高聚物结构与性能

第一章 高分子的链结构

第一节 高分子结构的特点与分类

一、高分子物理研究的内容

高分子物理，又叫“高聚物的结构与性能”，是研究高聚物的结构、高聚物的性能、以及结构与性能相互关系的一门科学。

二、高聚物结构的分类

（一）分类

（1）分子内结构： 高分子的链结构

（2）分子间结构： 高分子的聚集态结构

（二）高分子的链结构

1、定义

是指单个高分子的结构和形态，研究的是单个高分子链中原子或基团的几何排列。

包括高分子链的近程结构和远程结构。

2、高分子链的近程结构

（1）定义

是以一个或几个结构单元为研究对象，研究的是链的构造与构型；属于化学结构。也叫“一次结构”。 （2）高分子链的构造

是指高分子链的组成，包括：

链节的化学组成； 结构单元的键接顺序； 链的几何形状。

（3）高分子链的构型

是指高分子链中取代基的几何排列，包括：

a、几何异构

b、旋光异构

3、高分子链的远程结构

（1）定义

以整个链为研究对象，研究的是分子链中链段的运动，涉及单个高分子的构象结构，研究链的大小和形态。也叫“二次结构”。 （2）高分子链的大小

即分子量的问题。

（3）高分子链的形态

即链构象的问题。

（三）高分子的聚集态结构

1、定义

是指分子之间相互排列的结构和形态，包括三次结构和高次结构；属于物理结构。

2、高分子的三次结构

分子链之间通过分子间作用力聚集而成的结构，包括结晶态、非晶态、取向态、液晶态结构等。

注意：二次结构与三次结构之间的区别

3、高分子的高次结构

是指高分子与添加剂之间、高分子之间所形成的结构，包括合金结构和复合材料的结构。也叫“织态结构”。

高聚物结构研究的内容：

三、高分子结构的特点

与低分子物质相比，高分子的结构有如下特点：

（1）高分子链由许多结构单元组成 结构单元相当于一个小分子，可以是一种（均聚物），也可以是几种（共聚物）；以共价健相连接，形成线形的、支化的、网状的。

聚丙烯的结构、性能和应用

一、聚丙烯（聚丙烯）的结构

聚丙烯是一种高分子化合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料），由于它是烯烃的聚合产物，因而又是一种聚烯烃树脂。

聚丙烯的结构是指高聚物内部组织，它有两层意义：一是指聚丙烯分子内部的组织和形态，称为分子结构，二是指这些大分子聚集在一起的形态，称为聚集态结构。

1.聚丙烯的分子结构

对一般的单烯烃聚合物可用通式 （CH2-CH2）n表示。

R

当-R为CH3-时即为聚丙烯，按CH3-在分子中的排布（位置、配向、次序等）不同，可分为三种立构异构体，即等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯，等规聚丙烯所有的甲基都排在平面的同一侧。

间规聚丙烯的甲基有规则的交互分布在平面的两侧。

无规聚丙烯的甲基无秩序地分布在平面的两侧。

在三种立体异构体中，等规和间规聚丙烯都属于有规聚丙烯，有规聚丙烯的结晶度高，根据X射线对结晶性聚丙烯的研究，测得其分子链的等同周期为6.5×10-10m，C-C键角为109°28′,C-C原子间键距为1.54×10-10m，据此设想出等规聚丙烯的三重螺旋结构。

以上所述均指聚丙烯的均聚物，聚丙烯聚合物中还有共聚物，如以丙烯为主要单体，以少量乙烯为第二单体（或称共聚单体）进行共聚而成的聚合物，共聚物按其立体结构的规整性又可分为无规共聚物和嵌段共聚物，制取共聚物的目的是为了改善均聚物的某些性能（如耐寒、耐温、抗冲性能等）以满足特殊用途的需要。

2.聚丙烯的聚集态结构

高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，而高分子聚集态结构是决定高聚物本体性质的主要因素，也就是说，其使用性能直接取决于加工成型过程中高分子所形成的聚集态结构。

聚丙烯和其它高分子一样，是由很多大分子聚集在一起的，分子间存在着相互作用，通常之间的作用力包括范德华力和氢键，使聚丙烯的大分子聚集在一起，并赋予它特定的性能，大分子聚集态通常有下述两种情况：

