聚合物结构分析知识点
高分子物理知识点总结及习题
聚合物的结构（计算题：均方末端距与结晶度）1.简述聚合物的层次结构。
答：聚合物的结构包括高分子的链结构和聚合物的凝聚态结构，高分子的链结构包括近程结构（一级结构）和远程结构（二级结构）。
一级结构包括化学组成、结构单元链接方式、构型、支化与交联。
二级结构包括高分子链大小（相对分子质量、均方末端距、均方半径）和分子链形态（构象、柔顺性）。
三级结构属于凝聚态结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。
构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
（要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组。
）高分子链的构型有旋光异构和几何异构两种类型。
旋光异构是由于主链中的不对称碳原子形成的，有全同、间同和无规三种不同的异构体（其中，高聚物中全同立构和间同立构的总的百分数称为等规度。
）。
全同（或等规）立构：取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成间同立构：取代基相间地分布于主链平面的两侧或者说两种旋光异构单元交替键接无规立构：取代基在平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构单元完全无规键接几何异构是由于主链中存在双键而形成的，有顺式和反式两种异构体。
构象：原子或原子基团围绕单键内旋转而产生的空间分布。
链段：把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元链节（又称为重复单元）：聚合物中组成和结构相同的最小单位高分子可以分为线性、支化和交联三种类型。
其中支化高分子的性质与线性高分子相似，可以溶解，加热可以熔化。
但由于支化破坏了高分子链的规整性，其结晶能力大大降低，因此支化高分子的结晶度、密度、熔点、硬度和拉伸强度等，都较相应的线性高分子的低。
交联高分子是指高分子链之间通过化学键形成的三维空间网络结构，交联高分子不能溶解，只能溶胀，加热也不能熔融。
高分子链的构象就是由单键内旋转而形成的分子在空间的不同形态。
单键的内旋转是导致高分子链呈卷曲构象的根本原因，内旋转越自由，卷曲的趋势就越大。
聚合物结构的三个层次
1.1 聚合物结构的三个层次近程结构——系指单个大分子链内部一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结决定聚合物性能的根本性物质基础，亦是决定远程结构和凝聚态结构的重要因素。
远程结构——系指由数目众多的结构单元组成的单个大分子链的长短及其在空间存在的各种形态（是直链还是有支链？是刚性的还是柔性的？是折叠状，还是螺旋状的？）。
凝聚态结构——系指聚合物在宏观上所表现出的分子凝聚结构类型。
包括非晶态、结晶态、 取向态、液晶态、织态结构，前四个描述是聚合物的堆砌方式，织态为不同聚合物分子链或与添加剂间的结合和堆砌方式，以结晶态和非晶态最常见。
分子链结构是决定聚合物性质最基本、最重要的结构层次。
熔点、密度、溶解性、溶液或熔体的粘度、粘附性能很大程度上取决于分子结构;而凝聚态结构是决定聚合物材料和制品的使用性能，尤其是力学性能的重要因素。
关于化学结构与物理结构的确切划分，普遍认同的是 H.G.Elias 提出的界定原则：化学结构：除非通过化学键的断裂，即同时生成新的化学键才能够产生改变的分子结构。
聚合物结构中所包括的结构单元的组成及其空间构型属于化学结构。
物理结构：将大分子内部、之间或者基团与大分子之间的形态学表述。
取向、结晶和分子链的构象则属于物理结构 1.2 大分子链的近程结构大分子链的近程结构包括结构单元的化学组成，连接方式、结构异构、立体异构、以及共聚物的序列结构等五个主要方面。
1.2.1 结构单元的化学组成结论1：聚合物的近程结构，即结构单元的化学组成和结构是决定其远程结构和凝聚态结构以及聚合物性能最重要的决定性因素。
尼龙-66、PET 、PBT ～缩聚物， PP 、PS 、PMMA 、PB ～加聚物 归纳表中三条主要规律：1）杂链聚合物（多为缩合聚合物）与碳链聚合物（多为加成聚合物）相比较，前者的各项物理性能均优于后者； 2）在碳链聚合物中，侧基带有极性基团的PVC 和带有苯基的PS 的相对密度和熔点均高于非极性和低位阻侧基的PE 和PP ； 3）缩聚物尼龙和涤纶等的相对密度、熔点、强度和使用温度均普遍高于一般加聚物。
聚合物的结构与性能知识讲解
聚合物的结构与性能
（2）球晶
聚合物结晶最常见的结晶形态，是一种圆球状的晶体，尺 寸较大，一般是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却 时形成的。球晶在正交偏光显微镜下可观察到其特有的黑十字 消光或带同心圆的黑十字消光图象。
6.2 高分子的聚集态结构
高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构， 它是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。
聚合物的结构与性能
虽然高分子的链结构对高分子材料有显著影响，但由 于聚合物是有许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结 构的同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不 同的聚集态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物 的聚集态结构对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更 直接、更重要。
