第三章 高分子材料的性质
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。
高分子材料的物理和化学性质
高分子材料的物理和化学性质高分子材料是一类重要的工程材料，具有众多独特的物理和化学性质，使其在许多领域中得到广泛应用。
本文将从分子结构、热学性质、力学性质、电学性质、光学性质等方面介绍高分子材料的物理和化学性质。
一、分子结构高分子分子量通常在10^3-10^7之间，相比小分子而言，高分子分子量大，分子体积大，交联度高，分子链上的键合弱、回旋自由度多，这些特征决定了高分子材料具有多段构象、异构性、无规共聚物的存在。
对高分子分子结构的理解对于控制其物理和化学性质，设计合理的高分子材料非常重要。
二、热学性质热学性质是高分子材料性质中关键的一部分，它们决定了高分子材料在各种物理和化学环境中的稳定性和可用性。
热学性质包括热膨胀系数、玻璃化转变、热导率、热变形温度等。
其中，热膨胀系数是指材料在温度变化过程中体积或长度的变化率，该性质对于热稳定性和耐温性的评价非常重要。
玻璃化转变指高分子材料在升温过程中的玻璃化转变温度，此时材料呈脆性固态，具有高强度和刚度，但失去了弹性。
三、力学性质高分子材料的力学性质是其在工程领域中的应用最重要的性质之一，包括拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、硬度等。
高分子材料的力学性质与材料的分子结构密切相关，如分子量、分子量分布、交联度、分子链的取向等。
其中，拉伸强度是材料在拉伸或压缩下的强度；弯曲强度是材料在受力时抵抗变形的能力；冲击强度是指材料在受冲击载荷下的抗冲击能力；硬度是表征材料耐磨性能的一个参数。
四、电学性质电学性质包括电阻率、介电常数、击穿电压等，与高分子材料在电子器件中的应用和可靠性密切相关。
高分子材料的电学性质受到其分子结构、极性、表面状态等因素的影响。
通过改变材料的化学和物理参数，可以改善其电学性能。
五、光学性质高分子材料的光学性质是其在光电领域中的重要应用性能，包括折射率、透明度、吸收系数等。
高分子材料的光学性质取决于分子的键长、键角、现场分布等因素。
通过控制高分子材料分子结构和表面状态等参数来控制其光学性质，从而开发出新的光电器件。
高分子材料化学-第三章1
E 2.051000cal m ol CED ~ 32.94cm3 m ol V
62.2 cal cm3
2.6 108 J m
(a) 溶胀法：
溶胀度法是在一定温度下， 将交联度相同的高分子分别 放在一系列溶度参数不同的 溶剂中使其溶胀，测定平衡 溶胀度，聚合物在溶剂中溶 胀度不同，只有当溶剂的溶 度参数与聚合物溶度参数相 等时，溶胀最好，溶胀度最 大。因此，可把溶胀度最大 的溶剂所对应的溶度参数作 为该聚合物的溶度参数。
(三)交联聚合物的溶胀 交联聚合物由于三维交联网的存在而不会发生溶 解，只能发生溶胀。 交联度越大，溶解度越小。 交联度可以用交联点密度表示。交联聚合物中交 联链的结构单元数Nc占总结构单元数N的分数，通常用 q表示。Q=Nc/N。
制备药用高分子溶液的方法
药用高分子材料大多呈粒状、粉末状，如果将其 直接臵于良溶剂中，易于聚结成团，与溶剂接触的团 块表面的聚合物首先溶解，使其表面粘度增加，不利 于溶剂继续扩散进人颗粒内部。 溶解之初，应采取适宜的方法，使颗粒高度分散， 防止粘聚成团，然后再加入良溶剂进行溶胀和溶解， 这样可以较快的制备高分子溶液。 例如聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠在热水中易溶， 配制其水溶液时，则应先用冷水润湿、分散，然后加 热使之溶解。而羟丙甲纤维素在冷水中比在热水中更 易溶解，则应先用80～90℃的热水急速搅拌分散．由 于其在热水中不溶，颗粒表面不粘，则有利于充分分 散，然后用冷水(5℃左右)使其溶胀，溶解。
参数相差值在±1.5以内时常常可以溶解。所以可以用 溶度参数 作为选择溶剂的参考数据 。 在溶解聚合物时，有时使用混合溶剂，效果更好。对 于混合溶剂的溶度参数 混可由下式计算：
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。
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由由结构单元通过共价键连接而成的巨大分子化合物。
它们具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纤维等。
高分子材料的结构和性质之间存在密切的关系，下面将对其结构和性质进行探讨。
