高分子链的结构和形态123页PPT

〔1〕结晶性能——大分子链中结构单元键接顺序整齐对 聚合物的结晶有利；混杂的键接结构会影响大分子链的规整 性，从而使聚合物的结晶性能下降。
〔2〕化学稳定性——头-头连接对高分子链的稳定 性有不良影响，如受热或氧等的作用，易在此处产生 断裂，从而使大分子产生降解。
二、高分子链的连接方式
2、共聚结构
两种或两种以上单体链节以不同的连接方式形成的结构称为共聚结 构。它可分为：
一、分子链的化学组成
3. 元素有机高分子 ~~~~~Si-〔O，P，Al，Ti，)~~~~
大分子主链上没有碳原子，侧基为有机基团。该类聚合 物具有较好的可塑性和弹性，还具有优异的耐热性和耐寒性， 可以在一些特殊埸合使用。
如聚硅氧烷、有机钛等，其中Si的成键能力较强，已有多种有 机硅高聚物。
二、高分子链的连接方式
二、高分子链的连接方式〔结构单元的键接方式〕 键接结构是指结构单元在高分子链中的连接方式。尽
管链节结构相同，但键接结构的不同，那么高聚物的性能 也有很大差异。键接结构可分为如下几种结构。 1、顺序异构
二、高分子链的连接方式
一般情况下，头-尾相连占主导优势，而头-头相连占 较低比例。头-头连接对高分子一般有不良影响：
旋光异构 由于不对称碳原子存在于分子中所引起的异构现象
称为旋光异构。
什么是不对称碳原子?
四、构型
〔1〕旋光异构的概念 碳原子的四个价键和四个基团成键时，当连接的
四个基团互不相同时，即为不对称碳原子，只要有两
个取代基互换位置，就能构成互为镜像的左旋L和右 旋D两种异构体。
四、构型
当两种异构体在大分子链中有不同排列时就 产生了不同的构型,一般有三种不同的构型:
刚性。
单键及相连 质软，不能结晶，-20℃下变脆，不能用于生产塑料、纤维制品。

流变性能
总结词
高分子链的构象对流变性能具有重要影响。
详细描述
高分子链的构象决定了其在加工过程中的流动行为，包括熔体的粘度、流动曲线和加工 稳定性等。例如，高分子链的缠结程度和结晶度会影响熔体的粘度，从而影响加工过程
的效率和产品质量。
光学性能
总结词
高分子链的构象对光学性能具有显著影响。
详细描述
高分子链的构象决定了分子的折射率、透光 性和颜色等光学性能。例如，某些高分子材 料具有特定的吸收光谱，可用于制造特定波
反应稳定性
高分子链构象的反应活性越低，其动 力学稳定性越好。反应活性主要取决 于高分子链构象的结构和组成，结构 越稳定、组成越复杂，反应活性越低 ，构象越稳定。
环境因素对稳定性的影响
温度
温度升高会使高分子链构象的无序性增加，熵增大，但也会使高分子链内部的相互作用力减小，能量 降低。因此，温度对高分子链构象的热力学和动力学稳定性都有影响。
红外光谱法
总结词
红外光谱法可以用于研究高分子链中化 学键的振动模式，从而推断出高分子链 的构象。
VS
详细描述
当高分子链中的化学键振动时，会吸收特 定波长的红外光。通过测量不同波长下的 红外吸收光谱，可以确定高分子链中特定 化学键的振动模式，从而推断出高分子链 的构象。例如，通过分析酰胺键的振动光 谱可以了解蛋白质二级结构的信息。
段的滤光片或光敏器件。
电学性能
总结词
高分子链的构象对电学性能具有重要影响。
详细描述
高分子链的构象决定了分子的极性、导电性和介电性 能等电学性能。例如，极性高分子材料具有较高的介 电常数，适用于制造电容器和绝缘材料；而导电高分 子材料则可用于制造导电线路和电子器件。