差；如：
C2 H CH H
C2 HCH C3 H
C2 H CH
柔 顺 性 ： 聚 乙 烯 > 聚 丙 烯
> 聚 苯 乙 烯
聚合物的结构与性能
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。侧基对称性越高，分子链柔顺性越好。如：
CH2 CH CH3
CH3 CH2C
CH3
柔顺性： 聚丙烯 < 聚异丁烯
（1）主链结构 当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。 这是因为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。 如：
聚合物的结构与性能
O COC
聚 酯
OH CNC
聚 酰 胺
聚合物结构分析知识点
一、名字解释1、红外光谱中基因特征频率:通过把各种化合物的谱图对比发现，具有相同官能团的一系列化合物近似有一个共同的吸收频率范围，通常把这种能代表某种基团存在并有较高强度的吸收峰，称为基团的特征吸收峰。
这个峰所在的频率位置称为基团的特征吸收频率。
2、官能团区：在红外光谱中，通常划分两个主要的区域，在1300—4000cm-1范围内，基团和频率的对应关系比较明确，对于确定化合物中的官能团很有帮助，这个区域称为官能团区。
3、指纹区：在400-1300cm-1范围内，谱图上会出现许多的谱带，其特征归属不完全符合规律，但是一些同系物或者结构相近的化合物，在这个区域的谱带往往存在一定的区分，可以加以区别，如同人的指纹，因此通常被形象地称为指纹区4、透过率：记录原始光强在通过样品后透过光的强度变化百分比5、吸光度：记录样品吸收的红外光强度6、红外二向色性：当红外光通过偏振器后，得道电矢量只有一个方向上的偏振光。
这束光入射到取向的聚合物材料上，当基团振动的偶极距变化的方向与偏振光电矢量方向平行时，产生最强的吸收强度；反之如果二者垂直，则产生最小的吸收（几乎不产生吸收），这种现象称为红外二向色性。
7、衰减全反射：当光线由折射率高的晶体（光密介质）入射到折射率低的晶体（光疏介质）时，如果入射角大于临界角，光线在界面上发生反射，光线在界面上穿透一定的深度反射回来，如果界面上的物质对入射的光线有吸收，则反射的光能量就会发生衰减，这种现象被称为衰减全反射。
8、光声效应：物质吸收一定频率的光能后，由激发态通过非辐射过程跃迁到低能态时，会产生同频率的声波（光声信号），这种效应即为光声效应。
9、拉曼散射：拉曼散射为散射光谱，当一束频率为v0的入射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大约有0.1%的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射。
10、瑞利散射：若发生弹性碰撞，即俩者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。
第六章聚合物的结构-1解析
定义：高分子链能通过内旋转作用改变构象的性能； 是高聚物许多性能不同于低分子的主要原因
决定因素：柔性大小取决于单键内旋转的难易，影响 单键内旋转的主要因素是高分子的近程相互作用，
即高分子链相邻链节非键合原子间的相互作用； 链化学组成不同，单键内旋转的内能变化也不同
是不断改变的，具有统计性质；高分子链取某种构 象指的是它取这种构象的几率最大；由统计规律可 知，分子链呈伸直构象的几率极小，而呈蜷曲构象 的几率较大
单键内旋转是导致高分子链呈蜷曲构象的原因，内
旋转愈自由，蜷曲的趋势就愈大；称这种不规则蜷 曲的高分子链构象为无规线团
内旋转完全自由的C-C单键是不存在的，因为碳键 总是带有其它的原子或基团，当这些原子或基团充 分接近时，原子的外层电子云之间将产生排斥力， 使之不能接近；则单键的内旋受到阻碍，旋转需要 一定的能量，克服内旋所受到的阻力 二氯乙烷内旋位能曲线，如图 丁烷分子内旋位能曲线，如图
丁二烯1,4-加聚反应：
CH＝CH CH2
CH2 CH＝CH
CH2
CH2 CH＝CH CH2
CH2
0.86 nm
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH CH2 CH CH2 CH
0.49 nm
几何异构对聚合物的性能影响很大；如顺式1,4聚丁二烯不易结晶、弹性好，用作橡胶；反式1,4-聚 丁二烯，易结晶、弹性差，用作塑料
高分子物理
第六章 聚合物的结构
要求掌握的知识点
聚合物的结构层次；构型的定义、分类及特征，构象 的定义及特征，构型与构象的区别。 高分子的最可几地构象是什么？为什么？ 高分子链的柔性及其影响因素。 聚合物的凝聚态模型有哪些？ 晶体的概念，晶态模型有哪些、特征，影响聚合物结 晶的因素有哪些？ 聚合物结晶体的熔融特点、熔点的影响因素。
聚合物的结构
首(头)-尾连接
Page 2
首-首连接
尾-尾连接
1.2 高分子的立体异构 （1） 全同立构高分子：任何两相邻重复结构单元中 C*的立体构型相同，全部为D型或L 型： DDDDDDDDDD或LLLLLLLLLLL
（2） 间同立构高分子（syndiotactic polymer)：主链上相 邻重复结构单元中C*的立体构型互不同, 即D型与L型相间连接 LDLDLDLDLDLDLD；
（2) 近邻松散折叠链模型 与近邻规整折叠链模型不同的
是，该模型认为虽然分子链再进 入折叠结构时也是发生在相邻位 置，但其曲折部分并不是短小和 规整的，而是松散和不规则的， 它们构成了结晶聚合物中的非晶 区。
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3.2 聚合物的非晶态结构
a、无规线团模型
非晶态聚合物中，每条分子链 都取无规线团构象，不存在有 序性，因此非晶态聚合物在聚 集态结构上是均匀的.
