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材料科学基础,高分子部分,郑州大学材料科学与工程学院,,ZHENGZHOU UNIVERSITY,,2,,提 纲,Ⅰ概论 一、高分子科学与高分子材料 二、材料组成和结构的基本内容 Ⅱ高分子化学部分 一、基本概念 二、逐步聚合、自由基聚合、配位聚合 三、聚合物共聚合 四、高分子的化学反应 Ⅲ高分子物理部分 一、聚合物的结构 二、聚合物的力学状态与转变 三、聚合物现代研究方法,3,Ⅰ 概论,“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献.”,O.Vogl,G.D.Jaycox,'Trends in Polymer Scinece',4,一、高分子科学与高分子材料,5,1.1什么是高分子?分子量很大的分子,常指分子量大于一万,链长在103—105埃甚至更大的分子。 英文: High polymer MacromoleculeGiant molecule,,6,聚合物分子或大分子,具有高的相对分子量,其结构必须是由多个重复单元所组成,并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。,根据IUPAC1996年之建议:Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 - 2311,,,,聚氯乙烯,聚乙烯醇,,,实际上,概念上,7,Polymer – Macromolecule 聚合物 – 大分子,8,,,高分子科学,家用电器,薄膜,装饰,航天航空,光导纤维,信息产业,生物工程,,动植物,肉,蛋,粮食,菜,兽皮,棉,麻,毛,丝,茅草,木材,竹子,水泥,玻璃,粘合剂,涂料,橡胶,塑料,,,,,9,,,,,,,,,,,10000BC,5000BC,0,1500,1900,1960,1980,1990,2000,2010,2020,各种材料在各个历史时期相对重要性,,,,,金,铜,铁,钢,合金钢,高温合金,高分子 木材 皮肤 纤维,动物胶,橡胶,电木,尼龙,PE,PC,PS,PP,PAN,聚酯,高模聚合物,导电高分子,复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料,石材,陶瓷,陶器,玻璃,水泥,耐火材料,熔融硅,耐湿陶瓷,韧性机械陶瓷,3,10,高 分 子 科 学,,高 分 子 化 学,,研究聚合反应和高分子化学反应原理,选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。,研究聚合物的结构与性能的关系,为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导,是沟通合成与应用的桥梁。,,高 分 子 物 理,高 分 子 加 工,,,,,,,研究聚合物加工成型的原理与工艺。,高分子科学既是一门应用学科,也是一门基础学科,它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。,11,1.2 高分子科学发展历史,15世纪,美洲玛雅人 天然橡胶玛雅人用天然橡胶做容器,雨具等生活用品。哥伦布在发现新大陆的航行中发现,南美洲土著人玩的一种球是用硬化了的植物汁液做成的。哥伦布和后来的探险家们无不对这种有弹性的球惊讶不已。一些样品被视为珍品带回欧洲,这种物质就是橡胶。,,12,1826年,M.Faraday 通过元素分析发现橡胶的单体分子是C5H8,后来人们测出C5H8的结构是异戊二烯。就这样,人们逐步了解了构成某些天然高分子化合物的单体.1839年,美国人 Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能,使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇冷发脆断裂的不实用的性质,变为富有弹性、可塑性的材料。这一发现的推广应用促进了天然橡胶工业的建立。天然橡胶这一处理方法,在化学上叫作高分子的化学改性,在工业上叫作天然橡胶的硫化处理。,未硫化橡胶,现代橡胶硫化生产线,13,1869年,美国的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热,制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”(cellulose)。 