高分子的凝聚态结构
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高分子凝聚态结构
高分子凝聚态结构是指高分子化合物在固态或结晶态下的结构形态。
高分子凝聚态结构的研究涉及到高分子链的排列、堆砌、折叠和结晶等行为,以及由此产生的物理和化学性质。
具体来说,高分子凝聚态结构的研究内容包括以下几点:
1.高分子链的构象:高分子链在固态或结晶态下的形态,包括链的折叠、扭
曲和伸展等。
2.高分子链的堆砌:高分子链在晶体或非晶体中的排列方式,包括密堆积和
松堆积等。
3.高分子链的结晶度:高分子链在结晶态下的结晶程度,结晶度的高低会影
响材料的性能。
4.高分子链的取向:高分子链在材料中的取向程度,包括各向异性、各向同
性等。
5.高分子链的交联:高分子链之间的交联程度和交联方式,交联程度的高低
会影响材料的力学性能。
总之,高分子凝聚态结构是指高分子化合物在固态或结晶态下的结构形态,包括高分子链的构象、堆砌、结晶度、取向和交联等方面。
这些结构特征对高分子材料的物理和化学性质有着重要的影响,因此研究高分子凝聚态结构对于材料科学和化学等领域的发展具有重要意义。
第5章聚合物的非晶态5.1复习笔记一、高分子的凝聚态结构高分子的凝聚态结构:分子链之间的几何排列和堆砌结构,包括非晶态结构、晶态结构、液晶态结构、取向态结构和共混聚合物的织态结构等。
高分子链结构是决定聚合物基本性质的内在因素,凝聚态结构随着形成条件的变化而变化,是直接决定聚合物本体性质的关键因素。
二、非晶态聚合物的结构模型目前对非晶态高聚物结构的争论交点,主要集中在完全无序还是局部有序。
1.无规线团模型(1)1949年,Flory从统计热力学理论出发推导出“无规线团模型”。
该模型认为:在非晶态聚合物中,高分子链无论在 溶剂或者是本体中,均具有相同的旋转半径,呈现无扰的高斯线团状态。
(2)实验证据①橡胶弹性理论;②在非晶聚合物的本体和溶液中,分别用高能辐射使高分子发生交联。
未发现本体体系中发生分子内交联的倾向比溶液中大;③用X光小角散射测定含有标记分子的聚苯乙烯本体试样中聚苯乙烯分子的旋转半径,与在溶液中聚苯乙烯分子的回转半径相近。
2.两相球粒模型(1)1972年,Yeh 提出两相球粒模型。
该模型认为:非晶态聚合物存在着一定程度的局部有序。
包含粒子相和粒间相两个部分,一根分子链可以通过几个粒子和粒间相。
(2)支持该模型的事实①橡胶弹性的回缩力;②聚合物的非晶和结晶密度比为96.0~85.0/≈c a ρρ,按分子链成无规线团形态的完全无序的模型计算65.0/<c a ρρ,实际密度比偏高;③聚合物结晶速度很快;④某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度增加,球粒增大。
二、非晶态聚合物的力学状态和热转变图5-1非晶态聚合物温度形变曲线“三态两区”:玻璃态、高弹态、黏流态、玻璃化转变(玻璃态与高弹态之间的转变)、粘流转变(高弹态与黏流态之间的转变)。
玻璃态:键长和键角的运动,形变小,模量大。
外力除去后,形变立刻回复,是普弹性。
玻璃化转变:链段开始发生运动,模量下降。
对应的转变温度T g为玻璃化温度。
1.纤维结构主要包括高分子链的结构和高分子的凝聚态结构(又称聚集态结构、超分子结构)及其形态结构。
2.单基(链节):构成纤维大分子的基本化学结构单元。
3.聚合度n :构成纤维大分子的单基的数目,或一个大分子中的单基重复的次数。
1.结晶度:纤维内部结晶区体积占纤维总体积的百分率。
结晶度对纤维性能的影响:结晶度↑: 纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度↑;纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性↓。
结晶度↓:纤维的吸湿性、染色性↑;拉伸强度较小,变形较大,纤维较柔软,耐冲击性,弹性有所改善,密度较小,化学反应性比较活泼。
2.取向度--大分子排列方向与纤维轴平行(或符合)的程度。
取向度与纤维性能间的关系:取向度大时,大分子可能承受的轴向拉力也大,纤维拉伸强度较大,伸长较小,模量较高,各向异性明显。
3.结晶度大的取向度不一定高。
4.(3)锯齿棉:用锯齿轧花机加工的皮棉(利用高速旋转的圆盘锯片通过肋条间隙钩拉棉花纤维,使之与棉子分离的机械。
)纺纱用棉多为锯齿棉。
5.天然转曲使棉纤维具有一定的抱合力,有利于纺纱工艺的进行和成纱质量的提高。
6.②主体长度Lm:一批棉样中含量最多的纤维的长度,Lm ≈Lh。
根数Lm:纤维中根数最多的那部分纤维的长度重量Lm:纤维中重量最重的那部分纤维的长度(即主体长度落在重量最大的一组中)。
