张弢-高分子材料学课件

1、高分子溶液,Polymer Solution,引言,高聚物以分子状态分散在溶剂中形成的均相混合物称为高分子溶液。 15%，粘度较大，稳定性较差 油漆、胶浆浓度60% 冻胶或凝胶，半固体状浓溶液，产生物理交联点，不能流动 增塑的高聚物体系、相容高聚物的共混体系是固体状的浓溶液，具有机械强度。 热力学性质：溶解过程中的熵、焓、体积变化，溶液的渗透压，高分子在溶液中的分子形态与尺寸，高分子与溶剂的相互作用，溶液的相分离等； 流体力学性质：粘度，扩散与沉降等； 光学与电学性质：光散射，折光指数，透明性，偶极矩，介电常数等。,高聚物的溶。

2、高聚物的分子运动,粘性流动,需要关注的问题,粘性流动的特点：运动单元 粘流温度及其影响因素 熔体状态下的流动特征：粘度及其影响,高聚物粘性流动的意义,几乎所有的高聚物都是利用其在粘流态下的流动行为进行加工的 聚集态结构对高分子材料的性能有重大影响，而聚集态结构是在加工成型中形成的 热塑性塑料的挤出、注射等； 纤维的熔体纺丝； 橡胶的混炼、浇注等； 流变学：研究流体流动和变形的科学 高聚物流变学：研究聚合物固体和熔体及浓溶液的流动行为和规律,高聚物粘性流动的特点,高分子流动是通过链段的位移运动来实现的 高分子流动。

3、聚合实施方法,本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合,载锚垛沃末恤丢匆烂烂弓匣叮液柏止焚茸乱遂伍津鲍境抢袍硅蛾系宅严砌张弢-高分子材料学课件 04 polymerization 聚合实施方法张弢-高分子材料学课件 04 polymerization 聚合实施方法,工业生产基础,储槽与仓库 反应釜：间歇、连续 液液分离：蒸/精馏 固液分离：过滤、离心 公用工程：水、电、气、汽、运输 控制装置：温度、。

4、配位定向聚合,Coordinated Stereoregular Polymerization,基本概念,配位聚合（Coordination Polymerization)：单体分子首先在活性中心的空位上配位，形成某种形式的配合物，然后单体分子相继插入过渡金属-烷基键(M-R)中进行增长的聚合反应。,几个概念的区别,配位聚合、络合聚合、定向聚合、有规立构聚合、Ziegler-Natta聚合,烯类聚合物的异构,结构异构 单体连接次序的异构：头-尾或头-头相连 单体本身的异构：,同一种单体因聚合方式的不同的异构：,立体异构：由于分子链中各个基团在空间不同的排布而产生的构型的不同，有光学异构和几何异。

5、聚合物分子量及其分布的测定,多分散高分子的分类统计,平均分子量,以数量为统计权重，数均分子量,以重量为统计权重，重均分子量,以z值为统计权重，z均分子量 zi = wiMi,用稀溶液粘度法测得的分子量，粘均分子量 Mark-Houwink公式：h=KMa,分子量分布,柱状图： 以分子量Mi为横坐标，各级分的重（数）量分数Wi(Ni)为纵坐标 离散型，适用于有限级分的试样 重（数）量微分分布曲线（函数） 以分子量作为连续变量为横坐标，纵坐标是分子量为M的组分的相对重（数）量，它是分子量的函数，记作W(M), N(M) 重（数）量积分分布曲线（函数） 以分子量。

6、聚合物的分子运动,玻璃化转变,聚合物分子运动的特点,结构决定性能 结构是分子运动的内在条件，性能是分子运动的宏观表现 聚合物分子运动的特点： 运动单元的多重性 分子运动的时间依赖性 分子运动的温度依赖性,运动单元的多重性,除了整个高分子链的运动，链内各部分，侧基、支链、链节、链段等均可运动。 大分子链：大尺寸运动单元；其它：小尺寸运动单元 高分子链段的整体运动：分子链质量中心的相对位移，熔体的流动； 链段运动：高分子链质量中心不变的情况下，一部分链段通过单键内旋转而相对于另一部分运动，使大分子可以伸展或蜷曲。

