《高分子近程結(jié)構(gòu)》課件

高分子近程結(jié)構(gòu)高分子近程結(jié)構(gòu)是指聚合物鏈中相鄰單體單元之間的空間排列方式。它是影響高分子材料物理性能的關(guān)鍵因素之一。作者：1.高分子概述11高分子是由許多重復(fù)的小分子單元通過(guò)共價(jià)鍵連接而成的大分子物質(zhì)，又稱聚合物。22這些小分子單元稱為單體，單體通過(guò)聚合反應(yīng)連接成高分子鏈。33高分子鏈可以是直鏈、支鏈或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響了材料的物理和化學(xué)性能。44高分子廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如塑料、橡膠、纖維、涂料和生物材料等。什么是高分子?長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)高分子是由許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成，形成長(zhǎng)鏈狀的分子。廣泛應(yīng)用高分子材料廣泛應(yīng)用于我們的日常生活，例如塑料、橡膠、纖維等。復(fù)雜結(jié)構(gòu)高分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可以非常復(fù)雜，受其化學(xué)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和分子量的影響。高分子的分類和性質(zhì)天然高分子天然高分子是指從自然界中直接獲得的聚合物，例如棉花、木材、蛋白質(zhì)和天然橡膠等。它們通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的性質(zhì)。合成高分子合成高分子是指由人工合成的聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯等。它們通常具有可控的結(jié)構(gòu)和性能，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。高分子的應(yīng)用領(lǐng)域包裝材料高分子材料可以用于制作各種包裝材料，例如塑料薄膜、包裝袋、包裝盒等，具有輕便、耐用、防水、防潮等優(yōu)點(diǎn)。醫(yī)療器械高分子材料可以用于制作各種醫(yī)療器械，例如人工血管、人造器官、醫(yī)療器械部件等，具有生物相容性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。建筑材料高分子材料可以用于制作各種建筑材料，例如防水材料、保溫材料、裝飾材料等，具有輕質(zhì)、隔熱、耐候等優(yōu)點(diǎn)。電子器件高分子材料可以用于制作各種電子器件，例如絕緣材料、封裝材料、導(dǎo)電材料等，具有電絕緣性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了高分子材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)包括熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、強(qiáng)度、韌性、溶解性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等。基本分子結(jié)構(gòu)單元基本分子結(jié)構(gòu)單元是構(gòu)成高分子鏈的基本重復(fù)單元。它代表了高分子鏈中重復(fù)出現(xiàn)的最小結(jié)構(gòu)單元，包含了高分子鏈的化學(xué)組成和連接方式。例如，聚乙烯的基本分子結(jié)構(gòu)單元是乙烯，其結(jié)構(gòu)式為CH2=CH2。每個(gè)乙烯單元通過(guò)共價(jià)鍵連接形成聚乙烯鏈。主鏈、側(cè)鏈和端基主鏈主鏈?zhǔn)歉叻肿渔溨凶钪饕墓羌埽ǔＳ芍貜?fù)單元組成。主鏈決定了高分子的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。側(cè)鏈側(cè)鏈連接到主鏈上，可以改變高分子的形狀和性質(zhì)。側(cè)鏈可以是不同的原子或原子團(tuán)，例如甲基、乙基或苯基。端基端基位于高分子鏈的兩端，它們對(duì)高分子的性質(zhì)影響較小，但可以影響高分子的穩(wěn)定性和反應(yīng)性。重復(fù)單元和聚合度1重復(fù)單元重復(fù)單元是高分子鏈中基本結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)部分。2聚合度聚合度指的是高分子鏈中重復(fù)單元的數(shù)目。3影響因素重復(fù)單元和聚合度影響著高分子的分子量、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。4實(shí)例聚乙烯的重復(fù)單元是乙烯，聚合度決定了聚乙烯的分子量和性能。3.高分子的空間結(jié)構(gòu)高分子的空間結(jié)構(gòu)是指高分子鏈在空間的排列方式。空間結(jié)構(gòu)對(duì)高分子的物理性能有重大影響，例如強(qiáng)度、韌性、熔點(diǎn)、溶解性等。線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的高分子結(jié)構(gòu)類型。鏈狀分子以直線形式連接，沒(méi)有分支或交聯(lián)。這些鏈可以自由移動(dòng)，并可能纏繞在一起。這種結(jié)構(gòu)的特性取決于聚合物鏈之間的相互作用。例如，聚乙烯是一種線型聚合物，具有較高的柔韌性和低熔點(diǎn)。分支結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)是指高分子鏈上存在側(cè)鏈的情況。側(cè)鏈可以是短鏈或長(zhǎng)鏈，也可以是單支或多支。分支結(jié)構(gòu)會(huì)影響高分子的物理性質(zhì)，例如溶解性、粘度、結(jié)晶性和機(jī)械強(qiáng)度等。分支結(jié)構(gòu)會(huì)降低高分子的結(jié)晶度，因?yàn)樗鼤?huì)減少高分子鏈之間的相互作用，從而降低材料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。