他发现做火药的原料硝化纤维在酒精中溶解后,再将其涂在物体上,干燥后能形成透明而结实的膜。他就想把这种膜凝结起来做成球,但在试验时一次又一次地失败了。他并不灰心,仍然一如既往地进行探索,终于在1869年发现,当在硝化纤维中加进樟脑时,硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好的又硬又不脆的材料。在热压下可成为各种形状的制品。他将它命名为“赛璐珞”。是制造乒乓球、眼镜架、手风琴外壳等不可缺少的原料。 “赛璐珞“是由天然的纤维素加工而成的,并不是完全人工合成的塑料。,14,1893年,E. Fisher曾设想纤维素是一种由葡萄糖单元连接而成的长链,但并没有证明。1906年他报告说,他所合成的十八肽已经与天然蛋白质相似。他所合成的聚合度为30的多肽是科学上的巨大成就。这一工作孕育了高分子学说的基本思想。,15,1909年,人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国人贝克兰(Leo Baekeland)用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂,又称贝克兰塑料。酚醛树脂是通过缩合反应制备的,属于热固性塑料。其制备过程共分两步:第一步先做成线型聚合度较低的化合物;第二步用高温处理,转变为体型聚合度很高的高分子化合物。酚醛树脂制品优点主要是尺寸稳定,耐热、阻燃,电绝缘性能好,耐酸性强,它主要应用于运输业、建筑业、军事业、采矿业等多种行业,应用广泛。,耐高温酚醛树脂脚轮,酚醛树脂防震垫/防震脚垫/避震垫/地震脚垫/脚垫,16,1912年,德国的Duisberg在Bayer公司将二甲基丁二烯合成甲基橡胶投入工业化生产。由于没有研究出好的合成条件,当时要在30—35℃条件下聚合3—6个月。尽管如此,德国人在一次大战中1916—1918年生产了约2400吨这种橡胶。 1920年,德国H. Staudinger发表了他的划时代的文献“论聚合”,提出“高分子”、“长链大分子”平行排部的概念和假说。他根据实验结果,论证了聚合过程是大量的小分子自己结合起来的过程。,17,,“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry“,Born 1881 Died 1965,,施陶丁格(Hermann Staüdinger)在“关于聚合反应”(Uber Polymerization)的论文提出: 高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合),通过化学键连接在一起的大分子化合物,高分子或聚合物一词即源于此。1953年,72岁的 Staüdinger获得诺贝尔奖。,18,1935年,杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers,1896-1937)合成出聚酰胺66,即尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产。尼龙的强度很高,直径1毫米的细丝就可以吊起一百公斤的东西。尼龙耐污、耐腐蚀的性能也很好。因此,尼龙一问世就受到了全世界的瞩目。二战期间美国陆军收购了全部尼龙产品,用以制造降落伞和百余种军事装备。而1940年尼龙长筒女袜刚一投放市场就轰动了世界,4天之内四百万双袜子一抢而空。尼龙是真正投入大规模生产的第一种合成纤维。至此,人类希望用煤、空 气和水来制造纤维高分子的愿望完满地实现了。从那以后,各种新型纤维一个接一个地被 创造出来。如烯类纤维中的维纶和维尼纶,还有永久防皱的的绦纶制品等等。,19,1940s, Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质分子量的方法。 1948年,Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。 1950s,德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。 1955年,美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯,首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。 