化學(xué)有機(jī)高分子材料.ppt

1、10.3 有機(jī)高分子材料,本節(jié)主要內(nèi)容 1.高分子基本概念 2. 高分子化合物的結(jié)構(gòu) 3.高分子化合物的性能,10.3.1 高分子化合物概述,（1）基本概念 高分子化合物相對(duì)分子量特別大的一類化合物，簡(jiǎn)稱高分子或聚合物,鏈節(jié)重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元 聚合度鏈節(jié)的數(shù)目 單體合成高分子所用的低分子原料,低分子化合物 高分子化合物 原子數(shù)目： 幾個(gè)幾十個(gè) 幾千幾萬(wàn)或幾十萬(wàn) 相對(duì)分子質(zhì)量： 1000 104 106 分子大?。?較小 很大，長(zhǎng)度 102104nm,高分子的相對(duì)分子量,Mr = nm n聚合度 m 鏈節(jié)的分子量,例： 聚氯乙烯 m = 62 當(dāng) n = 2500 則 Mr = 2500 62 =

2、155000,1）高分子的相對(duì)分子質(zhì)量指平均相對(duì)分子質(zhì)量 如：聚苯乙烯 相對(duì)分子質(zhì)量：1030萬(wàn) 氯丁橡膠 相對(duì)分子質(zhì)量：1012萬(wàn) 2）聚合物的強(qiáng)度及加工性能與其相對(duì)分子質(zhì)量密切相關(guān)。,（2）高分子化合物的分類及命名,1）分類,2）聚合物的命名,聚合物有系統(tǒng)命名法和通俗命名法，主要采用通俗命名法。 天然高分子，一般按來(lái)源和性質(zhì)有專有名詞。如纖維素、蛋白質(zhì)等。 合成高分子，是在單體名稱前冠以“聚”字。 由兩種單體縮聚而成的聚合物，如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或不太明確，往往在單體名稱后加上“樹(shù)脂”二字來(lái)命名。,聚合物的通俗名稱、商品名稱及簡(jiǎn)寫(xiě)代號(hào),10.3.2 高分子化合物的結(jié)構(gòu),長(zhǎng)鏈型： 支鏈型：,（1

3、）高分子鏈的結(jié)構(gòu),許多鏈節(jié)相互連成一個(gè)很長(zhǎng)的分子鏈。 特點(diǎn)：1）分子鏈柔順，易卷曲。 2）彈性好，塑性好，硬度、脆性較小。 3）具有溶、熔性，易于加工。 如：合成纖維、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。,體 型：線型或支鏈型之間以化學(xué)鍵交聯(lián)而成。,特點(diǎn)：1）具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 2）彈性、塑性差，硬度、脆性較大。 3）不具有溶、熔性。 如：酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、離子交換樹(shù)脂等。,（2）高分子鏈的柔順性,高分子鏈的柔順性高分子鏈中各單鍵自由旋轉(zhuǎn), 使高分子鏈 具有強(qiáng)烈卷曲的傾向的特性。,內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖,影響高分子鏈柔順性的因素： 1）與鏈段長(zhǎng)短有關(guān) 鏈段具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力的鏈的最小部分。 鏈段短，高分子鏈的柔順性大

4、； 鏈段長(zhǎng)，高分子鏈的柔順性差。 2）與鏈的結(jié)構(gòu)有關(guān),高分子鏈的結(jié)構(gòu)對(duì)高分子鏈柔順性的影響,1）主鏈結(jié)構(gòu)的影響 主鏈全部由單鍵組成，柔順性好。 如：SiOSiO COCO CCCC 主鏈中含有孤立雙鍵時(shí)，分子鏈的柔順性大， 比不含雙鍵時(shí)更好。 例：聚異戊二烯橡,孤立雙鍵,CH=CHCH=CHCH=CH,共軛雙鍵,CH=CHCH2CH=CHCH2,主鏈含一定數(shù)目的芳雜環(huán)時(shí)，分子鏈的柔順性差。,主鏈含有共軛雙鍵時(shí)，分子鏈的柔順性差， 呈現(xiàn)出極大的剛性。,聚苯乙炔,2）側(cè)基性質(zhì)對(duì)高分子鏈柔順性的影響,側(cè)基極性的影響,側(cè)基大小的影響,側(cè)基對(duì)稱性的影響,晶區(qū)結(jié)構(gòu)模型 同一種高分子化合物可以兼有晶態(tài)和非晶

