高分子物理---第三章 高分子溶液
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④电学性质(electrical properties)
Why to study polymer solution?
在理论研究方面: 高分子溶液是研究单个高 分子链结构的最佳方法
在实际应用方面:
粘合剂
涂料
溶液纺丝
增塑 共混
①溶液纺丝(filature)：浓度在2030%，粘度大，稳定性差。 PVC,PAN
举例：PVC溶于THF /CR溶于乙苯/NR 溶于甲苯
2.浓溶液与稀溶液 高分子溶液性质随浓度不同有很大变化，据此将高分子
溶液分为浓溶液和稀溶液。 稀溶液(dilute solutiom)：一般认为高分子溶液的浓度在
1%以下者称为稀溶液。 浓溶液(dense solution)：指高分子溶液浓度在1%以上者，
溶解过程主要包括两个阶段：
①溶剂分子首先渗入高聚物内部，使高分子体积膨
胀
溶胀
②高分子被分散(disperse)在溶剂中
溶解。
典型例子：聚苯乙烯溶于苯中
聚氯乙烯溶于THF中等。
高分子溶解溶胀过程先出现溶胀这一现象，可作如下 解释：
高聚物与小分子溶剂混合时，两者分子量相差较大， 其中高分子链较长，且互相缠结，因此分子链本身不 易移动，作用力也较大。当高分子与溶剂接触的初期， 高分子不会向溶剂中扩散(diffuse)。但高分子链有柔性， 其链段的热运动而在空间产生空穴，这些空穴易被溶 剂小分子占据，从而使高聚物产生体积增大的膨胀现 象。但此时，整个高分子链还不能摆脱相互之间的作 用而扩散到溶剂分子中去，整个体系还是两相（一是 含有溶剂的高分子，另一相是纯溶剂相）。
①高分子与溶剂分子尺寸相差大。两者的分子运动速度存在差异， 溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物，而高分子向溶剂扩散速度却 慢的多，结果是溶剂先进入高聚物内部，使高分子体积膨胀，即溶 胀(swelling)，然后是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分 子分散的均相体系。
②溶解度反比于分子量，分子量增加，溶解度(solubility)减小。
随着溶胀的不断发生，促使高分子链间的距离不断 拉长，链间作用力不断减小。当整个大分子链中的 所有链段都已摆脱了相邻分子链的作用而发生了缓 慢向溶剂中扩散时，整个分子链和溶剂混合，最后 完成了溶解过程。
非晶态高聚物的溶解速率和溶解度与分子量有关。
分子量 ，溶解速率 ，溶解度
3.交联高聚物的溶解平衡
硫化橡胶（鞋底）在汽油，苯，机油等接触时都将发 生体积增大的现象。但一般不再发生溶解现象，即达 到所谓的溶胀平衡。
所谓的溶胀平衡：指在一定条件下（温度，压力，溶 剂种类，交联密度等），由于交联键的存在，高聚物 在吸入相当数量的溶剂分子之后，出现溶胀维持在一 定程度而不再随时间延长而增大的现象。
真溶液 低分子
<10-10m
扩散快，可以透过半透膜
热力学性质 平衡、稳定体系，服从相律 不平衡、不稳定体系 平衡、稳定体系，服从相律
溶液依数性
有，但偏高
无规律
有，正常
光学现象
Tyndall 效应较弱
Tyndall 效应明显
无 Tyndall 效应
溶解度
有
无
有
溶液黏度
很大
小
很小
高分子溶液
1.高分子溶液：高聚物以分子状态分散在溶剂中所形 成的混合物。
第3章 高分子溶液
Polymer Solution
What is polymer solution?
传统上 广义上
高分子溶液、胶体及小分子溶液的区别
比较项目 分散质点的尺寸 扩散与渗透性质
高分子溶液 大分子 10-10～10-8m
扩散慢，不能透过半透膜
胶体溶液 胶团 10-10～10-8m
扩散慢，不能透过半透膜
②油漆(oil paint)，涂料(dope/paint)： 浓度可达60%，粘度更大。
③凝胶（gel）：半固体状态。
④增塑高聚物(plasticized polymer)： 固体状浓溶液，有一定的机械强度。
⑤能互容的高聚物共混物(miscible polymer blend)。
How to study polymer solution?