1971年,S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar。,20,1.3 高分子科学的现状与未来,一旦高分子学说被确立起来,便有力地促进了合成高分子工业的发展。 现代合成材料工业的发展,起源于天然高聚物的化学加工工业。19世纪40年代,人们发明了由天然橡胶经过硫化制成橡胶制品的工艺。后来利用天然高聚物为原料,经过化学加工生产了自然界前所未有的某些人造材料。,,21,1994年全世界合成树脂及塑料、合成橡胶、合成纤维三大合成材料的产量超过1.4×104 万吨,有的国家的产量已超过有色金属的产量,按体积计算甚至超过钢铁的生产。 我国解放后逐渐成立了化学纤维工业、合成橡胶工业和塑料工业。1970年前后我国建设的石油化工基地北京燕山石油化工总公司投产,自行设计安装的年产万吨以上的顺丁橡胶装置顺利投产。,22,此后,又相继建成了若干大型石油化工基地,如燕山、兰州、吉林、大庆、齐鲁、金山、仪征、高桥、辽阳等。它们以石油裂解气为原料,已经形成了合成纤维工业、合成橡胶工业、合成树脂与塑料工业的骨干企业,使我国的高分子合成材料工业迅速发展。,23,随着高分子工业的迅速发展,我国研究的课题不断扩展和深入,其中最突出的成就是1965年用人工合成的方法制成结晶牛胰岛素,这是世界上第一个人工合成的蛋白质,对于揭开生命的奥秘有重大的意义。 近十年来高分子科学有两个新的动向,其一是向生命现象靠拢,另一个是更加精密化。空间结构、超结构和高分子电解质的研究发展使生物高分子与合成高分子的距离缩小。,24,在世界范围内,20世纪中以来,高分子化学尤其是塑料,纤维,橡胶三大合成材料的发展速度惊人。塑料、合成橡胶、合成纤维是重要的三大合成材料,合成材料的主要特点是原料来源丰富;用化学合成方法进行生产;品种繁多;性能多样化,某些性能远优于天然材料,可适应现代科学技术、工农业生产以及国防工业的特殊要求;并且加工成型方便可制成各种形状的材料与制品。因此,合成材料已成为近代各技术部门中不可缺少的材料。,25,世界三大合成材料产量,三大合成材料之所以如此高速发展主要原因就是人们生活需要。由于天然资源的不足,人们不得不用合成材料来补足。世界三大合成材料产量如下表:,26,三大合成材料产量已超过了天然资源。另一原因是原料来源丰富,适合现代化大工业生产。年产1万吨天然橡胶需要热带土地10万亩,栽种3000万颗橡胶树,每年需劳动力5万人,等7—8年后才能割胶。但每年生产等量的合成橡胶只需150人生产厂。同样建一个年产20万吨合成纤厂相当于400万亩棉田或4000万头绵羊的产量。在各项工业中1吨高分子材料可代替3—7吨金属材料,在电子、电器,机械工业,建筑,农业广泛的应用,成为国民经济发展必不可少的材料。,27,(1)塑料塑料是以合成树脂为基本成分,它是在加工过程中可塑制成一定形状,而成品之后能保持形状不变的材料。它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等特点。,各种塑料制品,下面简单介绍三大合成材料的特点和用途:,28,工程材料使用的工程塑料。通用塑料产量大,生产成本低,性能多样化。主要用来生产日用品或一般工农业用品。例如聚氯乙烯塑料可制成人造革、塑料薄膜、泡沫塑料、耐化学腐蚀用板材、电缆绝缘层等。工程塑料,产量不大,成本较高,但具有优良的机械强度或耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀等特性。可作为工程材料,制成轴承、齿轮等机械零件以代替金属、陶瓷等。,泡沫塑料,29,近年来,还发展了具有优异性能的高性能、耐高温塑料等。塑料是有机材料,因此其主要缺点是绝大多数塑料制品都可燃烧,在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响,其制品的性能可能逐渐变坏,甚至不能使用,即发生老化现象。,30,(2)合成橡胶 合成橡胶是用化学方法合成的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。根据产量和使用情况可分为通用合成橡胶和特种合成橡胶两大类。通用合成橡胶主要制造生产轮胎、胶鞋、橡皮管等橡胶制品。包括丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶等品种。