同時(shí)，分支結(jié)構(gòu)也會(huì)影響高分子的溶解性，例如，具有分支結(jié)構(gòu)的聚乙烯比線性聚乙烯更易溶于有機(jī)溶劑。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是一種高分子結(jié)構(gòu)，其中鏈之間通過(guò)交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)。橡膠的結(jié)構(gòu)橡膠是典型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其交聯(lián)度越高，橡膠的強(qiáng)度越高。樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)樹(shù)脂也通常具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使其具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。4.高分子鏈的構(gòu)象高分子鏈的構(gòu)象是指高分子鏈在空間中的排列方式。高分子鏈的構(gòu)象會(huì)影響高分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。鏈的平面構(gòu)象平面構(gòu)象是指高分子鏈在空間中由于單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的不同構(gòu)象。乙烷分子可以旋轉(zhuǎn)，形成兩種構(gòu)象：交叉式和重疊式。交叉式構(gòu)象中，兩個(gè)甲基處于空間中，而重疊式構(gòu)象中，兩個(gè)甲基重疊。交叉式構(gòu)象更穩(wěn)定，因?yàn)榭臻g位阻更小。鏈的空間構(gòu)象空間排列高分子鏈在空間中的三維排列方式，受到鏈段之間相互作用力的影響。構(gòu)象類型常見(jiàn)的空間構(gòu)象包括無(wú)規(guī)卷曲、螺旋形和折疊形等。影響因素溫度、溶劑和鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)等因素都會(huì)影響鏈的空間構(gòu)象。構(gòu)象的影響因素溫度溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，鏈段運(yùn)動(dòng)更加自由，高分子鏈構(gòu)象趨于無(wú)序。分子間作用力分子間作用力越強(qiáng)，高分子鏈段之間的吸引力越大，構(gòu)象更趨于有序。溶劑不同溶劑對(duì)高分子鏈的溶解能力不同，影響鏈的構(gòu)象。壓力壓力會(huì)影響高分子鏈的自由體積，從而影響構(gòu)象。5.高分子鏈的配位高分子鏈的配位是指高分子鏈在空間中的排列方式。配位狀態(tài)直接影響高分子的物理性質(zhì)，如結(jié)晶度、熔點(diǎn)、強(qiáng)度等。隨機(jī)纏結(jié)構(gòu)高分子鏈在空間中隨機(jī)排列，形成無(wú)規(guī)則的纏繞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的存在會(huì)導(dǎo)致高分子材料的許多重要特性，例如高粘度、高強(qiáng)度和彈性。有序排列結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)鏈段排列有序，形成晶格結(jié)構(gòu)。結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū)通常由多個(gè)鏈段組成，形成三維空間結(jié)構(gòu)。取向排列鏈段在特定方向上排列，例如纖維狀結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)鏈段在層狀結(jié)構(gòu)中排列，例如薄膜結(jié)構(gòu)。結(jié)晶結(jié)構(gòu)高分子結(jié)晶是指高分子鏈在空間中以有序的方式排列，形成三維周期性的結(jié)構(gòu)。結(jié)晶度是指高分子材料中結(jié)晶部分所占的比例，它與高分子的鏈結(jié)構(gòu)、鏈的柔性和溫度等因素有關(guān)。高分子結(jié)晶會(huì)提高材料的強(qiáng)度、剛度、耐熱性和耐溶解性，但也會(huì)降低其韌性和柔性。6.高分子的分子量高分子的分子量是表征高分子鏈長(zhǎng)度的重要指標(biāo)。不同鏈長(zhǎng)度的分子會(huì)影響材料的物理性能，例如強(qiáng)度、韌性、粘度和溶解性。數(shù)均分子量數(shù)均分子量是指所有高分子鏈的分子量之和除以高分子鏈的總數(shù)。質(zhì)量均分子量質(zhì)量均分子量，又稱為重均分子量，是用來(lái)衡量高分子材料中不同分子量種類對(duì)總質(zhì)量貢獻(xiàn)程度的指標(biāo)。計(jì)算質(zhì)量均分子量的公式：Mw=Σ(Mi*Wi)/ΣWi其中，Mi代表第i種分子量的分子量，Wi代表第i種分子量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。1Mw質(zhì)量均分子量2Mi第i種分子量的分子量3Wi第i種分子量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分子量分布分子量分布描述高分子樣品中不同分子量的聚合物鏈的相對(duì)豐度。數(shù)均分子量（Mn）所有聚合物鏈的分子量之和除以鏈數(shù)。質(zhì)量均分子量（Mw）所有聚合物鏈的分子量平方之和除以鏈數(shù)。7.高分子溶液的性質(zhì)高分子溶液是指高分子物質(zhì)溶解在溶劑中形成的溶液。溶液的性質(zhì)受溶劑種類、溫度、高分子鏈的結(jié)構(gòu)和分子量等因素影響。稀溶液和濃溶液稀溶液溶液中高分子濃度很低，單個(gè)高分子鏈之間相互作用很小，可視為相互獨(dú)立的鏈段。溶液的性質(zhì)主要取決于單個(gè)高分子鏈的性質(zhì)。濃溶液溶液中高分子濃度很高，高分子鏈之間相互作用顯著，形成高分子鏈的纏結(jié)，溶液的性質(zhì)受高分子鏈之間相互作用的影響。滲透壓和粘度1滲透壓高分子溶液的滲透壓與其濃度和分子量有關(guān)，可以用于測(cè)定高分子的分子量。2粘度高分子溶液的粘度與其濃度、分子量和溶液溫度有關(guān)，可反映高分子鏈在溶液中的纏繞程度。