【高分子物理】第三章
- 格式:ppt
- 大小:6.38 MB
- 文档页数:250
高分子的溶解溶解与溶胀例3-1 简述聚合物的溶解过程,并解释为什么大多聚合物的溶解速度很慢解:因为聚合物分子与溶剂分子的大小相差悬殊,两者的分子运动速度差别很大,溶剂分子能比较快地渗透进入高聚物,而高分子向溶剂地扩散却非常慢。
这样,高聚物地溶解过程要经过两个阶段,先是溶剂分子渗入高聚物内部,使高聚物体积膨胀,称为“溶胀”,然后才是高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解地分子分散的均相体系。
整个过程往往需要较长的时间。
高聚物的聚集态又有非晶态和晶态之分。
非晶态高聚物的分子堆砌比较松散,分子间的相互作用较弱,因而溶剂分子比较容易渗入高聚物内部使之溶胀和溶解。
晶态高聚物由于分子排列规整,堆砌紧密,分子间相互作用力很强,以致溶剂分子渗入高聚物内部非常困难,因此晶态高聚物的溶解要困难得多。
非极性的晶态高聚物(如PE)在室温很难溶解,往往要升温至其熔点附近,待晶态转变为非晶态后才可溶;而极性的晶态高聚物在室温就能溶解在极性溶剂中。
例3-2.用热力学原理解释溶解和溶胀。
解:(1)溶解:若高聚物自发地溶于溶剂中,则必须符合:上式表明溶解的可能性取决于两个因素:焓的因素()和熵的因素()。
焓的因素取决于溶剂对高聚物溶剂化作用,熵的因素决定于高聚物与溶剂体系的无序度。
对于极性高聚物前者说影响较大,对于非极性高聚物后者影响较大。
但一般来说,高聚物的溶解过程都是增加的,即>0。
显然,要使<0,则要求越小越好,最好为负值或较小的正值。
极性高聚物溶于极性溶剂,常因溶剂化作用而放热。
因此,总小于零,即<0,溶解过程自发进行。
根据晶格理论得=(3-1)式中称为Huggins参数,它反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。
的物理意义表示当一个溶剂分子放到高聚物中去时所引起的能量变化(因为)。
而非极性高聚物溶于非极性溶剂,假定溶解过程没有体积的变化(即),其的计算可用Hildebrand的溶度公式:=(3-2)式中是体积分数,是溶度参数,下标1和2分别表示溶剂和溶质,是溶液的总体积。
第三章;高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同?;高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊,两者运动分子运动;第二维里系数A2的物理意义?;第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排;高分子的理想链和真实链有哪些区别?;①理想链是一种理论模型,认为化学键不占体积,自由;②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用,而真;高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的第三章高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同?高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊,两者运动分子运动速度差别很大,现是溶剂分子渗入高聚物内部,是高聚体膨胀,称为“溶胀”,然后高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解的分子分散的均相体系。
对于交联的高分子只停留在溶胀阶段,不会溶解。
第二维里系数A2的物理意义?第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排斥与高分子链段和溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争的一个量度。
它与溶剂化作用和高分子在溶液里的形态有密切关系。
