聚合物的結構與性能演示文稿當前第1頁\共有38頁\編于星期三\10點（優(yōu)選）聚合物的結構與性能當前第2頁\共有38頁\編于星期三\10點橡膠塑料纖維當前第3頁\共有38頁\編于星期三\10點工業(yè)民用航天當前第4頁\共有38頁\編于星期三\10點豐富多彩的高分子世界？高分子結構的多樣性？微觀結構與宏觀性能當前第5頁\共有38頁\編于星期三\10點§3-1.高分子化合物的結構當前第6頁\共有38頁\編于星期三\10點單根鏈聚合物是由許多高分子鏈聚集而成，其結構分兩方面:（1）單個高分子鏈的結構（決定本體性能）（2）許多高分子鏈堆砌在一起--聚集態(tài)（決定實際性能）結構單元長鏈分子許多鏈堆砌當前第7頁\共有38頁\編于星期三\10點ChainstructureConformationandmolecularweightCrystallinestate,amorphousstate,orientatingstate,liquid-crystallinestateStructureofaggregationstateConfiguration結構單元的化學組成、連接順序、立體構型，以及支化、交聯(lián)等近程結構（一級結構）遠程結構（二級結構）高分子鏈的形態(tài)（構象）以及高分子的大小（分子量）鏈結構聚集態(tài)結構（三級結構）晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)、液晶態(tài)及織態(tài)等聚合物的結構當前第8頁\共有38頁\編于星期三\10點高分子鏈結構的特點

●既簡單又復雜；

●長而柔；

●分子量大而不均勻一、（單根）高分子鏈的結構當前第9頁\共有38頁\編于星期三\10點主鏈支鏈端基側基結構術語1）.化學組成1.一級結構當前第10頁\共有38頁\編于星期三\10點CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯(A)碳鏈高分子主鏈特點：不溶于水，可塑性（可加工性）好但耐熱性差。主鏈全部由碳原子組成PE,PP,PVC,PMMA，PTFE等當前第11頁\共有38頁\編于星期三\10點CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2尼龍(B)雜鏈高分子（除C以外，還含N，O，S）NH＝COC＝ONHPET,PPO,PSV,POM,PPS，等都有極性，易水解、醇解；耐熱性比較好，強度高常用作工程塑料。當前第12頁\共有38頁\編于星期三\10點SiOOOOOOSiSiSiSiSiCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3聚二甲基硅氧烷(C)元素高分子（主鏈不含C）具有無機物的熱穩(wěn)定性和有機物的彈塑性，強度較低。當前第13頁\共有38頁\編于星期三\10點不影響力學性能，但影響熱穩(wěn)定性，化學穩(wěn)定性非反應性：－CH3、－OCH3，如聚甲醛受熱降解從端羥基開始，必須進行酯化或醚化以封端。端基(endgroup)HO-CH2-O-CH2-O-CH2-O-CH2-O-CH2-OH酯化CH3O-CH2-O-CH2-O-CH2-O-CH2-O-CH2-OCH3當前第14頁\共有38頁\編于星期三\10點反應性：－OH、－COOH、－NH2，可進一步反應合成復雜結構可用來測分子量HO-CH2-CH=CH-CH2--CH2-CH=CH-CH2-OH當前第15頁\共有38頁\編于星期三\10點側基(sidegroup)由單體帶入的與主鏈相接的基團例：－(CH2－CH)－聚苯乙烯中的苯環(huán)聚甲基丙烯酸酯中的甲基和酯基－(CH2－C)－CH3OCH3(C4H9)C=O｜｜｜體積、極性會影響聚合物的熱性能和力學性能當前第16頁\共有38頁\編于星期三\10點由聚合生成：結構與主鏈相同與側基的區(qū)分:側基化學結構與主鏈不同支鏈branch會影響聚合物的規(guī)整性，從而影響熱性能和力學性能當前第17頁\共有38頁\編于星期三\10點構型（configuration）是指分子中由化學鍵所固定的原子在空間的排列，改變構型必須經過化學鍵的斷裂和重組。2)構型高聚物不同的異構體旋光異構幾何異構鍵接異構影響鏈的立構規(guī)整性分子鏈排列當前第18頁\共有38頁\編于星期三\10點Head-to-tailHead-to-headTail-to-tailA.鍵接異構當前第19頁\共有38頁\編于星期三\10點CH2CH2C＝CCH2CH2CH2C＝CCH2CH2CH2C＝CCH2C＝CCH2CCCH2CCCH2CH2CCCH2CH2CCCH2CH2CC反式順式B.幾何異構(順反異構)重復周期：0.48?重復周期：0.816?當前第20頁\共有38頁\編于星期三\10點C.旋光異構因內、外消旋作用，所以大部分無旋光性;但有些生物高分子具有旋光性對應用做材料的高分子來說，關心的不是具體構型(左旋或右旋)，而是構型在分子鏈中的異同，即全同(等規(guī))、間同或無規(guī)。當前第21頁\共有38頁\編于星期三\10點Isotactic全同立構Atactic

