fick 第一、二定律 药物通过聚合物薄膜的扩散 Fick扩散 胶囊壁扩散 聚合物包衣层扩散 药物通过聚合物骨架的扩散(疏水性骨架)
3.3.3 高分子材料的其他性能
(一)渗透性和透气性 P73
高分子材料通过扩散和吸收过程，使气体或液体透过 一个表面传递到另一表面渗出，从浓度高的一侧扩散到浓 度低的一侧，这种现象称为渗透性。 气体分子渗透通过聚合物膜称为透气性。 主要影响因素：温度、极性、分子大小、链的柔性
(二)胶粘性
作为粘合剂使用时的粘合行为 聚合物被粘合时聚合物的行为 主要影响因素：分子量、被粘物表面的粗糙度、被粘物表面 的处理方法、温度和压力
极 性：用强极性溶剂
相对较易溶解 不发生溶解
支化比线型
更易溶解 (同分子量时)
3.1.2 聚合物溶解过程的热力学
溶解 △Gm = △Hm -- T△Sm < 0
极性高分子溶于极性溶剂，△Hm < 0，放热
非极性高分子溶解，一般 △Hm ＞ 0，吸热
经典的Hildebrand溶度公式(非极性相混合)
P
d b
б
t
=
P bd
(Kg/cm2)
②抗弯强度 在规定试验条件下，对标准试样施加静弯曲 力矩，直到试样折断为止，取试验过程中的最大载 荷P
P
б
b
f
=
P × L0/2 2 bd2/6
d L0 P/2 P/2
③冲击强度 衡量材料韧性的一种强度指标，材料抵抗冲击 载荷破坏的能力，单位载面积所吸收的能量
有缺口
无缺口
摆锤式冲击、落重式冲击、高速拉伸
影响材料强度的因素
化学结构 分子量 应力集中 冷度 外力作用速度 增塑剂 填料 机械加工
内因
外因
配料与加工
(三)粘弹性 理想弹性体：受外力，平衡形变与时间无关 理想粘性体：受外力，形变随时间线性发展 高分子材料介于两者之间 ① 蠕变：在一定的温度和较小的恒定外力(拉力、 压力、或扭力等)作用下，材料的形变随时间的增 加而逐渐增大的现象。 总形变ε=ε1 + ε2 + ε3 ε1 为普弹形变 ε2 为高弹形变 可逆形变 ε3 为粘性流动 不可逆形变