《高分子近程结构》课件

高分子近程结构高分子近程结构是指聚合物链中相邻单体单元之间的空间排列方式。它是影响高分子材料物理性能的关键因素之一。作者：1.高分子概述11高分子是由许多重复的小分子单元通过共价键连接而成的大分子物质，又称聚合物。22这些小分子单元称为单体，单体通过聚合反应连接成高分子链。33高分子链可以是直链、支链或网状结构，其结构和性质影响了材料的物理和化学性能。44高分子广泛应用于各种领域，例如塑料、橡胶、纤维、涂料和生物材料等。什么是高分子?长链结构高分子是由许多重复的结构单元组成，形成长链状的分子。广泛应用高分子材料广泛应用于我们的日常生活，例如塑料、橡胶、纤维等。复杂结构高分子的结构和性质可以非常复杂，受其化学结构、空间结构和分子量的影响。高分子的分类和性质天然高分子天然高分子是指从自然界中直接获得的聚合物，例如棉花、木材、蛋白质和天然橡胶等。它们通常具有复杂的结构和独特的性质。合成高分子合成高分子是指由人工合成的聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯等。它们通常具有可控的结构和性能，可以根据不同的应用需求进行设计。高分子的应用领域包装材料高分子材料可以用于制作各种包装材料，例如塑料薄膜、包装袋、包装盒等，具有轻便、耐用、防水、防潮等优点。医疗器械高分子材料可以用于制作各种医疗器械，例如人工血管、人造器官、医疗器械部件等，具有生物相容性好、耐腐蚀等优点。建筑材料高分子材料可以用于制作各种建筑材料，例如防水材料、保温材料、装饰材料等，具有轻质、隔热、耐候等优点。电子器件高分子材料可以用于制作各种电子器件，例如绝缘材料、封装材料、导电材料等，具有电绝缘性好、耐高温等优点。高分子的化学结构高分子的化学结构决定了高分子材料的物理和化学性质。这些性质包括熔点、玻璃化转变温度、强度、韧性、溶解性、化学稳定性和生物相容性等。基本分子结构单元基本分子结构单元是构成高分子链的基本重复单元。它代表了高分子链中重复出现的最小结构单元，包含了高分子链的化学组成和连接方式。例如，聚乙烯的基本分子结构单元是乙烯，其结构式为CH2=CH2。每个乙烯单元通过共价键连接形成聚乙烯链。主链、侧链和端基主链主链是高分子链中最主要的骨架，通常由重复单元组成。主链决定了高分子的基本结构和性质。侧链侧链连接到主链上，可以改变高分子的形状和性质。侧链可以是不同的原子或原子团，例如甲基、乙基或苯基。端基端基位于高分子链的两端，它们对高分子的性质影响较小，但可以影响高分子的稳定性和反应性。重复单元和聚合度1重复单元重复单元是高分子链中基本结构单元的重复部分。2聚合度聚合度指的是高分子链中重复单元的数目。3影响因素重复单元和聚合度影响着高分子的分子量、物理性质和化学性质。4实例聚乙烯的重复单元是乙烯，聚合度决定了聚乙烯的分子量和性能。3.高分子的空间结构高分子的空间结构是指高分子链在空间的排列方式。空间结构对高分子的物理性能有重大影响，例如强度、韧性、熔点、溶解性等。线型结构线型结构是最简单的高分子结构类型。链状分子以直线形式连接，没有分支或交联。这些链可以自由移动，并可能缠绕在一起。这种结构的特性取决于聚合物链之间的相互作用。例如，聚乙烯是一种线型聚合物，具有较高的柔韧性和低熔点。分支结构分支结构是指高分子链上存在侧链的情况。侧链可以是短链或长链，也可以是单支或多支。分支结构会影响高分子的物理性质，例如溶解性、粘度、结晶性和机械强度等。分支结构会降低高分子的结晶度，因为它会减少高分子链之间的相互作用，从而降低材料的机械强度和热稳定性。同时，分支结构也会影响高分子的溶解性，例如，具有分支结构的聚乙烯比线性聚乙烯更易溶于有机溶剂。网状结构网状结构网状结构是一种高分子结构，其中链之间通过交联形成三维网络。橡胶的结构橡胶是典型的网状结构，其交联度越高，橡胶的强度越高。树脂的结构树脂也通常具有网状结构，这种结构使其具有较高的热稳定性和机械强度。4.高分子链的构象高分子链的构象是指高分子链在空间中的排列方式。高分子链的构象会影响高分子的物理性质和化学性质。链的平面构象平面构象是指高分子链在空间中由于单键旋转而产生的不同构象。乙烷分子可以旋转，形成两种构象：交叉式和重叠式。交叉式构象中，两个甲基处于空间中，而重叠式构象中，两个甲基重叠。交叉式构象更稳定，因为空间位阻更小。链的空间构象空间排列高分子链在空间中的三维排列方式，受到链段之间相互作用力的影响。构象类型常见的空间构象包括无规卷曲、螺旋形和折叠形等。影响因素温度、溶剂和链的化学结构等因素都会影响链的空间构象。构象的影响因素温度温度升高，分子热运动加剧，链段运动更加自由，高分子链构象趋于无序。分子间作用力分子间作用力越强，高分子链段之间的吸引力越大，构象更趋于有序。溶剂不同溶剂对高分子链的溶解能力不同，影响链的构象。压力压力会影响高分子链的自由体积，从而影响构象。5.高分子链的配位高分子链的配位是指高分子链在空间中的排列方式。配位状态直接影响高分子的物理性质，如结晶度、熔点、强度等。随机缠结构高分子链在空间中随机排列，形成无规则的缠绕结构。