chapter高分子链的结构近程结构A实用.pptx
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1、2023/3/231大分子链都是由数目很大的结构单元通过共价键连结而成大分子链的几何形状分为线形、支链、网状结构大分子大分子链的单键若无空间阻碍时,由内旋转呈现无数构象,从而使高分子链具有柔性。(高分子材料具有高弹性)大分子链之间靠范德华力作用结合(静电力、诱导力、氢键等),从而形成晶态、非晶态、取向态、织态结构的聚合物。高分子链结构具有不均一性(聚合度及分子量大小不一样)高分子结构的主要特征高分子结构的主要特征第1页/共57页2023/3/2321-1高分子结构的分类 高分子结构:指组成高分子的不同尺度的结构单元在空 间的相对排列.包括:链的结构(近程结构和远程结构)凝聚态结构第2页/共57
2、页2023/3/233高分子结构(microstructure)链结构(chain)单个分子的结构和形态(morphology)近程结构(一级结构):是构成聚合物最基本的微观结构,包括高分子基本的结构单元的化学结构和立体化学结构.其中前者包括高分子链的原子种类、排列、取代基和端基的种类、单体单元的链接方式、支链的类型和长度等。构型:是指原子的取代基在空间的排列:包括几何异构和立体异构。远程结构(二级结构):指单个大分子的大小和在空间的存在的各种形状(形态、构象)例如:伸直链、无规线团、折叠链。凝聚态结构:是指大分子之间的几何排列(如何堆砌的)包括晶态结构,非晶态,取向态,液晶态,织态等结构。是
3、在加工过程中形成的,是由微观结构向宏观结构过渡的状态。第3页/共57页2023/3/234近程结构:直接影响Tm、溶解性、粘度、粘附性。凝聚态结构:决定Polymer制品使用性能的主要因素。远程结构:(小分子没有,大分子独有):赋予高 分子链柔性,致使聚合物有高弹性。聚合物结构决定其性能:第4页/共57页2023/3/235结构单元的化学组成结构单元的化学组成构型构型(Configuration)分子构造分子构造共聚物的序列结构共聚物的序列结构1-2高分子链近程结构高分子链近程结构重点及要求:掌握单个高分子链的基本化学结构及构造,高分子链的构型等;了解当分子链的组成、构型、构造不同时,高分子材
4、料的性能会有很大差别。第5页/共57页2023/3/236一、高分子链结构单元的化学组成一、高分子链结构单元的化学组成 Composition of Polymer Chain结构单元结构单元主链主链侧链基团侧链基团 或或 取代基取代基e.g.Polyvinyl Chloride-PVC聚合度聚合度第6页/共57页2023/3/237Table 1-1 The Chemical Structures of some Polymers聚丙烯聚丙烯PP Polypropylene聚异丁烯聚异丁烯PIB Polyisobutylene聚丙烯酸聚丙烯酸Polyacrylic acid聚甲基丙烯酸甲酯聚
5、甲基丙烯酸甲酯PMMAPolymethyl methacrylate第7页/共57页2023/3/238聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯 PVAc Polyvinyl acetate聚乙烯基甲基醚聚乙烯基甲基醚 PVMEPolyvinyl methyl ether聚丁二烯 PB Polybutadiene聚异戊二烯聚异戊二烯 PIP Polyisoprene第8页/共57页2023/3/239聚氯乙烯聚氯乙烯 PVC Polyvinyl Chloride聚偏二氯乙烯聚偏二氯乙烯PVDCPolyvinylidene Chloride聚四氟乙烯聚四氟乙烯 PTFE Polytetrafluoroethyl
