高分子物理 (3).pdf
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1、高分子溶液高分子溶液 第三讲:第三讲: 高分子浓溶液高分子浓溶液 3.13.1高分子浓溶液的主要高分子浓溶液的主要特征特征 高分子稀溶液和浓溶液的划分,可以从结构的观点,也可以高分子稀溶液和浓溶液的划分,可以从结构的观点,也可以 从物理性质和实际应用的观点来看从物理性质和实际应用的观点来看。在稀溶液中每一个高分在稀溶液中每一个高分 子线团以孤立的个体分散在溶剂中,可以忽视线团间的相互子线团以孤立的个体分散在溶剂中,可以忽视线团间的相互 作用,溶液的物理性质主要反映单个大分子链的结构和形态作用,溶液的物理性质主要反映单个大分子链的结构和形态 ,用以测定分子量和分子的结构参数,用以测定分子量和分子
2、的结构参数。当溶液浓度逐渐增大当溶液浓度逐渐增大 时,高分子线团间相互作用显得重要起来。由于高分子链段时,高分子线团间相互作用显得重要起来。由于高分子链段 间和链段与溶剂分子间的相互作用,高分子间和链段与溶剂分子间的相互作用,高分子-良溶剂溶液中高良溶剂溶液中高 分子线团尺寸随溶液浓度的增大而缩小。分子线团尺寸随溶液浓度的增大而缩小。 当溶液浓度更大时,高分子线团将相互穿透,其堆砌密度随当溶液浓度更大时,高分子线团将相互穿透,其堆砌密度随 溶液浓度的增大而增大,所以高分子浓溶液结构已是相互穿溶液浓度的增大而增大,所以高分子浓溶液结构已是相互穿 透的无规线团的密集堆砌,与非晶态高聚物本体的结构相
3、似透的无规线团的密集堆砌,与非晶态高聚物本体的结构相似 ,仅仅是线团的堆砌密度比非晶高聚物本体小而已。由于体,仅仅是线团的堆砌密度比非晶高聚物本体小而已。由于体 系的粘度大,松弛时间长,高分子浓溶液很难达到热力学的系的粘度大,松弛时间长,高分子浓溶液很难达到热力学的 平衡态,实际应用制备高分子浓溶液时往往表现出历史效应平衡态,实际应用制备高分子浓溶液时往往表现出历史效应 ,并给浓溶液的研究带来困难。,并给浓溶液的研究带来困难。有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考 证资料或关注桃报:奉献教育(店铺)证资料或关注桃报:奉献教育(店铺) (
4、1)高分子浓溶液不同于稀溶液的一个特点是粘度的不稳)高分子浓溶液不同于稀溶液的一个特点是粘度的不稳 定性。浓溶液中,大分子不一定均匀分散,常会发生分子间定性。浓溶液中,大分子不一定均匀分散,常会发生分子间 的聚集,因而导致粘度等性能的反常;将高分子浓溶液静置的聚集,因而导致粘度等性能的反常;将高分子浓溶液静置 或冷却,有时溶液可能分为两相,出现两层溶液;或冷却,有时溶液可能分为两相,出现两层溶液;有时溶液有时溶液 并不明显地分为两层,而是随着缓慢地冷却,由于缔合而不并不明显地分为两层,而是随着缓慢地冷却,由于缔合而不 断形成网络结构,使其粘度逐渐增大,当冷却至某一温度时断形成网络结构,使其粘度
5、逐渐增大,当冷却至某一温度时 体系突然固化而失去流动性,这一过程称凝胶化。凝胶化的体系突然固化而失去流动性,这一过程称凝胶化。凝胶化的 固体有凝胶和冻胶两种,它们能吸收超过其自身质量许多倍固体有凝胶和冻胶两种,它们能吸收超过其自身质量许多倍 的溶剂的溶剂。 凝胶是高分子链之间以化学键连结的交联结构溶胀体,加热不凝胶是高分子链之间以化学键连结的交联结构溶胀体,加热不 溶解液不能熔融。自然界的生物体都是凝胶,一方面具有强度溶解液不能熔融。自然界的生物体都是凝胶,一方面具有强度 而可以保持形状而又柔软,另一方面允许新陈代谢,排泄废物而可以保持形状而又柔软,另一方面允许新陈代谢,排泄废物 和吸取营养。