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b、折叠链模型
（1) 近邻规整折叠链模型: 聚合物晶体中分子链以反复平行
折叠的形式排列，折叠时相连的链 段在晶片中的空间排列总是相邻的， 分子链折叠时其曲折部分所占的比 例很小，结晶聚合物中的非晶区是 由分子链折叠时的曲折部分、分子 链的末端以及分子链的一些错位结 构所组成。
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（2）向列型液晶：刚性介晶单元 虽然也平行排列，但不分层次， 其重心排列是无序的，只有一维 有序性，介晶单元可沿其长轴方 向运动而不影响液晶结构，因此 很容易在外力作用下沿长轴方向 流动，是三种液晶结构中流动性 最好的，其高分子熔体或高分子 溶液的黏度最小。
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（3）胆甾型液晶：能够形成胆甾型 液晶的高分子必须含有不对称碳原子。 胆甾型液晶结构中，棒状介晶单元分 层平行排列，在每个单层内介晶单元 的排列与向列型相似。由于伸出在层 面平面外的光学活性基团的作用，相 邻两层中介晶单元的长轴依次有规则 地扭转一定角度，层层累加形成螺旋 堆砌结构，介晶单元的长轴在旋转 360o 后 复 原 ， 两 个 介 晶 单 元 取 向 相 同的层之间的距离称为胆甾型液晶的 螺距。
聚合物共混物的形态结构页PPT课件
界面层结构
机械共混物中两种大分子链段在界面互相扩散的 程度主要取决于两种聚合物的溶解度参数、界面 张力和分子量等因混体系，不会形成界面 层。
两种聚合物的表面张力接近，界面张力小，有利 于两相聚合物分子相互湿润和扩散。
两种分子链段在界面 层充分接触，相互渗 透，以次价力相互作 用，形成较强的界面 粘结力。
性。除了对这种体系的共混物在实验中观察界面接触层图像外，还追
踪在界面上浓度分配的时间变化，由此求出这两种高聚物之间的相互
扩散系数D。D大约处在10-12cm2·s-1的范围内。
根据Einstein公式：
1
x (Dt)2
可以算出t秒钟时的平均扩散距离。
结果t=1s时，x=10nm；t=5s，x=24.5nm；t=1min，x=77.5nm；
同非晶区部分相容
含结晶聚合物共混物的形态特征
C/C中存在各自的晶区和非晶 区，结晶性及晶体结构受多 方面因素影响，共混物形态 结构更复杂。
1，2破坏了原两聚合物结晶性， 1相容性好。（PBT/PET） 3，4 较普遍，两相分离的C/C 5，分别形成球晶 6，共晶（共混物结晶熔融峰 单一，且不同于原来）： LLDPE/UHMWPE， HDPE/LDPE 还有另外两种
聚合物大分子链段的相互扩散有两种情况：
若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大分子链段 以相近的速度相互扩散；
若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散速度差别 很大，甚至发生单向扩散。
两聚合物大分子链段相 互扩散的结果是两相均会产 生明显的浓度梯度，如图所 示，聚合物1向聚合物2扩散 时，其浓度逐渐减小，同样 聚合物2在向聚合物1扩散时， 共浓度逐渐减小，最终形成 聚合物共存区，这个区域即 为界面层。
高分子物理知识点
高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。
聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分子量多数达到百万或以上。
高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。
一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。
聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。
根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。
1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。
它通常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分支或交联结构。
高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。
2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。
分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，导致其性能发生变化。
支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。
3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。
它们通常具有三维结构，分子间有交联点连接。
交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。
不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。
二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。
1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。
聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。
聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。
2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。
3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。
聚合物的结构与性能
对应用做材料的高分子来说，关心的不是具体构型(左旋 或右旋)，而是构型在分子链中的异同，即全同(等规)、间 同或无规。
聚合物的结构与性能
Isotactic 全同立构
Syndiotactic 间同立构
Atactic 无规立构
结构规整 较规整 不规整
等规度(tacticity): 全同或间同立构单元所占的百分数
非反应性：－CH3、－OCH3， 如聚甲醛受热降解从端羟基开始，必须进行酯化或醚化以封端。
HO-CH2-O-CH2-O-CH2 CH3O-CH2-O-CH2-O-CH2
-O-CH2-O-CH2-OH 酯化
-O-CH2-O-CH2-OCH3
聚合物的结构与性能
反应性：－OH、－COOH、－NH2， 可进一步反应合成复杂结构
聚合物的结构与性能
一、（单根）高分子链的结构
高分子链结构的特点
●既简单又复杂； ●长而柔； ●分子量大而不均匀
聚合物的结构与性能
1.一级结构
1）.化学组成
结构术语
主链
支链
聚合物的结构与性能
端基
侧基
➢ 主链
(A) 碳链高分子
主链全部由碳原子组成
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
聚乙烯
聚合物的结构与性能
有机氟高分子的化学特性：
最好的化学稳定性： 高抗紫外线性、高耐候性、高耐化学性、高耐老化性 特异的表面性能—表面能最低： 拒水性好、拒油性好、耐沾污性好 理想的生物稳定性和生物相容性： 优异的光学性能： 可有低折射率、高透明性 优异的电学性能：
低介电常数、高绝缘性 有机氟高分子材料被誉为“有机材料之王”。
聚合物的结构和性质
聚合物的结构和性质聚合物是由许多单体分子连接而成的高分子化合物。
聚合物的结构相对复杂，包括链状、分支、交联以及网络结构。
这种复杂的结构赋予了聚合物独特的性质和用途。
1. 链状聚合物链状聚合物是由相同的单体分子连接而成的长链分子。
其分子链可以通过键键相连，形成线性链、弯曲链以及环状链等不同形态。
链状聚合物具有以下性质：(1) 高分子量：由于链状聚合物是由若干单体分子连接而成的，其分子量往往会非常大。
(2) 高分子稳定性：由于分子链往往是线性或弯曲的，相对稳定。
链状聚合物的热稳定性、化学稳定性等均较为优异。
(3) 高分子合成方便：链状聚合物的合成方法较为简单，容易掌握，重复性、扩展性较强。
2. 分支聚合物分支聚合物是由一个或几个核心结构上连接若干单体分子而形成的。
分支聚合物具有以下性质：(1) 分子体积大：由于分支结构紧密，空隙较小，其分子体积往往较大。
(2) 分子构造复杂：分支聚合物的结构通常是分子核心 + 分子支链，有些还包含有分子夹层等结构。
分支聚合物的结构复杂度相对较高。
(3) 物理性能特别：由于分支聚合物分子内部空间充足，分子间相互作用力较弱。
因此分支聚合物的物理性能常常非常特别，如超高分子材料等。
3. 交联聚合物交联聚合物是由可交联单体或可交联化合物单体所制备的高分子材料。
交联聚合物具有以下性质：(1) 耐火性和耐化学性较好：交联聚合物通常结构致密，交联度较高。
因此其耐火性和耐化学性均优异。
(2) 物理性质均匀：交联聚合物结构致密，分子间相互作用较强。
相当于是一个三维网状结构，物理性质较均匀。
(3) 生物相容性较差：交联聚合物一般具有化学反应性，因此在生物系统中应用较为有限。
4. 网络聚合物网络聚合物也称为化学凝胶，是由高分子单体经过交联反应在溶液或固态中形成的凝胶式高分子材料。
网络聚合物具有以下性质：(1) 密闭性极强：网络聚合物分子间交联后，形成一种网络结构，因此密闭性非常强。
(2) 可逆性预留时间较长：由于网络聚合物结构化学性质非常稳定，因此可逆性预留时间通常较长。
聚合物化学知识点总结
聚合物化学知识点总结
什么是聚合物？
聚合物是由许多重复单元组成的高分子化合物。
聚合物可以是
天然的（如蛋白质、淀粉和纤维素），也可以是人造的（如塑料、
合成纤维和橡胶）。
聚合反应
聚合反应分为两种类型：加成聚合和缩聚聚合。
加成聚合是将
单体的链长延伸，而缩聚聚合是将单体结合在一起形成较大的分子。
聚合物分类
聚合物可以根据不同的分类标准进行分类，例如：
- 按照聚合物的来源：天然聚合物和人造聚合物。
- 按照聚合物的性质：塑料、橡胶、纤维。
- 按照聚合物的形成方式：线性聚合物、支化聚合物、交联聚
合物。
聚合物的应用
由于聚合物具有重要的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用：
- 塑料制品：塑料、塑料衣架、塑料玩具等。
- 纤维制品：合成纤维、纺织品、绳索等。
- 橡胶制品：轮胎、密封件、管道等。
- 医疗学：人工器官、缝合线等。
结论
聚合物是人类社会中不可或缺的一部分。
有了聚合物，我们能够制造出各种各样的产品，并且在很大程度上改善了我们的生活质量。
聚合物结构与性能
聚合物结构与性能聚合物是由一种或多种单体分子经聚合反应形成的巨大分子链。
它们在自然界和人工合成中广泛存在，并且在许多领域中都有重要的应用。
聚合物的结构对其性能具有关键影响。
在本文中，我们将讨论聚合物结构与性能之间的关系，并举例说明它们在不同应用中的作用。
首先，聚合物的结构受到单体分子的类型和链的排列方式的影响。
单体分子的结构决定了聚合物的基本化学性质，如溶解度、化学稳定性等。
