第四章 高分子的溶液性质

1、第四章 高分子的溶液性质 高聚物溶液从广义上包括稀溶 液（1%1%以下）、浓溶液（纺丝 液、油漆等）、冻胶、凝胶、增 塑高分子、共混高分子等 高聚物溶液分类高聚物溶液分类 研究研究高分子溶液是研究单个高分子链结构的最佳方法 应用应用 粘合剂涂料溶液纺丝 增塑 共混 第一节第一节 高聚物的溶解高聚物的溶解 4.1.14.1.1高聚物溶解过程的特点高聚物溶解过程的特点 1 1、高分子的溶解过程、高分子的溶解过程 溶剂分子渗入高溶剂分子渗入高 分子内部，使之溶胀，然后是高分子均分子内部，使之溶胀，然后是高分子均 匀分散在溶剂中。形成均相体系。对于匀分散在溶剂中。形成均相体系。对于 交联的高分子则只能

2、发生溶胀，不会溶交联的高分子则只能发生溶胀，不会溶 解。解。 分子量大的溶解度小，交联度大的溶分子量大的溶解度小，交联度大的溶 胀度小。非晶高分子易于溶解。胀度小。非晶高分子易于溶解。 超链接：高聚物的溶解溶胀过程超链接：高聚物的溶解溶胀过程 4.1.2 4.1.2 高聚物溶解过程的热力学解释 在恒温恒压下在恒温恒压下, ,溶质能自发溶解于溶剂的条件溶质能自发溶解于溶剂的条件 是混合自由能为负是混合自由能为负.F= H.F= HTS0TS0；而；而 溶解过程是分子的排列趋于混乱，熵变为正值，溶解过程是分子的排列趋于混乱，熵变为正值， 因此混合自由能的正负取决于混合热的正负和因此混合自由能的正负

3、取决于混合热的正负和 大小。大小。 1 1、对于极性高聚物与极性溶剂，溶解时放热、对于极性高聚物与极性溶剂，溶解时放热 H H0 0，体系的，体系的F F 0 0，溶解过程能够自发，溶解过程能够自发 进行。进行。 2 2、对于非极性高聚物，溶解过程一般是吸热、对于非极性高聚物，溶解过程一般是吸热 的，故，只有在的，故，只有在|H|H|T |S |T |S |时，才能溶时，才能溶 解。即，升高温度或减小混合热才能使体系自解。即，升高温度或减小混合热才能使体系自 发溶解。混合热可用小分子的溶度公式发溶解。混合热可用小分子的溶度公式 （HildebrandHildebrand公式）来计算：公式）来计

4、算： H=VH=V1 12 2(E(E1 1/V/V1 1) )1/2 1/2(E (E2 2/V/V2 2) )1/2 1/2 2 2 是体积分数是体积分数,V,V是体积是体积,1,1代表溶剂代表溶剂,2,2代表溶质代表溶质, , E/VE/V是内聚能密度是内聚能密度, ,混合热是由于两种物质内混合热是由于两种物质内 聚能密度不等引起的。聚能密度不等引起的。内聚能密度的平方根称内聚能密度的平方根称 为溶度参数为溶度参数= (E/V)= (E/V)1/2 1/2。则： 。则： H/VH/V1 12 2=(=(1 1- - 2 2) )2 2 l对于极性高聚物，不但要求它与溶剂溶度对于极性高聚物

5、，不但要求它与溶剂溶度 参数中的非极性部分接近，还要求极性部分参数中的非极性部分接近，还要求极性部分 接近，才能溶解。接近，才能溶解。 l例如，例如，PS是弱极性的，是弱极性的， =9.1，溶度参数在，溶度参数在 8.9-10.8的甲苯、苯、氯仿、苯胺等极性不大的甲苯、苯、氯仿、苯胺等极性不大 的溶剂都可以溶解它，而溶度参数为的溶剂都可以溶解它，而溶度参数为10的丙的丙 酮由于极性太强，不能溶解它。酮由于极性太强，不能溶解它。 如何测定溶度参数如何测定溶度参数 (1) (1) 溶胀法溶胀法： 用交联聚合物，使其在不同溶剂中达到溶胀用交联聚合物，使其在不同溶剂中达到溶胀 平衡后测其溶胀度，溶胀度