一、高分子材料的结构类型高分子材料根据结构可以分为线性聚合物、支化聚合物、交联聚合物和共聚物等。
线性聚合物是通过链状的结构单元形成的，例如聚乙烯。
支化聚合物是由线性聚合物上分支出额外的结构单元而成的，这样可以提高材料的强度和稳定性。
交联聚合物是通过不同的链状聚合物之间的交联点连接而成的，例如橡胶。
共聚物是由两种或多种不同结构单元共同组成的，具有更为复杂的结构。
二、高分子材料的分子量高分子材料的分子量对其性质具有重要影响。
高分子材料的分子量可以通过不同的方法进行测量，如凝胶渗透色谱法（GPC）和粘度法等。
分子量的增加会导致高分子材料的物理特性发生变化，如增加材料的粘度、拉伸强度和熔点等。
分子量还与高分子材料的加工性能密切相关，较高的分子量可以提高材料的加工温度和融化流动性。
三、高分子材料的官能团高分子材料中的官能团对材料的性质也有很大影响。
官能团是指高分子链上具有活性的基团，如羟基、羧基、氨基等。
这些官能团可以通过与其他物质发生化学反应，从而改变材料的性质。
例如，聚乙烯醇具有羟基官能团，可以与其他物质形成氢键，从而改变材料的疏水性和机械性能。
四、高分子材料的结晶性高分子材料的结晶性也会影响其性质。
结晶性是指高分子材料分子之间存在有序排列而形成结晶结构的能力。
结晶性越高，高分子材料的物理性能通常越好。
例如，聚乙烯具有较高的结晶性，因此具有较高的强度和硬度。
而聚丙烯则相对较低，因此具有较好的韧性和延展性。
五、高分子材料的热性能高分子材料的热性能是指材料在高温条件下的性能表现，包括熔点、热膨胀系数和热稳定性等。
高分子材料的热性能通常与其结构和分子量密切相关。
高分子材料的熔点和热膨胀系数较高，意味着在高温条件下，材料会表现出较好的热稳定性和机械性能。
第三章 高分子的结构与性能(1)
高分子合成－加工－应用
合成：决定高聚物链结构 单体－聚合物元素组成 聚合方法及工艺－分子链原子间相对位置 关系，链的几何形状及大小 加工成型：确定聚合物链段间或分子间聚 集态结构 高分子链结构、聚集态结构等各种结构效 应：决定高分子材料性能。对聚合物进行 加工和利用的依据
3.1 高分子的链结构 －近程结构（一级结构）
2、键接结构：
结构单元在分子链中的连接方式，通过控制合成条件可改变
单烯类单体CH2=CHX聚合时，单体单元连接方式可有如下 三种：
CH 2 CH CH 2 CH X X
CH 2 CH CH CH 2 X X
CH CH 2 CH 2 CH X X
头-尾连接
链结构（单 个分子的结 构与形态）
液晶结构
3.1 高分子的链结构 －近程结构（一级结构）
1.结构单元的化学组成
碳链高分子：这类高聚物不易水解，易加工，易 燃烧，易老化，耐热性较差。一般用作通用塑料。 杂链高分子：主链带极性，易水解，醇解或酸解。 优点：耐热性好，强度高。这类聚合物主要用作 工程塑料 元素高分子：具有无机物的热稳定性，有机物的 弹性和塑性。但强度较低。
3.1 高分子的链结构 －近程结构（一级结构）
5、共聚物的序列结构 ● ● ● ●
无规共聚物 交替共聚物 嵌段共聚物 接枝共聚物
3.1 高分子的链结构 －近程结构（一级结构）
无规共聚
两种单体单元无规则地排列
ABAABABBAAABABBAAA
例1： PE，PP是塑料，但 乙烯与丙烯无规 共聚的产物为橡胶。 例2： PTFE（聚四氟乙烯）是塑料，不能 熔融加工，但四氟乙烯与六氟丙烯共聚物是 热塑性的塑料。
高分子材料的分子结构与性质
高分子材料的分子结构与性质高分子材料是一种广泛应用的材料，它们通常由许多重复的基本单元组成。
这些基本单元通过化学键连接到一起，形成了巨大的分子。
高分子材料不仅应用于常见的日用品、建筑材料等领域，也在医学、电子、光学等领域具有广泛的应用。
了解高分子材料的分子结构与性质，能够更好地理解和应用它们。
高分子材料分子结构的基本特征是分子链的长且具有分支，这些分支共同构成了高分子的三维结构。
由于高分子链的长度有限，因此它们通常具有一定的弯曲。
此外，高分子链上的官能团（如羟基、胺基、醇基等）能够与其它高分子链或小分子相互作用，形成水分子、氢键、离子键等作用力。
这些作用力决定了高分子材料的物理、化学性质和应用特性。
高分子材料分子结构的另一个基本特征是分子链的分子量。
通常情况下，分子量越高，高分子材料的特性越优越，如强度、高温稳定性、电性能等。
高分子材料的分子量可通过各种不同的手段进行测量，例如光散射法、凝胶渗透色谱法等。
高分子材料的化学结构种类也非常丰富，不同的化学结构会对高分子材料的性质产生重要影响。
例如，每个单元中分别包含持有共价键和非持有共价键的共轭聚合物比其非共轭聚合物更光电活性强。