线型高分子链上的侧基可以进 行摆动、旋转等运动，影响高 分子链的空间构象和性质。
高分子链的扩散
线型高分子链在溶液或熔体中可以 进行扩散运动，扩散速率与分子链 的柔顺性、溶剂性质等因素有关。
03 支化高分子链结构
支化高分子链结构概述
支化高分子链定义
在主链上带有支链的高分子化合物， 其支链长度、数量、分布等结构特征 对高分子性能产生重要影响。
优缺点
红外光谱具有操作简便、快速、无损检测等优点， 但对于复杂的高分子链结构，其解析可能存在一 定的困难。
核磁共振波谱在高分子链结构表征中应用
核磁共振波谱原理
核磁共振波谱是利用原子核在外磁场中的自旋能级跃迁产 生的共振信号，获取高分子链中的原子种类、数量以及相 邻原子关系等信息。
应用实例
例如，聚苯乙烯的核磁共振氢谱中，可以看到不同化学环 境下的氢原子具有不同的共振信号，从而推断出聚苯乙烯 的链结构。
布，推断出高分子链的尺寸、形状以及聚集态结构等信息。
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电子显微镜技术
利用电子束与高分子样品的相互作用，获取高分子链的微观形貌、尺寸
以及聚集态结构等信息，具有高分辨率和高放大倍数的特点。
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02 线型高分子链结构
线型高分子链结构特点
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由长链分子组成，链上原子或 基团以共价键连接。
分子链呈线型排列，无支链或 交联结构。
分子链间相互缠绕，形成一定 的空间构象。
高分子链的柔顺性较好，易于 改变构象。
线型高分子链构象分析
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无规线团构象
分子链在空间中以无规则 方式排列，形成无规线团 状。

此外， 分子的主链不是一条单链而是象“梯子”和“双股螺 线”那样的高分子链。例如聚丙烯睛纤维加热时，在升温过程中 会发生环化芳构化而形成梯形结构，继续高温处理则成为碳纤维 可作为耐高温高聚物的增强填料。
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又加以二苯甲酮四羧酸二酐和四氨基二苯醚聚合可得分段梯型聚 合物，以均苯四甲酸二酐和四氨基苯聚合可得全梯型聚合物：
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理想柔性链的均方末端距计算
对于完全伸直链
L
n
h
h=nL
如何解决这一复杂问题？ 均方末端距：平均末端距的平方
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1．几何计算法
（1） 完全伸直链
L
n
h
h nL 或 h2 n2L2
0
（2） 自由结合链 所谓自由结合链，即假定：n是一个很大的数，每个键不占体积
内旋转没有键角限制，并可以自由取向。 这是一个理想化模型。
i2
………
L L L2 cosm
i
im
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h2 f ,r
nL2
2(n
1) L2
cos
2(n
2)L2
cos2
2L2 (cos )n1
∴ nL2 2nL2 cos (1 cos cos2 ) 2L2 cos (1 2 cos 3cos2 )
nL2
1 1
cos cos
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2.2 高分子链的构象
．高分子链的内旋转构象与链的柔顺性 由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象 （conformation）。
高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如： 伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。
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H2 H H H2 CC C C
OH OH
O HCH
-H2O
H2 H CC
H H2 CC
OO C H2
20
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Experimental methods to observe the configuration of polymer
X-Ray Diffraction
(XRD)
Nuclear Magnetic Resonance
Isotactic 全同立构
高分子全部由一 种旋光异构单元 键接而成。分子 链结构规整，可 结晶。
Syndiotactic 间同立构
Atactic 无规立构
两种旋光异构单 元交替键接而成。 分子链结构规整， 可结晶。
两种旋光异构单 元无规键接而成。 分子链结构不规 整，不能结晶。
等规度(tacticity): 全同或间同立构单元所占的百分数
O C OH
CH2 C n H
聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA Poly (methyl methacrylate)
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O
C O CH3 CH2 C
n
CH3
聚醋酸乙烯酯 PVAc Polyvinyl acetate
聚乙烯基甲基醚 PVME Polyvinyl methyl ether
O O C CH3 CH2 C
Cl
CH2 C n Cl
聚四氟乙烯
PTFE
Polytetrafluoroethylene Teflon
聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile
聚甲醛 POM Polyformaldehyde
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CF2 CF2 n
C CH2 n CN