例如，聚乙烯是由乙烯单体聚合而成的线性聚合物，具有良好的化学稳定性和机械性能，广泛用于塑料制品的制造。
另一方面，丙烯腈和丙烯酸单体共聚合生成的聚丙烯腈-丙烯酸共聚物具有较高的气体渗透性，适用于膜分离和半导体行业。
其次，链的规则排列方式对聚合物的性能产生重要影响。
聚合物可以采用直链、支链或交联结构。
直链聚合物通常具有较低的熔点和玻璃化转变温度，并且易于加工成纤维和薄膜。
支链聚合物的分枝结构可以增加分子间的交叉作用，提高聚合物的机械强度和耐热性。
例如，聚丙烯可以通过引入丙烯酸甲酯单体来制备聚酯，其中酯基分子作为分枝点，提高了聚合物的强度和热稳定性。
交联聚合物是通过交联剂将聚合物链交联在一起形成的三维网络结构，具有优异的强度、硬度和耐用性，广泛应用于胶粘剂、涂料和橡胶制品中。
此外，聚合物的分子量和分子量分布也对其性能产生重要的影响。
高分子量的聚合物通常具有较高的强度和刚性，但是加工性能较差。
相比之下，低分子量的聚合物容易溶解和加工，但其力学性能较低。
分子量分布越窄，聚合物的性能越均匀，反之则性能差异较大。
因此，在聚合反应过程中，控制反应条件以获得所需的分子量和分子量分布是至关重要的。
最后，聚合物的结晶性和玻璃化转变温度也对其性能产生重要影响。
结晶性聚合物具有有序的结晶区域，具有较高的刚性和强度，也具有较低的渗透性。
玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态（高强度、高刚性）转变为橡胶态（高延展性、高韧性）的临界温度。
这种转变对聚合物的工程应用至关重要，例如在低温环境下，玻璃化转变温度较低的聚合物通常更具韧性。
聚合物流变学知识点总结
聚合物流变学知识点总结一、聚合物的结构1. 聚合物的结构聚合物是由大量重复单体组成的高分子化合物，它的结构可以分为线性聚合物、支化聚合物和交联聚合物三种类型。
线性聚合物是由单一的链状分子组成，支化聚合物是具有分支结构的聚合物，而交联聚合物则是由互相交联的聚合物链构成的。
2. 聚合物的结构对流变性质的影响聚合物的分子结构对其流变性质有着重要的影响。
例如，线性聚合物的流变行为往往比较简单，而支化聚合物和交联聚合物因为其分子结构的复杂性而表现出更加复杂的流变行为。
3. 聚合物的分子量聚合物的分子量也是影响其流变性质的重要因素。
分子量越高，聚合物越倾向于呈现出固态的性质，例如高分子量的聚合物会表现出较高的粘度和内聚力。
4. 聚合物的形状聚合物的形状对其流变性质也有一定的影响。
例如，球形分子的聚合物在流动状态下会表现出不同于线性分子的流变行为。
二、聚合物的流变性质1. 聚合物的黏度聚合物的黏度是其在流动状态下对外部应变的抵抗力，是衡量聚合物流变性质的重要指标。
由于聚合物的复杂分子结构和内聚力，其黏度通常会随着应变速率的增加而增加，呈现出剪切稀化的特性。
2. 聚合物的弹性聚合物的弹性是指其在受力后能够恢复原状的能力。
在流变学中，弹性通常用弹性模量来描述，高分子链的可延展性和排列状态会影响聚合物的弹性模量。
3. 聚合物的流变型态聚合物在流变过程中可能会呈现出多种类型的流变行为，包括牛顿型流体、剪切稀化型流体、剪切增稠型流体等。
4. 聚合物的剪切稀化和剪切增稠在流变过程中，聚合物通常会表现出剪切稀化和剪切增稠的特性。
剪切稀化是指在剪切应力作用下，聚合物的黏度随着应变速率的增加而减小；而剪切增稠则是指聚合物的黏度随着应变速率的增加而增加。
三、流变学测试方法1. 平行板流变仪平行板流变仪是用于测定聚合物流变性质的常用实验仪器，它通过施加不同频率和幅值的应力来测量聚合物的黏度和弹性等性质。
2. 旋转流变仪旋转流变仪是另一种常用的流变学测试设备，它通过旋转圆盘或圆柱的方式来施加剪切应力，测量聚合物的流变性质。
聚合物的结构
R
H
C
C.
..
. .
. H
H
R
H
C
C .
. .
.
. H
.
H
R
H C
C.
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间规聚丙烯：
R
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H
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.
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H
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. .
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无规聚丙烯：
R
H
C
C.
..
. .
. H
H
H
H
C
C .
. .
（2）分离：不能分离高分子混合物，合成形成的高分子同系混合物， 其物理性质和化学性质几乎相同，没有方法分离它们。可分级。
7
M 平均分子量 x 平均聚合度
表示通常所说的聚合物的 分子量，聚合度
同一个聚
合物体系：
n mol, wg
统计方法不同时
数均分子量 数均聚合度
重均分子量 重均聚合度
i分子聚合度
无定形态、是聚合物普遍形态。
（1）无规线团模型：链 相互贯穿、纠缠， 链段运动， 自由体积，
（2）两相球粒模型：局部有序
12
聚合物的结晶态
结晶： 分子链长，结晶难，二维:分子间，一维：主链方向。 形成低级晶系：单斜、三斜晶体
4聚合物的结构 《材料科学与工程基础》
第4章聚合物的结构为什么学习聚合物的结构相对大量的化学和结构特性影响聚合物材料的性质和行为。
其中一些影响如下：1.半结晶聚合物的结晶度对密度、力学强度和延展性的影响（4.11和8.18节）。
2.交联度对橡胶类材料的刚度的影响。
学习重点：仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容：1.根据聚合物的链结构描述典型的聚合物分子，并且知道如何从基元的重复构成聚合物分子。