6、最大的溶剂的溶平衡后测其溶胀度，溶胀度最大的溶剂的溶 度参数即为该聚合物的溶度参数。度参数即为该聚合物的溶度参数。 (2) (2) 粘度法 即按照溶度参数原则，溶度参数越是接近相溶性越好，相即按照溶度参数原则，溶度参数越是接近相溶性越好，相 溶越好溶液粘度最大。所以把高分子在不同溶剂中溶解，溶越好溶液粘度最大。所以把高分子在不同溶剂中溶解， 测其粘度，粘度最大时对应的溶剂的溶度参数即为此高分测其粘度，粘度最大时对应的溶剂的溶度参数即为此高分 子的溶度参数。子的溶度参数。 V F 聚合物各结构基团的摩尔引力常数聚合物各结构基团的摩尔引力常数 重复单元的摩尔体积重复单元的摩尔体积 (3) 计算法

7、PMMA CH2C C n CH3 O O CH3 269 303.4 65.6 668.2 303.4 F=269+65.6+668.2+303.4*2=1609.6 V=M/=(5C+2O+8H)/1.19=100/1.19 154.19 V F 4.1.3 4.1.3 溶剂的选择 1 1、对于非晶高聚物，相似相溶和极性相近、对于非晶高聚物，相似相溶和极性相近 两个原则两个原则 2 2、对于非极性结晶高聚物，溶剂的选择比、对于非极性结晶高聚物，溶剂的选择比 较困难，其溶解包括两个过程，其一是结较困难，其溶解包括两个过程，其一是结 晶部分的熔融，其二是高分子与溶剂的混晶部分的熔融，其二是高分

8、子与溶剂的混 合，都是吸热过程，合，都是吸热过程，H H比较大，即使溶度比较大，即使溶度 参数接近，也很难满足参数接近，也很难满足F F0 0的条件，必的条件，必 须提高温度，使须提高温度，使TSTS增大，例如增大，例如PEPE须在须在120 120 C C以上才能溶于四氢萘、对二甲苯等非极性以上才能溶于四氢萘、对二甲苯等非极性 溶剂；溶剂；PPPP要在要在135 135 C C才能溶于四氢萘。才能溶于四氢萘。 3 3、极性结晶高聚物，如果能与溶剂生成氢键，、极性结晶高聚物，如果能与溶剂生成氢键， 即使温度很低也能溶解，因为氢键的生成是放即使温度很低也能溶解，因为氢键的生成是放 热过程。例如尼

9、龙在室温可溶于甲酸、乙酸、热过程。例如尼龙在室温可溶于甲酸、乙酸、 浓硫酸和酚类溶剂；涤纶树脂能溶于酚类；聚浓硫酸和酚类溶剂；涤纶树脂能溶于酚类；聚 甲醛能溶于六氟丙酮水合物。甲醛能溶于六氟丙酮水合物。 4 4、混合溶剂，、混合溶剂， 混 混= = 1 1 1 1 + + 2 2 2 2，有，有 时混合溶剂的溶解能力强于纯溶剂。时混合溶剂的溶解能力强于纯溶剂。 第二节 高分子溶液的热力学性质 理想液体理想液体: : 溶液中溶质分子间、溶剂分子间和溶剂溶溶液中溶质分子间、溶剂分子间和溶剂溶 质分子间的相互作用能均相等，溶解过程没有体积的变质分子间的相互作用能均相等，溶解过程没有体积的变 化，也没

10、有焓的变化。化，也没有焓的变化。 理想溶液实际上是不存在的理想溶液实际上是不存在的，高分子溶液与理想溶，高分子溶液与理想溶 液的偏差在于两个方面：一是溶剂分子之间、高分子重液的偏差在于两个方面：一是溶剂分子之间、高分子重 复单元之间以及溶剂与重复单元之间的相互作用能都不复单元之间以及溶剂与重复单元之间的相互作用能都不 相等，因此混合热不为零；二是高分子具有一定的柔顺相等，因此混合热不为零；二是高分子具有一定的柔顺 性，每个分子本身可以采取许多构象，因此高分子溶液性，每个分子本身可以采取许多构象，因此高分子溶液 中分子的排列方式比同样分子数目的小分子溶液的排列中分子的排列方式比同样分子数目的小分