什么样的化学键可以旋转？
Cn C3
C4
C2
C1
高分子的构象：由于单键的内旋转而产生的分子 在空间的不同形态。
假设一根高分子链含有N个单键，每个单键可取M个不同的旋转角， 则该高分子可能的构象数为：MN
碳原子数与构象数之间的关系
碳构 原象 子数 数
31
43
59
构象图形
计算公式
33-3 34-3 35-3
高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能 称为高分子链的柔顺性。这是高聚物许多性能不 同于小分子物质的主要原因。
高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。或 者说，高分子链的单键内旋转越容易，链的柔顺 性越好。
高分子链的柔顺性可以从静态和动态两个方面来 理解。
Flexibility at equilibrium state 平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性，
它的改变影响什么性能
物理性能：强度、结晶 性、弹性 化学性能：热稳定性、 化学反应及裂解反应的 方式和产物
影响大分子的柔顺性 影响聚合物的高弹性
以乙烷为例:
H
H
H
H
H
哪一种构象的 能量低?
H
H
H
HH
H H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
Staggered position Eclipsed position
交叉式
叠同式
HH
H2C
CH2
原子半径 范德华斥力半径
u(j )
H H
HH H
H
H H
De
H
H
H
H
-180o -120o -60o 0

1 线性结构
链的长度和分子量决定物理性质
3 交联结构
增加强度、耐热性和耐化学性
2 支化结构
增加链路数和交错度Biblioteka 结构的优点和缺点线性结构
优点：较高的物理性质 缺点：相对较低的热稳定性
支化结构
优点：提高熔点和热稳定性 缺点：较高的粘度和成本
交联结构
优点：高强度和耐化学性 缺点：较低的可加工性
总结
- 高分子的链结构对其物理和化学性质有影响 - 高分子的结构可分为线性、支化和交联三种 - 各种结构的优点和缺点取决于使用条件和需求
《高分子的链结构》PPT课件
# 高分子的链结构 ## 简介 - 高分子是由重复单元组成的大分子化合物 - 高分子的结构可分为线性结构、支化结构和交联结构 - 高分子的结构影响其物理和化学性质
高分子的线性结构
- 线性结构是指高分子链上没有支链或交联点 - 链的长度和分子量决定高分子的物理性质 - 链的极性和侧基对高分子的溶解性和热稳定性有影响
高分子的支化结构
- 支化结构是指高分子链上有支链 - 支链会增加高分子的链路数和分子间的交错度 - 支链的数量和长度对高分子的物理性质有影响
高分子的交联结构
- 交联结构是指高分子链之间存在化学键的连接 - 交联会增加高分子的强度、耐热性和耐化学性 - 交联的密度和长度对高分子的物理性质有影响
结构对高分子性质的影响

《高分子链的结构》PPT 课件
高分子链的结构是聚合物的基本组成部分，不同结构对聚合物性质有重要影 响。
高分子链的结构概述
高分子链是由大量重复单元组成的。链的结构对聚合物的物理性质和应用起着决定性的作用。
高分子链的结构分类
直链高分子结构
课件中将详细介绍直链高分子的组成和特点。
支化高分子结构
支化结构使高分子链的空间结构更加复杂，拥有独特的性质。
交联高分子结构
交联结构使高分子链具有更高的机械强度和稳定性。
高分子结构的物理性质
1 分子间作用力
分子间作用力影响着高分子的熔点、力学性能等。
2 链的流动性
链的流动性决定了高分子的加工性能和形态稳定性。
3 空间位阻效应
高分子链的空间位阻效应影响着高分子的挤出性能。
高分子链的生物学意义
高分子链的结构对生物体的功能和特性起着重要的调控作用，如蛋白质的结构决定了其功能。
高分子链的应用及发展趋势
1
材料科学
高分子链的结构决定了材料的性能和用途，如塑料、橡胶和纤维材料。
2
医学领域
高分子链的特殊结构在药物传递和组织工程等方面有广泛应用。
3
环境保护
பைடு நூலகம்
高分子链的结构可以用于处理废水、净化空气和保护环境。