3應(yīng)用滲透壓和粘度是表征高分子溶液性質(zhì)的重要指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于高分子材料的合成、加工和性能研究。電解質(zhì)溶液高分子電解質(zhì)溶液高分子電解質(zhì)溶液是指含有高分子電解質(zhì)的溶液。高分子電解質(zhì)是指含有可電離基團(tuán)的聚合物，例如聚電解質(zhì)和離子液體。溶液性質(zhì)高分子電解質(zhì)溶液具有獨(dú)特的性質(zhì)，例如離子傳導(dǎo)、粘度和滲透壓。這些性質(zhì)受高分子鏈的結(jié)構(gòu)、濃度和溶劑的影響。8.高分子的相變行為高分子材料在不同溫度下會(huì)表現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)。相變指的是物質(zhì)在物理狀態(tài)發(fā)生變化的過(guò)程，例如從固態(tài)到液態(tài)或從液態(tài)到氣態(tài)。玻璃化轉(zhuǎn)變非晶態(tài)固體非晶態(tài)聚合物在加熱時(shí)會(huì)經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變，而非結(jié)晶性轉(zhuǎn)變。溫度變化玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是非晶態(tài)聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)時(shí)的溫度。分子運(yùn)動(dòng)玻璃化轉(zhuǎn)變是分子運(yùn)動(dòng)從限制狀態(tài)到自由狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。性能改變Tg影響聚合物的機(jī)械性能，例如剛度、韌性和熱性能。熔融相變從固態(tài)到液態(tài)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，高分子材料會(huì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，稱為熔融相變。分子間作用力減弱熔融過(guò)程是由于高分子鏈段間的分子間作用力減弱，導(dǎo)致鏈段運(yùn)動(dòng)更加自由。溫度和壓力影響熔點(diǎn)受高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量和壓力等因素影響。液晶相變液晶態(tài)液晶態(tài)是介于固態(tài)和液態(tài)之間的中間狀態(tài)。它具有流動(dòng)性，但同時(shí)又表現(xiàn)出類似固體的結(jié)構(gòu)和有序性。相變過(guò)程液晶相變是指物質(zhì)從固態(tài)或液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕B(tài)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程通常伴隨著溫度和壓力的變化，會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變。9.高分子的形態(tài)學(xué)高分子的形態(tài)學(xué)是指高分子材料的宏觀結(jié)構(gòu)，反映了高分子鏈在空間中的排列方式和聚集狀態(tài)。形態(tài)學(xué)對(duì)高分子材料的性能具有重要影響，例如機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、光學(xué)性質(zhì)等。非晶相無(wú)序排列非晶態(tài)高分子中，分子鏈無(wú)規(guī)則排列，沒(méi)有長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。玻璃態(tài)在低溫下，非晶態(tài)高分子呈現(xiàn)玻璃態(tài)，分子鏈運(yùn)動(dòng)受限，呈現(xiàn)剛性。橡膠態(tài)在高溫下，非晶態(tài)高分子呈現(xiàn)橡膠態(tài)，分子鏈運(yùn)動(dòng)活躍，具有彈性。半結(jié)晶相結(jié)晶區(qū)高分子鏈以有序的排列方式聚集在一起，形成結(jié)晶區(qū)域。非晶區(qū)高分子鏈以無(wú)序的排列方式排列，形成非晶區(qū)域。鏈段遷移結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)之間存在著鏈段遷移，影響著材料的性質(zhì)。結(jié)晶相1晶體結(jié)構(gòu)高分子鏈有序排列成晶體結(jié)構(gòu)，具有周期性重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。2結(jié)晶度結(jié)晶度是指高分子材料中結(jié)晶部分占總重量的百分比，與材料的性能密切相關(guān)。3結(jié)晶形態(tài)高分子材料的結(jié)晶形態(tài)多種多樣，包括球晶、纖維晶、片晶等。高分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系高分子材料的性能取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。化學(xué)結(jié)構(gòu)包括單體類型、重復(fù)單元、聚合度和鏈結(jié)構(gòu)等。分子量、分子量分布分子量的影響高分子的分子量直接影響其物理性質(zhì)，例如強(qiáng)度、熔點(diǎn)和粘度。分子量分布高分子材料通常由不同分子量的分子組成，稱為分子量分布。分布的影響分子量分布會(huì)影響高分子的機(jī)械性能、加工性能和熱穩(wěn)定性。鏈構(gòu)象和結(jié)晶性鏈構(gòu)象鏈構(gòu)象是指高分子鏈在空間中的排列方式。不同的構(gòu)象會(huì)導(dǎo)致高分子材料的物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化，例如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度、溶解性等。鏈構(gòu)象主要受鏈節(jié)間相互作用、鏈的柔性和溶劑等因素的影響。鏈的柔性越大，鏈的