11、子溶液的排列 方式多，即其混合熵高于理想溶液的混合熵。方式多，即其混合熵高于理想溶液的混合熵。 4.2.1 Flory-Huggins高分子溶液理论 1 1、高分子溶液混合熵、高分子溶液混合熵 对于理想溶液，其混合熵为：对于理想溶液，其混合熵为： SSM Mi i= =k k（N N1 1lnXlnX1 1+N+N2 2lnXlnX2 2），），N N是分子数目，是分子数目，X X是摩尔分数，是摩尔分数，k k 是玻兹曼常数，是玻兹曼常数，1 1指溶剂，指溶剂，2 2指溶质。指溶质。 对于高分子溶液，其混合熵为：对于高分子溶液，其混合熵为： SSM M= =R R（n n1 1lnln1 1+

12、n+n2 2ln ln 2 2 ） ） 二者比较体积分数代替了摩尔分数。如果溶质分子和溶剂分子二者比较体积分数代替了摩尔分数。如果溶质分子和溶剂分子 体积相等，则二式一样，由于一个高分子在溶液中起不止一个体积相等，则二式一样，由于一个高分子在溶液中起不止一个 小分子的作用，因此由下式计算得到的混合熵比前式大得多。小分子的作用，因此由下式计算得到的混合熵比前式大得多。 2 2、高分子溶液混合热、高分子溶液混合热 HHM M=RT=RT1 1n n1 1 2 2 ， 1 1 称为称为HugginsHuggins参数，它反映高分子与参数，它反映高分子与 溶剂混合时相互作用能的变化。溶剂混合时相互作用

13、能的变化。 1 1k Tk T的物理意义表示当一个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的变化。溶剂分子放到高聚物中去时所引起的能量的变化。 3、高分子溶液的混合自由能 FFM M= H= HM MTSTSM M=RT=RT（n n1 1ln ln 1 1n2ln n2ln 2 2 1 1n n1 12 2） 溶液中溶剂的化学位变化和溶质的化学位变化溶液中溶剂的化学位变化和溶质的化学位变化1 1、 2 2分别为：分别为： 1 1 =RTln =RTln1 1（1-1/x1-1/x）2 21 12 22 2 2 2 = = RTlnRTln2 2（x-1x-1）1 1x x1

14、 11 12 2 lnplnp1 1/p/p1 10 0= = 1 1/RT= /RT= lnln（1-1-2 2）（1-1/x1-1/x）2 2 1 12 22 2 注意：由高分子溶液蒸汽压注意：由高分子溶液蒸汽压p p1 1和纯溶剂蒸汽压和纯溶剂蒸汽压p p1 10 0的测量的测量 可以估算出高分子可以估算出高分子- -溶剂的相互作用参数溶剂的相互作用参数1 1 ，按上式，按上式， 应与高分子溶液浓度无关，但试验事实却并不如此。应与高分子溶液浓度无关，但试验事实却并不如此。 4.2.2 Flory温度(温度) 对于稀溶液，对于稀溶液， 2 2 1 1，则，则 ln ln 1 1=ln=ln

15、（1- 1- 2 2）= =2 2 1/2 1/2 2 22 2 1 1 =RT =RT（-1/x-1/x）2 2（1 11/21/2）2 22 2 上式中前一项为理想溶液中溶剂的化学位变化，后一项为非上式中前一项为理想溶液中溶剂的化学位变化，后一项为非 理想部分。理想部分。 1 1E E= RT= RT（1 11/21/2）2 22 2 ， 1 1= = 1 1i i + +1 1E E 由此可以看出，高分子溶液即使浓度很稀也不能看作理想溶由此可以看出，高分子溶液即使浓度很稀也不能看作理想溶 液，必须是液，必须是1 1=1/2=1/2的溶液才能使的溶液才能使1 1E E=0=0，从而使高分子