無規(guī)立構Syndiotactic間同立構結構規(guī)整較規(guī)整不規(guī)整等規(guī)度(tacticity):全同或間同立構單元所占的百分數(shù)當前第22頁\共有38頁\編于星期三\10點主鏈化學元素不同，性能、應用不同PEPA66Tg-68°C47°C拉伸強度22～39MPa75～85MPa當前第23頁\共有38頁\編于星期三\10點氟原子吸引電子和束縛電子云的能力最強而且氟原子的原子半徑小、電子云密度大、電子云流動性小，難極化，與碳原子形成的C-F鍵的鍵能比C-H鍵大，C-F鍵穩(wěn)定，不易被破壞。有機氟高分子特有的“α—氟代效應”，使與C-F鍵相鄰的化學建均得到加強；同時，氟原子的電子云對高分子主鏈（碳鏈）有強的屏蔽作用，這種強屏蔽作用對有機氟高分子（如，聚四氟乙烯等）主鏈起到了保護作用，這種特殊的高分子結構可賦予有機氟高分子及其制品諸多優(yōu)異性能。主鏈鍵接原子不同，性能亦不同PTFE：－CF2－CF2－當前第24頁\共有38頁\編于星期三\10點有機氟高分子的化學特性：最好的化學穩(wěn)定性：高抗紫外線性、高耐候性、高耐化學性、高耐老化性特異的表面性能—表面能最低：拒水性好、拒油性好、耐沾污性好理想的生物穩(wěn)定性和生物相容性：優(yōu)異的光學性能：可有低折射率、高透明性優(yōu)異的電學性能：低介電常數(shù)、高絕緣性

有機氟高分子材料被譽為“有機材料之王”。當前第25頁\共有38頁\編于星期三\10點PP,Tg=-10°CPS,Tg=100°CPVC,Tg=87°CCl主鏈相同,側基不同時，性質也會不同當前第26頁\共有38頁\編于星期三\10點

線形高分子linear長支鏈無規(guī)支化短支鏈支化高分子

branched星形有規(guī)支化梳形交聯(lián)高分子crosslinked3)分子構造當前第27頁\共有38頁\編于星期三\10點梯形聚合物(ladderpolymer)片型聚合物(sheetpolymer)其它：當前第28頁\共有38頁\編于星期三\10點樹枝狀聚合物(Dendrimer)超枝化聚合物(hyperbranchedpolymer)當前第29頁\共有38頁\編于星期三\10點線型分子：分子間無化學鍵結合,可溶，可熔，易于加工，可重復應用，一些合成纖維，“熱塑性”塑料（PVC，PS等屬此類）長支化分子：分子間雖無化學鍵結合,，但分子間纏結嚴重，一般也可溶(慢、難），但結晶度、密度、強度均比線型差網狀分子：不溶，不熔，耐熱，耐溶劑等性能好，但加工只能在形成網狀結構之前，一旦交聯(lián)為網狀，便無法再加工，“熱固性”塑料（酚醛、脲醛屬此類）