这种结构的存在会导致高分子材料的许多重要特性，例如高粘度、高强度和弹性。有序排列结构晶体结构链段排列有序，形成晶格结构。结晶区结晶区通常由多个链段组成，形成三维空间结构。取向排列链段在特定方向上排列，例如纤维状结构。层状结构链段在层状结构中排列，例如薄膜结构。结晶结构高分子结晶是指高分子链在空间中以有序的方式排列，形成三维周期性的结构。结晶度是指高分子材料中结晶部分所占的比例，它与高分子的链结构、链的柔性和温度等因素有关。高分子结晶会提高材料的强度、刚度、耐热性和耐溶解性，但也会降低其韧性和柔性。6.高分子的分子量高分子的分子量是表征高分子链长度的重要指标。不同链长度的分子会影响材料的物理性能，例如强度、韧性、粘度和溶解性。数均分子量数均分子量是指所有高分子链的分子量之和除以高分子链的总数。质量均分子量质量均分子量，又称为重均分子量，是用来衡量高分子材料中不同分子量种类对总质量贡献程度的指标。计算质量均分子量的公式：Mw=Σ(Mi*Wi)/ΣWi其中，Mi代表第i种分子量的分子量，Wi代表第i种分子量的质量分数。1Mw质量均分子量2Mi第i种分子量的分子量3Wi第i种分子量的质量分数分子量分布分子量分布描述高分子样品中不同分子量的聚合物链的相对丰度。数均分子量（Mn）所有聚合物链的分子量之和除以链数。质量均分子量（Mw）所有聚合物链的分子量平方之和除以链数。7.高分子溶液的性质高分子溶液是指高分子物质溶解在溶剂中形成的溶液。溶液的性质受溶剂种类、温度、高分子链的结构和分子量等因素影响。稀溶液和浓溶液稀溶液溶液中高分子浓度很低，单个高分子链之间相互作用很小，可视为相互独立的链段。溶液的性质主要取决于单个高分子链的性质。浓溶液溶液中高分子浓度很高，高分子链之间相互作用显著，形成高分子链的缠结，溶液的性质受高分子链之间相互作用的影响。渗透压和粘度1渗透压高分子溶液的渗透压与其浓度和分子量有关，可以用于测定高分子的分子量。2粘度高分子溶液的粘度与其浓度、分子量和溶液温度有关，可反映高分子链在溶液中的缠绕程度。3应用渗透压和粘度是表征高分子溶液性质的重要指标，广泛应用于高分子材料的合成、加工和性能研究。电解质溶液高分子电解质溶液高分子电解质溶液是指含有高分子电解质的溶液。高分子电解质是指含有可电离基团的聚合物，例如聚电解质和离子液体。溶液性质高分子电解质溶液具有独特的性质，例如离子传导、粘度和渗透压。这些性质受高分子链的结构、浓度和溶剂的影响。8.高分子的相变行为高分子材料在不同温度下会表现出不同的物理状态。相变指的是物质在物理状态发生变化的过程，例如从固态到液态或从液态到气态。玻璃化转变非晶态固体非晶态聚合物在加热时会经历玻璃化转变，而非结晶性转变。温度变化玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物从玻璃态转变为橡胶态时的温度。分子运动玻璃化转变是分子运动从限制状态到自由状态的转变过程。性能改变Tg影响聚合物的机械性能，例如刚度、韧性和热性能。熔融相变从固态到液态当温度升高到一定程度时，高分子材料会从固态转变为液态，称为熔融相变。分子间作用力减弱熔融过程是由于高分子链段间的分子间作用力减弱，导致链段运动更加自由。温度和压力影响熔点受高分子链的结构、分子量和压力等因素影响。液晶相变液晶态液晶态是介于固态和液态之间的中间状态。它具有流动性，但同时又表现出类似固体的结构和有序性。相变过程液晶相变是指物质从固态或液态转变为液晶态的过程。这个过程通常伴随着温度和压力的变化，会导致物质的结构和性质发生改变。9.高分子的形态学高分子的形态学是指高分子材料的宏观结构，反映了高分子链在空间中的排列方式和聚集状态。形态学对高分子材料的性能具有重要影响，例如机械强度、热稳定性、光学性质等。非晶相无序排列非晶态高分子中，分子链无规则排列，没有长程有序结构。玻璃态在低温下，非晶态高分子呈现玻璃态，分子链运动受限，呈现刚性。橡胶态在高温下，非晶态高分子呈现橡胶态，分子链运动活跃，具有弹性。半结晶相结晶区高分子链以有序的排列方式聚集在一起，形成结晶区域。非晶区高分子链以无序的排列方式排列，形成非晶区域。链段迁移结晶区和非晶区之间存在着链段迁移，影响着材料的性质。结晶相1晶体结构高分子链有序排列成晶体结构，具有周期性重复的结构单元。2结晶度结晶度是指高分子材料中结晶部分占总重量的百分比，与材料的性能密切相关。3结晶形态高分子材料的结晶形态多种多样，包括球晶、纤维晶、片晶等。高分子结构与性能的关系高分子材料的性能取决于其化学结构和物理结构。化学结构包括单体类型、重复单元、聚合度和链结构等。分子量、分子量分布分子量的影响高分子的分子量直接影响其物理性质，例如强度、熔点和粘度。分子量分布高分子材料通常由不同分子量的分子组成，称为分子量分布。分布的影响分子量分布会影响高分子的机械性能、加工性能和热稳定性。链构象和结晶性链构象链构象是指高分子链在空间中的排列方式。不同的构象会导致高分子材料的物理性质发生显著变化，例如玻璃化转变温度、熔点、机械强度、溶解性等。链构象主要受链节间相互作用、链的柔性和溶剂等因素的影响。链的柔性越大，链的