16、溶，从而使高分子溶 液符合理想溶液的条件。当液符合理想溶液的条件。当1 11/21/2时，时，1 1E E 0 0，使溶解，使溶解 过程的自发趋势加大。此时的溶剂称为高分子的良溶剂。过程的自发趋势加大。此时的溶剂称为高分子的良溶剂。 FloryFlory认为高分子在良溶剂中，高分子链段与溶剂的作用能远认为高分子在良溶剂中，高分子链段与溶剂的作用能远 远大于高分子链段之间的作用能，使高分子链在溶液中扩展，远大于高分子链段之间的作用能，使高分子链在溶液中扩展， 这样高分子链的许多构象不能实现。因此除了由于相互作用这样高分子链的许多构象不能实现。因此除了由于相互作用 能不等引起的非理想部分以外，还有

17、构象数减少引起的非理能不等引起的非理想部分以外，还有构象数减少引起的非理 想部分。想部分。 溶液的过量化学位溶液的过量化学位1E应该由两部分组成，一部分是热引应该由两部分组成，一部分是热引 起的，另一部分是熵引起的，由此引出两个参数起的，另一部分是熵引起的，由此引出两个参数K1和和1， 分别称为热参数和熵参数。由于相互作用能不等引起的过量分别称为热参数和熵参数。由于相互作用能不等引起的过量 偏摩尔混合热、过量偏摩尔混合熵和过量化学位变化分别为：偏摩尔混合热、过量偏摩尔混合熵和过量化学位变化分别为： H1E=RTK1 22 ， S1E=R 1 22 1E= H1ET S1E=RT（K1 1 )

18、22 比较两式：比较两式： 11/2= K1 1 为了方便，为了方便，Flory引进参数引进参数=K1T/ 1 ，其单位是温度，称，其单位是温度，称 为为Flory温度温度。这样。这样 1E= RT 1 （ /T1) 22 当当T= 时，溶剂的过量化学位为零，此时高分子溶液的热时，溶剂的过量化学位为零，此时高分子溶液的热 力学性质与理想溶液没有偏差。力学性质与理想溶液没有偏差。 注意：真正的理想溶液在任何温度下都呈现理想行为（虽注意：真正的理想溶液在任何温度下都呈现理想行为（虽 然这种溶液是不存在的），而在然这种溶液是不存在的），而在温度时的高分子稀溶液只温度时的高分子稀溶液只 是是 1E =

19、 0，其他热力学参数均非理想值。，其他热力学参数均非理想值。 条件 通常可以通过选择溶剂和温度以满足通常可以通过选择溶剂和温度以满足 1 1E E =0 =0的条件，这种条件称为的条件，这种条件称为条件，条件， 或或状态。状态。 状态下所用的溶剂称为状态下所用的溶剂称为 溶剂，该状态下所处的温度称为溶剂，该状态下所处的温度称为温度。温度。 溶剂和温度是相互依存的。对于某种高溶剂和温度是相互依存的。对于某种高 聚物，当溶剂选定以后，可以通过改变聚物，当溶剂选定以后，可以通过改变 温度达到温度达到状态；也可以在选定温度以状态；也可以在选定温度以 后，通过改变溶剂的品种，或利用混合后，通过改变溶剂的

20、品种，或利用混合 溶剂，调节溶剂成分以达到溶剂，调节溶剂成分以达到条件。条件。 4.2.3 4.2.3 Flory-Flory-KrigbaunKrigbaun稀溶液理论 1 1、基本假定：、基本假定：1 1）整个高分子稀溶液可以看作是被溶）整个高分子稀溶液可以看作是被溶 剂化了的高分子链段云，一朵朵分散于溶液中。对整剂化了的高分子链段云，一朵朵分散于溶液中。对整 个溶液来说，链段分布是不均匀的，链段云内部链段个溶液来说，链段分布是不均匀的，链段云内部链段 分布也不均匀，中心部位密度较大，越向外，密度越分布也不均匀，中心部位密度较大，越向外，密度越 小，符合高斯分布；小，符合高斯分布；2 2）