2.画出聚乙烯、聚氯乙稀、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酯分子的单体结构。
3.计算数均分子量和质均分子量，已知某聚合物的数均和质均聚合度。
4.命名和简要描述：（a）四种基本类型的聚合物分子结构；（b）三种类型的立体异构；（c）两种类型的几何异构；（d）四种类型的共聚物。
5.说明热塑性和热固性聚合物的分子结构和性能上的差异。
6.简要描述聚合物中的结晶态。
7.简要描述/画出半结晶聚合物的球状结晶。
4.1引言天然产的聚合物——那些从植物和动物身上提取的物质，已经被人类使用了许多个世纪；这些材料包括木材、橡胶、棉花、羊毛、皮革和丝绸。
其它天然聚合物如蛋白质、酶、淀粉和纤维素在植物和动物的生物学和生理学上是很重要的。
现代科学研究手段已经能够测定这类材料的分子结构、以及从小的有机分子合成和开发出许多新的聚合物材料。
我们现在使用的许多塑料、橡胶和纤维是人工合成的聚合物材料。
事实上，从二战结束以来，由于人工合成聚合物的出现，材料世界发生了革命性的变化。
这些合成材料生产成本低，性能优于它们的天然同类产品。
在一些过去使用金属和木材的场合，现在已经被性能更好更便宜的塑料所取代。
正如金属和陶瓷材料，聚合物的性质与材料的结构和组成有关。
本章将探讨聚合物材料的分子和晶体结构；第8章将讨论聚合物结构和力学性质间的关系。
4.2碳氢分子因为大多数聚合物是有机物，这里我们简要叙述有关它们的分子结构的一些基本概念。
首先，许多有机材料是碳氢化合物，即它们是由碳和氢元素构成的。
其次高分子材料分子内的键是共价键。
高聚物的结构与性能要点解析
(2)侧基---取代基
①取代基极性 极性取代基将增加分子内的相互作用，使内旋转困难。侧
基的极性越大，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔 顺性越差。
分子主链上极性取代基的密度越大，其内旋转越困难，柔 性也越差。
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②取代基的体积 空间位阻效应：对于非极性取代基， 取代基的体积
越大, 内旋转越困难, 柔性越差。 ③取代基的对称性
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(4)支链和交联
短支链会阻碍单键内旋转，使高分子链柔顺性减小。但增大 分子链之间的距离，削弱了分子间的相互作用，提高高分子链的 柔顺性起主导作用，所以短支链对链柔性有一定改善作用；长支 链则阻碍单键内旋转起主导作用，导致柔顺性下降。
交联时，交联点附近的单键内旋转便受到很大的阻碍，分子 链的柔顺性减小。不过，当交联点的密度较低，交联点之间的链 足够长时，交联点间的距离大于链段长度，仍然能表现出相当的 柔性。如含硫2－3％的橡胶，对链的柔顺性影响不大。随着交联 密度的增加，交联点之间的链长缩短，链的柔顺性便迅速减小。 交联点密度足够高时，高分子可能完全失去柔顺性。如交联度达 到一定程度的橡胶（含硫30%以上），因不能旋转而变成硬橡胶。
例：塑料制品、橡胶制品等冬天硬、夏天软。聚苯乙烯，室 温下链的柔顺性差，聚合物可作为塑料使用，但加热至一定 温度时，也呈现一定的柔性。顺式聚1，4－丁二烯，室温时 柔顺性好可用作橡胶，但冷却至－120℃，却变得硬而脆。
56
②外力 外力作用时间长（作用速度缓慢），柔性容易显示；
外力作用时间短（外力作用速度快），高分子链来不及通 过内旋转而改变构象，柔性无法体现出来，分子链表现刚 性。
28
③ 嵌段共聚
— A—A — A—A—B — B—B—A—A — A—
简述聚合物的分子结构及其特征
简述聚合物的分子结构及其特征
（1）线型：大分子链呈线状。
具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶胀或溶解，升高温度时则软化至熔化而流动，而且，可反复多次熔化成型。
（2）带支链线型：大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状。
机械强度较低，但溶解能力和塑性较高。
（3）体型：在大分子链之间有一些短链把它们相互交联起来，成为立体网状结构。
脆性大，硬度高，成型前是可溶与可熔的，一经成型硬化后，就成为既不溶解又不熔融的固体，所以不能再次成型。
聚合物的结构课件
聚合反应的机理
01
02
03
自由基聚合机理
自由基引发剂产生自由基 活性种，与单体加成形成 增长链，不断重复此过程 形成高分子链。
离子聚合机理
正离子或负离子引发剂与 单体发生反应，形成正离 子或负离子活性种，再与 单体结合形成高分子链。
配位聚合机理
催化剂与单体发生配位反 应，形成高活性的配位络 合物，再经过电子转移和 链增长形成高分子链。
01
工业材料
聚合物广泛应用于工业领域， 如塑料、橡胶、纤维等，为现 代工业提供了重要的原材料。
02
生物医学应用
某些聚合物可作为生物材料应 用于医学领域，如人工关节、
牙齿植入物等。
03
高分子科学
聚合物的研究推动了高分子科 学的发展，为材料科学、化学 等领域提供了重要的理论和实
践基础。
聚合物的历史与发展
聚合物的聚集态结构
聚合物的聚集态结构特点
非晶态结构
聚合物的聚集态结构是指聚合物分子 在固态或熔融状态下的排列方式和相 互作用。
非晶态结构是指聚合物分子在固态下 无规则排列，形成无定形结构。非晶 态结构决定了聚合物的电学性能和热 学性能。
晶态结构
晶态结构是指聚合物分子在固态下按 照一定的规律排列，形成规则的晶体 结构。晶态结构决定了聚合物的力学 性能和光学性能。
聚合物的元素组成
01
聚合物的元素组成