7、高分子材料学 Polymeric Materials,张弢， Zhang Tao 科技馆325、316-2 13913856684，ztnjnju.edu.cn,绪论：关于高分子 Introductions to Polymer,什么是高分子？,分子量大 10,000 重复单元,Macromolecular Polymer,如：Polyethylene, PE, 聚乙烯,一个典型的高分子,PolyButylene Terepthalate, PBT 聚对苯二甲酸二丁二醇酯 C1200H1202O400 , M 22024.4 100个重复单元,有哪些高分子？,天然高分子材料：纤维素、淀粉、蛋白质、 三大合成材料：塑料、橡胶、纤维 其他合成材料：涂料、胶粘剂、复合材料、 功能高分子材料：人工器官、特种材料。

8、高聚物力学性能的多样性,高聚物具有通常温度下所有已知材料中可变范围最宽的力学性质： 聚苯乙烯：脆； 尼龙：坚韧，不易变形、不易破碎； 轻度交联的橡胶：高弹形； 胶泥：变形后可保持新的形状。 高聚物的粘弹性： 力学性能的温度、时间依赖性，同时具有液体和固体的性质。 高聚物的力学性能是由其结构决定的： 化学结构、分子量及其分布、支化和交联、结晶度和结晶形态、共聚方式、分子取向、增塑及填料等。 玻璃态和结晶态的力学性质 高弹态的力学性质 高聚物的力学松弛：粘弹性,高聚物的力学性能III,高聚物的粘弹性,力学松弛现象,理。

9、高聚物的电学性能,介电、导电、电击穿、静电现象,聚合物的介电性质,极化与介电现象,在外场作用下，电介质分子或其中某些基团中电荷分布发生的变化称极化，电场、力、温度等都可以产生极化现象。 在外电场的作用下，由于分子极化引起的电能的贮存和损耗称介电；相应的性质称介电性。（在外力场的作用下则有压电性） 在外加电场的作用下产生的极化称介电极化，包括电子极化、原子极化、取向极化、界面极化等。,电子极化,电子极化是外电场作用下分子中各原子或离子的价电子云相对原子核产生位移而导致的极化。 极化过程所需时间极短，约10-15。

10、高聚物的力学性能I,玻璃态高聚物的力学性质,高聚物力学性能的多样性,高聚物具有通常温度下所有已知材料中可变范围最宽的力学性质： 聚苯乙烯：脆； 尼龙：坚韧，不易变形、不易破碎； 轻度交联的橡胶：高弹形； 胶泥：变形后可保持新的形状。 高聚物的粘弹性： 力学性能的温度、时间依赖性，同时具有液体和固体的性质。 高聚物的力学性能是由其结构决定的： 化学结构、分子量及其分布、支化和交联、结晶度和结晶形态、共聚方式、分子取向、增塑及填料等。 玻璃态和结晶态的力学性质 高弹态的力学性质 高聚物的力学松弛：粘弹性,应力和应变。

11、高聚物的强度与破坏,高聚物的破坏和理论强度,高聚物之所以具有强度，是化学键和分子间作用力共同作用的结果。 化学键破坏：s2104MPa，实际上不可能（低几十倍）； 分子间滑脱：有氢键时内聚能约4000KJ/mol；只有范德华力时内聚能约1000KJ/mol；都比化学键的键能大，也不可能； 部分范德华力或氢键破坏：拉伸强度约400MPa（氢键），120MPa（范德华力）；与实际材料相同数量级； 断裂时，首先发生未取向部分的氢键或范德华力的破坏，然后应力集中到取向主链，使共价键断裂。 理论强度与实际强度有很大差距，原因何在？是什么决定了实际强度。

12、自由基聚合 Radical Polymerization,甲烷、乙烷、乙烯 sp2, sp3 s, p 键,加聚反应,加成反应的 延伸 反应中没有低分子物析出 聚合物和原料的化学组成相同 热力学上：打开双键+609 KJ/mol，形成两个单键 -352.52 = -705 KJ/mol；倾向于聚合，加成聚合往往是放热反应。 仍然需要活性中心以降低活化能，因此需要引发剂，以自由基为活性中心的聚合反应就是自由基聚合。,自由基,均裂和异裂,A = B or A B，形成自由基,形成离子,阳离子聚合,自由基聚合,阴离子聚合,单体的选择性,单烯类、共轭二烯类、炔烃、羰基化合物和部分杂环化合物可以进行连锁。

