聚合物的结构和性质

上海大学

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１１１

日期：上海大学理学硕士学位论文

金属．多羧酸配位聚合物的

合成、结构和性质

姓名：石学敏

导师：李明星教授

学科专业：无机化学

上海大学理学院

２０１０年５月

ＩＶＩ：海人学顾Ｉ：学位论文

ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅ

ｏｆＭａｓｔｅｒｉｎＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ

Ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ，ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｅｔａｌ－－ｐｏｌｙｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ

ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｓ

Ｍ．Ｄ．Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：Ｘｕｅ．ｍｉｎＳｈｉ

Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．Ｍｉｎｇ—ＸｉｎｇＬｉ

Ｍａｊｏｒ：ＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ

ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

２０１０．０５

Ｖｌ：海人学顾Ｉｊ学位论文

摘要

结构新颖的金属．有机配位聚合物的设计合成已经成为当今配位化学、超分

子化学、晶体工程等领域的研究重点，它们不但具有有趣的拓扑结构，而且在

离子交换、吸附、手性拆分及光、电、磁、储氢、分子识别、催化等领域具有

潜在的应用价值。本论文选择柔性的多羧酸配体作为主配体，含氮有机配体作

为辅助配体，与过渡金属离子反应，利用水（溶剂）热合成或室温溶剂挥发等

聚合物的分子结构与物理性质

聚合物是由大量重复单元构成的高分子化合物。随着科技的发展，聚合物在人类生产和生活中的应用越来越广泛。然而，聚合物的性质和应用取决于其分子结构，因此对聚合物分子结构与物理性质的研究尤为重要。

一、聚合物的分子结构

聚合物的分子结构与其化学和物理性质密切相关。聚合物的分子结构与单体种类、聚合方法、反应条件以及控制试剂的种类和用量等有关。聚合物的分子结构可以从宏观和微观两个层面进行描述。

从宏观上看，聚合物的分子结构可以分为线性、支化、交联和聚集态等。线性聚合物的分子链呈直线状排列，没有分支；支化聚合物的分子链上存在分支，分支可以根据分支链的数量和长度不同分为两种：分子段分支和侧链分支；交联聚合物的分子链之间通过交联点互相连结，呈网络状结构；而聚集态分子则是由数个分子组成的复合物。

从微观上看，聚合物的分子结构是由化学键和官能团组成的。根据化学键的性质，聚合物分子的结构可以分为三类：相邻两个重复单元之间的化学键称为主链键；主链键以外的化学键称为辅助键，辅助键决定了聚合物分子的分支情况；在分子中存在的其他化学基团称为官能团，它们通过化学反应与其他分子发生反应，改变聚合物分子的性质。聚合物的分子结构图如下图所示：

二、聚合物的物理性质

聚合物的物理性质主要包括力学性质、热学性质、电学性质以及光学性质等。

力学性质是指聚合物在力的作用下发生的变形和断裂等现象。聚合物的弹性模量、拉伸强度、抗拉伸应变、屈服强度、断裂伸长率等是衡量聚合物力学性质的重要指标。 热学性质是指聚合物在不同温度下表现出来的性质。聚合物的热稳定性、玻璃转移温度、熔融温度、热膨胀系数等是衡量聚合物热学性质的指标。

电学性质是指聚合物在电场作用下表现出来的性质。聚合物的电导率、介电常数、击穿场强等是衡量聚合物电学性质的指标。

光学性质是指聚合物在光的作用下表现出来的性质。聚合物的透光性、发光性、荧光性等是衡量聚合物光学性质的指标。

化学化学聚合物的性质

化学聚合物的性质

化学聚合物是由许多化学反应连接而成的高分子化合物。随着化学聚合物在科学和工业领域的广泛应用，对其性质的研究也日益重要。本文将探讨化学聚合物的几个重要性质，包括物理性质、化学性质和结构性质。

一、物理性质

1. 密度：化学聚合物的密度通常比较低，这是因为它们由大量的重复单元组成，单元之间的间隙较大。因此，聚合物通常比同样重量的金属或陶瓷材料轻。

2. 熔点和玻璃转变温度：化学聚合物的熔点较低，通常在室温下是固态的。然而，它们可以在高温下熔化成液体。另外，聚合物还具有玻璃转变温度，即从硬玻璃态转变为可塑态的温度。

