高聚物结构与性能关系

第一章高分子聚合物结构特点和性能一、概念1.塑料：塑料是以高分子聚合物为原料，在一定温度和压力条件下可塑制成形的高分子材料。

2.高分子聚合物：由成千上万个结构相同的小分子单体通过加聚或缩聚反应形成的长链大分子。

例如：聚氯乙稀就是由氯乙烯（CH2=CHCl）单体通过加聚反应形成的长链大分子。

方括号内为高聚物的结构单元，也是其重复结构单元并简称为重复单元，也是也称为链节。

n代表重复单元数，又称为平均聚合度。

第一节聚合物分子的结构特点二、高分子合成反应高分子化合物一般是利用煤或石油中得到的有机小分子化合物作为单体，通过聚合反应而合成的。

具体的合成方法有加聚反应、缩聚反应等。

1. 加聚含有重键的单体分子，如乙烯、氯乙烯等，它们可以通过加成聚合反应得到聚合物。

在此反应过程中除了生成聚合物外，再没有任何其他产物生成，聚合物中包含了单体的全部原子。

这种反应可以在同一种物质的分子间进行（其反应产物称为均聚物），也可以在不同物质的分子间进行（其反应产物为共聚体）。

（2）缩聚反应含有双官能团或多官能团的单体分子，通过分子间官能团的缩合反应把单体分子聚合起来，同时生成水、醇、氨等小分子化合物，简称缩聚反应。

如聚酰胺是用已二胺和已二酸作为单体通过缩水聚合反应形成的长链高分子，同时形成水。

三、高分子物理结构1.高分子链的近程结构(1)高分子链结构单元的化学组成通常的合成高分子是由单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链，高分子链的重复结构单元数目称为聚合度，高分子链一般分为碳链高分子(-C-C-C),杂链高分子(C-C-O-C),元素有机与无机高分子（O-Si-O，侧基有无有机基团)等,高分子链的化学组成不同，高分子的化学和物理性能不同。

（2）高分子链结构单元的键接方式键接方式是结构单元在分子链中的连接方式。

在缩聚反应中结构单元的连接方式是固定的。

而在共聚物与均聚物中的键接方式比较复杂。

以氯乙烯为例，其结构单元在分子键中的键接方式可以有三种，即头－尾键接，尾－尾键接和头－头键接。

高分子的结构和性能的关系高分子的结构和性能的关系高分子化合物分子的大小对化学性质影响很小，一个官能团，不管它在小分子中或大分子中，都会起反应。

大分子与小分子的不同，主要在于它的物理性质，而高分子之所以能用作材料，也正是由于这些物理性质。

下面简要讨论高分子的结构与物理性能的关系。

一、高分子的两种基本结构及其性能特点高分子的分子结构可以分为两种基本类型:第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物。

第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合物称为体型高分子化合物。

此外，有些高分子是带有支链的，称为支链高分子，也属于线型结构范畴。

有些高分子虽然分子链间有交联，但交联较少，这种结构称为网状结构，属体型结构范畴。

在线型结构(包括带有支链的)高分子物质中有独立的大分子存在，这类高聚物的溶剂中或在加热熔融状态下，大分子可以彼此分离开来。

而在体形结构(分子链间大量交联的)的高分子物质中则没有独立的大分子存在，因而也没有相对分子质量的意义，只有交联度的意义。

交联很少的网状结构高分子物质也可能被分离的大分子存在(犹如一张张"鱼网"仍可以分开一样)。

应该指出，上述两种基本结构实际上是对高分子的分子模型的直观模拟，而分子的真实精细结构除了少数(如定向聚合物)外，一般并不清楚。

两种不同的结构，表现出相反的性能。

线型结构(包括支链结构)高聚物由于有独立的分子存在，故具有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。

