高分子物理期末知识点总结
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高分子物理重要知识点第一章高分子链的结构1.1高分子结构的特点和内容高分子与低分子的区别在于前者相对分子质量很高,通常将相对分子质量高于约1万的称为高分子,相对分子质量低于约1000的称为低分子。
相对分子质量介于高分子和低分子之间的称为低聚物(又名齐聚物)。
一般高聚物的相对分子质量为104~106,相对分子质量大于这个范围的又称为超高相对分子质量聚合物。
英文中“高分子”或“高分子化合物”主要有两个词,即polymers和Macromolecules。
前者又可译作聚合物或高聚物;后者又可译作大分子。
这两个词虽然常混用,但仍有一定区别,前者通常是指有一定重复单元的合成产物,一般不包括天然高分子,而后者指相对分子质量很大的一类化合物,它包括天然和合成高分子,也包括无一定重复单元的复杂大分子。
与低分子相比,高分子化合物的主要结构特点是:(1)相对分子质量大,由很大数目的结构单元组成,相对分子质量往往存在着分布;(2)主链有一定的内旋自由度使分子链弯曲而具有柔顺性;(3)高分子结构不均一,分子间相互作用力大;(4)晶态有序性较差,但非晶态却具有一定的有序性。
(5)要使高聚物加工成为有用的材料,需加入填料、各种助剂、色料等。
高分子的结构是非常复杂的,整个高分子结构是由不同层次所组成的,可分为以下三个主要结构层次(见表1-1):表1-1高分子的结构层次及其研究内容由于高分子结构的如上特点,使高分子具有如下基本性质:比重小,比强度高,弹性,可塑性,耐磨性,绝缘性,耐腐蚀性,抗射线。
此外,高分子不能气化,常难溶,粘度大等特性也与结构特点密切相关。
1.2高分子链的近程结构高分子链的化学结构可分为四类:(1)碳链高分子,主链全是碳以共价键相连:不易水解(2)杂链高分子,主链除了碳还有氧、氮、硫等杂原子:由缩聚或开环得到,因主链由极性而易水解、醇解或酸解(3)元素有机高分子,主链上全没有碳:具有无机物的热稳定性及有机物的弹性和塑性(4)梯形和螺旋形高分子:具有高热稳定性由单体通过聚合反应连接而成的链状分子,称为高分子链。
高分子物理复习重点第一章高分子的链结构高分子物理的研究内容(结构—性能)高分子链的结构层次构型、构造、构象、链段定义、柔顺性及影响因素、链柔性的定量表示方法第二章高分子凝聚态结构单晶、球晶形成条件,在偏光显微镜及电镜照片中的特征;球晶对力学性能的影响及控制方法、结晶度对聚合物性能的影响;按液晶态的形成条件对液晶分类;液晶基元的结构;液晶晶型分类及特点、液晶构造、液晶织构形成的原因、种类及意义;聚合物的取向结构的定义、结构特征和性能,高分子合金及体系分类、高分子合金的相容性的判别第三章高分子溶液聚合物溶解需要考虑哪些因素(定性、定量)?或溶剂对聚合物溶解能力的判定;利用X1、A2、Δμ1E及θ温度判定高分子在溶剂中所处的状态(良溶剂、劣溶剂、析出);聚合物溶剂的选择方法;Θ溶液(溶剂、温度条件)第四章聚合物的分子量与分子量分布粘度的五种表表示方法(含单位);采用毛细管粘度计测定分子量的原理方法,采用凝胶渗透色谱法测定分子量分布的原理(体积排除理论)第五章高分子分子运动和转变掌握非晶态聚合物、交联聚合物、晶态聚合物的热机械曲线特征,并能绘制并标出黏弹行为的五个区域(指温度-形变曲线(即热机械曲线)的划分(含T g、T f标注),及分子量大小对曲线影响。
了解塑料、橡胶、纤维的使用上限、下限温度;掌握Tg转变温度的测定方法(膨胀计法、量热法与温度形变法);软化温度的定义及表示方法;玻璃化转变理论—等自由体积理论;影响玻璃化转变温度的因素;影响结晶能力的因素;影响熔点的因素;了解高分子熔点与小分子熔点的区别及测定熔点的方法;第六章橡胶弹性橡胶高弹性的本质、具有橡胶弹性的条件、应力、应变、模量、柔量、泊松比之间的关系,常见材料的泊松比(如橡胶)、热塑性弹性体定义。