13、共聚反应,Copolymerization,研究共聚反应的意义,什么是共聚？ 两种或两种以上的单体混在一起进行的聚合反应称共聚反应（Copolymerization）。由此得到的聚合物不是各个单体各自聚合物的混合物而是两种或两种以上单体相互以化学键连接的新型聚合物，称作共聚物（Copolymer）。 研究共聚的意义： 改性均聚物 掺合（共混）改性 利用大分子的化学反应改性聚合物 共聚改性 了解不同单体的活性规律，预测共聚物组成 扩展单体的应用范围,一些常见的共聚物,共聚物的结构类型,单体M1和M2在主链上随机分布：无规共聚物（Random Copolymer） 一个M1和。

14、高分子科学基础,什么是高分子？,高分子就是由具有特定结构的小分子化合物通过结构上的有规律重复形成的具有较大的分子量（通常104）的聚合物（Polymer）。 高分子(Polymer)：分子量大，具有重复结构单元； 大分子(Macromolecule)：分子量大，不一定具有重复结构单元，如胰岛素(C257H387N65O66S6)、蛋白质由多个氨基酸构成，没有重复的结构单元。 高分子属于大分子中的一类，“高分子”与“聚合物”往往混用 齐聚物(Oligomer)：分子量1,000-10,000 低聚物：分子量1,000,高分子与小分子的区别,分子量的区别 小分子具有精确的分子量；高分子。

15、高分子的聚集态结构I,晶态高聚物的聚集态结构,什么是聚集态结构？,高分子链之间的几何排列和堆砌结构称作其聚集态结构，也称超分子结构。 聚集态结构直接影响材料性能，链结构的影响是间接的。 高分子的聚集态：固体和液体 晶态、非晶态、液晶态,高聚物的分子间作用力,范德华力：永久存在于一切分子之间，没有方向性和饱和性，作用范围1 静电力：极性分子间的引力，1321KJ/mol 诱导力：极性分子的永久偶极与它在其他分子上引起的诱导偶极之间的相互作用力，613KJ/mol 色散力：分子瞬时偶极之间的相互作用力，0.88KJ/mol 氢键：极性很强的X。

16、其他聚合反应,开环聚合、氢转移聚合、氧化聚合和成环聚合,开环聚合,环状单体在催化剂作用下发生环的开裂并形成高分子的过程称开环聚合(Ring-opening Polymerization)。,X可以是杂原子如N、O、S等，也可以是一些基团如-NHCO-、-COO-、-C=C-等。,开环聚合的特点,开环聚合既类同又不同于加聚和缩聚 与加聚的类同点： 无小分子放出；可用相同的离子型催化剂；具有相同的速率方程(Vp = kpC*M)；有链转移现象；无自发终止 与缩聚的类同点： 生成杂链聚合物；单体消失快而分子量增长慢； 热效应小；有链-环平衡存在；存在聚合-解聚现象,环的大小。

17、缩合聚合反应,Condensation Polymerization，Polycondensation,基本概念,通过一种或几种含有两个或两个以上相同或不相同的官能团的小分子进行分子间的连续缩合反应而进行的聚合反应称缩聚反应（Condensation Polymerization, Polycondensation），反应同时有小分子物质如水、醇、氨、氯化氢等放出，得到的聚合物称缩聚物（Polycondensate）。,缩聚反应与加聚反应的比较,缩聚反应的类型,均缩聚反应：只有一种单体参加反应，官能团可以相同，也可以不同,杂缩聚反应：两种单体参加反应,共缩聚反应：两种以上单体参加反应,其他分类,按所采用单。

18、高分子化学小结,什么是高分子？,高分子(Polymer)：分子量大(10,000)，具有重复结构单元 大分子(Macromolecule)：分子量大，不一定具有重复结构单元，如胰岛素、蛋白质由多个氨基酸构成，没有重复的结构单元。 高分子属于大分子中的一类，“高分子”与“聚合物”往往混用 齐聚物(Oligomer)：分子量1,000-10,000 低聚物：分子量1,000,几个基本概念,聚合物(高分子，Polymer)：由多个简单的结构单元通过共价键连接的具有高分子量的物质。 单体(Monomer)：构成高分子重复单元中结构单元的小分子化合物，是合成高分子的基本原料。 结构单元：构。