这是因为共轭结构存在较强的分子内共振，从而增强了分子中的电子转移。
高分子材料的化学结构可通过各种不同的化学反应进行修饰，例如选择性臂化、双键卡口杂化等。
高分子材料的物理、化学性质和应用特性主要由分子结构和组织结构决定。
例如，聚乙烯的分子链中含有大量的氧原子，导致其在高温下容易分解。
与此不同，聚丙烯的分子链中不含氧原子，具有更好的耐高温性能和化学稳定性。
因此，聚丙烯是一种重要的应用领域应用于高温设备的材料。
高分子材料的组织结构对其性能有着极为显著的影响。
高分子材料可经过拉伸、压缩、模塑、注塑等过程进行形成。
组织结构受温度、流场、非均匀性等因素的影响，并与高分子材料的分子结构和化学结构相辅相成。
高分子材料的组织结构还与其加工条件相关，例如加热速率、加热时间、压力等。
高分子材料
• 4.热学性能： • 基本热学性能：热膨胀、比热容、热导率
• 高聚物热学性能受温度影响比金属、无机材料大。 • 低耐热性 • 低导热性 • 高膨胀性
第聚合是指聚合反应
活性中心为自由基的链式
• 聚合物的相对分子质量或聚合度达到某一数值后才能显示 出有实用价值的机械强度，称为临界聚合度
• （2）高分子链的构象及 柔顺性
• 高分子链的构象：单件 内旋转（图）引起的原 子在空间占据不同位置 所构成的分子链的各种 形象。
• 高分子链的柔顺性：高 分子由于构象变化获得 不同卷曲程度的特性。
• 高分子链的柔顺性与单键内 旋转难易程度有关。
第三节高分子材料的性能
• 高分子材料与小分子材料区别： • 1、相对分子质量明显不同 • 2、高分子化合物的相对分子质量和分子链尺寸存在多分
散性。 • 3、分子间作用力明显不同。 • 4、高分子化合物具有线链状和交联结构
二、高分子材料的性能
•
1、力学性能 1.低强度 2.高弹性和低弹性模量 3.粘弹性 蠕变、应力松弛、内耗 粘弹性：高聚物在外力作用下同时发 生高弹性变形和粘性流动，其变形与 时间有关 4.高耐磨性
分子质量逐步增长，反应基本特征：大分子之间可以互相反 应生成更大的分子。
以二元酸与二元酸线型缩聚为例的反应机理：
六、加成缩合聚合
• 定义：由加成和缩合交 替进行的逐步聚合反应。
• 像酚醛树脂、三聚氰胺 甲醛树脂、脲醛树脂、 醇酸树脂都是如此制得
• 酚醛树脂反应过程：
七、氧化偶联聚合
• 定义：每一步反应都是加成反应，且无小分子生成的逐步 聚合反应称为。简称聚加成反应。
药用高分子材料学练习题-第三章
《药用高分子材料学》章节练习题第三章高分子材料的性质1. 聚合物的结构与其溶解性的关系，错误的说法是（B）A. 非极性晶态聚合物（如聚乙烯），需选择高沸点溶剂，加热破坏晶格后才能溶解。
B. 溶解极性晶态聚合物（如聚酰胺）一般不需加热，选择合适的非极性有机溶剂即可。
C. 交联聚合物不能溶解。
D. 相同聚合度的支化或线型聚合物，通常支化型聚合物更易溶解2. 水凝胶强烈的吸水能力是因结构中含有亲水基团，不包括下列哪个基团？（C）A. –OHB. –COOHC. –ClD. -NH23. 聚合物溶解必要条件是（B）A. 吉布斯自由能变化△ G m小于零。
B. 吉布斯自由能变化△G m大于零。
C. 吉布斯自由能变化△G m等于零。
D. 以上均不正确。
4. 常用的环境敏感性水凝胶的类型不包括（D）A.温敏水凝胶B. pH敏感水凝胶C. 盐敏水凝胶D. 水敏感水凝胶5. 对玻璃化转变温度叙述错误的是（B）A. 聚合物从玻璃态到高弹态之间的转变，对应的温度称为玻璃化转变温度B. 玻璃化温度通常是一个急剧的转折点C. 它是聚合物使用时耐热性的重要指标D. 凡是能够影响分子内旋转和分子间力的因素都会对玻璃化转变温度由影响6. 降低T g最有效的方法为（A）A. 增塑剂B. 交联C. 结晶D. 加入含极性基团的小分子7. 下列表示玻璃化转变温度正确的是（C）A. T c maxB. T mC. T gD. T f8. 与聚乙烯相比较，聚氯乙烯（B）A. 链柔性增加B. 结晶性降低C. 极性弱D. 玻璃化转变温度降低9. 聚合物结晶后，其机械强度通常（A）A. 增大B. 基本不变C. 减小D. 无法判断10. 随着分子量增加，聚合物的抗张强度（C）A.下降B. 基本不变C. 增大D. 无法判断11. 高分子力学性质中，关于应力与应变关系正确的是（A）A. 弹性模量=应力/应变B. 弹性模量=应变/应力C. 硬度=应变/应力D. 硬度=应力/应变12. 以下哪种聚合物可自组装形成两亲性嵌段共聚物胶束（B）A. 乳酸-乙醇酸共聚物B. 聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯共聚物C. 