第七章聚合物的粘弹性虎克定律、牛顿流动定律、高聚物粘弹性定义、粘弹性分类、应力松弛、蠕变(定义及形变包含几种类型)、滞后、力学损耗;交联聚合物与线型聚合物的应力松弛曲线和蠕变曲线;掌握Maxwell 运动方程和Kelvin运动方程的推导,掌握可模拟哪类聚合物,不模拟哪类聚合物,掌握粘弹性的时温等效原理及意义。
高分子物理总复习一、名词解释1.近程结构:一个或几个结构单元的化学组成、空间结构及其与近程邻近基团间的键接关系。
2.结构单元:高分子链中单体的残基。
3.键接方式(构造异构):结构单元在链中的连接方式和顺序。
4.支化度:支化点密度,或两相邻支化点间链的平均分子量。
5.交联度:交联点密度,或两相邻交联点间链的平均分子量。
6.构型:分子中由化学键所固定的原子(团)在空间的排列。
7.旋光异构:含不对称碳的结构单元具有互为镜象的一对对映体,互称旋光异构( 单元) 。
8.几何异构(顺反异构):由内双键上基团在双键两侧排列方式不同而形成的异构体(单元)。
9.等规度:聚合物中由两种异构单元规整连接(全同和间同立构)的链所占的百分数。
10.远程结构:相距较远的原子(团)间在空间的形态及其相互作用。
11.内旋转:由ζ单键绕对称轴的旋转。
12.构象:由于单键内旋转而形成的分子在空间的不同的形态。
13.构象(内旋转)异构体:由单键内旋转而形成的相对稳定的不同构象间的互称。
14.无轨线团:具有不规则蜷曲构象的高分子链。
15.均方末端距:线型高分子链两端点间距离平方的平均值。
16.均方旋转半径:从高分子链重心到各个链单元间距离平方的平均值。
17.高斯链:高分子链段分布符合高斯分布函数的高分子链(等效自由结合链)。
18.等效自由结合链:以若干个键所组成的链段间自由结合、且无规取向的高分子长链。
19.链段:高分子链段中由若干个键所组成的能够独立运动的最小的分子片段(单元)。
20.刚性因子(空间位阻参数):由实测高分子的无扰根均方末端距与自由旋转链的根均方末端距之比。
21.分子无扰尺寸:由实测高分子的无扰均方末端距与分子量之比的平方根。
22.无扰尺寸:在θ条件下测得的高分子链的尺寸应与高分子本体尺寸一致,称无扰尺寸。
23.柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质。
24.聚集态结构(超分子结构):高分子材料中分子链与链间的排列与堆砌结构。
高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。
聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子,其分子量多数达到百万或以上。
高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。
一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。
聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。
根据高分子链形态的不同,可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。
1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。
它通常由一根直线型链构成,其中的结构单元重复出现,链端没有分支或交联结构。
高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。
2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。