規(guī)整網絡結構，如全梯型吡隆、碳纖維高強、耐高溫構造不同,性能亦不同當前第30頁\共有38頁\編于星期三\10點高密度聚乙烯(HDPE)highdensityPE低密度聚乙烯(LDPE)lowdensityPE線性低密度聚乙烯(LLDPE)(乙烯+丁烯-1共聚)以PE為例:交聯(lián)聚乙烯crosslinkedPE當前第31頁\共有38頁\編于星期三\10點LDPE（自由基聚合）支鏈多，密度小（），較柔軟。用于制食品袋、農用薄膜、層壓紙等等HDPE（配位聚合，Zigler催化劑）幾乎無支鏈的線形PE，所以密度大（），硬，規(guī)整性好，結晶度高，強度、剛性、熔點均高。可用作工程塑料部件，繩纜、注塑成型或中空成型制品（管材、大型貯槽）等等LLDPE（配位聚合）密度，既有LDPE的性能又有HDPE的優(yōu)點，廣泛代替使用。抗張、抗撕裂強度較LDPE好。可用于薄膜、電纜保護層交聯(lián)PE(輻射交聯(lián))

軟化點和強度均大大提高，大多用于電氣接頭，電纜的絕緣套管等當前第32頁\共有38頁\編于星期三\10點例2:橡膠硫化未硫化:分子間容易滑動,受力后不能恢復原狀硫化后:不易滑動,有可逆的彈性形變注意:交聯(lián)度不同,性能也不相同.當前第33頁\共有38頁\編于星期三\10點支化與交聯(lián)的性能差異:支化的高分子可以溶解;交聯(lián)的高分子不溶解,在交聯(lián)度不大的情況下溶脹,不熔融熱固性塑料和硫化橡膠都是交聯(lián)高分子交聯(lián)的作用:1.使分子在使用時制止分子間的流動,即提高強度

2.提高耐熱性3.提高抗溶劑性,即不容易溶解于有機溶劑當前第34頁\共有38頁\編于星期三\10點1)高分子鏈的構象(Conformation)2.二級結構由于圍繞單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同排列構象是由分子內熱運動引起的物理現(xiàn)象，是不斷改變的，具有統(tǒng)計性質。因此講高分子鏈取某種構象是指的是它取這種構象的幾率最大。FullextendedchainRandomcoilsFoldedchainhelical高分子鏈在分子內旋轉作用下可采取各種可能的形態(tài)-不同的構象：當前第35頁\共有38頁\編于星期三\10點

高分子鏈的單鍵內旋轉使大分子鏈會卷曲成各種不同形狀，對外力有很大的適應性，這種特性稱為大分子鏈的柔順性。對高聚物的彈性和塑性等有重要影響。柔順性與單鍵內旋轉的難易程度有關。2）高分子鏈的柔順性當前第36頁\共有38頁\編于星期三\10點高分子鏈的內旋轉主要受其分子結構的制約，因而分子鏈的柔順性與其分子結構密切相關。主鏈結構的影響：CCCNCOO、N原子周圍的原子比C原子少，內旋轉的位阻小；而Si-O-Si的鍵角也大于C-C-C鍵，因而其內旋轉位阻更小，即使在低溫下也具有良好的柔順性。當前第37頁\共有38頁\編于星期三\10點

當主鏈中含非共軛雙鍵時，雖然雙鍵本身不會內旋轉，但卻使相鄰單鍵的非鍵合原子間距增大，從而使內旋轉較容易，柔順性好。---CH2?CH2?CH2------CH2?CH=CH?CH2---

Po