6、ene Teflon聚丙烯腈聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile聚甲醛聚甲醛 POM Polyformaldehyde 第9页/共57页2023/3/2310聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺 Polyhexamethylene adipamide Nylon6-6聚氧化乙烯聚氧化乙烯 PEO Polyethyleneoxide聚己内酰胺聚己内酰胺 Poly(-caprolactam)or caprone i.e Nylon 6聚聚-甲基苯乙烯甲基苯乙烯 Poly(-methyl)styrene第10页/共57页2023/3/2311聚苯醚聚苯醚 PPOPolyphenylene o
7、xide,or Polyphenylene ether聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯 PET Polyethylene terephthlate聚碳酸酯聚碳酸酯 PC Polycarbonate第11页/共57页2023/3/2312聚醚醚酮聚醚醚酮 PEEK Polyether ether Ketone对苯二甲酰对苯二胺对苯二甲酰对苯二胺 PPTA Kevlar Poly(p-phenylene-terephthalamide)聚酰亚胺聚酰亚胺 Polyimide第12页/共57页2023/3/2313聚四甲基对亚苯基硅氧烷聚四甲基对亚苯基硅氧烷 TMPS Poly(tetrameth
8、yl p-silphenylene)siloxane聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷 Polydimethyl silioxane or silicon rubber上述聚合物结构上述聚合物结构-基本性能,了解当化学组成不同时,性能不基本性能,了解当化学组成不同时,性能不同同第13页/共57页2023/3/2314.碳链高分子杂链高分子元素有机高分子 梯形和双螺旋形高分子端基第14页/共57页2023/3/23151.碳链高分子:主链全部由碳原子组成(有共价键连接而成)由加成反应得到:例如:PE、PP、PVC、PS、PMMA。特点:不溶于水,可塑性(可加工性)但耐热性差。2.杂链高分子:主链除中碳
9、原子外,还有O、S、N等两种或两种以上的原子组成。由缩聚或开环反应得到:e.g:PA(尼龙)、PET(涤纶)、PPO(聚苯醚)、PSU(聚砜)、POM(聚甲醛)、PPS(聚苯硫醚)。特点:具有极性,易水解、醇解,耐热性比较好,强度高。可用作工程塑料。第15页/共57页2023/3/23163.元素有机高分子:主链中不含碳,含有Si、P、Ti、Al等元素,特点:具有无机物的热稳定性,有机物的弹性和塑性。e.g:硅橡胶 -123 使用,耐低温性好第16页/共57页2023/3/23174.梯形和双螺旋形高分子梯形和双螺旋形高分子:e.g:PI 聚酰亚胺 可耐高温 320 模量都非常高 耐热性非常好
10、 第17页/共57页2023/3/23185.端基End Group:端基对polymer的力学性能没有影响,但对热稳定性影响最大,要提高耐热性,一般要对高分子链进行封端。e.g:加入封端,以提高PET耐热性和控制分子量,以排除小分子来调节分子量。第18页/共57页2023/3/2319四氟乙烯和六氟丙烯共聚物(四氟乙烯和六氟丙烯共聚物(F-46)F-46)传统合成方法:乳液聚合传统合成方法:乳液聚合,产品质量差,熔融,产品质量差,熔融挤出加工成制品时,挤出加工成制品时,F46F46制品出现黄色斑点,制品出现黄色斑点,制品的电绝缘性能降低。其原因是端基分解导制品的电绝缘性能降低。其原因是端基分
