第二讲-高分子材料结构及其应用.pdf

第一章 高分子的分子结构 结构形成： 物质的分子结构是指在平衡态下分子中各原于的 几何排列，是单个分子的结构在分子中的原子之间存 在两种相反的作用力：吸引力和排斥力。在键合原子 之间存在各种键合力：共价键、配位键、氢键及离子 键等等；非键合原子和基因之间存在范德华引力，但 当非键合原子和基团之间的距离非常小时，它们之间 将产生排斥力。原子间的吸引力和排斥力的大小随原 子间的距离而改变，当分子中原子间的吸引力和排斥 力处于相等的状态，即达到平衡态，此时分子中原子 的几何排列就是其确定的分子结构。 高分子形态： 高分子是很长的链状分子，是由相当大数目 3 5 （约10 ～10 数量级）的单体单元经键合而成 的，其中每一个单体单元相当于一个小分子， 故高分子链间有很强的作用力（范德华力、 氢键力、静电力和疏水力等等），而且，一 般高分子主链都有一定的内旋转自由度，这 些特点导致高分子结构的复杂性和多样性。 高分子形态 通常将高分子结构分为链结构和聚集（或凝聚）态 结构两部分，链结构是指单个分子的结构，也是高 分子的化学结构，具体又分为近程结构和远程结构， 近 程 结 构 包 括 构 造 （ constitution ） 与 构 型 （configuration ）。一个分子的构造是指分子中原于 和键的序列而不考虑其空间排列；而构型则是指分 子中通过化学键所固定的原子的空间排列。要改变 分子的构造和构型必须经过化学键的断裂和重组。 聚集态结构是指高分子链凝聚在一起形成的高分子 材料整体的内部结构。 名词解释：大分子和高分子 大分子（macromolecule ）：是由大量原子组成的，具有相对 高的分子质量或分子重量，可溶性的合成大分子的分子量从几 百至几百万或上千万；而某些生物大分子的分子量甚至达几亿。 大分子对结构没有什么特指，例如酶分子是大分子，是由至多 20个不同的取代基R 以非重复序列排列的几百或几千个α--氨 基酸单元组成的。 聚合物分子（polymer molecule ）：也叫高聚物分子，通常 简称为高分子。就字面上它是一个由许多（poly ）部分（mer ） 组成的分子，然而它的确包含多重重复之意。 由上定义可知，一个聚合物分子总是一个大分子，但是一个 大分子不一定是聚合物分子。 第一节构 造 1.1.1 高分子单体、单体单元和键接结构 聚合物分子式表示的高分子上单体单元（链节）的数目 N 叫做聚合度。 通常对于由N值较小的分子组成的物质叫做齐聚物。 1．1．2 基于过程的高分子 从一种单体经聚合而得到的聚合物称为“均聚物” 从两种或两种以上单体合成的聚合物称为“共聚物” 无规共聚物 （random copolymer ）：单体单元在分子 链中无规则排列。 A+B+B+A+B+A+A+A+B…….. 交替共聚物 （alternating copolymer ）:来自单体 A 的 单体单元“a”和来自单体B 的单体单元“b”在共聚物分子 中交替分布，它本身是周期共聚物的一种特殊情况。 A+B+A+B+A+B+A+B……… 1．1．4 一、二和三维大分子 最简单的大分子是由一种构造重复单元以单一序 列一维连接而成的线性在全乙如PE、聚a-烯烃等。 1.1．5 支化和交联高分子 通常条件下合成的高分子多为线性长链状高分子。但是， 如果在加聚过程中存在自由基的链转移反应或双烯类单体 中第二双键的活化，或在缩聚过程中存在三个或三个以上 官能度的单体，皆可生成支化和交联的高分子。 支化高分子含有连接三个以上子链的支化点，这些子链 可以是侧链或是主链的一部分。 按照支链长度的不同可将支化高分子分为短链支化和长 链支化。从主链上分出的齐聚物分支称做短链支化，高分 子的分支叫做长链支化。 如果不同长度的侧链沿着（假想的）主链和沿着侧链是无 规分布的，属无规支化高分子，由于它们类似于树木，故 也叫树状高分子 （tree polymer ）。 树枝链是一类新的超支化分子，高度支化的结构使得它们的物 理化学性质有时与线性分子大相径庭，比如其溶液的黏度随分 子量增加出现极大许多不寻常的性质使其无论在有机合成上， 还是在药物科学方面都有许多潜在的用途。 第二节 构 型 1．2 ．