第八章高聚物的溶液性质及其应用讲述.pptVIP

2. 研究高分子溶液理论的意义 高分子溶液是人们在生产实践和科学研究中经常遇到的对象 1、溶解过程缓慢，且先溶胀再溶解 由于大分子链与溶剂小分子尺寸相差悬殊，扩散能力不同，加之原本大分子链相互缠结，分子间作用力大，因此溶解过程相当缓慢，常常需要几小时、几天，甚至几星期。 2、结晶聚合物比非晶态聚合物难于溶解 非晶态聚合物分子链堆砌比较疏松，分子间相互作用较弱，因此溶剂分子较容易渗入聚合物内部使其溶胀和溶解。 极性 有时室温下可溶于强极性溶剂，例如聚酰胺室温下可溶于苯酚-冰醋酸混合液。这是由于溶剂先与材料中的非晶区域发生溶剂化作用，放出热量使晶区部分熔融，然后溶解。 3、交联聚合物只溶胀，不溶解 （三）溶剂选择原则 根据理论分析和实践经验，溶解聚合物时可按以下几个原则选择溶剂： 1. 极性相似原则 表8-2 若干溶剂的溶解度参数 3. 广义酸碱作用原则（溶剂化原则） 一般来说，溶解度参数相近原则适用于判断非极性或弱极性非晶态聚合物的溶解性，若溶剂与高分子之间有强偶极作用或有生成氢键的情况则不适用。例如聚丙烯腈的δ=31.4，二甲基甲酰胺的δ=24.7，按溶解度参数相近原则二者似乎不相溶，但实际上聚丙烯腈在室温下就可溶于二甲基甲酰胺，这是因为二者分子间生成强氢键的缘故。这种情况下，要考虑广义酸碱作用原则。 聚氯乙烯的δ=19.4，与氯仿（δ=19.0）及环己酮（δ=20.2）均相近，但聚氯乙烯可溶于环己酮而不溶于氯仿，究其原因，是因为聚氯乙烯是亲电子体，环己酮是亲核体，两者之间能够产生类似氢键的作用。而氯仿与聚氯乙烯都是亲电子体，不能形成氢键，所以不互溶。 计算中假定一个大分子可视为由r个体积与小分子相同的单元（链段）组成，每个单元和每个小分子每次只能占据格子模型中一个格子，于是体积分数为： 用摩尔数n替换分子数，则有： （三）稀释自由能的计算 后一个等式借用了公式（8-11）。由于溶液很稀，所 以， ， 为溶剂摩尔体积。 另外当 时，展开 由此得到渗透压等于 通过换算，用浓度 替换体积分数 ， 为聚合物的密度）， 得到 （8-19） 当浓度c很小时， 项可以忽略，则式（8-19）变为： 由此可见，通过实验分别测定若干不同浓度溶液的渗透压π，用π/c对c作图将得到一条直线（图8-4）。 (8-20) 图8-4 π/ c对c作图 从直线的截距可求得 聚合物分子量 ， 从直线斜率可求得 第二维利系数 。 渗透压法测得的分子量是数均分子量 ，而且是绝对分子量。这是因为溶液的渗透压是各种不同分子量的大分子共同贡献的。其测量的分子量上限取决于渗透压计的测量精度，下限取决于半透膜的大孔尺寸，膜孔大，很小的分子可能反向渗透。 第二、第三维利系数 、 式（8-19）中 称为第三维利系数。 称为第二维利系数； (8-21) 第二维利系数 是一重要参数，它与 有关，因此也可以表征大分子链段-链段、链段-溶剂分子间的相互作用，表征大分子在溶液中的形态，判断溶剂的良劣。 当 ， ＝0，已知此时溶液处于 状态。 大分子链处于自由伸展的无扰状态，溶液性质符合理想溶液的行为。 由（8-20）式得知，此时渗透压公式变为： 除与高分子-溶剂体系有关外，还与实验温度相关。一般温度升高， 值增大；温度下降， 值降低。原本一个良溶解体系，随着温度下降，有可能变成不良溶解体系。 当 ， ＞0，此时有 ，说明链段-溶剂间的相互作用大，溶剂化作用强，大分子链舒展，排斥体积大，溶剂为良溶剂。 当 ， ＜0，此时链段间的引力作用强，链段-溶剂间的相互作用小，大分子链线团紧缩，溶解能力差，甚至从溶液中析出，溶剂为不良溶剂。 图8-5 溶剂化和温度对溶液中高分子构象的影响