,各式轮胎,橡胶圈,31,特种合成橡胶主要制造耐热、耐老化、耐油、耐腐蚀等特殊用途的橡胶制品。包括有机硅橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶等。,特种橡胶在汽车中的应用,32,(3)合成纤维 线形结构的高分子量合成树脂,经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。合成纤维的品种有:聚酯纤维(涤纶纤维,Polyster,PET)、聚丙烯腈纤维(腈纶纤维,PAN)、聚乙烯醇缩甲醛纤维(维纶纤维Vinylon)、聚酰胺纤维(尼龙纤维,Nylon)等。,33,合成纤维与天然纤维相比较,它具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺点是不易着色,未经处理时易产生静电荷,多数合成纤维的吸湿性差。因此制成的衣物易污染,不吸汗,夏天穿着时易感到闷热。,34,高分子合成工业的原料主要有石油、煤炭和农产品等。其中以石油最为重要。所谓石油化学工业是用处理石油和石油天然气所得到的碳氢化合物为原料的有机化学工业。石油化学品中,其中生产合成树脂占50.7%,合成纤维占21.1%,合成橡胶9.3%,涂料3.7%,表面活性剂和合成洗涤剂2.3%,其它占12.9%。因此,石油化学工业与合成高分子工业有如同一棵树的树干和枝叶那样的密切关系。,35,用聚氯乙烯薄膜铺设成的温室,能不受季节影响地提供新鲜蔬菜。若没有塑料是发展不起来的。以家庭制品为主的耐久性消费材料,占世界纤维产量近30%的合成纤维,占全世界橡胶需要量近70%的合成橡胶,它们中的哪一个都表明,现在高分子制品已广泛渗入到我们的生活中了。但其反面,出现了以它们的废弃物处理为主的各种环境问题。“白色污染”的危害使高分子的发展和环境的保护之间的矛盾日益显现出来,对废旧高分子材料的回收利用也是重要的研究课题。,36,1.4 高分子科学面临的问题与发展方向,A. 原料的来源和合成问题尽管石油工业的发展为高分子提供了必要重要的原料来源,但石油不是再生资源,必有穷竭,必须开发石油以外的资源。 B. 环境污染问题 不仅在合成高分子时,会出现“三废”,而目前几乎成灾的是废弃的高分子材料如何处理问题,它不象天然高分子那样,可以自动分解。处理这些废弃物,不仅消耗能源,而且有二次污染产生。,,(1)高分子科学面临的问题,37,C. 材料性能问题 高分子材料尽管有很多优点,诸如轻巧、坚固、可以大量生产等等。但也有不少缺点如耐热性差、强度低、蠕变大、某些材料或添加剂有毒。或在燃烧(火灾、高温)分解放出有毒物质。 D. 价格问题通常高分子材料都较贵,限制了其在某些民用领域的应用 .,38,(2)今后的发展方向,A. 高分子工业的方向是提高产量、增加品种、改进性能、处理三废和拓宽应用领域。 B.高分子合成化学的方向是研制新型引发剂,降低能源和材料的消耗,使一些材料合成方便易行。 C.用新型聚合方法或复合材料或高分子共混方法获得新性能、新品种、新用途的高聚物。 D.功能高分子材料和生物工程高分子物质和材料,将是人类在高分子科学上攀登的一个新高峰。,39,高分子趣闻——细菌肚子里吐出塑料,美国生物学家把一长段脱氧核糖核酸移植进大肠杆菌后,这种细菌竟然分泌出了塑料。 细菌能分解塑料,但反过来细菌还能合成塑料,这是科学界的最新报道。 生物学家们最近发现,当细菌缺氧或缺氮而不能繁殖时,会分泌出大分子聚合物来作为它的食品补充,这种聚合物正是天然塑料。把控制分泌这种天然塑料的基因分离出来,导入大肠杆菌体内,就使细菌肚子里吐出了塑料。目前已研制出一种生产效率极高的塑料细菌,其体内的塑料含量占总体重的75%。,40,有关细菌产塑料的研究还在深入,科学家们试验利用多种细菌的联合“生产”,制出一种由新的生物分子链合成的塑料新品种,用它来代替石油制品。同时,科学家们也在试验 用细菌来生产橡胶。在细菌的食物里加进一些含碳丰富的食物而生产出来的橡胶,其强度和可塑性大大增加,可用来制造电影胶片和工业耐热塑料。 科学家正在设想:将能制造塑料的基因植入酵母菌,马铃薯、玉米等植物体内,让酵母菌也能生产塑料,让庄稼长出塑料。这些由生物生产的塑料,生产工艺简便、干净,当它们成为塑料废品时,把它们分解再加工也方便,不会造成环境污染。,41,1.5 高分子的分类,高分子品种繁多,分类并非易事,而且分类方法很多,有些分类并无太多的实用价值。常用的分类方法有两种: (1) 按高分子的用途分类: (2) 按照高分子主链的结构分类:,,42,(1)按高分子的用途分类:,A. 