6、和吸取营养。冻胶是由范德华力交联形成的,当温度升高、机冻胶是由范德华力交联形成的,当温度升高、机 械搅拌、或较大的剪切作用时范德华交联被拆散,溶液粘度又械搅拌、或较大的剪切作用时范德华交联被拆散,溶液粘度又 可骤然降低而使冻胶溶解,这种性质称为触变性。若把沉淀剂可骤然降低而使冻胶溶解,这种性质称为触变性。若把沉淀剂 加入高分子浓溶液也能起凝胶作用而生产冻胶。加入高分子浓溶液也能起凝胶作用而生产冻胶。 冻胶的变化是可逆的,因为溶解和凝胶作用可以随温度的升冻胶的变化是可逆的,因为溶解和凝胶作用可以随温度的升 降或溶剂的改变而往复发生,所以又称冻胶为可逆凝胶。湿降或溶剂的改变而往复发生,所以又称冻胶
7、为可逆凝胶。湿 法纺丝的凝固浴作用就是利用这个原理来达到纤维成型的。法纺丝的凝固浴作用就是利用这个原理来达到纤维成型的。 此外冻胶可以被第二溶剂破坏,因为多数冻胶是由大分子链此外冻胶可以被第二溶剂破坏,因为多数冻胶是由大分子链 上极性基团形成的次价力网络,当加入极性适当的第二溶剂上极性基团形成的次价力网络,当加入极性适当的第二溶剂 时,对大分子链上极性基起屏蔽作用,破坏了词价力结点。时,对大分子链上极性基起屏蔽作用,破坏了词价力结点。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育 (店铺)(
8、店铺) (2)高分子浓溶液的粘度和分子形态及制备历程有关。例)高分子浓溶液的粘度和分子形态及制备历程有关。例 如,从极稀溶液浓缩所得的浓溶液,其大分子的卷曲程度及如,从极稀溶液浓缩所得的浓溶液,其大分子的卷曲程度及 大分子间的相互缠结作用显然不同于从固态高聚物直接溶解大分子间的相互缠结作用显然不同于从固态高聚物直接溶解 所得的浓溶液。所得的浓溶液。前者的粘度小,分子卷曲成球状,不易产生前者的粘度小,分子卷曲成球状,不易产生 分子间的网络结构;后者的粘度大,分子形态较为舒展,有分子间的网络结构;后者的粘度大,分子形态较为舒展,有 利于产生分子间交联。在制备纺丝溶液时必须予以注意利于产生分子间交联
9、。在制备纺丝溶液时必须予以注意。 (一)高分子的增塑作用是指:为了改变某些高聚物的使用(一)高分子的增塑作用是指:为了改变某些高聚物的使用 性能和加工性能,在高聚物中加入高沸点的有机物或低熔点性能和加工性能,在高聚物中加入高沸点的有机物或低熔点 的固体物质降低聚合物的的固体物质降低聚合物的Tg和和Tf,以增加其流动性、可塑性,以增加其流动性、可塑性 和制品的柔韧性,扩大应用范围,这种作用叫做增塑作用,和制品的柔韧性,扩大应用范围,这种作用叫做增塑作用, 所加入的物质称为增塑剂。所加入的物质称为增塑剂。 3.2 高分子的增塑作用和增塑体系高分子的增塑作用和增塑体系 增塑剂常常是“类溶剂”物质,可
10、以是低分子物或者低聚物增塑剂常常是“类溶剂”物质,可以是低分子物或者低聚物 以致发展到高聚物,这就是现在广泛应用的高聚物与高聚物以致发展到高聚物,这就是现在广泛应用的高聚物与高聚物 的共混体系,因此广义上说,高聚物的增塑体系,也是一种的共混体系,因此广义上说,高聚物的增塑体系,也是一种 特殊的浓溶液。特殊的浓溶液。高聚物的本体粘度一般很大,达高聚物的本体粘度一般很大,达1012Pa.s,而,而 低分子增塑剂仅为低分子增塑剂仅为10-3 Pa.s,相差,相差15个数量级,因此在高聚个数量级,因此在高聚 物中加入定量的增塑剂,可以显著地改变高聚物的粘度,以物中加入定量的增塑剂,可以显著地改变高聚物
