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高分子聚合物第1页，本讲稿共16页高分子高分子：高聚物的大分子是由高聚物的大分子是由(10(103 310105 5数量级数量级)的结的结构单元组成的。构单元组成的。每一结构单元相当于一个小分子。每一结构单元相当于一个小分子。结构单元的形式结构单元的形式：可以是一种可以是一种(均聚物均聚物)；可以是几种可以是几种(共聚物共聚物)，以共价键相连接，形成：，以共价键相连接，形成：线型分子线型分子 支化分子支化分子(带有支链的线型分子带有支链的线型分子)网状分子。网状分子。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第2页，本讲稿共16页 一个聚合物分子中含有成千上万甚至几十万个一个聚合物分子中含有成千上万甚至几十万个原子。原子。尼龙大分子：约有尼龙大分子：约有4 4千个原子，相对分子质量千个原子，相对分子质量为为2.32.3万左右。万左右。天然橡胶分子：有天然橡胶分子：有5 56 6万个原子，相对分子质万个原子，相对分子质量大约为量大约为4040万。万。从相对分子质量来看从相对分子质量来看 低分子化合物的相对分子质量只有几十到几低分子化合物的相对分子质量只有几十到几百；百；高聚物的相对分子质量比低分子化合物高得多。高聚物的相对分子质量比低分子化合物高得多。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第3页，本讲稿共16页 由于聚合物的高分子含有很多原子，相对由于聚合物的高分子含有很多原子，相对分子质量很高，分子是很长的巨型分子。分子质量很高，分子是很长的巨型分子。因此，使得聚合物具有因此，使得聚合物具有自身的特点自身的特点：热力学性能热力学性能 流变学性质流变学性质 成型过程中的流动行为成型过程中的流动行为 物理及化学变化等方面物理及化学变化等方面1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第4页，本讲稿共16页二、高聚物的结构特点二、高聚物的结构特点 高聚物结构复杂高聚物结构复杂尚在研究中。尚在研究中。高聚物结构分类高聚物结构分类：高分子链结构高分子链结构 高分子凝聚态结构高分子凝聚态结构高分子链的链结构分类高分子链的链结构分类：高分子近程结构高分子近程结构 高分子远程结构高分子远程结构1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第5页，本讲稿共16页高分子近程结构组成高分子近程结构组成：结构单元的化学组成结构单元的化学组成 结构单元的链接方式结构单元的链接方式 结构单元的空间立体结构结构单元的空间立体结构 支化和交联支化和交联 结构单元链接序列结构单元链接序列高分子远程结构组成高分子远程结构组成：高分子链尺寸高分子链尺寸(相对分子质量、均方半径和均方末端相对分子质量、均方半径和均方末端距距)高分子链的形态高分子链的形态(高分子链的构象、柔性与刚性高分子链的构象、柔性与刚性)。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第6页，本讲稿共16页高分子凝聚态结构组成高分子凝聚态结构组成：晶态结构晶态结构 非晶态结构非晶态结构 液晶结构、液晶结构、高聚物取向结构高聚物取向结构 高聚物多相结构高聚物多相结构1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第7页，本讲稿共16页1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第8页，本讲稿共16页1.1.高分子链结构特点高分子链结构特点1 1）高分子呈链式结构）高分子呈链式结构 长链中的结构单元很多长链中的结构单元很多(10(103 310105 5数量级数量级)；一个结构单元相当于一个小分子，具有周期性；一个结构单元相当于一个小分子，具有周期性；高分子长链可以由一种高分子长链可以由一种(均聚物均聚物)或几种或几种(共聚物共聚物)结构单元组成。结构单元组成。2)2)高分子链具有柔性高分子链具有柔性高分子链的柔性高分子链的柔性：是指一种分子链卷曲的一种现象。是指一种分子链卷曲的一种现象。由单键键合而成的高分子主链一般都具有一定的由单键键合而成的高分子主链一般都具有一定的1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第9页，本讲稿共16页内旋转自由度，结构单元间的相对转动使得分子链内旋转自由度，结构单元间的相对转动使得分子链成卷曲状的现象。成卷曲状的现象。构象构象：由内旋转而形成的原子空间排布。由内旋转而形成的原子空间排布。刚性链刚性链：分子链内结构的变化可能使旋转变得困难或不可分子链内结构的变化可能使旋转变得困难或不可能，这样的分子链被认为变成了刚性链。能，这样的分子链被认为变成了刚性链。