胃崩型丙烯酸树脂D. 丙烯酸-丙烯酸异辛酯无规共聚物13. 当气体或液体的溶解性不大时，渗透过程遵循的定律为（A）A. Fick's 定律B. Stock's定律C. Stokes-Einstein扩散方程D. Higuchi方程14. 影响聚合物渗透性或透气性的主要因素不包括（D）A. 温度B. 极性C. 渗透分子的大小D. 折光度15. 下列关于药物通过聚合物薄膜的扩散的叙述，错误的是（C）A. 药物分子几乎不可能从聚合物薄膜晶区通过B. 在无孔固体聚合物中扩散，自然是更为困难的过程C. 聚合物的分子链柔度越低，约有利于维持膜孔道，增加药物的扩散D. 扩散过程是顺浓度梯度差的E. 如果使药物渗透通过聚合物膜，则二者需要有一定的热力学相容性。
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。
高分子材料的特性
高分子材料的特性
高分子材料是一类由大量分子组成的材料，具有许多独特的特性。
首先，高分子材料具有良好的机械性能。
由于其分子结构中存在大量的共价键和非共价键，使得高分子材料具有较高的强度和韧性。
例如，聚乙烯、聚丙烯等塑料材料具有较好的韧性和耐磨性，适用于制作各种日常用品和工业制品。
其次，高分子材料具有较好的耐化学性能。
由于高分子材料中的分子链结构较为稳定，使得其对酸、碱、溶剂等化学物质具有一定的抵抗能力。
例如，聚四氟乙烯具有出色的耐腐蚀性能，被广泛应用于化工设备、管道和阀门等领域。
此外，高分子材料还具有良好的绝缘性能。
由于高分子材料中分子链之间存在较大的空隙，使得其具有较好的绝缘性能。
例如，聚乙烯、聚氯乙烯等塑料材料被广泛应用于电线、电缆等领域，用于绝缘材料。
另外，高分子材料还具有较好的加工性能。
由于高分子材料可以通过热塑性和热固性两种方式进行加工，使得其可以通过挤出、注塑、压延等方式制备成各种形状的制品。
例如，聚丙烯、聚苯乙烯等塑料材料可以通过注塑成型制备成各种日常用品和工业制品。
总的来说，高分子材料具有良好的机械性能、耐化学性能、绝缘性能和加工性能，被广泛应用于日常生活和工业生产中。
随着科技的不断进步，高分子材料的特性将会得到更好的发挥和应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子材料的物理化学性质
Q=[DSP（2A-SP）t/λ]1/2
Q：单位面积t的释放量，D：扩散系数，P：骨 架中的孔隙率，S：药物在释放介质中的溶解
度，λ：骨架中弯曲因素，A为单位体积骨架中
药物含量。
假设：①药物释放时保持伪稳态；②A>>S，即 存在过量的溶质；③理想的漏槽状态；④药物 颗粒比骨架小得多；⑤D恒定。
Q=kHt1/2
4.内耗
轮胎在高速行使相当长时间后，立即检查内层温度， 为什么达到烫手的程度？
高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到 外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应 力又施加了，以致总有部分弹性储能没有释放出来。这 样不断循环，那些未释放的弹性储能都被消耗在体系的 自摩擦上，并转化成热量放出。
f = 1.5Pl0 / bd2
P
d
b
l0/2
l0/2
抗弯强度测定试验示意图
3、冲击强度（i）
冲击强度也称抗冲强度, 定义为试样受冲 击负荷时单位截面积所吸收的能量。是衡量 材料韧性的一种指标。
P
冲击头，以一定速 度对试样实施冲击
d
b
l0/2
l0/2
4、聚合物强度的影响因素
（1）聚合物自身的结构：主链中引入芳杂环，可增加链的 刚性，分子链易于取向，强度增加；适度交联，有利于强度 的提高。
硬度的大小与材料的拉伸强度和弹性模量 有关。
强度：是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在 一定条件下材料所能承受的最大应力。
1、拉伸强度
衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸 强度。
宽度b
厚度d
P
试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积 之比为抗张强度t：t = P / b • d
高分子材料的性能特点.pptx
气态 物质的力学三态 液态
固态
温度增加
聚合物力学状态具有特殊性。原因：
没有气态； 具有非晶态； 结晶具有不完善性。
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2.1 高分子材料的力学状态