塑料: 在加入填充剂等助剂后,可以做成各种“可塑性”的材料,主要做结构材料。塑料又可分为:热固性塑料——加热固硬后不回塑性。热塑性塑料——加热有可塑性、冷却硬化。根据使用场合又可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。,,43,B. 橡胶: 在室温下弹性高:E= - MPa。在很小的外力有很大变形,可达1000%,而外力除去后,可几乎完全复原。根据橡胶的来源,可将橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。,44,C.纤维: 纤维弹性较小,E较大,E大于109—1010 MPa。主要用作纺织材料。根据来源又分为天然纤维和化学纤维,化学纤维中又有再生纤维和合成纤维。 D.粘合剂 E. 涂料 F. 离子交换树脂,45,如果按照材料的用途,又可分为高分子结构材料、高分子电绝缘材料、耐高温高分子材料、导电高分子、高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂、包装材料等多种品种。 其它 如果按照用途来分,还会衍生出很多门类来,历史上只是将高分子划分为塑料、橡胶和纤维。,46,(2)按照高分子主链的结构分类:,按照主链元素:碳链高聚物——聚乙烯、聚四氟乙烯等杂链高聚物——如聚甲醛、聚己内酰胺、聚氨酯等元素有机高聚物——如硅橡胶(半无机高聚物)无机高聚物——如聚二硫化硅、聚二氟磷氮,47,B. 按照存在方式天然高分子、合成高分子 C.按照分子的骨架结构有机高分子、无机高分子.天然高分子:又可分为天然有机高分子和天然无机高分子,48,天然有机高分子又称为天然生物高分子: (a)构成生物体形态结构:肌肉、肌腱、爪、皮、毛、骨骼、植物的纤维素、细胞壁等; (b)有生命功能:与生物体内化学反应、遗传基因、信息、记忆等有关。如:酶类、蛋白质等 ; (c)植物的树脂、树胶和动植物的一些分泌物,如蚕丝、虫胶等;,49,天然无机高分子: 从地球形成时,在高温、高压条件下生成的。如:天然石墨、金刚石、云母、硅酸盐(长白、沸石等)、石棉、水晶等,50,(3)高分子分类概括,合成高分子,天然高分子,有机高分子,无机高分子,C-C链高分子:PE,PP,PIB,PS,PMMA,杂原子链高分子:聚酰胺(锦纶),聚酯(涤纶),聚氨酯,脲醛树脂,聚甲醛,水泥,玻璃,聚磷酸酯类,高分子化合物,天然橡胶,多糖类:纤维素(棉、麻、木),淀粉,粘胶质(水果、甘蔗),藻酯类,甲壳类(蟹、虾、龟),植物酸,蛋白质:酶(生物合成催化剂),荷尔蒙(生物调节剂),丝,角素(发、毛、羽),肌凝蛋白(肌肉),血色素,蛋白(血清、蛋)血球素(血、精、卵),酪蛋白,等,核酸: 脱氧核糖核酸(DNA), 核糖核酸(RNA),,,,,51,(1) 什么是高分子材料?材料:在一定工作条件下,能够满足其使用要求和物理性能的物质。金属材料(钢材、铝材、合金钢等)、无机非金属材料(水泥、玻璃、陶瓷等)、高分子材料和复合材料等。习惯上,把“高分子”与有机联系在一起。,1.6 高分子材料,,52,因此,高分子材料往往指那些天然的和合成的具有一定用场的有机高分子物质。材料不仅是指合成的物质,还包括这些物质在成型加工处理中变成另一种具有独特性能的材料,如复合材料等。基质为合成高分子的或天然高分子的,也称为高分子材料。高分子化合物是以C、H、N、O等元素为基础,由许多结构相同的小单位(链节)重复连接组成的,含有成千上万个原子、分子量很大,并在某一范围内变化着。,53,(2)高分子材料的基本特性A. 结合键主要为共价键,有部分范德华键;B. 分子量大,无明显的熔点,有玻璃化转变温度、粘流温度。并有热塑性和热固性两类; C. 力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态,强度较高;D. 质量轻;E. 良好的绝缘性;F. 优越的化学稳定性;G. 成型方法较多.,54,二、材料组成和结构的基本内容,55,材料的组成是指构成材料的基本单元的成分及数目,材料的结构则是指材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列,包括构成材料的原子的电子结构(决定化学键的类型)、分子的化学结构及聚集态结构(决定材料的基本类型及材料组成相的结构)以及材料的显微组织结构(组成材料的各相的形态、大小、数量和分布等)。 