由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，其中碳元素是最主要的组成元素，
占聚合物质量的95%以上。
02
聚合物的元素组成特点
聚合物中的碳原子通过共价键相互连接，形成了长链结构。这些长链结
构可以是线性的，也可以是支化的。
03
聚合物的元素组成与性能关系
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一、名字解释1、红外光谱中基因特征频率:通过把各种化合物的谱图对比发现，具有相同官能团的一系列化合物近似有一个共同的吸收频率范围，通常把这种能代表某种基团存在并有较高强度的吸收峰，称为基团的特征吸收峰。
这个峰所在的频率位置称为基团的特征吸收频率。
2、官能团区：在红外光谱中，通常划分两个主要的区域，在1300—4000cm-1范围内，基团和频率的对应关系比较明确，对于确定化合物中的官能团很有帮助，这个区域称为官能团区。
3、指纹区：在400-1300cm-1范围内，谱图上会出现许多的谱带，其特征归属不完全符合规律，但是一些同系物或者结构相近的化合物，在这个区域的谱带往往存在一定的区分，可以加以区别，如同人的指纹，因此通常被形象地称为指纹区4、透过率：记录原始光强在通过样品后透过光的强度变化百分比5、吸光度：记录样品吸收的红外光强度6、红外二向色性：当红外光通过偏振器后，得道电矢量只有一个方向上的偏振光。
这束光入射到取向的聚合物材料上，当基团振动的偶极距变化的方向与偏振光电矢量方向平行时，产生最强的吸收强度；反之如果二者垂直，则产生最小的吸收（几乎不产生吸收），这种现象称为红外二向色性。
7、衰减全反射：当光线由折射率高的晶体（光密介质）入射到折射率低的晶体（光疏介质）时，如果入射角大于临界角，光线在界面上发生反射，光线在界面上穿透一定的深度反射回来，如果界面上的物质对入射的光线有吸收，则反射的光能量就会发生衰减，这种现象被称为衰减全反射。
8、光声效应：物质吸收一定频率的光能后，由激发态通过非辐射过程跃迁到低能态时，会产生同频率的声波（光声信号），这种效应即为光声效应。
9、拉曼散射：拉曼散射为散射光谱，当一束频率为v0的入射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大约有0.1%的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射。
10、瑞利散射：若发生弹性碰撞，即俩者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。
11、斯托克斯线：在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，得道的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测频率为v0—△E/h的线，称为斯托克斯线，如果他是红外活性的话，△E/h 的测量值与激发该振动的红外频率一致12、反斯托克斯线：若光子从样品分子中获得能量，在大于入射光线频率处接收到的射线，则称为反斯托克斯线。
13、拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差为拉曼位移。
14、核磁共振：处于静磁场中的核自旋体系，当其拉莫尔运动频率与作用于该体系的射频场频率相等时。
所发生的吸收电磁波的现象称为核磁共振。
15、拉莫尔进动：在磁场中，自转核的赤道平面也因受到力矩作用而发生偏转，其结果是核磁距绕着磁场方向转动，这就称为拉莫尔运动。
16、NMR中的屏蔽作用：当原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应磁场，核外电子对原子核的这种作用就是屏蔽作用。
17、化学位移：当共振频率发生了变化，在谱图上反映出了谱峰位置的移动，这称为化学位移。
18、耦合常数：通过成键电子间的传递，形成相离质子之间的自旋—自旋耦合，而导致自旋—自旋分裂。
分裂峰之间的距离称为耦合常数。
19、动态力学热分析：测量材料在一定温度范围内动态力学性能的变化。
从分子运动和变化的角度看蠕变过程包括三种形变：普弹形变、高弹形变、塑性形变20、普弹形变：当高分子材料受到应力作用时，分子链内部键长和链角立刻发生变化，这种变化是很小的，称为普弹形变。
21、高弹形变：当外力作用时间和链段运动所需要的松弛时间有相同的数量级时，链段的热运动和链段间的相对滑移使卷曲的分子链逐渐伸展开来，这种形变值很大，称为高弹形变。
22、塑性形变：如果分子间没有化学交联，当外力作用时间与整个分子链的松弛时间有相同的数量级时，则会产生分子间的相对滑移，称为塑性形变。
23、损耗因子：损耗角正切.24、吸收衬度：高分子电镜图像的衬度主要是吸收衬度，取决于样品各处参与成像的电子数目的差别，电子数目越多，散射越厉害，透射电子就越少，从而图像越暗。
25、表面形貌衬度：主要是样品表面的凹凸决定的。
26、原子序数衬度：指扫描电子束入射式样时产生的背景电子、吸收电子、X射线，对微区内原子序数的差异相当敏感，而二次电子不敏感。
27、焦深：焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦。
二、填空及解答1、聚合物的取向度、结晶度、交联度、本体粘流行为分别可以用哪些方法来测试测定取向度的方法有双折射法、X射线衍射、圆二色性法、红外二色性法；测定结晶度的方法有X射线衍射法、电子衍射法、核磁共振吸收、红外吸收光谱、密度法、热分析法；测定交联度的方法有溶胀法、力学测量法；测定本体粘流行为有旋转粘度计、熔融指数测定仪、各种毛细管流变仪。
3、多晶X射线衍射仪在聚合物结构分析中有哪些应用物相分析、结晶度测定、取向测定、晶粒尺寸测定。