21、在稀溶液中一个高分子很难）在稀溶液中一个高分子很难 进入另一个高分子所占的区域。即每一个高分子都有进入另一个高分子所占的区域。即每一个高分子都有 一个排斥体积一个排斥体积u u。 2 2、对于真实的高分子在溶液中的排斥体积分为两部、对于真实的高分子在溶液中的排斥体积分为两部 分：外排斥体积和内排斥体积。外排斥体积是由于溶分：外排斥体积和内排斥体积。外排斥体积是由于溶 剂与高分子链段的作用能大于高分子链段之间的作用剂与高分子链段的作用能大于高分子链段之间的作用 能，高分子被溶剂化而扩张，使两个高分子不能相互能，高分子被溶剂化而扩张，使两个高分子不能相互 靠近而引起的；内排斥体积是由于高分子有一定

22、的粗靠近而引起的；内排斥体积是由于高分子有一定的粗 细，链的一部分不能同时停留在已为链的另一部分所细，链的一部分不能同时停留在已为链的另一部分所 占据的空间所引起的。当溶液无限稀释时，外排斥体占据的空间所引起的。当溶液无限稀释时，外排斥体 积可以接近零，而内排斥体积永远不为零。如果链段积可以接近零，而内排斥体积永远不为零。如果链段 比较刚性或链段之间排斥作用比较大，则内排斥体积比较刚性或链段之间排斥作用比较大，则内排斥体积 为正；相反，链相互接触的两部分体积可以小于它们为正；相反，链相互接触的两部分体积可以小于它们 各自的体积之和，则内排斥体积为负。这种内排斥体各自的体积之和，则内排斥体积为负

23、。这种内排斥体 积为负的链称为坍陷线团。积为负的链称为坍陷线团。 无扰状态 在特殊情况下，正的外排斥体积和负的内排斥体积在特殊情况下，正的外排斥体积和负的内排斥体积 正好抵消，正好抵消，u=0u=0，线团的行为象无限细的（不占体积），线团的行为象无限细的（不占体积） 的链一样，处于无干扰的状态（的链一样，处于无干扰的状态（ 状态）状态），这种状，这种状 态的尺寸称为无扰尺寸。这时的溶液可看作高分子的态的尺寸称为无扰尺寸。这时的溶液可看作高分子的 理想溶液。理想溶液。 当当T T 时，由于溶剂化作用，相当于在高分子链的时，由于溶剂化作用，相当于在高分子链的 外面套了一层由溶剂组成的套管，它使蜷曲

24、的高分子外面套了一层由溶剂组成的套管，它使蜷曲的高分子 链伸展。温度越高，溶剂化作用越强，链越伸展。链伸展。温度越高，溶剂化作用越强，链越伸展。 Flory的突出贡献 FloryFlory由于在高分子溶液理论方面的突出贡由于在高分子溶液理论方面的突出贡 献，为高分子分子量的测定提供了坚实的献，为高分子分子量的测定提供了坚实的 理论基础，也为高分子应用以及理论研究理论基础，也为高分子应用以及理论研究 作出了突出的贡献，因此获得了诺贝尔化作出了突出的贡献，因此获得了诺贝尔化 学奖。学奖。 FloryFlory小传小传 第四节 高分子浓溶液 4.4.1 4.4.1 高聚物的增塑 1 1、定义：、定义

25、： 为了改变某些高聚物的使用性为了改变某些高聚物的使用性 能或加工性能，常常在高聚物中混溶一定量的能或加工性能，常常在高聚物中混溶一定量的 高沸点、低挥发性的小分子物质或柔性高分子高沸点、低挥发性的小分子物质或柔性高分子, , 增加高分子塑性的物质增加高分子塑性的物质, ,称为增塑剂。主要作用称为增塑剂。主要作用 是是降低玻璃化温度，增加流动性和弹性降低玻璃化温度，增加流动性和弹性。 2 2、分类：、分类：1 1）邻苯二甲酸酯类）邻苯二甲酸酯类 2 2）磷酸）磷酸 酯类酯类 3 3）乙二醇和甘油酯类）乙二醇和甘油酯类 4 4）己二酸和癸二）己二酸和癸二 酸酯类酸酯类 5 5）脂肪酸酯类）脂肪酸

