高分子物理讲义-第二章 聚合物的凝聚态结构 分子运动和热转变-1
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1. 构型与构象有何区别?聚丙烯分子链中碳-碳单键是可以旋转的,通过单建的内旋转是否可以使全同立构的聚丙烯变为间同立构的聚丙烯?为什么?
答:构型:是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
构象:由于分子中的单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
全同立构聚丙烯与间同立聚丙烯是两种不同构型,必须有化学键的断裂和重排。
3. 哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?
答: 空间位阻参数δ
212,20rfhh答:因为等规PS上的苯基基团体积较大,为了使体积较大的侧基互不干扰,必须通过C-C键的旋转加大苯基之间的距离,才能满足晶体中分子链构象能量最低原则;对于间规PVC而言,由于氢原子体积小,原子间二级近程排斥力小,所以,晶体中分子链呈全反式平面锯齿构象时能量最低。
δ越大,柔顺性越差;δ越小,柔顺性越好;
特征比Cn 220nlhcn
对于自由连接链 cn=1
对于完全伸直链cn=n,当n→∞时,cn可定义为c∞,c∞越小,柔顺性越好。
链段长度b:链段逾短,柔顺性逾好。
7.比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。
解:(1)PE>PVC>PAN
主链均为C-C结构,取代基极性-CN﹥-Cl,所以,聚丙烯腈的柔顺性较聚氯乙烯差;
(2)2>1>3
1与3中都含有芳杂环,不能内旋转;3中全为芳环,柔顺性最差;主链中-O-会增加链的柔顺性;
(3)3>2>1
因为1中取代基的比例较大,沿分子链排布距离小,数量多,分子链内旋转困难;2和3中均含有孤立双键,易内旋转,故柔顺性较好。
(4)2>1>3
2中取代基对称排列,分子偶极矩极小,易内旋转;3中极性取代基较中比例大,分子内旋转困难,故柔顺性最差。
第2章 聚合物的凝聚态结构
1. 名词解释 凝聚态:物质的物理状态,是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固体、液体和气体。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,包括固体和液体。
高分子物理答案详解(第三版)
第1章 高分子的链结构
1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。
等。
2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?
答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。
3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?
答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?
答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;
(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;
(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?
答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:
(1)聚丙烯睛与碳纤维;
(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;
(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。
(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。
(1)线性高分子 梯形高分子
高分子聚集态结构
一、引言
高分子是由许多重复单元组成的大分子化合物,具有广泛的应用领域。高分子聚集态结构是指高分子在溶液、熔融状态下的结构特征,包括链的排列方式、晶体形态等。本文将从聚集态结构的基本概念、聚合物的链排列方式、晶体结构等方面进行详细介绍。
二、聚集态结构的基本概念
1. 聚合物溶液
聚合物在溶液中存在不同形式,主要包括单链状态和多链状态。在单链状态下,聚合物呈现出线性或弯曲形状;而在多链状态下,聚合物会发生相互作用,形成各种聚集态结构。
2. 聚合物熔体
当温度升高到一定程度时,聚合物会融化形成熔体。在熔融状态下,聚合物分子间距离缩小,使得相互作用增强,并且可以自由移动。
3. 聚合物晶体
当温度低于一定程度时,聚合物会发生结晶现象。在晶体中,聚合物分子排列有序,形成各种晶体结构。
三、聚合物的链排列方式
1. 线性聚合物 线性聚合物的分子链呈直线状排列,是最简单的聚集态结构之一。线性聚合物可以形成无定形、部分结晶或完全结晶的状态。
2. 支化聚合物
支化聚合物是指在主链上引入支链或侧链的聚合物。支化可以使得分子间距离缩小,增加相互作用力,从而影响聚合物的热力学行为。
3. 交联聚合物
交联聚合物是指在分子链上引入交联点,使得分子间产生三维网状结构。交联可以使得聚合物具有更高的强度和刚性,并且能够抵抗变形和拉伸。
4. 特殊排列方式
除了线性、支化和交联等常见排列方式外,还存在一些特殊的排列方式,如环状、星型等。
四、晶体结构
1. 线性多晶体
线性多晶体是指由许多平行且部分重叠的单晶组成。线性多晶体具有较高的强度和刚度,并且易于加工和成型。
2. 随机共聚物
随机共聚物是指由两种或多种单体组成的聚合物。由于单体的不同,随机共聚物的链排列方式是无规则的,因此形成无定形结构。
3. 均聚物晶体
均聚物晶体是指由相同单体组成的聚合物,分子链排列有序,并且具有明显的晶体结构。均聚物晶体具有较高的强度和硬度,并且易于加工和成型。
⾼分⼦物理知识点
第1章⾼分⼦的链结构1.写出聚氯丁⼆烯的各种可能构型。
2.构象与构型有何区别?聚丙烯分⼦链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同⽴构聚丙烯变为间同⽴构聚丙烯?为什么?
答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转⽽产⽣的分⼦中原⼦在空间位置上的变化,⽽构型则是分⼦中由化学键所固定的原⼦在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,⽽构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,⽽全同⽴构聚丙烯与间同⽴构聚丙烯是不同的构型。3.为什么等规⽴构聚丙⼄烯分⼦链在晶体中呈31螺旋构象,⽽间规⽴构聚氯⼄烯分⼦链在晶体中呈平⾯锯齿构象?
答(1)由于等归⽴构聚苯⼄烯的两个苯环距离⽐其范德华半径总和⼩,产⽣排斥作⽤,使平⾯锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满⾜晶体分⼦链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯⼄烯的氯取代基分得较开,相互间距离⽐范德华半径⼤,所以平⾯锯齿形构象是能量最低的构象。4.哪些参数可以表征⾼分⼦链的柔顺性?如何表征?
答:(1)空间位阻参数(或称刚性因⼦),值愈⼤,柔顺性愈差;
(2)特征⽐Cn,Cn值越⼩,链的柔顺性越好;
(3)连段长度b,b值愈⼩,链愈柔顺。5.聚⼄烯分⼦链上没有侧基,内旋转位能不⼤,柔顺性好。该聚合物为什么室温下为塑料⽽不是橡胶?
答:这是由于聚⼄烯分⼦对称性好,容易结晶,从⽽失去弹性,因⽽在室温下为塑料⽽不是橡胶。6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:
(1)聚丙烯睛与碳纤维;
(2)⽆规⽴构聚丙烯与等规⽴构聚丙烯;
(3)顺式聚1,4-异戊⼆烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊⼆烯(杜仲橡胶)。(4)⾼密度聚⼄烯、低密度聚⼄烯与交联聚⼄烯。7.⽐较下列四组⾼分⼦链的柔顺性并简要加以解释。
第2章聚合物的凝聚态结构1.名词解释
凝聚态,内聚能密度,晶系,结晶度,取向,⾼分⼦合⾦的相容性。