高分子物理第1章习题讲解ppt课件

1、高分子物理第高分子物理第1章习题解答辅导章习题解答辅导张群朝张群朝:zhangqc76sina2019.10.15中心内容 根本概念 实际构型及其运用 计算公式一一. 高分子构造特征高分子构造特征由单体单元经过化学键衔接成的大分子：分子链很长由单体单元经过化学键衔接成的大分子：分子链很长M = 5000-108高分子链柔顺性随链长高分子链柔顺性随链长而增大而增大分子量及组成的多分散性：分子量分布、组成分布，分子量及组成的多分散性：分子量分布、组成分布，M只存在统计平均意义只存在统计平均意义多重转变：多种构造对应多重运动，反映转变多重转变：多种构造对应多重运动，反映转变Tb,Tg, Tf高分子链

2、相互陈列、堆积成聚集态构造高分子链相互陈列、堆积成聚集态构造二二. 高分子链构造高分子链构造Microstructure高分子的构造(近程构造)构造单元化学组成高分子链构型高分子构造共聚物的序列构造分子大小Morphology高分子的形状(远程构造)分子形状附注：聚集态构造三级：分子链陈列和堆砌在一同，即聚集态构造，非晶附注：聚集态构造三级：分子链陈列和堆砌在一同，即聚集态构造，非晶态态 晶态晶态 取向态取向态 织态织态链统计构象2.1.构造单元的化学组成近程构造构造单元的化学组成近程构造以聚氯乙烯为例( Polyvinyl Chloride PVC)H2CCH2nCl聚合度构造单元主链侧链基

3、团或取代基2.1.构造单元的化学主链组成构造单元的化学主链组成 碳链高分子碳链高分子 Carbon chain polymer PE, PP, PS, PVC 杂链高分子杂链高分子 Hetero-chain polymer PET, PA66 元素高分子元素高分子 Elementary chain polymer 元素有机高分子元素有机高分子: 侧基为有机基团侧基为有机基团 无机高分子无机高分子: 侧基不为有机基团侧基不为有机基团 端基端基 End Group近程构造近程构造2.2.高分子链的构型近程构造高分子链的构型近程构造 构型构型configuration: 是指分子中由化学键所固定的原

4、子在空间的陈列。是指分子中由化学键所固定的原子在空间的陈列。旋光异构全同立构、间同立构、无规立构旋光异构全同立构、间同立构、无规立构CR1R2R4R3CR1R2R3R4CH2CHR*CH2CHRnn几何异构顺式、反式几何异构顺式、反式CCp键s键2.2.高分子链的构型近程构造高分子链的构型近程构造 头头-尾键接尾键接 head-to-tail structureCH2CHR头头-头键接或尾头键接或尾-尾键接尾键接 head-to-head or tail-to-tail structure键接异构键接异构2.3. 高分子构造近程构造高分子构造近程构造支化高分子(梳形)交联或网状高分子星形高分子

5、环状高分子分子项链树枝状聚合物超枝化聚合物2.4.共聚物的序列构造近程构造共聚物的序列构造近程构造交替共聚物统计(无规)共聚物嵌段共聚物嵌段共聚物 接枝共聚物3.1.高分子链的大小远程构造高分子链的大小远程构造H2CCH2n聚合度聚合度X(DP): 可以用来表示高分子的大小可以用来表示高分子的大小,M=XM0对于一根高分子链对于一根高分子链, 其聚合其聚合度或相对分子质量是确定的度或相对分子质量是确定的, 但对于全部高分子而言但对于全部高分子而言, 其聚合度或相对分子质其聚合度或相对分子质量是非均一的，具有某种分布的量是非均一的，具有某种分布的3.2.高分子链的形状远程构造高分子链的形状远程构

6、造构象：由于高分子链上的化学键的不同取向引起的构造单元在空间的构象：由于高分子链上的化学键的不同取向引起的构造单元在空间的不同排布。不同排布。构象的改动并不需求化学键的断裂，只需化学键的旋转就可实现。构象的改动并不需求化学键的断裂，只需化学键的旋转就可实现。什么样的化学键可以旋转？高分子链的内旋转构象高分子链的内旋转构象高分子的构象：由于单键的内旋转而产生的分子在空间的不同形状。3.2高分子链的形状远程构造高分子链的形状远程构造3.2高分子链的形状远程构造高分子链的形状远程构造丁烷丁烷3.3高分子链的构造对链柔顺性的影响远程构造高分子链的构造对链柔顺性的影响远程构造3.3链柔顺性参数远程构造链

7、柔顺性参数远程构造1、空间位阻参数、空间位阻参数：实践高分子链伸展程度的添加是由空间位阻引起：实践高分子链伸展程度的添加是由空间位阻引起2/12,2)(rfhhs Flory粘度实际粘度实际2/12/320)(MMh CMMnnlhMlMhMCnnlMhMhMhrf02/122/10222/10222/12,)2()/4/()/()cos1cos1(/()/(22，ss例：PE或s s愈大，柔顺性差；愈大，柔顺性差；s s愈小，柔顺性好。愈小，柔顺性好。3.3链柔顺性参数远程构造链柔顺性参数远程构造2、未扰尺寸：高分子单位分子量的未扰均、未扰尺寸：高分子单位分子量的未扰均方末端距方末端距 2/