26、酯类 6 6）环氧类）环氧类 7 7）聚酯类）聚酯类 8 8）其它如氯化石蜡、氯化联苯、丙烯腈）其它如氯化石蜡、氯化联苯、丙烯腈- -丁二丁二 烯共聚物等。烯共聚物等。 高聚物的增塑 Plasticization 添加到线形高聚物中使其塑性增加的物质称为添加到线形高聚物中使其塑性增加的物质称为 增塑剂增塑剂Plasticizer 聚合物聚合物增塑剂增塑剂 聚氯乙烯聚氯乙烯邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二丁酯DBP, 邻苯二甲酸二辛酯邻苯二甲酸二辛酯DOP，磷酸三甲酚酯，磷酸三甲酚酯 硝酸纤维素硝酸纤维素樟脑，樟脑，DBP，蓖麻油，蓖麻油 醋酸纤维素醋酸纤维素DBP，邻苯二甲酸二乙酯，磷酸三苯酯，邻

27、苯二甲酸二乙酯，磷酸三苯酯 聚甲基丙稀酸甲酯聚甲基丙稀酸甲酯DBP 天然橡胶天然橡胶矿物油，煤焦油矿物油，煤焦油 增塑剂的选择 （1）互溶性）互溶性一般要求增塑剂是高聚物的良溶剂。一般要求增塑剂是高聚物的良溶剂。 （2）有效性）有效性由于增塑剂的加入，一方面提高了产品由于增塑剂的加入，一方面提高了产品 的弹性、耐寒性和抗冲击性，另一方面却降低了它的硬度、的弹性、耐寒性和抗冲击性，另一方面却降低了它的硬度、 耐热性和抗张强度。耐热性和抗张强度。 （3）耐久性）耐久性为了使产品的性能在长期使用下保持不为了使产品的性能在长期使用下保持不 变，就要求增塑剂稳定地保存在制品中。变，就要求增塑剂稳定地保存

28、在制品中。 专题讲座之四 PVC保鲜膜的毒性问题 外增塑和内增塑 以上讨论的是外增塑，即外加增塑剂以上讨论的是外增塑，即外加增塑剂 对于某些结晶高聚物，由于分子排列紧密，增对于某些结晶高聚物，由于分子排列紧密，增 塑剂很难进入晶区，或者高分子极性极强，高塑剂很难进入晶区，或者高分子极性极强，高 分子之间的作用力极大，很难找到增塑剂使之分子之间的作用力极大，很难找到增塑剂使之 与高分子之间的作用力大于高分子之间的作用与高分子之间的作用力大于高分子之间的作用 力，这时可采用化学方法进行增塑，在高分子力，这时可采用化学方法进行增塑，在高分子 链上引入其它取代基或短的链段，破坏结晶，链上引入其它取代基

29、或短的链段，破坏结晶， 这种方法称为内增塑。共聚也可称为内增塑。这种方法称为内增塑。共聚也可称为内增塑。 4.4.2 4.4.2 纺丝液 纤维加工中熔融纺丝（尼龙、涤纶等）和溶液纺丝纤维加工中熔融纺丝（尼龙、涤纶等）和溶液纺丝 （PANPAN、PVAPVA、PVCPVC、CACA、CNCN等）等） 在制备纺丝液时，对溶剂的要求；在制备纺丝液时，对溶剂的要求； 1 1、良溶剂。不同的产品纺丝液的浓度不同，、良溶剂。不同的产品纺丝液的浓度不同，1540%1540% 2 2、适中的沸点，沸点过低，溶剂消耗太大，成型时，、适中的沸点，沸点过低，溶剂消耗太大，成型时， 由于挥发过快，使纤维成型不良，过高

30、，不易由纤维由于挥发过快，使纤维成型不良，过高，不易由纤维 中除去。中除去。 3 3、不易燃、爆，无毒。、不易燃、爆，无毒。 4 4、价廉易得，回收简易，回收过程不分解变质。、价廉易得，回收简易，回收过程不分解变质。 油漆等也是高分子浓溶液油漆等也是高分子浓溶液 4.4.3 4.4.3 凝胶和冻胶 高聚物溶液失去流动性后高聚物溶液失去流动性后, ,即成为凝胶和冻胶。即成为凝胶和冻胶。 冻胶是由范德华力交联形成的冻胶是由范德华力交联形成的，加热可以拆散范，加热可以拆散范 德华力交联，使冻胶溶解。冻胶分两种：德华力交联，使冻胶溶解。冻胶分两种：分子内的范分子内的范 德华力交联德华力交联，高分子链为