分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响,由于支化结构的存在,使得聚合物高分子链的平均距离更大,聚合物的分子间距离变大,导致其性能发生变化。
支化型聚合物化学结构和分支类型的不同,会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。
3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。
它们通常具有三维结构,分子间有交联点连接。
交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。
不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。
二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。
1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。
聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。
聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。
2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量,它包括熵、焓、自由能等,具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。
3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中,可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。
高分子物理重点1、结晶度、晶粒尺寸、片晶厚度⑴结晶度:试样中结晶部分所占的质量分数或者体积分数。
⑵测定方法:(测试方法不同,结晶度也不同)①密度法:依据是分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度大于非晶区密度ρc>ρa。
试样密度可用密度梯度管进行实测,晶区和非晶区的密度分别认为是聚合物完全结晶和完全非结晶时的密度。
完全结晶的密度即晶胞密度。
完全非结晶的密度可以从熔体的比体积-温度曲线外推到被测温度求得,也可以把熔体淬火,以获得完全非结晶的试样后进行实测。
②X-射线分析法:测定晶态聚合物结晶度的依据是总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和。
③量热法:根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。
(=聚合物试样的熔融热/100%结晶试样的熔融热)当温度在聚合物的熔点和玻璃化温度之间,结晶聚合物的非晶区处于橡胶弹性平台区。
此时,结晶度高,材料拉伸强度、模量、硬度高,断裂伸长率减小,冲击强度稍有下降。
而温度在Tg以下时,结晶聚合物的非晶区处于玻璃态区,结晶度增加,材料脆性增大。
两相并存的晶态聚合物通常呈乳白色、不透明。
当结晶度减小时,透明度增加。
此外,结晶度达40%以上的晶态聚合物,其最高使用温度是结晶熔点Tm,热性能优于非晶聚合物或轻度结晶的聚合物。
结晶度高低还影响材料的耐溶剂性,气体、蒸气或液体的渗透性,化学反应活性等。
⑶晶粒尺寸:(利用X射线衍射曲线测定)⑷片晶厚度l:定义为长周期内结晶部分的厚度,l=l’ X c。
长周期l’是晶态聚合物中,相邻片晶中心的间距,包括结晶部分和非晶部分。