线型无定形聚合物的力学三态及其转变
热机械曲线（形变-温度曲线）实验示意 等速升温
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2.1 高分子材料的力学状态
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感谢您的观看。
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弯曲强度 冲击强度
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2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变
应变（形变）：外力作用而不产生惯性移动时其 几何形状和尺寸所发生的变化。
材料
外力作
用 发生形变
材料欲保持原
状
产生附加内力
外力卸载
内力使形变回复并自行逐步消除
应力：单位面积上的内力。
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2.2 高分子材料的力学性能
作业：
一、名词术语解释 1、结晶度 2、玻璃化转变温度（Tg） 3、粘流温度（Tf） 4、应变 5、蠕变
二、简答 1、高弹性为什么又称为熵弹性？ 2、简要阐述聚合物的粘弹性。 3、描述高分子材料的软硬、强弱和韧脆的指标分别是什么？ 4、请说明非晶态聚合物力学三态的运动单元。
三、论述题 1、画出塑料材料的应力应变曲线，并对其进行描述？ 2、高分子材料的使用温度同玻璃化转变温度有什么关系？
（2）力学特征：形变量小(0.01 ～ 1%)，模量高(109 ～ 1010 Pa)。 形变与时间无关，呈普弹性。
（3）常温下处于玻璃态的聚合物通常用作塑料。
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高弹态
Tg ～Tf
（1）分子运动机制：链段“解冻”，可以运动
高分子材料的结构和性质研究
高分子材料的结构和性质研究高分子材料是一种由大量具有重复结构的分子组成的材料，具有一系列独特的性质，如高强度、高韧性、耐热、耐腐蚀等，被广泛应用于电子、医疗、建筑、能源等各个领域。
高分子材料的性能与其结构密切相关，因此深入研究高分子材料的结构和性质具有重要意义。
一、高分子材料的结构高分子材料的结构是指由单体分子通过化学键连接而成的大分子链结构。
高分子材料主要分为线性高分子和交联高分子两类。
线性高分子是由一种或多种单体分子按线性方式连接而成的长链结构，在链端具有自由基基团，可以通过反应生成交联结构。
交联高分子是由线性高分子或多种单体分子经过交联反应形成的三维网络结构，具有良好的强度、韧性和耐热性。
高分子材料的结构形态也是影响其性能的重要因素。
高分子材料的结构形态通常分为晶体形态和非晶体形态两种。
晶体形态是指高分子链长期有序排列而形成的结晶区域，这种结构具有高力学强度和较高的熔点；非晶体形态是指高分子链没有长期有序排列而呈现的无序状态，具有较高的韧性和良好的拉伸性。
高分子材料的晶体形态和非晶体形态也会对其性能产生显著影响。
二、高分子材料的性质高分子材料的性质主要包括机械性能、热学性能、光学性能、电学性能、化学性能等。
机械性能是指高分子材料在机械载荷下的表现，包括强度、韧性、硬度等；热学性能是指高分子材料在温度变化下的表现，包括熔点、玻璃化转变温度、热膨胀系数等；光学性能是指高分子材料对光线的吸收、反射、透射等性质；电学性能是指高分子材料在电场下的导电性、介电常数等性质；化学性质是指高分子材料在各种化学试剂、环境条件下的稳定性和耐腐蚀性等。
三、高分子材料的性能研究方法高分子材料的性能研究需要一系列实验和理论方法的支持。
其中，X射线衍射、红外光谱、核磁共振谱等是研究高分子材料结构的重要手段；拉伸强度测试、压缩测试、硬度测试等是研究高分子材料机械性能的关键方法；热重分析、热膨胀测试、热导率测试等是研究高分子材料热学性能的常用手段；电导率测试、介电常数测试、电化学测试等是研究高分子材料电学性能的有力手段。
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。
第三章高分子材料结构与性能-1
O
O
C ( CH ) C
4
CH ( Si O)n
CH
聚酯涂料
有机硅橡胶
主链含有芳杂环时，内旋转难，链柔性差
e.g： CH3
CH3
CH3
O
O
O
C
CH3
CH3
CH3
PPO
PC
均做耐高温工程材料
O OC