31、球状结构，不能伸展，粘度，高分子链为球状结构，不能伸展，粘度 小，可以得到粘度小而浓度高达小，可以得到粘度小而浓度高达30-40%30-40%的浓溶液。如的浓溶液。如 果在纺丝时遇到这种冻胶溶液，由于分子本身的蜷曲果在纺丝时遇到这种冻胶溶液，由于分子本身的蜷曲 而不易取向，得不到高强度的纤维。如果形成分子间而不易取向，得不到高强度的纤维。如果形成分子间 的范德华力交联，则得到伸展链结构的的范德华力交联，则得到伸展链结构的分子间交联的分子间交联的 冻胶冻胶，粘度大，以加热的方式可以使分子内交联的冻，粘度大，以加热的方式可以使分子内交联的冻 胶变成分子间交联的冻胶，此时溶液的粘度增加。因胶变成分子

32、间交联的冻胶，此时溶液的粘度增加。因 此用同一种高聚物，配成相同浓度的溶液，其粘度可此用同一种高聚物，配成相同浓度的溶液，其粘度可 以相差很大，用不同的处理方法可以得到不同性质的以相差很大，用不同的处理方法可以得到不同性质的 两种冻胶，也可以得到其混合物。两种冻胶，也可以得到其混合物。 凝胶是高分子链之间以凝胶是高分子链之间以化学键形成的交联化学键形成的交联 结构的溶胀体结构的溶胀体，加热不能溶解和熔融。既，加热不能溶解和熔融。既 是高分子的浓溶液，又是高弹性的固体，是高分子的浓溶液，又是高弹性的固体， 小分子可以在其中渗透和扩散。小分子可以在其中渗透和扩散。 自然界的生物体都是凝胶自然界的生

33、物体都是凝胶，一方面有强度，一方面有强度 可以保持形状又柔软；另一方面允许新陈可以保持形状又柔软；另一方面允许新陈 代谢，排泄废物、吸收营养。代谢，排泄废物、吸收营养。 交联结构的高聚物不能溶于溶剂，但能为溶剂所溶交联结构的高聚物不能溶于溶剂，但能为溶剂所溶 胀，形成凝胶。在溶胀过程中，一方面溶剂力图渗入胀，形成凝胶。在溶胀过程中，一方面溶剂力图渗入 高聚物内部使其体积膨胀；另一方面交联高聚物由于高聚物内部使其体积膨胀；另一方面交联高聚物由于 体积膨胀导致网状分子链向三维空间伸展，使分子网体积膨胀导致网状分子链向三维空间伸展，使分子网 受到应力而产生弹性收缩能，力图使分子网收缩。当受到应力而产

34、生弹性收缩能，力图使分子网收缩。当 这两种相反的力达到平衡时，即达到这两种相反的力达到平衡时，即达到溶胀平衡溶胀平衡。而交。而交 联高聚物在溶胀平衡时的体积与溶胀前体积之比成为联高聚物在溶胀平衡时的体积与溶胀前体积之比成为 溶胀比溶胀比Q。Q与温度、压力、交联度及溶剂、溶质的与温度、压力、交联度及溶剂、溶质的 性质有关。性质有关。 式中式中McMc是交联高聚物的有效链的平均分子量是交联高聚物的有效链的平均分子量( (相邻相邻 两交联点之间的链称为一个有效链两交联点之间的链称为一个有效链), ), 2 2为高聚为高聚 物的密度物的密度,V,V1 1为溶剂的摩尔体积为溶剂的摩尔体积, , 1 1为

35、溶剂的为溶剂的 HugginsHuggins参数。参数。 Q Q值可以由溶胀前后体积或重量的变化求得：值可以由溶胀前后体积或重量的变化求得： Q=1/Q=1/2 2=(v=(v1 1+v+v2 2)/v)/v2 2=(w=(w1 1/1 1+w+w2 2/ / 2 2)/ )/ w w2 2/ / 2 2 3 5 1 12 )2/1 (Q V Mc 第五节 聚电解质溶液 1 1、定义、定义 在侧链中有许多可电离基团的高在侧链中有许多可电离基团的高 分子称为聚电解质（分子称为聚电解质（polyelectrolytepolyelectrolyte），又），又 称为离聚体。称为离聚体。 2 2、分类