11、解导致:致:NaSONaSO4 4(CF(CF2 2-CF-CF2 2)n n(CF(CF2 2-CF(CF-CF(CF3 3)m mSOSO4 4NaNa新合成方法:用全氟过氧化酰引发剂引发聚合:新合成方法:用全氟过氧化酰引发剂引发聚合:得得四氟乙烯和六氟丙烯共聚物的端基为:四氟乙烯和六氟丙烯共聚物的端基为:Rf-(CFRf-(CF2 2-CF-CF2 2)n n(CF(CF2 2-CF(CF-CF(CF3 3)m mRfRf加工稳定性好,制品性能优异,属高品质的有加工稳定性好,制品性能优异,属高品质的有机氟材料,附加值高。机氟材料,附加值高。第19页/共57页2023/3/2320取代基对
12、聚合物的性能有重要影响取代基对聚合物的性能有重要影响主链相同(如,碳链),取代基不同,聚合物的化学和主链相同(如,碳链),取代基不同,聚合物的化学和物理性质不同,取代基不同,形成了一系列聚合物品种物理性质不同,取代基不同,形成了一系列聚合物品种 。取代基的电子效应和立体效应对主链有影响,对主链之取代基的电子效应和立体效应对主链有影响,对主链之间的排列有影响,同时,取代基可赋予聚合物相应化学间的排列有影响,同时,取代基可赋予聚合物相应化学与物理特性。与物理特性。如:如:PEPE:CHCH2 2CHCH2 2、PTFEPTFE:CFCF2 2CFCF2 2、PPPP:CHCH2 2CHCH(CHC
13、H3 3)、)、PSPS:CHCH2 2CHCH(C C6 6H H5 5)(有苄基氢)、)(有苄基氢)、PVCPVC:CHCH2 2CHClCHCl、取代基对取代基对H H有重要有重要影响影响第20页/共57页2023/3/2321PTFE:CF2CF2Molecular models of polytetraethylene第21页/共57页2023/3/2322有机氟高分子的结构特点有机氟高分子的结构特点有机氟高分子的主链上带有大量的氟原子,有机氟高分子的主链上带有大量的氟原子,氟原子吸引电子和束缚电子云的能力最强,氟原子吸引电子和束缚电子云的能力最强,而且氟原子的原子半径小、电子云密度
14、大、电子云而且氟原子的原子半径小、电子云密度大、电子云流动性小,难极化,与碳原子形成的流动性小,难极化,与碳原子形成的C CF F键的键能键的键能比比C CH H键大,键大,C CF F键稳定,不易被破坏。有机氟高分子特有的键稳定,不易被破坏。有机氟高分子特有的“氟代效应氟代效应”,使与,使与C CF F键相邻的化学建均得键相邻的化学建均得到加强;到加强;同时,氟原子的电子云对高分子主链(碳链)有强同时,氟原子的电子云对高分子主链(碳链)有强的屏蔽作用,这种强屏蔽作用对有机氟高分子(如,的屏蔽作用,这种强屏蔽作用对有机氟高分子(如,聚四氟乙烯等)主链起到了保护作用,这种特殊的聚四氟乙烯等)主链
15、起到了保护作用,这种特殊的高分子结构可赋予有机氟高分子及其制品诸多优异高分子结构可赋予有机氟高分子及其制品诸多优异性能。性能。第22页/共57页2023/3/2323有机氟高分子的特殊结构可赋予有机氟高分子有机氟高分子的特殊结构可赋予有机氟高分子及其制品诸多优异性能及其制品诸多优异性能如如高高耐耐候候性性、高高抗抗紫紫外外线线性性和和高高耐耐化化学学性性、高高耐耐腐蚀性等化学特性。腐蚀性等化学特性。同同时时,C CF F键键又又有有难难极极化化的的特特点点,这这使使有有机机氟氟高高分子材料的表面能最低,分子材料的表面能最低,表表面面能能低低使使氟氟材材料料表表面面有有很很好好的的拒拒水水性性、
16、拒拒油油性性、耐沾污性和理想的生物稳定性及相容性。耐沾污性和理想的生物稳定性及相容性。第23页/共57页2023/3/2324有机氟高分子的化学特性:有机氟高分子的化学特性:最好的化学稳定性:最好的化学稳定性:高抗紫外线性、高耐候性、高耐化学性、高耐老化性特异的表面性能特异的表面性能表面能最低表面能最低:拒水性好、拒油性好、耐沾污性好理想的生物稳定性和生物相容性:理想的生物稳定性和生物相容性:优异的光学性能优异的光学性能:可有低折射率、高透明性优异的电学性能优异的电学性能:低介电常数、高绝缘性 有机氟高分子材料有机氟高分子材料被誉为“有机材料之王有机材料之王”。第24页/共57页2023/3/
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