主链中含有孤立C＝C双键时，链柔顺性好，聚丁二烯等橡胶 但含有C＝C＝C及－Ph－Ph－Ph的链柔顺性差，是刚性链
柔顺性：高分子链能够改变其构象的性质
内因：近程结构 影响因素
外因：外界条件、T、外力等
1、链的柔性 独立的运动单元
结构单元 链段
柔顺性
因为存在 独立运动 单元
高分子链本身是一个运动单元
链段：一个单键内旋转牵连着若干个结构单元一起运动， 则这若干个结构单元组成一个链段(50~100)。
柔顺链：假定大分子链上没有任何阻碍或者分子 理 之间没有干扰，单键内旋转完全自由. 想 刚性链：单键内旋转非常困难，旋转带动整个
2. 支化高分子
与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，线形分 子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都高于前者。 支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低。
3. 交联
高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构
交联结构的形成条件：若在缩聚反应过程中有三个以上的官能 度的单体存在；或在加聚过程中有自由基的链转移反应；或双 烯类单体中第二键的活化等都能生成的高分子。
<3>高分子链的长短 链越长（分子量有一定限度）,柔性越大.如橡胶分子量, 柔性好
<4>分子间作用力 分子间作用力增大，则柔顺性减小
常用高分子材料性能特征与用途介绍
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5.环氧树脂
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上 环氧基团的有机高分子化合物，除个别外， 它们的相对分子质量都不高。 环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼 的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分 子链的末端、中间或成环状结构。 由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它 们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形 成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
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④化学稳定性
PS有较好的化学稳定性； 易发生热氧老化； 易发生环境应力开裂。
⑤电性能 表面电阻和体积电阻率高； 正电损耗价极低； 电性能不受频率和温度的影响。
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⑥光学性能 透光率达88%~92%； 折射率为1.59~1.60； 受强光后易变黄，等等。
⑦加工性 现有树脂中最易加工的塑料品种； 最易着色的塑料品种； 成型收缩率小； 制品的内应力较大，等等。
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三、热塑性工程材料
工程塑料分为通用工程塑料和特种工程塑 料两大类，与通用塑料相比： 工程塑料具有更高的力学强度，能经受较 宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，具有 较高的尺寸稳定性，可在工程中作为结构材料， 广泛应用与机械、电子、汽车及航空航天领域。 五大通用工程塑料为：聚酰胺、聚碳酸酯、 聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚。
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(3)PS 的改性品种
①ABS ABS是指由丙烯腈(Acrylonitril)、丁二烯 (Butadiene)、苯乙烯（Styrene）三种单体组 成热塑性塑料，其成分较复杂，不仅仅是三 种单体的共聚物，也可以含有某种单体的均 聚物及其混合物。
