第三章高分子材料的结构与性能
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第一章 绪论
1、高分子分别在传统制剂、现代制剂中的作用
答:在传统剂型中的应用的高分子材料:如作为片剂的赋形剂、黏合剂、润滑剂等。
在现代制剂中高分子作为应用在控释、缓释制剂和靶向制剂中,如做微丸的赋形剂、缓释包衣的衣膜以及特殊装置的器件。包装用材料。
药用辅料的定义
答:辅料是经过安全评价的、有助于剂型的制备以及保护、支持,提高药物或制剂有效成分稳定性和生物利用度的材料。
第二章 高分子的结构、合成和化学反应
聚合物的结构式
答:聚乙烯(PE) 聚丙烯(PP) 聚苯乙烯(PS) 聚氯乙烯(PVC)
聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA) 聚乙酸乙烯酯(PVAc) 聚乙烯醇(PVA)
纤维素 尼龙-66
按照性能和用途进行的高分子材料分类
答:五大类,塑料、橡胶、纤维,涂料以及黏合剂。
热塑性塑料和热固性塑料的区别
答:热塑性塑料——受热后软化,冷却后又变硬,这种软化和变硬可重复、循环,因此可以反复成型。
大吨位的品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
热固性塑料——是由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成,一旦形成交联聚合物,受热后不能再回复到可塑状态。聚合过程(最后的固化阶段)和成型过程是同时进行的,所得制品不溶不熔。
热固性塑料的主要品种有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等。
柔性概念、影响因素
答:(1)主链结构 当主链中含C-O,C-N,Si-O键时,柔顺性好。
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。
当主链中含非共轭双键时,虽然双键本身不会内旋转,但却使相邻单键的非键合原子间距增大使内旋转较容易,柔顺性好。
当主链中由共轭双键组成时,由于共轭双键因p电子云重叠不能内旋转,因而柔顺性差,是刚性链。
第一章 绪论
高分子:也叫聚合物分子或大分子,具有高的相对分子量(104~106) ,其结构必须是由多个重复单元所组成,并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来
单体:是构成聚合物的低分子化合物
结构单元:构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团,可包含一个或多个链单元
重复单元:大分子链上化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元,可简称重复单元,又可称链节
单体单元:与单体分子的原子种类和各种原子的个数完全相同、仅电子结构有所改变的结构单元
均聚物:由一种(真实的、假设的)单体聚合而成的聚合物
共聚物:由一种以上(真实的、假设的)单体聚合而成的聚合物
缩聚物: 单体经多次缩合而聚合成大分子的反应缩聚反应的主产物
热塑性塑料:热塑性高分子一般是线型高分子,在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态,可逆,可再生
热固性塑料:热固性高分子在受热后先转变为流动状态,进一步加热则转变为固体状态,不可逆,不可再生
分子量的多分散性:聚合物是由一系列分子量(或聚合度)不等的同系物高分子组成,这种同种聚合物分子长短不一的特征
碳链聚合物:主链(链原子)完全由C原子组成
杂链聚合物:主链原子除C外,还含O,N,S等杂原子
第二章 高分子材料合成原理及方法
加聚反应:单体因加成而聚合起来的反应称为加聚反应,反应产物称为加聚物。加聚反应无副产物
缩聚反应: 具有两个或两个以上官能团的单体,相互反应生成高分子化合物,同时产生有简单分子的化学反应
自由基:在原子、分子或离子中,只要有未成对电子的原子、分子或离子
歧化终止:某链自由基夺取另一自由基的氢原子或其他原子的终止反应
偶合终止:两链自由基的独电子相互结合成共价键的终止反应
动力学链长:活性链从引发阶段到终止阶段所消耗的单体分子数
阻聚:每一个自由基都终止,使聚合反应完全停止
缓聚:仅使部分自由基终止,使聚合反应减缓
诱导期:引发剂分解,出击自由基为阻聚杂质所终止,无聚合物形成,聚合物速度为0的时期
46 第三章 高分子的链结构和凝聚态结构
本书第三、四章属于高分子物理学范畴。高分子物理学的核心内容是研究高分子材料
结构、分子运动及其与材料性能的关系,由于大分子的形状特殊(链状或网状)、分子量巨
大且具有多分散性,故其结构及分子运动形式远比低分子材料复杂,材料性能也独具规律。
高分子材料的结构、分子运动的最大特点是具有多尺度性、多层次性。从结构看,高分
子的结构可分为两个主层次:分子链结构和凝聚态结构。分子链结构又细分为两个层次,一
是结构单元的化学组成及立体化学结构,二是整条分子链的结构与形状,分别称近程结构和
远程结构。凝聚态结构又可分为均相体系的凝聚态结构(如结晶态、非晶态、高弹态、廿流
态等)和多相体系的织态结构(共混态、共聚态等)。不同的结构层次具有不同的特征运动
形式。因此高分子物理的主要发展线索是:研究大分子的多层次结构、多层次运动(化学键