体型结构高聚物由于没有独立大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。

因此从结构上看，橡胶只能是线型结构或交联很少的网状结构的高分子，纤维也只能是线型的高分子，而塑料则两种结构的高分子都有。

二、高分子化合物的聚集状态高聚物的性能不仅与高分子的相对分子质量和分子结构有关，也和分子间的互相关系，即聚集状态有关。

同属线型结构的高聚物，有的具有高弹性(如天然橡胶)，有的则表现出很坚硬(如聚苯乙烯)，就是由于它们的聚集状态不同的缘故。

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。

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。

高聚物结构与性能的关系；1.高聚物的结构；按研究单元的不同分类，高聚物结构可分为两大类：一；1.1高聚物链结构；高聚物的链结构包括近程结构和远程结构；高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，各种；1.2高聚物的聚集态结构；高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、；因此对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，；2.高聚物结构与力学性能的关系；2高聚物结构与性能的关系1. 高聚物的结构按研究单元的不同分类，高聚物结构可分为两大类：一类为高聚物的链结构，即分子内的结构，是研究一个分子链中原子或基团之间的几何排列；另一类为高聚物的分子聚集态结构，即分子间的结构，是研究单位体积内许多分子链之间的几何排列。

对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。

1.1 高聚物链结构高聚物的链结构包括近程结构和远程结构。

近程结构是指结构单元的化学组成、立体异构、连接顺序、以及支化、交联等；远程结构是指高分子链的构象、分子量等。

高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，各种高聚物由于链结构不同其性质则完全不同。

例如，聚乙烯柔软容易结晶，聚苯乙烯硬而脆不能结晶；全同立构聚丙烯在常温下是固休，可以结晶，而无规立构聚丙烯在常温下则为粘稠的液体等。

1.2 高聚物的聚集态结构高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、取向态等；高聚物的分子聚集态结构是在加工成型过程中形成的，是决定高聚物制品使用性能的主要因素。

即使具有相同链结构的同一种高聚物，由于加工成型条件的不同，其成型品的使用性能就有很大差别。

例如，结晶取向程度不同直接影响纤维和薄膜的力学性能；结晶大小和形态不同可影响塑料制品的耐冲击强度，开裂性能和透明性。

因此对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。

研究高聚物分子聚集态结构的意义就在于了解高聚物分子聚集态结构的特征，形成条件及其与材料性能之间的关系，以便人为地控制加工成型条件得到具有预定结构和性能的材料，同时为高聚物材料的物理改性和材料设计建立科学基础。

聚合物结构与性能的关系研究1. 引言聚合物是由单体分子经过化学反应而成的高分子化合物，具有重要的应用价值。

聚合物的性能随其分子结构的不同而有所差别，因此研究聚合物结构与性能的关系具有重要意义。

本文将从聚合物的分子结构和性能入手，探讨这两者之间的关系。

2. 分子结构对聚合物性能的影响聚合物的分子结构是指其单体分子排列的方式和化学键的类型以及构型等。

不同的分子结构会导致聚合物具有不同的性质和应用价值。

具体地说，聚合物的分子结构对其熔点、热稳定性、耐热性、硬度、强度、弹性和透明度等性能产生显著的影响。

2.1 聚合物的熔点聚合物的熔点是指其从固态转为液态时所需要的温度。

对于一般聚合物材料而言，其熔点与其分子结构的紧密程度有关。

例如，高聚物分子链段间的大分子相互作用力较强，导致其分子结构较紧密，因此其熔点较高。

相反地，低聚物之间的相对作用力弱，链段的排列较为松散，分子链间距离较宽，熔点则较低。

2.2 聚合物的热稳定性和耐热性聚合物的热稳定性和耐热性与其分子结构的稳定性有关。

聚合物分子内的键的结构确定了分子的分子结构形态，特别是分子的空间构型和疏密程度等，导致分子结构的稳定性不同，从而决定了聚合物的热稳定性和耐热性。

2.3 聚合物的硬度、强度和弹性聚合物的硬度、强度和弹性与其分子结构的分子链的直链长度、分支分布、交叉联结等有关。

分子链的直链长度越长，分支分布越少，交叉联结越多，其相互作用力相互增加，分子层次增强，硬度和强度就越高，聚合物的弹性就越小。

2.4 聚合物的透明度聚合物的透明度与其分子结构的规整程度和分子链的取向有关。

对于线性聚合物，如果其分子链排列整齐，分子链间距离相等，分子链之间能够形成大的颗粒结构并能吸收一定波长范围的光，从而导致聚合物的透明度降低。

3. 聚合物性能对分子结构的要求聚合物的性能对其分子结构的稳定性、空间结构和化学键的响应等都有较高的要求。

如何实现有效的聚合物结构设计，是提高聚合物材料品质和减少污染的重要途径。