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a. ABS的性质 具有坚韧、质硬、刚性大等优异力学性能， 特别是冲击强度高，并且也大大提高了耐磨性， 使用范围-40～100℃，具有良好的电绝缘性和 一定化学稳定性，但耐候性差。 b. ABS的用途 ABS应用广泛，可用于制造齿轮、泵叶轮、 轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、冰箱 衬里、汽车零部件、电气零件、纺织器材、容 器、家具等，也可用作PVC等聚合物的增韧 改性剂。
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1）制备（fabrication）
2）温度敏感性 通常注射用温敏水凝胶的LCST设置在37 ℃
和传统的水凝胶一样这种PECT水凝胶同样具有3D
网状结构。
3）抗肿瘤效果
2. pH敏感水凝胶
pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与收缩随
着环境pH的变化而发生变化。这些水凝胶的溶
胀性可随外界pH条件的变化发生极大的、甚至 不连续的改变。
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三. . 溶剂的选择 三 溶剂的选择 1．溶度参数相近原则
非晶态的非极性聚合物，选择溶度参数相近的溶剂 若|δ1－δ2|<1.5时，两种物质可互溶； 当|δ1－δ2|>1.7－2.0时，高分子不溶于溶剂中。 有时也可选用混合溶剂，δ混＝ ψ1 δ1＋ψ2 δ2
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2．极性相似相溶原则
对于非晶态的极性高聚物，既要符合溶度参数相
Hale Waihona Puke 分子链间的空隙增大，加之渗入的溶剂分子还能
使高分子链溶剂化，从而削弱了高分子链间的相 互作用，使链段得以运动，直至脱离其他链段的
作用，转入溶解。当所有的高分子都进入溶液后，
溶解过程方告完成。
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2、聚合物的溶解度与分子量有关
一般分子量越大，溶解度越小；反之，溶 解度越大；分子量相同时，支化的比线型的更
2. 交联点间平均相对分子质量
两个相邻的交联点之间的平均相对分子质
量Mc，代表了水凝胶网络的交联度，聚合物
溶胀前后的体积比：
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3. 网络筛孔的大小
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（二）环境敏感性
环 境 敏 感 性 水 凝 胶 又 称 为 智 能 水 凝 胶 (smart
hydrogel) ， 可 以 分 为 ： 温 敏 感 性 水 凝 胶
近原则，又要符合“极性相近”的原则。 3．溶剂化原则
指溶剂分子通过与聚合物分子链的相互作用使大分
子链分开，发生溶胀直到溶解。
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三 . 溶剂的选择 四、渗透性及透气性
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 (permeability) 。气 体分子渗透通过聚合物膜称为透气性(gas permeability)。
易溶解。
3、非极性晶态聚合物比非晶态聚合物难溶解
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二. 聚合物溶解过程的热力学 恒温恒压下，Gｍ ＝ Hｍ － TSｍ ＜ 0
混合自由能
混合热
混合熵
极性高聚物在极性溶剂中，溶解是放热的， ΔHM
＜0，使ΔGM＜0，溶解过程自发进行。
非极性高分子溶解时一般是吸热， ΔHM >0 ，升高 温度T或减小ΔHM才有可能使体系自发进行。
分的亲水性凝胶。
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二、水凝胶的性质
（一）溶胀性 水凝胶在水中可以明显地溶胀（swell），这
是由于亲水性高分子与水的亲和力产生溶胀作用。
另外水凝胶的三维网状结构，具有一定的吸附水的 能力；离子型的水凝胶中离子型基团的解离作用是
增加了聚合物的亲水性。
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1. 水凝胶溶胀度计算
（1）体积法
Q = (V-V0)/V0
高分子浓溶液
浓度大于5%
纤维工业中的溶液纺丝；浓度一般大于15%.