运动、链段运动、分子链运动)和多层次相互作用(分子内、分子间相互作用)的联系,以
及各种结构因素对高分子作为材料使用的性能和功能的影响。这对于合理选择、使用高分子
材料,正确制定高分子制品加工工艺和设计开发新型材料和产品,具有重要指导意义。
第三章侧重介绍高分子材料的结构特点,第四章介绍高分子材料最重要、最具特色的物
理、力学性能,两章内容紧密相关。
第一节 高分子链的近程结构
近程结构是指大分子中与结构单元相关的化学结构。近程结构包括构造与构型两块:构
造指结构单元的化学组成、键接方式及各种结构异构体(支化、交联、互穿网络)等;构型
是指对分子链中由化学键所确定的最近邻原子相对位置的空间描述。近程结构属于化学结
构,不通过化学反应,近程结构不会发生变化。
一、 结构单元的化学组成
高分子链的结构单元或链节的化学组成,由参与聚合的单体化学组成和聚合方式决定。
按化学组成的不同,高分子可分为以下几大类型。
碳链高分子 大分子主链全部由碳原子构成,碳原子间以共价键连接(参看表1-2)。
1 高分子聚合物及其结构与性能关系的三个层次 姓名:刘灵芝 学号:2011020214 高分子聚合物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达104~106)化合物。例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成,因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体,是合成聚合物的原料。n代表重复单元数,又称聚合度,聚合度是衡量高分子聚合物的重要指标。聚合度很低的(1~100)的聚合物称为低聚物,只有当分子量高达104~106(如塑料、橡胶、纤维等)才称为高分子聚合物。由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物,如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物,如氯乙烯—醋酸乙烯共聚物等。 1. 聚合物的分类 聚合物的分类可以从不同的角度对聚合物进行分类,如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。 (1)按分子主链的元素结构,可将聚合物分为碳链、杂链和元素有机三类。 碳链聚合物指大分子主链完全由碳原子组成。 杂链聚合物指大分子主链中除碳原子外,还有氧、氮、硫等杂原子。 元素有机聚合物指大分子主链中没有碳原子,主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成,但侧基却由有机基团组成,如甲基、乙基、乙烯基等。有机硅橡胶就是典型的例子。元素有机又称杂链的半有机高分子,如果主链和侧基均无碳原子,则成为无机高分子。 (2)按材料的性质和用途分类,可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。 橡胶 通常是一类线型柔顺高分子聚合物,分子间次价力小,具有典型的高弹性,在很小的作用力下,能产生很大的形变,外力除去后,能恢复原状。 纤维 通常是线性结晶聚合物,平均分子量较橡胶和塑料低,纤维不易形变,伸长率小,弹性模量和抗张强度都很高。
2 塑料 通常是以合成或天然聚合物为主要成分,辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。其中的聚合物常称做树脂,可为晶态和非晶态。塑料的行为介于纤维和橡胶之间,有很广的范围,软塑料接近橡胶,硬塑料接近纤维。 2.聚合物的结构 聚合物的结构可分为链结构和聚集态结构两大类。 2.1分子链结构 链结构又分为近程结构和远程结构。近程结构包括构造与构型,构造指链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、单体单元的排列顺序、支链的类型和长度等。构型是指某一原子的取代基在空间的排列。近程结构属于化学结构,又称一级结构。远程结构包括分子的大小与形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。远程结构又称二级结构。链结构是指单个分子的形态。 近程结构 对聚合物链的重复单元的化学组成一般研究得比较清楚,它取决于制备聚合物时使用的单体,这种结构是影响聚合物的稳定性、分子间作用力、链柔顺性的重要因素。 共聚物按其结构单元键接的方式不同可分为交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物与接枝共聚物几种类型。同一共聚物,由于链结构单元的排列顺序的差异,导致性能上的变化。 远程结构 (1)高分子的大小:对高分子大小的量度,最常用的是分子量。由于聚合反应的复杂性,因而聚合物的分子量不是均一的,只能用统计平均值来表示,例如数均分子量和重均分子量。分子量对高聚物材料的力学性能以及加工性能有重要影响,聚合物的分子量或聚合度只有达到一定数值后,才能显示出适用的机械强度,这一数值称为临界聚合度。 (2)高分子的内旋转:高分子的主链很长,通常并不是伸直的,它可以卷曲起来,使分子呈现各种形态,从整个分子来说,它可以卷曲成椭球状,也可伸直成棒状。从分子局部来说,它可以呈锯齿状或螺旋状,这是由单键的内旋转而引起的分子在空间上表现不同的形态。这些形态可以随条件