高分子链的构象

高分子链的远程结构MacromolecularConformation上节课回顾Chemicalcomposition化学组成Configuration构型Architecture构造Sequentialstructure共聚物的序列结构近程结构Size分子大小Shape分子形态远程结构高分子链结构——单个高分子链的结构和形态。化学组成对性能的影响碳链高分子(PE,PP,PS,PVC)特点：不溶于水，可塑性（可加工性）但耐热性差。杂链高分子(PET,PA66)特点：具有极性，易水解、醇解，耐热性比较好，强度高。元素高分子元素有机高分子:侧基为有机基团无机高分子:侧基不为有机基团特点：具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。端基EndGroup端基对polymer的力学性能没有影响，但对热稳定性影响最大，要提高耐热性，一般要对高分子链进行封端。构型对性能的影响

密度g/cm3结晶度%熔点oC弯曲模量MPa全同0.90-0.9150-701861389间同0.87-0.8921-29156600无规0.85-0.86～5聚丙烯旋光立构对性能的影响

顺式聚丁二烯（顺丁橡胶）低温性能好(Tg=-110℃）弹性大，滞后生热低、压缩变形小、耐磨性能优良、老化性能好；但拉伸应力、硬度、拉伸强度、撕裂强度较差。可用作轮胎、胶板、胶管、胶鞋、输送带等。聚丁二烯顺反（几何）立构对性能的影响而反式聚丁二烯由于结构对称，极易结晶，为坚硬塑料，称之为古塔波胶构造对性能的影响物理性能低密度聚乙烯（LDPE）高密度聚乙烯（HDPE）交联聚乙烯密度（g/cm3）0.91~0.940.95~0.970.95~1.01结晶度(%)60~7095-熔点(oC)105135-拉伸强度(MPa)7~1520~3712~21最高使用温度(oC)80~1001201351.LDPE：薄膜材料、软制品2.HDPE：硬制品、管材3.交联聚乙烯：海底电缆、电工器材三种常见聚乙烯的物理性能比较ABS:耐油性,高拉伸强度和硬度弹性和高抗冲击性能良好的成型性能共聚物序列结构对性能的影响本节课主要内容远程结构是指整个高分子链的结构,是高分子链结构的第二个层次。远程结构包括高分子链的大小(质量)和形态(构象)两个方面。高分子链的大小:相对分子质量(分子量)相对分子质量分布(分子量分布)高分子链的形态:构象高分子链的形态构象：由于高分子链上的化学键的不同取向引起的结构单元在空间的不同排布。构象的改变并不需要化学键的断裂，只要化学键的旋转就可实现。什么样的化学键可以旋转？1.2.1高分子链的内旋转构象C1C2C3C4Cn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态。假设一根高分子链含有N个单键，每个单键可取M个不同的旋转角，则该高分子可能的构象数为：MN链段(segment)单个化学键能否独立运动(旋转)？不能。因为高分子的链式结构，一个键运动必然要带动附近其它键一起运动。也就是说，一个键在空间的取向与相连的其它键有关。假设，高分子链中第(i+1)个键的取向与第1个键的取向无关，那么由这i个化学键组成的一段链就可以看成是一个独立的运动单元，称为“链段”链段是随机的,链段长度是一个统计平均值无规线团(randomcoil)高分子链的构象是具有统计性分子链呈伸直构象的机率是极小的,而呈蜷曲构象的机率较大。(由熵增原理也可解释)内旋转愈自由，高分子链呈蜷曲的趋势就越大，将这种不规则地蜷曲的高分子链的构象称为无规线团交叉式叠同式内旋转的能量原子半径范德华斥力半径以乙烷为例:哪一种构象的能量低?060o120o180o-60o-120o-180ou(j

)jDe乙烷分子内旋转位能曲线与构象能对于丁烷又如何？Trans-反式Gauche旁式Cis-顺式060o120o180o-60o-120o-180ou(j

)jDmbDmtgtg+cg-t反式与旁式构象能的差为:Dmtg从反式构象转变成旁式构象，需要克服的位垒为:Dmb1.2.2高分子链的柔顺性

(flexibility)高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。这是高聚物许多性能不同于小分子物质的主要原因。高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。或者说，高分子链的单键内旋转越容易，链的柔顺性越好。高分子链的柔顺性可以从静态和动态两个方面来理解。静态柔顺性Flexibilityatequilibriumstate平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性，取决于反式与旁式构象之间的能量差tg。当tg/kT<<1时，阻力小，柔性好当tg/kT>>1时，阻力大，呈刚性tg增加,柔性降低tg为反式与旁式构象能之差，kT为热能动态柔顺性Flexibilityatdynamicstate动态柔性指在外界条件作用下，分子链从一种平衡态构象向另一种平衡态转变的难易程度，取决于位能曲线上反式与旁式构象之间转变的位垒b。b小，反式与旁式间的转变快，分子链柔性好。动态柔性与静态柔性有时是一致的,有时也不一定是一致的.影响高分子链的柔顺性的因素内在因素(结构因素)主链结构侧基(或取代基)其它结构因素(支化与交联,分子链长度,分子间作用力,聚集态结构等)外界因素温度,外力及溶剂等1.内在因素

(Internalfactors)(1)主链结构不同种类的单键:(考虑键长和键角)

Si-O>C-N>C-O>C-C含有芳杂环:

芳杂环不能内旋转,柔性差.孤立双键:

与之邻近的单键内旋转位垒降低,柔性好.共轭双键:

不能旋转,柔性差.(2)取代基(Substitutes)取代基的极性极性取代基将增加分子内的相互作用，使内旋转困难,柔性下降;极性越大,柔性越差.取代基的体积对于非极性取代基,取代基的体积越大,内旋转越困难,柔性越差。取代基的对称性(3)其它结构因素支化与交联若支链很长，阻碍主链内旋转，柔性下降。交联少时，影响不大；交联密度大，影响大。高分子链的长度分子链长，构象数目多，柔性大。分子间作用力分子间力大，柔性小。聚集态结构(如结晶等)

结晶会降低分子链柔性2