Xc是试样的结晶度。
2、聚合物的取向结构⑴概念:高分子的取向是指在外力(拉伸、牵引、挤出)作用下,其大分子链、链段或结晶高分子中的晶体结构沿外力作用方向择优排列的结构。
⑵取向机理:①非晶态聚合物:取向条件(温度、拉伸速度等)不同其取向单元也不同。
在适当温度时,拉伸可以链段取向,即链段沿外场方向平行排列,但整个分子链的排列仍然是杂乱的。
高分子物理知识点1.高分子结构:高分子是由重复单元组成的长链分子。
高分子的结构包括主链结构、支链结构、交联结构等。
主链的物理结构对高分子材料的性能有重要影响。
2.高分子分子量:高分子的分子量对其性能有重要影响。
分子量越大,高分子材料的力学性能和热稳定性往往越好。
常用的衡量高分子分子量的指标有相对分子质量、平均相对分子质量和聚合度等。
3.高分子链的构象:高分子链的构象指高分子链在空间中的排列方式。
构象对高分子材料的物理性质和加工性能等有重要影响。
高分子链的构象可以是线形的、螺旋形的、交替形的等。
4.高分子的玻璃转变温度:玻璃转变温度是高分子从玻璃态转变为橡胶态的临界温度。
高分子的物理性质在玻璃转变温度附近发生剧烈变化。
玻璃转变温度对高分子材料的应用范围和使用条件有重要影响。
5.高分子的熔融温度:熔融温度是高分子从固态转变为液态的临界温度。
高分子的熔融温度对其加工工艺和热稳定性有重要影响。
6.高分子的热膨胀系数:热膨胀系数是衡量高分子材料在温度变化下体积变化的指标。
高分子的热膨胀系数对其尺寸稳定性和热应力分析有重要影响。
7.高分子的力学性能:高分子材料具有较低的弹性模量和较高的塑性变形能力。
其力学性能包括拉伸强度、弹性模量、断裂韧性等。
8.高分子的热性能:高分子材料的热稳定性、热导率和热膨胀系数等热性能对高分子材料的加工和应用有重要影响。
9.高分子的光学性能:高分子材料的透明度、折射率、发光性质等光学性能对于光学器件和光学材料的应用具有重要意义。
10.高分子的电学性能:高分子材料具有较低的电导率和较高的介电常数。
高分子的电学性能对于电介质材料和电子器件的应用有重要影响。
以上仅是高分子物理学的一些知识点,该领域的研究内容非常广泛和复杂。
高分子材料是现代工程和科学领域中的重要材料,了解高分子物理学的知识,对于高分子材料的设计、合成、应用和性能改善都具有重要意义。
名词解释:1. 时间依赖性:在一定的温度和外力作用下,高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间2. 松弛时间τ :橡皮由ΔX(t)恢复到ΔX(0)的 1/e 时所需的时间3. 松弛时间谱:松弛过程与高聚物的相对分子质量有关,而高聚物存在一定的分子量分布,因此其松弛时间不是一个定值,而呈现一定的分布。
4. 时温等效原理:升高温度或者延长观察时间(外力作用时间)对于聚合物的分子运动是等效的,对于观察同一个松弛过程也是等效的。
5. 模量:材料受力时,应力与应变的比值6. 玻璃化温度:为模量下降最大处的温度。
7. 自由体积:任何分子的转变都需要有一个自由活动的空间 ,高分子链活动的空间8. 自由体积分数(f):自由体积与总体积之比。
9. 自由体积理论:当自由体积分数为 2.5%时,它不能够再容纳链段的运动,链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。