C
C
C
C
乙烷分子的内旋转
构象 ？ 构型
链段：高分子链上能独立运动的最小单元，是高分子物理中 最重要的概念。
微构象：链段级别的分子空间排布
宏构象：高分子链级别的分子空间排布
•研究单根链的大小及在空间所存在的各种形状，如伸展链和 折叠链等。
单个高分子的几种典型构象
• C(4)的活动空间更大。 • 高分子链构象数惊人
* 使用时为橡胶状弹性体 * 加工时为热塑性的塑料状 结构：硬段 软段 硬段
• 聚丙烯-乙丙橡胶(共混型)
5 高分子链的构象
高分子链的构象 ：由于C-C单键内旋转而产生的分子在空间 的不同形态 高分子链的内旋转：C-C单键由σ电子组成，电子云的分布轴 向对称，因此C-C单键可绕轴相对自由旋转。
叠同式(顺式) 交叉式(反式)
前者链长、键角大于后者
聚二甲基硅氧烷 (合成橡胶)
CH2—CH—CH 2—CH
CH3
CH3
聚己二酸己二酯 (涂料)
聚丙烯 (塑料)
链长、键角比较
• b.主链上含有孤立双键时，大分子柔顺性好 (邻近单键能旋转，且阻力小)。
CH2—CH＝CH—CH 2—CH 2—CH＝CH—CH 2
顺丁橡胶BR
CH2—C＝CH—CH 2—CH2—C＝CH—CH 2
单键内旋转是高聚物具有链柔 性的原因
高分子链内单键的内旋转
以丁烷CH3－CH2－CH2－CH3为例
• 1.当ψ＝0时，两个甲基处在相反位置上，内旋转 阻力最小，距离最远，斥力最低，称为反式交错 构象。
• 2.当ψ＝120°、240°时，H、CH3相互交叉，势 能较低，称为旁式交错构象，是较稳定的构象。
• 聚二甲基硅氧烷(硅橡胶)

2019/11/5
23扰状态的高分子链划分成等效自由连接链， 必须满足以下条件：
h2 Zb2 0
L Zb
高分子链伸直长度
等效自由连接链的链段数目和链段长度为：
L2 Z
h2 0
h2 b 0
L
2019/11/5
24
2.2.2 理想柔性链的均方末端距
柔顺性的表征 （1）Flory特征比C
Rg2
＝1 6
h2
0
2019/11/5
——完——
27
2.2.1 高分子链的内旋转构象和柔顺性
构象：由于单键的内旋转而产生的分子在空间 的不同形态。
单键的内旋转是导致高 分子链呈蜷曲构象的原因， 内旋转越容易，蜷曲的趋 势越大。我们称这种不规 则的蜷曲高分子链的构象 为无规线团。
高分子链能够改变其构 象的性质称为柔顺性。
图2-4 高分子链的内旋转构象
近程结构（化学结构或一次结构）
高 链结构 分
远程结构（二次结构）
子
结 构 聚集态结构 （三次结构）
2.1 高分子链的构型
2.1.1 结构单元的键接方式
2.1.2 结构单元的空间构型
旋光异构
几何异构
2.1.3 高分子共聚物
2.1.4 高分子链的支化
2.1.5 高分子链的交联
2.2 高分子链的构象
19
2.2.2 理想柔性链的均方末端距
Kuhn等效链段
实际的高分子主链每个键都不是自由结合的，受 键角的限制；内旋转也不是自由的，一个键转动 要带动附近一段链一起运动。
把相关的那些键组成一个 “链段”作为独立运动单 元。 高分子链相当于由许多自 由结合的链段组成，这种 链段成为Kuhn链段。