高聚物取向结构是指高分子材料中具有一定方向性和有序性的结构形态。高聚物取向结构的形成与高分子链的排列方式、分子链的分布、晶体结构等因素密切相关。

一、高聚物取向结构的分类

1. 晶体取向结构：高分子在晶体生长过程中，由于晶核的位置限制，使得分子链在特定方向上排列有序，形成晶体取向结构。

2. 向列取向结构：高分子链在拉伸过程中，由于外力作用，使得分子链沿着拉伸方向有序排列，形成向列取向结构。

3. 链轴向取向结构：高聚物在拉伸过程中，由于分子链的某些特殊部位（如侧基、支链等）方向性分布不均匀，导致分子链轴向有序排列，形成链轴向取向结构。

4. 布朗运动取向结构：高分子链由于热运动，在空间上呈无规则的扭曲状态，但由于链段间相互作用力的存在，使得分子链在局部区域上呈有序排列，形成布朗运动取向结构。

二、高聚物取向结构的特征

1. 高聚物取向结构具有一定方向性和有序性，不同于无规则排列的高聚物链。

2. 高聚物取向结构具有较高的力学性能和稳定性，如拉伸强度、弹性模量、熔点等物理性质。

3. 高聚物取向结构影响着高聚物的加工性能和应用领域，如纤维素取向结构对纸张品质的影响。

三、高聚物取向结构的形成机理

高聚物的取向结构形成与高分子链的排列方式、分子链的分布、晶体结构等因素密切相关。以下是几种常见的高聚物取向结构的形成机理：

1. 晶体取向结构：高分子在晶体生长过程中，由于晶核的位置限制，使得分子链在特定方向上排列有序，形成晶体取向结构。

2. 向列取向结构：高分子链在拉伸过程中，由于外力作用，使得分子链沿着拉伸方向有序排列，形成向列取向结构。

3. 链轴向取向结构：高聚物在拉伸过程中，由于分子链的某些特殊部位（如侧基、支链等）方向性分布不均匀，导致分子链轴向有序排列，形成链轴向取向结构。

4. 布朗运动取向结构：高分子链由于热运动，在空间上呈无规则的扭曲状态，但由于链段间相互作用力的存在，使得分子链在局部区域上呈有序排列，形成布朗运动取向结构。

聚丙烯的结构、性能和用途

一、聚丙烯（聚丙烯）的结构

聚丙烯是一种高分子化合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料），由于它是烯烃的聚合产物，因而又是一种聚烯烃树脂。

聚丙烯的结构是指高聚物内部组织，它有两层意义：一是指聚丙烯分子内部的组织和形态，称为分子结构，二是指这些大分子聚集在一起的形态，称为聚集态结构。

1.聚丙烯的分子结构

对一般的单烯烃聚合物可用通式 （CH2-CH2）n表示。

R

当-R为CH3-时即为聚丙烯，按CH3-在分子中的排布（位置、配向、次序等）不同，可分为三种立构异构体，即等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯，等规聚丙烯所有的甲基都排在平面的同一侧。

间规聚丙烯的甲基有规则的交互分布在平面的两侧。

无规聚丙烯的甲基无秩序地分布在平面的两侧。

在三种立体异构体中，等规和间规聚丙烯都属于有规聚丙烯，有规聚丙烯的结晶度高，根据X射线对结晶性聚丙烯的研究，测得其分子链的等同周期为6.5×10-10m，C-C键角为109°28′,C-C原子间键距为1.54×10-10m，据此设想出等规聚丙烯的三重螺旋结构。

以上所述均指聚丙烯的均聚物，聚丙烯聚合物中还有共聚物，如以丙烯为主要单体，以少量乙烯为第二单体（或称共聚单体）进行共聚而成的聚合物，共聚物按其立体结构的规整性又可分为无规共聚物和嵌段共聚物，制取共聚物的目的是为了改善均聚物的某些性能（如耐寒、耐温、抗冲性能等）以满足特殊用途的需要。

2.聚丙烯的聚集态结构

高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，而高分子聚集态结构是决定高聚物本体性质的主要因素，也就是说，其使用性能直接取决于加工成型过程中高分子所形成的聚集态结构。

聚丙烯和其它高分子一样，是由很多大分子聚集在一起的，分子间存在着相互作用，通常之间的作用力包括范德华力和氢键，使聚丙烯的大分子聚集在一起，并赋予它特定的性能，大分子聚集态通常有下述两种情况：