10. 物理老化:聚合物的某些性质随时间而变化的现象11. 化学老化:聚合物由于光、热等作用下发生的老化12. 外增塑:添加某些低分子组分使聚合物 T g 下降的现象13. 次级转变或多重转变: Tg 以下,链段运动被冻结,存在需要能量小的小尺寸运动单元的运动14. 结晶速率:物品结晶过程进行到一半所需要时间的倒数15. 结晶成核剂:能促进结晶的杂质在结晶过程中起到晶核的作用16. 熔融:物质从结晶态转变为液态的过程17. 熔限:结晶聚合物的熔融过程,呈现一个较宽的熔融温度范围18. 熔融熵S m :熔融前后分子混乱程度的变化19. 橡胶: 施加外力时发生大的形变,外力除去后可以恢复的弹性材料20. 应变: 材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时 ,它的几何形状和尺寸将发生变化21. 附加应力:可以抵抗外力的力22. 泊松比:拉伸实验中材料横向应变与纵向应变比值的负数23. 热塑性弹性体:兼有橡胶和塑料两者的特性,在常温下显示高弹,高温下又能塑化成型24. 力学松弛:聚合物的各种性能表现出对时间的依赖性25. 蠕变:在一定的温度下和较小恒应力的持续作用下,材料应变随时间的增加而增大的现象26. 应力松驰:在恒定温度和形变保持不变条件下,聚合物内部应力随时间的增加而逐渐衰减的现象27. 滞后:聚合物在交变应力作用下形变落后于应力变化的现象28. 力学损耗或者内耗:单位体积橡胶经过一个拉伸 ~ 回缩循环后所消耗的功29. 储存模量 E’:同相位的应力与应变的比值30. 损耗模量 E”:相差 90 度相位的应力振幅与应变振幅的比值31. Boltzmann 叠加原理:聚合物的力学松弛行为是其整个历史上各松弛过程的线性加和32. 应变软化:随应变增大,应力不再增加反而有所下降33. 银纹屈服:聚合物受到张应力作用后,由于应力集中产生分子链局部取向和塑性变形,在材料表面或内部垂直于应力方向上形成的长 100 、宽 10 、厚为 1 微米左右的微细凹槽或裂纹的现象34. 裂纹:由于分子链断裂而在材料内部形成的空隙,不具有强度,也不能恢复。
1.1 高分子结构的特点和内容 (1)1.2 高分子的近程结构 (1)1.3 高分子的远程结构 (1)1.4 高分子链的柔顺性 (2)第二章高分子的聚集态结构 (2)2.1 高聚物的非晶态 (2)2.2 高聚物的晶态 (3)2.3 高聚物的取向结构 (5)2.4 高分子液晶及高分子合金 (5)第三章高聚物的分子运动 (6)3.1 高聚物的分子热运动 (6)1. 高分子热运动的特点 (6)2. 高聚物的力学状态和热转变 (6)3. 高聚物的松驰转变及其分子机理 (7)3.2 玻璃化转变 (7)3.3 玻璃化转变与链结构的关系 (8)3.4晶态高聚物的分子运动 (10)第四章高聚物的力学性质 (10)4.1 玻璃态和结晶态高聚物的力学性质 (10)1 力学性质的基本物理量. (10)2 应力-应变曲线 (12)(1)玻璃态高聚物的拉伸 (12)(2) 玻璃态高聚物的强迫高弹形变 (13)(3) 非晶态聚合物的应力-应变曲线 (13)(4)结晶态聚合物的应力-应变曲线 (14)(5) 特殊的应为-应变曲线 (15)3 屈服 (15)4 断裂 (16)5影响高聚物实际强度的因素 (16)4.2 高弹性 (17)1 橡胶的使用温度范围 (17)2 高弹性的特点和热力学分析 (18)1) 高弹性的特点 (18)2) 橡胶弹性的热力学分析 (18)4.3 粘弹性 (19)1 聚合物的力学松驰现象 (19)(1)静态粘弹性现象 (19)(2)动态粘弹性现象 (20)2 粘弹性的力学模型 (21)3 时温等效原理 (22)4 Boltzmann叠加原理 (23)5 粘弹性的实验方法 (23)6. 蛇行理论 (24)5.1牛顿流体与非牛顿流体 (24)5.2高聚物粘性流动的主要特点 (25)5.3影响粘流温度的因素 (25)5.4高聚物熔体的切粘度 (25)1. 高聚物的流动性表征 (25)2. 剪切粘度的测量方法 (25)3. 高聚物熔体的流动曲线 (26)4. 影响高聚物熔体切粘度的因素 (26)5. 高聚物熔体的弹性表现 (27)第六章高聚物的电、热、光性能 (27)6.1 聚合物的介电性能 (27)6.2 介电损耗 (28)6.3 聚合物的导电性 (29)6.4 介电击穿 (29)6.5 聚合物的静电现象 (30)第七章高分子溶液性质 (30)第八章高分子的分子量及其分布 (33)第一章 高分子的链结构1.1 高分子结构的特点和内容高聚物结构的特点:1. 是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子,相对分子质量大,相对分子质量往往存着分布。