良溶剂中,高分子链由于溶剂化作业而扩张,高分子线团伸展,A2是正值;温度下降或在非良溶剂,高分子线团收缩,A2是负值;当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时,高分子溶液符合理想溶液的性质,A2为零,相当于高分子链处于无扰状态。
高分子的理想链和真实链有哪些区别?①理想链是一种理论模型,认为化学键不占体积,自由旋转,没有键角和位垒的限制,而真实链有键角限制和位垒的限制。
②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用,而真实链要考虑链节与链节之间的体积排除和链与周围环境的相互作用以及链与链之间的相互作用等。
高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的区别?三种溶液最本质的区别体现在溶液中和高分子无规线团之间的相互作用和无规线团的形态结构不同:① 稀溶液:高分子线团是相互分离的,溶液中高分子链段的分布也是不均一的;线团之间的相互作用可以忽略。
②浓溶液:大分子链之间发生相互穿插和缠结,溶液中链段的空间密度分布趋于均一。
第三章 高聚物的分子运动3.1 高聚物的分子热运动1. 高分子热运动的特点1. 运动单元的多重性。
除了整个分子的运动(即布朗运动)外还有链段、链节、侧基、支链等的运动(称微布朗运动).2. 运动时间的依赖性。
高分子热运动是一个松驰过程。
在外场作用下物体从一种平衡状态通过分子运动过渡到另一种平衡状态是需要时间的,这个时间称为松弛时间,记作τ./0t x x e τ-= 当t=τ时, 10x x e -=式中0x 是外力未除去时塑料丝增加的长度,x (t)是外力除去后,在t 时间内测出塑料丝增加的长度,τ为常数。
因而松驰时间定义为: x 变到等于0x 的1e -时所需要的时间.它反映某运动单元松弛过程的快慢.由于高分子运动单元有大有小, τ不是单一值而是一个分布,称为”松弛时间谱”.3. 分子运动的温度依赖性. 温度对高分子的热运动有两方面的作用:①使运动单元活化。
②温度升高使高聚物发生体积膨胀。
升高温度加快分子运动,缩短松驰时间,即有/0E RT e ττ= 式中E 为活化能, 0τ为常数.如果高聚物体系的温度较低,运动单元的松驰时间τ就较长,因而在较短时间内将观察不到松驰现象;但是如果温度升高,缩短了运动单元的松驰时间τ,就能在较短的时间内观察到松驰现象。
2. 高聚物的力学状态和热转变在一定的力学负荷下,高分子材料的形变量与温度的关系式称为高聚物的温度-形变曲线(或称热机械曲线)①线型非晶态高聚物的温度-形变曲线.线形非晶态聚合物的形变-温度曲线玻璃态:链段运动被冻结,此时只有较小的运动单元如链节、侧基等的运动,以及键长键角的变化,因而此时的力学性质与小分子玻璃差不多,受力后变形很小(0.01%~0.1%),且遵循胡克定律,外力除后立即恢复.这种形变称为普弹形变.玻璃态转变:在3~5℃范围内几乎所有的物理性质都发生突变,链段此时开始运动,这个转变温度t 称为玻璃态转变温度(T g ).高弹态:链段运动但整个分子链不产生移动.此时受较小的力就可发生很大的形变(100%~1000%),外力除去后可完全恢复,称为高弹形变.高弹态是高分子所特有的力学状态.流动温度:链段沿作用力方向的协同运动导致大分子的重心发生相对位移,聚合物呈现流动性,转变温度称为流动温度(T f ).粘流态:与小分子液体的流动相似,聚合物呈现粘性液体状,流动产生了不可逆变形.②交联高聚物的温度-形变曲线 交联度较小时,存在T g , 但T f 随交联度增加而逐渐消失.交联度较高时, T g 和T f 都不存在.③晶态聚合物的温度-形变曲线. 一般相对分子质量的晶态聚合物只有一个转变,即结晶的熔融,转变温度为熔点T m .当结晶度不高(X c <40%)时,能观察到非晶态部分的玻璃化转变,即有T g 和T m 两个转变.相对分子质量很大的晶态高聚物达到T m 后,先进入高弹态,在升温到T g 后才会进入粘流态,于是有两个转变.④增塑聚合物的温度-形变曲线 加入增塑剂一般使聚合物的T g 和T f 都降低,但对柔性链和刚性链,作用有所不同.对柔性链聚合物, T g 降低不多而T f 降低较多,高弹区缩小;对刚性链聚合物, T g 和T f 都显著降低,在增塑剂达到一定浓度时,由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用,使刚性链变为柔性链,此时T g 显著降低而T f 降低不大,即扩大了高弹区,称”增弹作用”,这点对生产上极为有用(如PVC 增塑后可作为弹性体用).3. 高聚物的松驰转变及其分子机理在T g 以下,链段是不能运动了,但较小的运动单元仍可运动,这些小运动单体从冻结到运动的变化过程也是松弛过程,称为次级松弛。