3. 弹性和柔韧性：化学聚合物通常具有良好的弹性和柔韧性，这使得它们在许多应用中可以承受拉伸、弯曲和挤压等变形而不破裂。

二、化学性质

1. 溶解性：化学聚合物可以被溶解在适当的溶剂中。这是由于聚合物链上的键可以在溶剂的作用下断裂，使聚合物与溶剂发生相互作用。 2. 稳定性：化学聚合物通常具有较好的化学稳定性，即它们在大多数化学环境下是稳定的。然而，一些特殊条件，如高温、强酸或强碱环境下，聚合物可能会发生降解或变性。

3. 电化学性质：化学聚合物可以通过控制它们的化学结构来调节其电化学性质，如导电性、电荷传输速率等。这些性质使得聚合物广泛应用于电解池、电池和电子器件等领域。

三、结构性质

1. 分子量和分子量分布：化学聚合物的分子量通常非常大，可以达到数万至数百万。此外，聚合物链上的分子量也可能不均匀分布，形成分子量分布。这些参数对聚合物的性能和应用具有重要影响。

2. 分子结构：化学聚合物的分子结构决定了其物理和化学性质。常见的聚合物结构包括线性聚合物、交联聚合物和支化聚合物等。每种结构都会影响聚合物的力学性能、导热性能和化学活性等方面。

3. 有序性：一些聚合物具有一定的有序结构，如晶体结构或液晶相。这种有序性可以提高聚合物的力学性能和热学性能，使其在高温和高压环境下更加稳定。

聚合物材料的物理与化学性质

聚合物材料是指由单体分子聚合而成的高分子材料。由于聚合物材料具有良好的物理与化学性质，在现代工业中得到广泛应用。本文将就聚合物材料的物理与化学性质展开探讨。

1. 聚合物材料的物理性质

1.1 密度

聚合物材料的密度通常较小，一般在0.9-2.2g/cm3之间。这是因为聚合物本身具有轻质的特点。如乙烯、丙烯、苯乙烯等单体有较小的分子量，因此聚合物的密度也相应较小。

1.2 热学性质

聚合物材料的热学性质也很重要。在使用过程中，聚合物会受到各种外界因素的影响，如温度等。因此，要了解聚合物的热学性质对于应用其材料很重要。

聚合物材料的热稳定性通常较差。在高温下，容易发生降解和失去原有的物理性质。此外，聚合物的熔点通常较低，使其在加工中易于形变。

另外，聚合物的热导率也很小。这是因为聚合物本身是非金属材料，其分子与分子之间没有电子互相吸引的作用。因此，聚合物的热传导能力较差。

1.3 光学性质

聚合物材料的光学性质也很广泛，包括折射率、透明度、色散性质等。聚合物材料的折射率和透明度通常较高，特别是在红外波段中，透过聚合物的光线几乎100%。此外，聚合物材料的色散性质也较好，具有一定的色散特性。

2. 聚合物材料的化学性质

2.1 化学反应

在聚合物材料的应用中，其化学反应的性质也占有重要的位置。聚合物的化学反应可以通过原来的单体来维持其特征结构，并为原料的生产和加工提供反应。

聚合物的主要化学反应可以分为两类：加成反应和单体交联反应。加成反应是指将一个或多个小分子与高分子聚合反应。单体交联反应是通过单体的交联形成聚合物的交联分子。

2.2 化学稳定性

聚合物也是有化学稳定性的。化学稳定性是指在特定的环境下，聚合物不会发生不可逆的化学反应。聚合物的稳定性通常与其长分子链有关。长分子链可以形成网络结构，从而有效地预防化学反应的发生。

在使用聚合物材料时，要考虑到两种类型的降解：化学降解和暴露降解。化学降解是指各种化学反应的过程，而暴露降解是指在日光、烟雾、能量等因素影响下材料的降解过程。在生产中，要特别留意材料的环境影响，保证其在实验室和工业中长时间地使用。