常采用重量主体长度。
7.棉不耐酸,利用该性质可生产涤棉烂花布。
涤棉烂花布:涤棉包芯纱织物通过与有花纹的酸滚筒接触后制得的半透明织物。
8.木棉纤维是目前天然生态纤维中最轻(木棉0.29g/cm3,棉1.53 g/cm3)、中空度最高、最保暖的纤维材质。
它的细度仅有棉纤维的1/2,中空率却达到86%以上,是一般棉纤维的2-3倍。
9.羊毛粗有髓质层细无10.丝鸣干燥的精炼长丝(或丝织物)相互摩擦时所发出的清晰的声音。
它是蚕丝特有的音响,使蚕丝产品具有高贵感,经醋酸或酒处理后,可增加它的丝鸣效果。
高分子的凝聚态和聚集态引言高分子是由成千上万个重复单元组成的大分子化合物,其分子量往往非常大。
高分子材料在现代科技和工业中扮演着重要的角色。
在不同的条件下,高分子可以出现不同的凝聚态和聚集态。
本文将介绍高分子的凝聚态和聚集态的概念、特点以及相关的应用。
一、高分子的凝聚态高分子的凝聚态是指高分子在无外界作用力下,在固定温度下保持稳定的结构状态。
在凝聚态下,高分子分子间保持着一定的有序性和排列规律。
1.晶体态晶体态是高分子的一种凝聚态,其特点是高分子链在立体空间有规则地排列,形成高度有序的晶体结构。
高分子晶体具有高度结晶度、透明度和硬度等特点,广泛应用于塑料、纤维和电子材料领域。
2.玻璃态玻璃态是高分子的另一种凝聚态,其特点是高分子链呈无规则排列,形成非晶态结构。
高分子玻璃具有高强度、耐高温等优点,在包装、建筑和航空航天等领域有广泛的应用。
二、高分子的聚集态高分子的聚集态是指高分子在外界作用力下,分子间呈现出聚集、堆积的状态。
在聚集态下,高分子分子间相互作用较强。
1.胶体态胶体态是高分子的一种聚集态,其特点是分散相微粒的大小在1~1000纳米之间。
高分子胶体具有分散性好、介电常数大等特点,广泛应用于涂料、纸张和医药等领域。
2.凝胶态凝胶态是高分子的另一种聚集态,其特点是高分子在某种溶剂中形成三维网络结构,并具有可逆的溶胀性。
高分子凝胶具有大孔结构、储存能力强等特点,在制备人工器官和药物控释等方面具有重要应用价值。
三、高分子的应用高分子材料的凝聚态和聚集态在众多领域中都具有广泛的应用。
1.材料领域高分子晶体被广泛应用于塑料、纤维和电子材料领域。
高分子玻璃在包装、建筑和航空航天等领域具有重要应用。
高分子胶体被用于涂料、纸张和医药等领域。
高分子凝胶在制备人工器官和药物控释等方面具有重要作用。
2.生物医学领域高分子凝胶在生物医学领域中具有广泛的应用,如用于人工器官的制备、药物控释系统的设计以及组织工程领域的研究。
⾼分⼦材料凝聚态结构第三节⾼分⼦材料凝聚态结构凝聚态,指由⼤量原⼦或分⼦以某种⽅式(结合⼒)聚集在⼀起,能够在⾃然界相对稳定存在的物质形态。
普通物质在标准条件下存在固(晶)、液、⽓三态。
从空间拓扑结构来看,固态材料的原⼦或分⼦的空间排列呈三维远程有序状;液态则只有近程有序,⽽⽆远程有序;⽓态既⽆近程有序,也⽆远程有序。
与普通材料相⽐,⾼分⼦材料只有固、液两态⽽⽆⽓态(未曾加热到汽化已先⾏分解),但由于⼤分⼦链状分⼦结构的特殊性,其存在状态远⽐⼩分⼦材料更加丰富多彩,并更具特⾊。
⾼分⼦凝聚态结构也称超分⼦结构,其研究尺度⼤于分⼦链的尺度。
主要研究分⼦链因单键内旋转和(或)环境条件(温度、受⼒情况)⽽引起分⼦链构象(Conformation)的变化和聚集状态的改变。
在不同外部条件下,⼤分⼦链可能呈⽆规线团构象,也可能排列整齐,呈现伸展链、折叠链及螺旋链等构象。
由此形成⾮晶态(包括玻璃态、⾼弹态),结晶态(包括不同晶型及液晶态)和粘流态等聚集状态。
这些状态下,因分⼦运动形式、分⼦间作⽤⼒形式及相态间相互转变规律均与⼩分⼦物质不同,结构、形态有其独⾃的特点。
这些特点也是决定⾼分⼦材料性能的重要因素。
按现代凝聚态物理的观点,⾼分⼦材料属于软物质(soft matter)或复杂流体(complex fluids),所谓软物质是指相对于弱的外界影响,⽐如施加给物质瞬间的或微弱的刺激,能作出显著响应和变化的那类凝聚态物质。
从结构看,软物质在其柔软的外观下存在着复杂的相对有序的结构,其结构常介于固体与液体之间。
⼀⽅⾯从宏观尺度看,它不象⼩分⼦晶体那样有严格的周期性结构,有时可能是完全⽆序的;另⼀⽅⾯在介观(mesoscopic)尺度下,它⼜存在⼀些规则的受约束结构,如结晶和取向,其晶态和⾮晶态常常是共存的。
⾼分⼦材料另⼀个软物质特征是常常因结构的细微变化⽽引起体系宏观性质的巨⼤变异,如天然橡胶树汁是⼀种液态胶乳,在树汁分⼦中,只要平均每200个碳原⼦中有⼀个与硫发⽣反应(硫化),流动的胶汁就变成固态的具有⾼强度的橡胶材料,表现出奇异的⾼弹性质,这在低分⼦材料是不可思议的。