4、聚合物相对分子质量的测定方法有哪些？分别可以测定哪些类型的分子量相对分子质量的测定方法有溶液光散射法、凝胶渗透色谱法、粘度法、扩散法、溶液激光小角散射法、沸点升高法、端基滴定法。
相对分子质量分布的测定有凝胶渗透色谱、熔体流变行为、分级沉淀法、超速离心法。
绝对数均：端基滴定法、沸点升高法、气相渗透压法、、渗透压法、扩散法、凝胶渗透色谱法、绝对质均：溶液光散射法、溶液激光小角散射法、超速离心法、凝胶渗透色谱法、黏均相对分子量：粘度法、凝胶渗透色谱法、5、要记住羟基及羰基在红外光谱中出现的波数范围羟基在红外光谱中出现的波数范围：3200—3650cm-1羰基在红外光谱中出现的波数范围：1650—1900cm-16、要会用氢谱推测简单化合物的结构。
注意积分面积比、位移峰分裂数目、及位移大小。
1H-NMR谱图可以给我们提供的主要信息是：①化学位移值-确认氢原子所处的化学环境，即属于何种基团②耦合常数-推断相邻氢原子的关系与结构③吸收峰的面积-确定分子中各类氢原子的数量比7、要知道可以根据哪些性能的变化来研究聚合物的分子运动，都有哪些仪器。
主要有四种类型：体积的变化、热力学性质、力学性质的变化、电磁效应测定体积的变化包括膨胀计法、折射系数测定法测定热力学性质的方法包括差热分析方法、差示扫描量热法测定力学性质的变化的方法包括热机械法、应力松弛法测定电磁效应的方法包括测定介电松弛、核磁共振。
8、紫外和红外在化合物定性和定量分析中有哪些优劣定性分析：由于高分子的紫外吸收峰通常只有2～3个，且峰形平稳，因此他的选择性远不如红外光谱。
而且紫外光谱主要决定于分子中发色和助色基团的特性，而不是整个分子的特性，所以紫外吸收光谱用于定性分析不如红外光谱重要和准确。
因为只有具有重键和芳香共轭体系的高分子才有紫外活性，所以紫外光谱能测定出的高分子种类受到很大局限，不过利用紫外光谱很容易将具有特征官能团的高分子与不具特征官能团的高分子相区别开来。
定量分析：紫外光谱法的吸收强度比红外光谱法大的多，红外的ε值很少超过103，而紫外的ε值最高可达104～105，紫外光谱法的灵敏度（10-4～10-5mol/L），测量准确度高于红外光谱法；紫外光谱法的仪器也比较简单，操作方便。
紫外光谱法很适合研究共聚组成、微量物质和聚合反应动力学。
9、用光散射如何标定聚合物粘度方程中参数κ和α的标定：Mkαγη=][两边对数lg[η]=lgκ+αlg Mγ聚合物的α值一般都在0.5～0.8之间，所以聚合物的质均相对分子质量与黏均相对分子质量比较相近。
配置一系列单分散性的样品，用光散射法依次测定其值均相对分子质量，近视认为是黏均相对分子质量,用黏度法测定其黏度，以lg[η]～lg Mγ做图，可以得到一条直线，外推直线得截距lgκ和斜率α。
10、用X射线发如何对聚合物进行物组分析X射线衍射物相分析的工作程序有两种：一、实验得到样品的衍射，然后将之与已知物相在相同实验条件下的衍射图直接比较，根据峰位、相对强度、样品结构已知信息等判别待定物相。
二、实验得到待定样品的衍射图，求出各衍射峰对应的面间距d i，然后结合各峰相对强度I i/I0及试样结构已知信息等，在汇编标准中用d i—I i/I0。
对照检索，定识物相。
基本内容包括：区分晶态与非晶态、聚合物鉴定、识别晶体类型。
11、哪些因素会影响聚合物的DSC曲线？是如何影响的影响因素有：样品量-样品量少，样品的分别率高，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般3～5mg。
升温速率-通常升温速率范围在5～20℃/min。
一般来说，升温速率越快，灵敏度提高，分别率下降。
气氛-一般使用惰性气体，这样不会产生氧化反应峰，同时又可减少试样挥发物对检测器的腐蚀。
12、举出至少三种判定俩种聚合物是形成了共聚物或是共聚物的方法，如何判定DSC测定玻璃化转变温度Tg，如果是共混物会出现两个Tg，而共聚物只有一个。
DMA动态力学分析，用Tg～～TG失重曲线：共聚物的热稳定性介于俩种均聚物热稳定性之间，而且随组成比的变化而变化；而共混物的TG曲线，各组分的失重温度没有太大变化，各组分失重量是各组分纯物质的失重量乘以百分量叠加的结果。
13、举出至少三种判定两三种聚合物相容性好坏的方法，如何判定DSC法：测定俩种聚合物的玻璃化温度，对共混体系只观察到单一的Tg其值介于纯组分之间，则可认为构成共混物的组分是相容的；反知DMA：测定聚合物的玻璃化温度Tg偏光显微镜P216红外光谱法14、要知道凝胶渗透色谱的原理。
凝胶渗透色谱中为什么要进行普适校正。
如何进行普适校正。
GPC对分子链进行分级的原理为体积排除。
忽略了溶质和载体之间的吸附效应以及高分子在流动相和固定相之间的分配效应，假设淋出体积仅仅是由高分子的分子尺寸和载体尺寸的大小决定。
当高分子稀溶液通过多孔性凝胶固定相时，大尺寸高分子不能进到凝胶空洞中而被完全排阻，只能沿着多孔凝胶粒子之间的空隙通过色谱柱，首相从柱中被流动相脱出来；中等大小分子能进入凝胶中的一些空洞中，但不能进入更小的微孔，在色谱中受到滞留，较慢的从色谱柱中被洗脱出来；小分子可进入凝胶的绝大部分孔洞，在柱中受到更强的滞留，会更慢的被洗脱出来。
在使用校正曲线进行相对分子质量计算时，理论上要求被测聚合物与标样具有相同的化学组成、化学结构及组装结构。
实际上很难做到，能够得到标准样品的聚合物种类非常有限，这时就需要使用普适校正。
普适校正的原理是GPC对聚合物分子的分离是基于分子流体力学体积的排除。
对于相同的分子流体力学体积，在同一个保留时间流出，即俩种柔性高分子链的流体力学体积相等。
其数学表达式为[n]1M r,1=[n]2M r,2 依据M-H方程Mkαγη=][得到12,211,1++=αγαγMKMK然后查阅进行普适校正计算，对于不能查到的κ、α的聚合物，可以通过使用黏度-光散射-示差检测器联用进行测量。