8、12)(MhA3、特征比、特征比C：键角限制和空间位阻呵斥实践高分子链伸展程度的添加：键角限制和空间位阻呵斥实践高分子链伸展程度的添加2,2jfhhC例：PE 22nlhC4、继续长度、继续长度a:柔顺链：柔顺链：2elale 链段例：PE = 5， PS = 10无扰链与自在衔接链均方末端距的比值无扰链与自在衔接链均方末端距的比值220/nlhCn完全伸直链：完全伸直链：自在衔接链：自在衔接链：1/220nlhCnnnlhCn220/3.3链柔顺性参数远程构造链柔顺性参数远程构造5、链段le：高分子链最小的独立运动单元PE：26.12cos2cosmaxmax2lnlLLhlele值愈小愈柔

9、顺值愈小愈柔顺 6、等效自在结合链：链段与链段之间自在结、等效自在结合链：链段与链段之间自在结合而且不受限制运动，符合合而且不受限制运动，符合 高斯分布函数高斯分布函数 高斯链：符合高斯分布函数的柔顺性高分子高斯链：符合高斯分布函数的柔顺性高分子链链 22eelnh 自在衔接链自在衔接链自在旋转链自在旋转链受阻旋转链受阻旋转链_22,()f jhnl22,1 cos()1 cosf rhnl_22,1 cos11 cos1h rhnln n个个l l长键，恣意键角，自在旋转长键，恣意键角，自在旋转n n个个l l长键，固定键角，自在旋转长键，固定键角，自在旋转n n个个l l长键，固定键角，自

10、在旋转长键，固定键角，自在旋转三、三、 构象统计远程构造构象统计远程构造分子链中运动的独立单元是链段而非链节分子链中运动的独立单元是链段而非链节等效自在衔接链等效自在衔接链将高分子链视作将高分子链视作z个长度为个长度为b的单元自在衔接而成，故称的单元自在衔接而成，故称等效自在衔接链等效自在衔接链bbbKuhn length每一段称为一每一段称为一个个Kuhn单元单元三、三、 构象统计远程构造构象统计远程构造220hzb由于由于z、b未知，等效自在衔接链模型不能用于未知，等效自在衔接链模型不能用于计算均方末端距，但可以反过来计算计算均方末端距，但可以反过来计算Kuhn单元单元长度与平均数长度与平

11、均数 模拟自在衔接链的公式：模拟自在衔接链的公式：22,f jhnl直接写出：直接写出：三、三、 构象统计远程构造构象统计远程构造等效自在衔接链的完全伸展长度为：等效自在衔接链的完全伸展长度为：hmax = zb由以上定义，由以上定义，Kuhn单元为全反式的刚性段单元为全反式的刚性段hmax= nlsin(/2)hmax= Zb三、三、 构象统计远程构造构象统计远程构造故等效自在衔接链所含故等效自在衔接链所含Kuhn单元数为：单元数为：等效键的长度为：等效键的长度为：222max22rz bzzbC nl22maxC nlzbbzbr22hZb 例：聚乙烯主链键长例：聚乙烯主链键长l=0.15

12、4nm, 键角键角= 109.5，C=7.4。计算。计算Kuhn长度长度b及每分及每分子链中的子链中的Kuhn单元数。单元数。求得聚乙烯中求得聚乙烯中b 0.154nm 7.4/0.83 1.4 nm2sin( /2)sin( /2)C nlC lbnl解：解：22maxC nlzbbzbr例：计算分子量为例：计算分子量为1105的聚苯乙的聚苯乙烯烯(C=9.85)的的Kuhn长度长度 zb2 = 1924 0.1542 9.85 = 449.5 (nm2)zb = nlsin(/2) = 19240.154sin(109.5/2)=242 (nm)b=449.5/242=1.86 nm解：聚

13、苯乙烯单元分子量为解：聚苯乙烯单元分子量为104，单元数为单元数为100000/104=962 键数键数=1924自在衔接链自在衔接链 n个个l长键，恣意键角，自在旋转长键，恣意键角，自在旋转 自在旋转链自在旋转链 n个个l长键，固定键角，自在旋转长键，固定键角，自在旋转 受阻旋转链受阻旋转链 n个个l长键，固定键角，受阻旋转长键，固定键角，受阻旋转 无扰链无扰链 无简化，纯粹的、无简化，纯粹的、“实践实践的理想链的理想链理想链理想链等效自在衔接链等效自在衔接链 z个个b长段，恣意夹角，自在旋转长段，恣意夹角，自在旋转 三、三、 构象统计远程构造构象统计远程构造22,nlhjfcos1cos122, nlhrf22Zbh2/12,20/rfhhs220/nlhCnmax20/hhb 三、三、 构象统计小