材料结构从宏观到微观可分成不同的层次,即宏观组织结构、显微组织结构和微观结构。,56,与一般低分子不同,高分子由若干个最基本的结构单元以共价键键接构成,高分子材料则是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。与金属和无机非金属材料相比,高分子材料的组成和结构具有如下特征 : 2.1 平均分子量大和存在分子量分布 2.2 具有多种形态 2.3 组成与结构的多层次性,57,2.1 平均分子量大和存在分子量分布,(1)低分子化合物与高分子化合物 一种低分子化合物都有其固定不变的分子量,例如水由无数个分子量为18的水分子(H2o)聚集而成,乙烯由无数个分子量为28的乙烯分子(CH2=CH2)组成,葡萄糖由无数个分子量为180的葡萄糖分子(C6H12o6)组成。由于每个分子的大小都一样,因而这些化合物的分子量都是确定的。,58,但是,对高分子化合物而言,每一根高分子链都由许多结构单元(即链节)重复连接而成,由于形成高分子链的过程比较复杂,使各高分子链的结构单元数目并非完全相同,导致其分子量也不像低分子化合物那样完全相等。单根高分子链中的结构单元数目叫聚合度,聚合度与结构单元的分子量的乘积即为该高分子链的分子量,聚合度越大,分子链越长,分子量也越大。,59,由于形成高分子材料的聚合物实际上由结构相同、组成相同但分子量大小不同的同系高分子链的混合物聚集而成,即高分子材料是各种分子量的高分子链的聚集体,因此,讨论一个高分子的分子量是多大并无意义,只有讨论某一种聚合物的平均分子量是多少才有实际意义。,60,(2) 分子量和分子量分布,A. 每种低分子都有确定的分子量,且一般较小。而高分子链由于由许多结构单元重复连接而成,其分子量明显大于相应小分子的分子量,一般在10000以上,且各高分子链间存在分子量分布。,61,B. 高分子链的分子量和分子量分布对聚合物的状态和聚合物的物理、力学性能和加工性能均有显著影响,选择聚合物材料时,分子量大小常是需要首先确定的参数。例如聚乙烯(PE)分子量要在12000以上才能成为塑料;聚酯(的确良,PET, Ployester)和聚酰胺(尼龙,Nylon)的分子量要高于10000以上才能纺成有用的纤维。,62,,,C. 分子量与性质的关系:,,,,Molecular weight,Mechanical strength,A,B,C,化学结构,主链化学键强度,分子间的作用,63,D. 聚合物的平均分子量(Average Molecular Weight),聚合反应的随机性,聚合度不同,同系物组成的聚合物,分子量是混合物分子量的统计平均,聚合度是统计平均聚合度,分子量不均一的特殊性(多分散性Polydispersity),1)数均分子量Mn,,通常用聚合物的稀溶液的冰点降低、沸点升高、渗透压法、端基滴定法,2)重均分子量Mw,,通常用光分散法测定,3) 粘均分子量Mh 通常用聚合物稀溶液的特性粘度测定,,MnMhMw,,,,64,,E. 聚合物的分子量分布(Molecular weight distribution),1)分子量分布指数( Molecular weight distribution index),多分散程度,,D1 越多,其分子量分布越广,多分散性程度越大 D=1 是均一分子量的聚合物,2)分子量分布曲线( Molecular weight distribution curves),利用分级沉淀方法,或凝胶渗透色普法:可以测定不同分子量组分所占的相对百分重量作图,,分子量,聚合物质量分数,65,2.2 具有多种形态,高分子材料的形态主要取决于高分子链的形态。 根据构成单元的结构, 高分子链可以是线型的、带支链的,也可以是网状的或体型的——赋予高分子材料各种各样独特的结构形态。,66,线形高分子,环状高分子,支化高分子,梳形高分子,梯形高分子,网状高分子,星形高分子,,,高分子链形态,67,2.3 组成与结构的多层次性,高分子材料的组成和结构是多层次的,包括高分子链结构、高分子链聚集态结构和高分子材料织态结构和微区结构。(高分子物理部分会做详细介绍),68,一次结构(高分子的链结构),二次结构(高分子链的形态),三次结构(聚集态结构),,,高分子材料所显示的性能则是各个结构层次对性能所做贡献的综合表现。,69,The Next,,高分子化学部分,
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