高分子材料教学概论.ppt
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1、第一章 概论,第一节高分子材料的基本概念,一、高分子链的构成 (一)高分子的定义 高分子化合物;低聚物;高聚物;高分子材料 (二)重复单元 重复单元;聚合度;链节,二、高分子的命名,(一)习惯命名: 1 .天然高分子 一般有与其来源、化学性能、作用、主要用途相关的专用名称。如纤维素(来源)、核酸(来源与性能)、酶(化学作用)。 2.合成高分子 (1)由一种单体合成的高分子:“聚”+ 单体名称。如聚氯乙烯、聚乙烯等。 (2)由两种单体经缩聚反应合成的高分子。如聚对苯二甲酸乙二酯、聚己二酸己二胺等。 (3)由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物:两单体名称或简称之间 +“-”+“共聚物”:如乙烯-
2、乙酸乙烯酯共聚物。 (4)“聚”+高分子主链结构中的特征功能团:指的是一类高分子,而非单种高分子,如:,(二)商品名称: 合成纤维最普遍,我国以“纶”作为合成纤维的后缀涤纶、丙纶、锦纶、腈纶、有机玻璃、电木。 (三)系统命名: IUPAC系统命名法 (1) 确定重复结构单元; (2) 按规定排出重复结构单元中的次级单元(subunit,即取代基)顺序:对乙烯基聚合物,先写有取代基的部分;连接原子最少的次级单元写在前面; (3) 给重复结构单元命名:按小分子有机化合物的IUPAC命名规则给重复结构单元命名; (4) 给重复结构单元的命名加括弧,并冠以前缀“聚”。,三、高分子的分类,按性能和用途:
3、塑料;橡胶;纤维;涂料;粘合剂; 离子交换树脂 按聚合物来源:天然聚合物;合成聚合物 按聚合基本反应:加聚树脂;缩聚树脂 按大分子形状:线型聚合物;体型聚合物 按聚合物热性质:热塑性树脂;热固性树脂 按高分子化学结构:有机高分子;元素有机高分子;无机高分子,第二节 高分子链结构,1、了解高分子的结构特点 2、掌握高分子链的近程结构和远程结构,要 求,一、高分子的结构特点,高分子的链结构 高分子的聚集态结构(第三节),近程结构 远程结构,二、高分子链的近程结构,(一)高分子链结构单元的键接 1.均聚物结构单元的键接顺序 均聚物:由一种单体成分反应生成的聚合物 如:聚乙烯,聚氯乙烯。,头-头键接
4、CH2 CH CH CH2 Cl Cl 头-尾键接 CH2 CH CH2 CH Cl Cl 尾-尾键接 CH CH2 CH2 CH Cl Cl,2.共聚物的序列结构 共聚物:有两种或多种不同的单体或聚合物反应得到的高分子。 以含两种单体的共聚物为例(设两种单体分别为、),说明共聚物的结构单元的排列方式。,无规共聚物 B 交替共聚物 嵌段共聚物 接枝共聚物 ,(二)支链、交联和端基,1.支链 2.交联:由线型或支化高分子通过支链或化学键相连转变成三维网状高分子的过程。(交联聚维酮、交联聚丙烯酸) 3.互穿:一种不同于支化、交联、共聚的反应形成的互穿聚合网络。(简称IPN) 4.端基:是指高分子链
5、终端的化学基团。(热稳定),短支链 长支链,三 高分子链的远程结构,高分子链的柔性,第三节高分子聚集态结构,1、了解高分子间的作用力 2、掌握高分子结晶态的形成,影响因 素,对聚合物性能的影响 3、掌握聚合物的取向态 4、熟悉高分子的组织结构,要 求,一、分子间作用力,聚集态结构又称三次结构,是指是高聚物材料本体内部高分子链之间的几何排列。,一、分子间作用力,1.1范德华力 静电力:极性分子都有永久偶极,极性分子之间的引力称为静电力。如:PVC、 PVA 、PMMA等分子间作用力主要是静电力 诱导力:极性分子的永久偶极与它在其它分子上引起的诱导偶极之间的相互作用力 色散力:分子瞬间偶极之间的相
6、互作用力。它存在一切极性和非极性分子中,是范氏力中最普遍的一种。在一般非极性高分子中 ,它甚至占分子间作用总能量的80100%。PE、PP、PS等非极性高聚物中的分子间作用力主要是色散力。,1.分子间作用力的分类,一、分子间作用力,1.2氢键 分子间或分子内均可形成,极性很强的XH键上的氢原子与另外一个键上的电负性很大的原子Y上的孤对电子相互吸引而形成的一种键(XH.Y),有方向性和饱和性。,1.分子间作用力的分类,例如 a.分子间氢键,一、分子间作用力,1.分子间作用力的分类,一、分子间作用力,1.分子间作用力的分类,b分子内氢键,一、分子间作用力,1.分子间作用力的分类,范德华力和氢键的能
7、量都低于化学键。通常把范德华力和氢键称为次价力(或物理力)以区别于主价力(化学键能)。 范德华力和氢键具有加和性,所以次价力要大于主价力。它对高分子材料的耐热性、溶解性、机械强度等都有很大影响。,2.内聚能密度(CED),内聚能和内聚能密度(cohesive energy density CED)是聚合物分子间作用力的表征。聚合物分子间作用力的大小,是各种吸引力和排斥力所作贡献的综合反映,而高分子分子量又很大,且存在多分散性,因此,不能简单的用某一种作用力来表示,只能用宏观的量来表征高分子链间作用力的大小。,一、分子间作用力,2.1内聚能:指一摩尔分子聚集在一起的总能量,等 于使同样数量分子分
8、离的总能量。 定义:当我们将液体或固体中的(进行蒸发或升华)分子放到分子间引力范围之外时(彼此不再有相互作用的距离时),这一过程所需要的总能量就是此液体或固体的内聚能。 2.2内聚能密度就是单位体积的内聚能(J/cm3) 。,一、分子间作用力,由于聚合物不能汽化,所以不能采用直接方法来测定,而用间接方法。 CED418纤维:分子间力大,有较高的强度,聚合物分子间作用力的大小,是各种吸引力和排斥力所作贡献的综合反映,而高分子分子量又很大,且存在多分散性,因此,不能简单的用某一种作用力来表示,只能用宏观的量来表征高分子链间作用力的大小。,物质内部的质点(分子、原子、离子)在空间的排列情况可分为:
9、近程有序围绕某一质点的最近邻质点的配置有一定的秩序(邻近质点的数目一定;邻近质点的距离一定;邻近质点在空间排列的方式一定) 远程有序质点在一定方向上,每隔一定的距离周期性重复出现的规律。,二、聚集态的结晶态,1.小分子的三个基本相态: 晶态固体物质内部的质点既近程有序,又远程有序(三维)。 液态物质质点只是近程有序,而远程无序。 气态分子间的几何排列既近程无序,又远程无序。,二、聚集态的结晶态,2.小分子的两个过渡态: 液晶这是一个过渡态,它是一种排列相当有序的液态。是从各向异性的晶态过渡到各向同性的液体之间的过渡态,它一般由较长的刚性分子形成。 玻璃态是过冷的液体,具有一定形状和体积,看起来
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