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第10页，本讲稿共16页3)3)高聚物的多分散性高聚物的多分散性高聚物的多分散性高聚物的多分散性：高分子材料聚合物反应的产物一般是由长短不一高分子材料聚合物反应的产物一般是由长短不一的高分子链所组成，聚合物分子的相对分子质量是的高分子链所组成，聚合物分子的相对分子质量是不均一的。不均一的。聚合反应是一个随机过程聚合反应是一个随机过程：合成时所用单体在两种以上，则共聚反应的结果合成时所用单体在两种以上，则共聚反应的结果不仅存在分子链长短的分布，而且每个链上的化学不仅存在分子链长短的分布，而且每个链上的化学组成也有一个不同的分布。组成也有一个不同的分布。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第11页，本讲稿共16页1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点 聚合物分子的链结构不同，其性质也不同聚合物分子的链结构不同，其性质也不同线型聚合物、带有支链的线型聚合物性质线型聚合物、带有支链的线型聚合物性质：物理特性是具有弹性和塑性；物理特性是具有弹性和塑性；在适当溶剂中可溶胀或溶解，随温度不断升高，在适当溶剂中可溶胀或溶解，随温度不断升高，聚合物聚合物微观表现为分子链逐渐由链段运动乃至微观表现为分子链逐渐由链段运动乃至整个分子链的运动；整个分子链的运动；宏观表现为聚合物逐渐开始软化乃至熔化而宏观表现为聚合物逐渐开始软化乃至熔化而流动，这些特性随温度的流动，这些特性随温度的降低而呈现逆向性。降低而呈现逆向性。第12页，本讲稿共16页体型聚合物的性质体型聚合物的性质：大分子链之间形成立体网状结构，它具有脆性，大分子链之间形成立体网状结构，它具有脆性，弹性较高，塑性较低，成型前是可溶可熔的，一旦弹性较高，塑性较低，成型前是可溶可熔的，一旦成型固化后就成为既不溶解也不熔融的固体。成型固化后就成为既不溶解也不熔融的固体。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第13页，本讲稿共16页2 2高聚物的聚集态结构特点高聚物的聚集态结构特点 1)1)聚集态结构的复杂性聚集态结构的复杂性 高分子链依靠分子内和分子间的范德华相互作用高分子链依靠分子内和分子间的范德华相互作用堆积在一起，可导致晶态结构和非晶态结构。堆积在一起，可导致晶态结构和非晶态结构。高聚物的晶态结构高聚物的晶态结构 比小分子物质的晶态有序程度差得多比小分子物质的晶态有序程度差得多高聚物的非晶态结构高聚物的非晶态结构 比小分子物质液态的有序程度高。比小分子物质液态的有序程度高。高分子链具有特征的堆砌方式，分子链的空间形高分子链具有特征的堆砌方式，分子链的空间形状可以是卷曲的、折叠的和伸直的，还可能形成某状可以是卷曲的、折叠的和伸直的，还可能形成某种螺旋结构。种螺旋结构。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第14页，本讲稿共16页2)2)具有交联网络结构具有交联网络结构 某些种类的高分子链能够以化学键相互连接形成某些种类的高分子链能够以化学键相互连接形成高分子网状结构，这种结构是橡胶弹性体和热固性高分子网状结构，这种结构是橡胶弹性体和热固性塑料所特有的。塑料所特有的。这种高聚物既不能被溶剂溶解，也不能通过加热这种高聚物既不能被溶剂溶解，也不能通过加热使其熔融。使其熔融。交联度对此类材料的力学性能有着重要影响。交联度对此类材料的力学性能有着重要影响。高聚物长链大分子堆砌在一起可能导致链的缠高聚物长链大分子堆砌在一起可能导致链的缠结，勾结点可看成为可移动的交联点。结，勾结点可看成为可移动的交联点。1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第15页，本讲稿共16页 高分子链的结构高分子链的结构决定了聚合物的基本性能特决定了聚合物的基本性能特点，而聚集态点，而聚集态与材料的性能有着直接的关系。与材料的性能有着直接的关系。结晶对聚合物的性能影响重大结晶对聚合物的性能影响重大 因为结晶造成了高分子的紧密聚集态，增强了分因为结晶造成了高分子的紧密聚集态，增强了分子间的作用力，所以会使聚合物的强度、硬度、刚子间的作用力，所以会使聚合物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热性和耐化学性等都有所提高，而那度及熔点、耐热性和耐化学性等都有所提高，而那些与链运动有关的性能些与链运动有关的性能(如弹性、伸长率和冲击强如弹性、伸长率和冲击强度等度等)则降低。则降低。因而，研究聚合物的聚集态结构特征、形成条件因而，研究聚合物的聚集态结构特征、形成条件及其与材料性能之间的关系，对于控制成型加工条及其与材料性能之间的关系，对于控制成型加工条件，以便获得预定结构和性能的材料，件，以便获得预定结构和性能的材料，1.1 1.1 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点第16页，本讲稿共16页