②流体力学性质(rheologic properties)：高分子溶液的粘度 (viscosity)，高分子在溶液中的扩散(diffusion)和沉降 (sedimentation)等。
③光学性质(optical properties)：高分子溶液的光散射(light scattering)，折光指数(refractive index)，透明性 (transparency)，偶极距(dipole moment)等。
③非晶态高分子结构中，由于分子堆砌较松散，分子间相互作用力 较弱(weak intermolecular interaction)，因此溶剂分子比较容易进入 高聚物内部使之发生溶胀 溶解，晶态高聚物由于分子排列规整， 堆砌紧密，分子间作用力强，溶剂进入比较困难。
Fra Baidu bibliotek
2.非晶态高聚物溶解 非晶态线形高聚物的溶胀和溶解过程如下：
聚合物的溶解过程 溶剂的选择 溶解状态 溶解热力学
3.1 聚合物的溶解
3.1.1 聚合物的溶解过程
非晶态聚合物: 溶胀和溶解 交联聚合物: 溶胀平衡 结晶聚合物: 晶体熔融再溶解
极性与非极性聚合物
1.高聚物溶解的特点
由于高聚物结构的复杂性：分子量大且存在多分散 性(polydispersity)；形状有线性(linear)，支化 (branched)，交联(crosslinked)；聚集态又存在晶 态和非晶态 因此高聚物的溶解现象比小分子复杂 的多，具体详述如下：
实际中应用较多。
目前对高分子稀溶液的研究较多，已经可以用定量
或半定量的规律来描述他们的性质，但对浓溶液的研
究不够，而浓溶液体系在生产实践中较重要。
3.高分子溶液性质所涉及的内容
①热力学性质(thermodynamic properties)：溶解过程中的 H、S、V 高分子溶液的渗透压(osmotic pressure)，高 分子溶液的分子形态(morphology)和尺寸(size)，高分子溶 液的相互作用(interaction)，高分子溶液的相分离(phase separation)等。
Why to study polymer solution?
在理论研究方面: 高分子溶液是研究单个高 分子链结构的最佳方法
在实际应用方面:
粘合剂
涂料
溶液纺丝
增塑 共混
①溶液纺丝(filature)：浓度在2030%，粘度大，稳定性差。 PVC,PAN
举例：PVC溶于THF /CR溶于乙苯/NR 溶于甲苯
2.浓溶液与稀溶液 高分子溶液性质随浓度不同有很大变化，据此将高分子
溶液分为浓溶液和稀溶液。 稀溶液(dilute solutiom)：一般认为高分子溶液的浓度在
1%以下者称为稀溶液。 浓溶液(dense solution)：指高分子溶液浓度在1%以上者，
溶解过程主要包括两个阶段：
①溶剂分子首先渗入高聚物内部，使高分子体积膨
胀
溶胀
②高分子被分散(disperse)在溶剂中
溶解。
典型例子：聚苯乙烯溶于苯中
聚氯乙烯溶于THF中等。
高分子溶解溶胀过程先出现溶胀这一现象，可作如下 解释：
高聚物与小分子溶剂混合时，两者分子量相差较大， 其中高分子链较长，且互相缠结，因此分子链本身不 易移动，作用力也较大。当高分子与溶剂接触的初期， 高分子不会向溶剂中扩散(diffuse)。但高分子链有柔性， 其链段的热运动而在空间产生空穴，这些空穴易被溶 剂小分子占据，从而使高聚物产生体积增大的膨胀现 象。但此时，整个高分子链还不能摆脱相互之间的作 用而扩散到溶剂分子中去，整个体系还是两相（一是 含有溶剂的高分子，另一相是纯溶剂相）。
①高分子与溶剂分子尺寸相差大。两者的分子运动速度存在差异， 溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物，而高分子向溶剂扩散速度却 慢的多，结果是溶剂先进入高聚物内部，使高分子体积膨胀，即溶 胀(swelling)，然后是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分 子分散的均相体系。
