聚合物的凝聚态结构
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1.1 聚合物结构的三个层次近程结构——系指单个大分子链内部一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结决定聚合物性能的根本性物质基础,亦是决定远程结构和凝聚态结构的重要因素。
远程结构——系指由数目众多的结构单元组成的单个大分子链的长短及其在空间存在的各种形态(是直链还是有支链?是刚性的还是柔性的?是折叠状,还是螺旋状的?)。
凝聚态结构——系指聚合物在宏观上所表现出的分子凝聚结构类型。
包括非晶态、结晶态、 取向态、液晶态、织态结构,前四个描述是聚合物的堆砌方式,织态为不同聚合物分子链或与添加剂间的结合和堆砌方式,以结晶态和非晶态最常见。
分子链结构是决定聚合物性质最基本、最重要的结构层次。
熔点、密度、溶解性、溶液或熔体的粘度、粘附性能很大程度上取决于分子结构;而凝聚态结构是决定聚合物材料和制品的使用性能,尤其是力学性能的重要因素。
关于化学结构与物理结构的确切划分,普遍认同的是 H.G.Elias 提出的界定原则:化学结构:除非通过化学键的断裂,即同时生成新的化学键才能够产生改变的分子结构。
聚合物结构中所包括的结构单元的组成及其空间构型属于化学结构。
物理结构:将大分子内部、之间或者基团与大分子之间的形态学表述。
取向、结晶和分子链的构象则属于物理结构 1.2 大分子链的近程结构大分子链的近程结构包括结构单元的化学组成,连接方式、结构异构、立体异构、以及共聚物的序列结构等五个主要方面。
1.2.1 结构单元的化学组成结论1:聚合物的近程结构,即结构单元的化学组成和结构是决定其远程结构和凝聚态结构以及聚合物性能最重要的决定性因素。
尼龙-66、PET 、PBT ~缩聚物, PP 、PS 、PMMA 、PB ~加聚物 归纳表中三条主要规律:1)杂链聚合物(多为缩合聚合物)与碳链聚合物(多为加成聚合物)相比较,前者的各项物理性能均优于后者; 2)在碳链聚合物中,侧基带有极性基团的PVC 和带有苯基的PS 的相对密度和熔点均高于非极性和低位阻侧基的PE 和PP ; 3)缩聚物尼龙和涤纶等的相对密度、熔点、强度和使用温度均普遍高于一般加聚物。
第2章聚合物的凝聚态结构凝聚态指物质的物理状态,通常包括固态、液态和气态。
(0注意与相态的区别。
)高分子的凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态。
对于柔性聚合物:包括晶态、非晶态。
刚性聚合物:包括晶态、液晶态、非晶态。
分子间作用力强弱的表征:内聚能密度。
内聚能:克服分子间作用力,1mol 的凝聚体汽化时所需的能量。
E=△HV-RT式中:△HV:摩尔蒸发热, RT:汽化时所做的膨胀功。
内聚能密度(cohesive energy density ,CED):单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。
式中:Vm-摩尔体积。
聚合物的 CED 的测定:(1)最大溶胀比法;(2)最大特性粘度法。
一般 CED 300J/cm3 以下,橡胶;300-400 J/cm3,塑料;400 J/cm3 以上,纤维、工程塑料。
2.1晶态结构空间点阵、晶胞和晶系:在结晶学中,把组成晶体的质点抽象成为几何点,由这些等同点集合而成的点阵,称为空间点阵,或将这些集合所形成的格子叫做空间格子。
在空间格子中,可找出一个具有周期性排列的,大小与形状相等的,体积最小的平行六面体,这个最小单位格子用以表示晶体结构的基本单元,称为晶胞。
描述晶胞结构的六个参数:a,b,c,α,β,γ (平行六面体的三边的长度及它们之间的夹角)。
晶体七种类型:立方,四方,斜方(正交),单斜,三斜,六方,三方(菱形)。
图2-1晶面指数晶面的标记——密勒(Miller)指数或晶面指数。
一晶面与晶轴a,b,c分别相交于M1,M2,M3三点,相应的截距为OM1=3a,OM2=2b,OM3=1c,全为单位向量的整数倍。
如取三个截距的倒数1/3,1/2,1/1,通分后则得2/6,3/6,6/6,弃去共分母,取2,3,6作为M1,M2,M3晶面的指标,则(2,3,6)即为该晶面的密勒指数。
晶体:物质的重复单元在空间呈三维有序的周期性排列。
重复单元:原子、分子、离子、链节。
2.1.2聚合物的晶体结构几种典型的聚合物晶体结构:(一)平面锯齿形结构1、聚乙烯聚乙烯分子链具有锯齿形的反式构象。
一、概念与名词第一章高分子链的结构高聚物的结构指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间相对排列,包括高分子的链结构和聚集态结构。
高分子链结构表明一个高分子链中原子或基团的几何排列情况。
聚集态结构指高分子整体的内部结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。
近程结构指单个大分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。
远程结构指单个高分子的大小和在空间所存在的各种形状称为远程结构化学结构除非通过化学键的断裂和生成新的化学键才能改变的分子结构为化学结构。
物理结构而一个分子或其基团对另一个分子的相互作用构型分子中各原子在空间的相对位置和排列叫做构型,这种化学结构不经过键的破坏或生成是不能改变的。
旋光异构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三中键接方式,即全同、间同、无规立构,此即为旋光异构。
全同立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三种键接方式,若高分子链中C*的异构体是相同的,此即为全同立构。
间同立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三种键接方式,若高分子链中C*的两种异构体是交替出现的,此即为间同立构。
无规立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三种键接方式,若高分子链中C*的两种异构体是无规则出现的,此即为无规立构。
有规立构全同和间同立构高分子统称为有规立构。
等规度全同立构高分子或全同立构高分子和间同立构高分子在高聚物中的百分含量。
几何异构当主链上存在双键时,而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时,即可形成顺反异构,此即为几何异构。
顺反异构当主链上存在双键时,而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时,即可形成顺反异构,此即为几何异构。