UNIT1.碳链高分子:主链全部由C以共价键相连接;杂链:主链含C,以及O、S等两种或以上的原子以共价键相连接;构造:聚合物分子的各种形状(线形、枝化、交联、梯形、螺旋)构型:由化学键固定的原子在空间几何排列;构像:原子或原子团绕单键内旋转所产生的空间排布。
旋光异构体:结构单元为-CH2-CHX-型,包含一个不对称C,所形成的异构体;分为全同:取代基都在主平面一侧或都由一种旋光异构单元键接而成;间同:相间分布于或两种交替链接;无规:不规则分布或两种无规链接。
链段:高分子链中的单键旋转时互相牵制,一个键转动,要带动附近的一段链一起运动,把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元。
自由连结链:一个孤立高分子链在旋转时不考虑键角限制和位垒的障碍,每个分子由足够过的不占有体积的化学键自由结合而成的,每个键在任方向取向几率相等的理想模型。
自由旋转链:分子链中每个键在键角所允许的方向自由转动,不考虑空间位阻对旋转的影响;等效自由:将一个原来有n个键长为l键角固定旋转不自由的键组成的链可视为Z个长度为b的自由结合链段的的高分子链;链的柔性:分子链能够改变其构象的性质.(不但高分子本身是一个独立运动单元,而且在每个高分子中还存在能独立运动的小单元,他们热运动的结果使链有强烈的卷曲倾向,这是大分子链具备柔性的最根本内在原因)柔性实质:构象数增,S增,分子链卷曲程度增,分子链在无外力作用下总是自发采取卷曲形态,使构象熵最大。
平衡态柔性:热力学平衡条件下的柔性,取决于反式与旁式构象之间的能量差ΔUtg。
动态柔性:在外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度,转变速度取决于位能曲线上反式和旁式构象之间的位垒ΔUb与外场作用能之间的关系(ΔUb与kT).影响柔性的因素:分子结构:a主链结构1主链全部由单键组成,一般柔性较好,PE PP;不同单键,柔性不同Si-O>C-N>C-O>C-C.2有孤立双键,柔性大,顺式聚1,4-丁二烯;共轭双键,不能内旋转,分子刚性,聚乙炔,聚苯;有芳杂环,柔性差,芳香尼龙.b取代基1极性大作用力大,内旋转受阻,柔性差,PAN<PVC<PP.2极性取代基比例大,分子内旋转困难,柔性差,聚氯丁二烯>聚氯乙烯>聚1,2-二氯乙烯.3极性取代基的分布对柔性有影响,聚偏二氯乙烯>聚氯乙烯.4非极性取代基,基团体积大,空间位阻大,内旋困难,柔性差,PS<PP<PE.c支化、交联:支链很长,阻碍内旋转起主导作用,柔性差.d分子链的长短:分子链越长,构像数目多,柔性好.e分子间作用力越大,柔性差.f分子结构越规整,结晶能力强,一旦结晶呈刚性.外界因素:a温度:温度升高,分子热运动能量增加,内旋转变易,构象数增加,柔性增加.b外力:外力作用缓慢柔性易显示,作用快无法体现.e溶剂:重要影响.UNIT2.内聚能:克服分子间作用力,汽化1mol凝聚体所需要能量ΔE;内聚能密度(CED):单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。
(由在不同溶剂的溶解能力来估计CED,反比)(可表征分子键作用力强弱)。