36、、分类 聚阳离子、聚阴离子、两性聚电聚阳离子、聚阴离子、两性聚电 解质、非离子聚电解质等解质、非离子聚电解质等 3 3、溶液性质、溶液性质 与溶剂性质关系很大。若采用非与溶剂性质关系很大。若采用非 离子化的溶剂，则其溶液性质与普通高分子相似。离子化的溶剂，则其溶液性质与普通高分子相似。 但是在离子化溶剂中，表现出有别于普通高分子但是在离子化溶剂中，表现出有别于普通高分子 及小分子电解质的特殊性能。及小分子电解质的特殊性能。 溶液中的聚电解质也呈无规线团状，离解作用溶液中的聚电解质也呈无规线团状，离解作用 产生的抗衡离子分布在高分子的周围。随着溶液产生的抗衡离子分布在高分子的周围。随着溶液 浓度

37、和抗衡离子浓度的不同，高分子离子的尺寸浓度和抗衡离子浓度的不同，高分子离子的尺寸 要发生变化。要发生变化。 以聚丙烯酸钠水溶液为例：当浓度较稀时，由于以聚丙烯酸钠水溶液为例：当浓度较稀时，由于 许多钠离子远离高分子链，高分子链上的阴离子许多钠离子远离高分子链，高分子链上的阴离子 相互排斥，高分子链呈舒展状，尺寸较大；当浓相互排斥，高分子链呈舒展状，尺寸较大；当浓 度增加（大于度增加（大于1%1%），高分子链互相靠近，构象不），高分子链互相靠近，构象不 太舒展。而且钠阳离子的浓度增加，在高分子离太舒展。而且钠阳离子的浓度增加，在高分子离 子的外部和内部进行扩散，使部分阴离子静电场子的外部和内部进

38、行扩散，使部分阴离子静电场 得到平衡，降低了其排斥作用，链发生蜷曲，尺得到平衡，降低了其排斥作用，链发生蜷曲，尺 寸减小。寸减小。 如果在溶液中添加强电解质如食盐等，就增加了如果在溶液中添加强电解质如食盐等，就增加了 抗衡离子的浓度，其中一部分渗入高分子离子中抗衡离子的浓度，其中一部分渗入高分子离子中 而遮蔽了一部分电荷，由于离子间的排斥引起的而遮蔽了一部分电荷，由于离子间的排斥引起的 链的扩展作用减弱，强化了蜷曲作用，使尺寸更链的扩展作用减弱，强化了蜷曲作用，使尺寸更 为缩小。当添加足够量的电解质时，聚电解质的为缩小。当添加足够量的电解质时，聚电解质的 形态及溶液性质几乎与中性高分子无异。形

39、态及溶液性质几乎与中性高分子无异。 由于高分子聚电解质的特殊行为，导致与此有关由于高分子聚电解质的特殊行为，导致与此有关 的一系列溶液性质如粘度、渗透压、光散射等出的一系列溶液性质如粘度、渗透压、光散射等出 现反常现象。现反常现象。 聚电解质溶液的粘度 聚电解质在非极性溶剂中的行为与一般高分子溶液性质聚电解质在非极性溶剂中的行为与一般高分子溶液性质 一样，如一样，如PAAPAA在二氧六环中。但在水中，由于发生电离作用，在二氧六环中。但在水中，由于发生电离作用， 部分甚至全部正离子离开高分子，负离子留在高分子上，由部分甚至全部正离子离开高分子，负离子留在高分子上，由 于电荷的排斥作用导致分子链的扩张，溶液浓度越低，电离于电荷的排斥作用导致分子链的扩张，溶液浓度越低，电离 度越大，高分子线团的扩张越严重，因此溶液的粘度随着浓度越大，高分子线团的扩张越严重，因此溶液的粘度随着浓 度的降低而急剧增加。在较高的浓度范围内，粘度随着浓度度的降低而急剧增加。在较高的浓度范围内，粘度随着浓度 的增加而增加，与非电解质的情况相同。的增加而增加，与非电解质的情况相同。 如果在溶液中加入无机盐，由于溶液离子强度的增加，如果