油漆、涂料、胶黏剂浓度最高可以达到60%.
高分子稀溶液
系。
浓度小于1%
加强我们对高分子链结构，结构与性能之间的基本关
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一. 溶解与溶胀
由于聚合物分子量大，具有多分散性，可有线
形、支化和交联等多种分子形态，聚集态又可表现 为晶态、非晶态等，因此聚合物的溶解现象比小分
(temperature-sensitive hydrogel)，pH敏感水凝胶（ pH-sensitive hydrogel）, 电解质敏感水凝胶等。
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三、水凝胶药物释放
INS
1. 扩散控制机制
CMC-g-PAA hydrogel INS-CMC-g-PAA hydrogel
高溶胀性的水凝胶的药物释放可以用Fick扩散 定律或Stefan-Maxwell方程来表述。 2. 溶胀控制机制 3. 基质降解
子化合物复杂的多，具有许多与小分子化合物溶解
不同的特性：
6
7
1、聚合物的溶解是一个缓慢过程
（1）溶胀：由于聚合物链与溶剂分子大小相差悬
殊，溶剂分子向聚合物渗透快，而聚合物分子向
溶剂扩散慢，结果溶剂分子向聚合物分子链间的 空隙渗入，使之体积胀大，但整个分子链还不能 做扩散运动；
8
（2）溶解：随着溶剂分子的不断渗入，聚合物
多孔性是指材料有极小连通孔的性质。渗透性及透气
性均属高分子材料重要的物理性能。
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第二节 高分子水凝胶
一、凝胶与水凝胶概述
1. 凝胶（gel）指溶胀的三维网状结构，即构成
凝胶网络的分子间相互联结，而在网状结构
的孔隙填充有液体介质。在药物制剂中，大
多由亲水性高分子构成凝胶的网络结构。
2. 水凝胶（hydrogel）指能够吸收和保持大量水
（2) 质量法 Qm = (m2-m1)/m1
其中：Q为体积溶胀度，m1和m2为溶胀前后的质
量，V和V0为溶胀前后的体积。
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2. 溶胀态聚合物的体积分数
对于无孔水凝胶来说，保留在水凝胶网络中
液体的量、聚合物间的间距及聚合物链的柔性，
决定了网络中药物分子的迁移性，及其在水凝胶 骨架中的迁移速度。
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28
1）制备（fabrication）
2）pH敏感性（pH-response）
3）肠道给药（release profile）
120 pH 1.4 pH 6.8
Cumulative release (%)
90 60 30 0
IBU Insulin
0
2
4
6 time (h)
8
10
四、水凝胶的应用
31
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(一) 环境敏感性
1. 温(热)敏水凝胶
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或下部临界会溶
温度(lower critical solution temperature，LCST).
温敏水凝胶对温度变化的响应有两种类型：一 种是在温度低于 LCST时呈收缩状态，当温度升高 超过 LCST时则处于膨胀状态，这种温敏水凝胶被 称为低温收缩型 ; 另一种与之相反，在温度高于 LCST时呈收缩状态，被称为高温收缩型。
新乡医学院 药物制剂专业
药用高分子材料学
（polymers in pharmaceuticals） 方亮 主编
1
第三章 高分子材料的性质 1
2
本章重点
掌握：高分子水凝胶性质； 熟悉：高分子溶液的性质； 了解：高分子水凝胶的应用。
3
神 奇 的 聚 合 物
4
第一节 高分子溶液的理化性质
研究高分子溶液的意义
Hydrogel insignificant swelling and release small amount of INS in pH 1.2 Hydrogel significant swelling and release small amount of INS in pH 7.4
Swelling and INS release profile of INS-CMC-g-PAA hydrogel in different PBS with various pH levels