球晶生长过程为什么会有小角度分叉?球晶生长的共同条件是含杂质的粘稠体系,而过分短或结构上不规整的链都起杂质作用,生长中晶片排斥这些杂质,由于体系粘稠,使生长界面附近杂质浓集,随即导致两相邻生长晶片小角度分叉。
液晶基元:高分子液晶中具有一定长径比的单元结构.棒状、盘状、更复杂的二维、三维形状.主链型:基元在主链之内;侧链型:基元作为支链链段悬挂在主链上。
无规线团:在非晶体聚合物中,高分子链为构象符合Gauss分布的柔性链,大量分子链以无规线团状互相穿插结合在一起,无局部有序结构。
UNIT3.溶剂的选择:极性相似、溶度参数或内聚能相近、高分子-溶剂相互作用参数χ1<1/2原则。
良溶剂:与对应高聚物的溶度参数相同的溶剂。
溶度参数δ:内聚能密度的平方根。
Flory-Huggins格子模型:1溶液中分子排列也像晶体中一样,为一种晶格排列.在晶格中,每个溶剂分子占有一个格子,每个高分子由x个链段组成,每个链段占有一个格子,整个高分子占有x个相连的格子,x为高分子与溶剂分子的体积比.2高分子链是柔性的,所有构象具有相同的能量.3溶液中高分子链段是均匀分布的,即链段占有任意一个格子的概率相等。
混合熵:=-R(+)混合热:;Huggins参数χ1:反应高分子与溶剂混合时相互作用能的变化,数值在-1-1之间,<1/2良溶剂,>1/2不良溶剂。
χ1kT的物理意义:把一个溶剂分子放入高聚物中时引起的能量变化。
高分子aq与小分子aq区别?什么时候可当成理想aq?比小分子aq溶解的缓慢的多,粘度明显大于小分子aq,性质存在相对摩尔质量的依赖性,而分子量有分散性,故研究很复杂;当链段与溶剂相互作用产生的混合热和混合熵相互抵消时。
X1=1/2,U1e=0的溶液才能将此高分子溶液看做是理想溶液,但即使是X1=1/2,高分子溶液的ΔHm也不为0.符合理想溶液条件的高分子溶液混合自由能来源于混合热和混合熵。
X1=1/2的高分子溶液宏观上热力学性质遵从理想溶液规律,其微观状态与小分子理想溶液有本质区别。
过量化学位:Flory-Krigbaum稀溶液理论:1高分子稀溶液中链段的分布是不均匀的,而是以链段云得形式分布在溶剂中,每一链段云可近似球体.2在连段云内,以质心为中心,链段的径向分布符合高斯分布.3链段云彼此接近要引起自由能的变化,每个高分子链段云有其排斥体积。
(引入热参数,令,定义θ=)θ温度:超额混合热/超额混合熵;θ溶液:当T=θ时,Δu1E为零,链段间与溶剂间作用能抵消,无扰状态,排斥体积为零;当T=θ,此时的高分子aq,在宏观上看热力学性质遵从理想aq,但微观状态仍是非理想,因混合热和混合熵均不为零,只是两者的效应刚好抵消,所以Δu1E=0,这一条件为θ条件或θ状态,(θ条件:选择合适的溶剂和温度,可以使溶剂分子对高分子构象所产生的干扰忽略不计(此时高分子“链段”间的相互作用等于”链段”与溶剂分子间的相互作用).在θ条件下测得的高分子尺寸为无干扰尺寸,只有无干扰尺寸才是高分子本身结构的反应)对应为θ溶剂,对应温度为θ温度。
<T大于θ时,超额<0,良溶剂,小于θ时,超额大于0,不良,且相差越大溶剂性质越良或不良>。
第二维利系数A2:与χ1一样,表征高分子链段与溶剂分子之间的相互作用。
凝胶:交联聚合物溶胀体,不熔不溶,既是聚合物浓溶液,又是高弹性固体;冻胶:由范德华力交联形成,加热或拆散可拆散范德华力交联而溶解。
UNIT4.数均分子量Mn:按物质的量统计的平均分子量;重均分子量Mw:按质量统计的平均分子量;Z均分子量Mz:按Z量的统计平均分子量;黏均分子量Mη:用稀溶液黏度法测得的平均分子量(z ≥w≥η≥n)。
单分散:z=w=n。
为什么z≥w≥η≥n?因为Mn靠近低分子量部分,则低分子量部分对其影响大,Mw靠近高分子量部分,则高分子量对其影响较大,一般用Mw表征比Mn更恰当,聚合物熔体粘度依赖于高分子量部分。