11、的粘度,以 适用于不同材料的要求。增塑作用的表现是多方面的,通常适用于不同材料的要求。增塑作用的表现是多方面的,通常 有以下几种情况有以下几种情况: (1)内增塑和外增塑)内增塑和外增塑 高聚物中,由于外加增塑剂而产生高聚物中,由于外加增塑剂而产生 的增塑作用叫外增塑。因为增塑剂分子不是主价键与高聚物的增塑作用叫外增塑。因为增塑剂分子不是主价键与高聚物 的大分子连接,它容易被蒸发,迁移或萃取而失去,故外增的大分子连接,它容易被蒸发,迁移或萃取而失去,故外增 塑又称为暂增塑。塑又称为暂增塑。如果合成一种在主链上带有长支链(可以如果合成一种在主链上带有长支链(可以 取代基,也可以是接枝的分枝)的聚
12、合物,或在聚合过程中取代基,也可以是接枝的分枝)的聚合物,或在聚合过程中 引入第二单体,第二单体共聚在聚合物分子结构中,这种采引入第二单体,第二单体共聚在聚合物分子结构中,这种采 用化学方法进行的增塑叫内增塑。用化学方法进行的增塑叫内增塑。 内增塑剂实际上是聚合物分子的一部分,由于支链降低了大分内增塑剂实际上是聚合物分子的一部分,由于支链降低了大分 子链之间的作用力,共聚降低了大分子链的规整度,从而破坏子链之间的作用力,共聚降低了大分子链的规整度,从而破坏 结晶,增加塑性。目前已开发了许多这类产品,例如氯乙烯与结晶,增加塑性。目前已开发了许多这类产品,例如氯乙烯与 醋酸乙烯酯的共聚物,纤维素的
13、硝化或乙酰化等。醋酸乙烯酯的共聚物,纤维素的硝化或乙酰化等。一般说来,一般说来, 外增塑比内增塑能产生较好的性能,但不一定能产生较好的耐外增塑比内增塑能产生较好的性能,但不一定能产生较好的耐 久性。内增塑的优点在于聚合物结构本身的自增塑作用。久性。内增塑的优点在于聚合物结构本身的自增塑作用。 (2)正增塑和反增塑当增塑剂加入到高聚物中时,在正常情)正增塑和反增塑当增塑剂加入到高聚物中时,在正常情 况下,它们能降低弹性模量、降低抗张强度并增加伸长率,这是况下,它们能降低弹性模量、降低抗张强度并增加伸长率,这是 正增塑。但有时也出现恰恰相反的情况,当增塑剂含量少时,一正增塑。但有时也出现恰恰相反的
14、情况,当增塑剂含量少时,一 切增塑剂都会起反增塑剂的作用,即它们反而使聚合物的硬度增切增塑剂都会起反增塑剂的作用,即它们反而使聚合物的硬度增 加,伸长率下降。对这种反常行为的原因一直有争论。加,伸长率下降。对这种反常行为的原因一直有争论。Horsley 用用X-射线衍射证明,当有少量增塑剂存在时,由于运动自由度增射线衍射证明,当有少量增塑剂存在时,由于运动自由度增 加而导致树脂结晶,只有加入大量增塑剂以后,结晶才能重新充加而导致树脂结晶,只有加入大量增塑剂以后,结晶才能重新充 分溶解,产生明显的增塑,显然结晶度能增加抗张强度和弹性模分溶解,产生明显的增塑,显然结晶度能增加抗张强度和弹性模 量,
15、量,但这并不是产生反增塑作用的全部原因,它不能解释极性较但这并不是产生反增塑作用的全部原因,它不能解释极性较 强的增塑剂促使树脂的结晶能力小于极性低的增塑剂。强的增塑剂促使树脂的结晶能力小于极性低的增塑剂。有缘学习有缘学习 更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺)更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺) Chersa提出了一个补充假说,认为增塑剂分子通过它们的极性基提出了一个补充假说,认为增塑剂分子通过它们的极性基 与聚氯乙烯树脂相联系,在低浓度时,增塑剂分子通过增大的空与聚氯乙烯树脂相联系,在低浓度时,增塑剂分子通过增大的空
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