第三章 高聚物的分子运动3.1 高聚物的分子热运动1. 高分子热运动的特点1. 运动单元的多重性。
除了整个分子的运动(即布朗运动)外还有链段、链节、侧基、支链等的运动(称微布朗运动).2. 运动时间的依赖性。
高分子热运动是一个松驰过程。
在外场作用下物体从一种平衡状态通过分子运动过渡到另一种平衡状态是需要时间的,这个时间称为松弛时间,记作τ./0t x x e τ-= 当t=τ时, 10x x e -=式中0x 是外力未除去时塑料丝增加的长度,x (t)是外力除去后,在t 时间内测出塑料丝增加的长度,τ为常数。
因而松驰时间定义为: x 变到等于0x 的1e -时所需要的时间.它反映某运动单元松弛过程的快慢.由于高分子运动单元有大有小, τ不是单一值而是一个分布,称为”松弛时间谱”.3. 分子运动的温度依赖性. 温度对高分子的热运动有两方面的作用:①使运动单元活化。
②温度升高使高聚物发生体积膨胀。
升高温度加快分子运动,缩短松驰时间,即有/0E RT e ττ= 式中E 为活化能, 0τ为常数.如果高聚物体系的温度较低,运动单元的松驰时间τ就较长,因而在较短时间内将观察不到松驰现象;但是如果温度升高,缩短了运动单元的松驰时间τ,就能在较短的时间内观察到松驰现象。
2. 高聚物的力学状态和热转变在一定的力学负荷下,高分子材料的形变量与温度的关系式称为高聚物的温度-形变曲线(或称热机械曲线)①线型非晶态高聚物的温度-形变曲线.线形非晶态聚合物的形变-温度曲线玻璃态:链段运动被冻结,此时只有较小的运动单元如链节、侧基等的运动,以及键长键角的变化,因而此时的力学性质与小分子玻璃差不多,受力后变形很小(0.01%~0.1%),且遵循胡克定律,外力除后立即恢复.这种形变称为普弹形变.玻璃态转变:在3~5℃范围内几乎所有的物理性质都发生突变,链段此时开始运动,这个转变温度t称为玻璃态转变温度(T g).高弹态:链段运动但整个分子链不产生移动.此时受较小的力就可发生很大的形变(100%~1000%),外力除去后可完全恢复,称为高弹形变.高弹态是高分子所特有的力学状态.流动温度:链段沿作用力方向的协同运动导致大分子的重心发生相对位移,聚合物呈现流动性,转变温度称为流动温度(T f).粘流态:与小分子液体的流动相似,聚合物呈现粘性液体状,流动产生了不可逆变形.②交联高聚物的温度-形变曲线 交联度较小时,存在T g , 但T f 随交联度增加而逐渐消失.交联度较高时, T g 和T f 都不存在.③晶态聚合物的温度-形变曲线. 一般相对分子质量的晶态聚合物只有一个转变,即结晶的熔融,转变温度为熔点T m .当结晶度不高(X c <40%)时,能观察到非晶态部分的玻璃化转变,即有T g 和T m 两个转变.相对分子质量很大的晶态高聚物达到T m 后,先进入高弹态,在升温到T g 后才会进入粘流态,于是有两个转变.④增塑聚合物的温度-形变曲线 加入增塑剂一般使聚合物的T g 和T f 都降低,但对柔性链和刚性链,作用有所不同.对柔性链聚合物, T g 降低不多而T f 降低较多,高弹区缩小;对刚性链聚合物, T g 和T f 都显著降低,在增塑剂达到一定浓度时,由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用,使刚性链变为柔性链,此时T g 显著降低而T f 降低不大,即扩大了高弹区,称”增弹作用”,这点对生产上极为有用(如PVC 增塑后可作为弹性体用).3. 高聚物的松驰转变及其分子机理在T g 以下,链段是不能运动了,但较小的运动单元仍可运动,这些小运动单体从冻结到运动的变化过程也是松弛过程,称为次级松弛。