分子量测定方法:端基分析(Mn)、沸点升高或冰点降低(Mn)、气相渗透法VPO(Mn)、渗透压法(Mn)、黏度法(Mη)。
沸升冰降测的是Mn?是的,通过热力学推导,可知,溶液的沸点升高值ΔTb和冰点降低值ΔTf正比于溶液浓度,即正比于溶质分子数,而与溶质的分子量成反比,由此可推导出高分子数均分子量Mn。
稀溶液依数性:沸点升高、冰点下降、蒸汽压下降、渗透压等数值仅与溶液中的溶质数有关,而与溶质的本性无关。
特性粘度[η](表示高分子aq的c趋于0时,单位浓度的增加对增比浓度或相对粘度对数的贡献);体积排除色谱法(SEC):又称凝胶渗透色谱法(GPC),分离机理:在分离作用由于大小不同的分子在色谱柱中的多孔性填料中占据的空间体积不同造成的。
色谱柱中装填表面和内部有着各种大小不同的空洞和通道的多孔填料,以待测样品的某种溶剂充满柱子,最大的分子,只能留在填料颗粒之间,走的路径最短,先被溶剂冲出来,较大的分子,走颗粒间的路径和颗粒内较大的孔,路径长一些,较后被冲出来,较小的分子,颗粒间、颗粒内的大孔,还进入颗粒内的小孔,走的路径最多,最后被溶剂冲洗出来(大分子Ve小,小分子Ve大)SEM纵坐标记录洗提液与纯溶剂折射率差值Δn,在极稀溶液中,相当与Δc(洗提液的相对浓度),横坐标是保留体积Vr(淋出体积Ve),表征分子尺寸大小。
保留体积小,分子尺寸大。
VPO:加入不挥发溶质沸点升高冰点降低蒸汽压下降。
由于溶液的依数性,沸点升高值正比于浓度反比与分子量。
由于高分子溶液热力学性质与理想溶液偏差,只有无限稀释才符合。
所以测各种浓度,外推在恒温密闭容器内充有溶剂饱和蒸汽,将一滴不挥发溶质的溶液滴1和溶剂滴2悬在这个饱和蒸气中。
由于1中溶剂的蒸气压较低,就会有溶剂分子从饱和蒸气相凝聚到溶液滴上。
并放出凝聚热,使1温度升高。
由于依数性,达平衡时,两液滴温差与溶质摩尔分数成正比。
ΔT=AX2,ΔT温度差,X2溶质摩尔分数。
UNIT5.分子运动及转变特点:①运功单元的多重性A高分子链的整体运动:分子分子链质量中心的相对移动。
B链段运动:区别于小分子的特殊运动形式。
质量中心不变,一部分链段通过单键内旋转而相对于另一部分链段运动,使大分子可以伸展或卷曲。
C链节、支链、侧击的运动。
D晶区内的分子运动②分子运动的时间依耐性:外因作用下,聚合物从一平衡态通过分子运动过渡到另一与外界条件相连的新的平衡总需要时间,原因是整个分子链,链段、链节等运动单元的运动都需要克服内摩擦阻力,不可能瞬间完成③分子运动的温度依耐性:升温,一方面运动单元热运动能量提高,另一方面由于体积膨胀,分子距离增加,运动单元活动空间增大,松弛加快,松弛时间减小。
聚合物分子运动特点:a.运动单元的多重性,包括整分子链平移、链段运动、链节支链侧基等小尺寸单元的流动、原子在平衡位置的振动、晶区的运动b.高分子运动的时间依赖性c.分子运动的温度依赖性松弛时间:橡皮由Δx(t)变为Δx(0)的1/e倍时所需要的时间,表征松弛过程快慢。
(开始较快,后来越慢)。
论述自由体积理论:液体或固体,它的整个体积包括两个部分:一部分是为分子本身占据的,称占有体积;另一部分是分子间的空隙,称自由体积,它以大小不等的空穴无规分布在聚合物中,提供了分子的活动空间,使分子链可能通过转动和位移而调整构象。
在玻璃化温度以下,链段运动被冻结,自由体积也处于冻结状态,其空穴尺寸和分布基本上保持固定。
聚合物的玻璃化温度为自由体积降至最低值的临界温度。
在此温度下,自由体积提供的空间已不足以使聚合物分子链发生构象调整,随着温度升高,聚合物的体积膨胀只是由于分子振幅、链长等的变化,即分子占有体积的膨胀,而在玻璃化温度以上,自由体积开始膨胀,为链段运动提供了空间保障,链段由冻结状态进入运动状态,随着温度升高,聚合物的体积膨胀除了分子占有体积的膨胀之外,还有自由体积的膨胀,体积随温度的变化率比玻璃化温度以下为大。