②溶解度反比于分子量，分子量增加，溶解度(solubility)减小。
随着溶胀的不断发生，促使高分子链间的距离不断 拉长，链间作用力不断减小。当整个大分子链中的 所有链段都已摆脱了相邻分子链的作用而发生了缓 慢向溶剂中扩散时，整个分子链和溶剂混合，最后 完成了溶解过程。
非晶态高聚物的溶解速率和溶解度与分子量有关。
分子量 ，溶解速率 ，溶解度
3.交联高聚物的溶解平衡
硫化橡胶（鞋底）在汽油，苯，机油等接触时都将发 生体积增大的现象。但一般不再发生溶解现象，即达 到所谓的溶胀平衡。
所谓的溶胀平衡：指在一定条件下（温度，压力，溶 剂种类，交联密度等），由于交联键的存在，高聚物 在吸入相当数量的溶剂分子之后，出现溶胀维持在一 定程度而不再随时间延长而增大的现象。
真溶液 低分子
<10-10m
扩散快，可以透过半透膜
热力学性质 平衡、稳定体系，服从相律 不平衡、不稳定体系 平衡、稳定体系，服从相律
溶液依数性
有，但偏高
无规律
有，正常
光学现象
Tyndall 效应较弱
Tyndall 效应明显
无 Tyndall 效应
溶解度
有
无
有
溶液黏度
很大
小
很小
高分子溶液
1.高分子溶液：高聚物以分子状态分散在溶剂中所形 成的混合物。
第3章 高分子溶液
Polymer Solution
What is polymer solution?
传统上 广义上
高分子溶液、胶体及小分子溶液的区别
比较项目 分散质点的尺寸 扩散与渗透性质
高分子溶液 大分子 10-10～10-8m
扩散慢，不能透过半透膜
胶体溶液 胶团 10-10～10-8m
扩散慢，不能透过半透膜
②油漆(oil paint)，涂料(dope/paint)： 浓度可达60%，粘度更大。
③凝胶（gel）：半固体状态。
④增塑高聚物(plasticized polymer)： 固体状浓溶液，有一定的机械强度。
⑤能互容的高聚物共混物(miscible polymer blend)。
How to study polymer solution?
②流体力学性质(rheologic properties)：高分子溶液的粘度 (viscosity)，高分子在溶液中的扩散(diffusion)和沉降 (sedimentation)等。
③光学性质(optical properties)：高分子溶液的光散射(light scattering)，折光指数(refractive index)，透明性 (transparency)，偶极距(dipole moment)等。
③非晶态高分子结构中，由于分子堆砌较松散，分子间相互作用力 较弱(weak intermolecular interaction)，因此溶剂分子比较容易进入 高聚物内部使之发生溶胀 溶解，晶态高聚物由于分子排列规整， 堆砌紧密，分子间作用力强，溶剂进入比较困难。
Fra Baidu bibliotek
2.非晶态高聚物溶解 非晶态线形高聚物的溶胀和溶解过程如下：
聚合物的溶解过程 溶剂的选择 溶解状态 溶解热力学
3.1 聚合物的溶解
3.1.1 聚合物的溶解过程
非晶态聚合物: 溶胀和溶解 交联聚合物: 溶胀平衡 结晶聚合物: 晶体熔融再溶解
极性与非极性聚合物
1.高聚物溶解的特点
由于高聚物结构的复杂性：分子量大且存在多分散 性(polydispersity)；形状有线性(linear)，支化 (branched)，交联(crosslinked)；聚集态又存在晶 态和非晶态 因此高聚物的溶解现象比小分子复杂 的多，具体详述如下：
实际中应用较多。
目前对高分子稀溶液的研究较多，已经可以用定量
或半定量的规律来描述他们的性质，但对浓溶液的研
究不够，而浓溶液体系在生产实践中较重要。
3.高分子溶液性质所涉及的内容
①热力学性质(thermodynamic properties)：溶解过程中的 H、S、V 高分子溶液的渗透压(osmotic pressure)，高 分子溶液的分子形态(morphology)和尺寸(size)，高分子溶 液的相互作用(interaction)，高分子溶液的相分离(phase separation)等。