5、體兩種結(jié)構(gòu)。 根據(jù)晶區(qū)結(jié)構(gòu)模型，在結(jié)晶高分子中存在著若干所謂晶區(qū)，在晶區(qū)中間還存在所謂非晶區(qū)。 在晶區(qū)，分子鏈有規(guī)則而緊密地排列，非晶區(qū)，分子鏈蜷曲和無(wú)規(guī)則的堆砌。,（3）高分子化合物的力學(xué)狀態(tài),1）結(jié)晶度 高分子中，晶區(qū)部分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 通常，結(jié)晶高分子的結(jié)晶度只有50%80%,2）溫度形變曲線,玻璃態(tài)： 整個(gè)高分子鏈和鏈段均被凍結(jié)。 形變很小普彈形變。,高彈態(tài)： 整個(gè)高分子鏈不能移動(dòng)，但鏈段可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 形變很大高彈性變。,粘流態(tài)： 鏈段和整個(gè)高分子鏈均可以移動(dòng)。 流動(dòng)形變是不可逆粘流形變。,兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度：,玻璃化溫度 Tg 由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變到高彈態(tài)的溫度 粘流化溫度 Tf 由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變到

6、粘流態(tài)的溫度 塑料：Tg室溫， Tg是其使用的上限溫度; 作塑料的高聚物Tg要高； Tf 不要太高， TgTf 范圍不要太大。 例：聚苯乙烯 Tg = 100 Tf = 135 橡膠： Tg室溫， Tg是其使用的下限溫度， 作橡膠的高聚物Tg要低； Tf 較高, TgTf 范圍要求寬。 例：天然橡膠 Tg = -73 Tf = 122 ,10.3.3 高分子化合物的性能,2）結(jié)晶度的影響 在結(jié)晶區(qū)內(nèi)分子鏈排列緊密有序，可使分子鏈之間的作用力增大，機(jī)械強(qiáng)度也隨之增高。 3）極性的影響 高聚物分子鏈中含有極性基團(tuán)或鏈間能形成氫鍵時(shí)，都可因增加分子鏈之間的作用力而提高其機(jī)械強(qiáng)度。,4）主鏈結(jié)構(gòu)的影響

7、 主鏈含苯環(huán)等的高聚物，其強(qiáng)度和剛性比含脂肪族主鏈的高聚物的要高。,（1）機(jī)械性能 1）相對(duì)分子質(zhì)量的影響 高聚物的平均相對(duì)分子質(zhì)量(或平均聚合度)的增大，有利于增加分子鏈間的作用力，可使拉伸強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度等有所提高。但當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)一定的數(shù)值后，不但拉伸強(qiáng)度變化不大，而且會(huì)使Tf升高而不利于加工。,（2）電學(xué)性能,1）非極性高分子（鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的高分子） 對(duì)直流電和交流電的絕緣性能均很好。 例：聚四氟乙烯中，CF鍵雖有相當(dāng)大的極性，但由于整個(gè)鏈節(jié)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，使鍵的極性相互抵消，所以聚四氟乙烯是非極性高聚物，可用作高頻率的電絕緣材料(電介質(zhì))。,2）極性高分子（鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的高分子） 對(duì)直流電是絕緣的，但對(duì)交流電而言，極性高聚物由于極性基團(tuán)或極性鏈節(jié)會(huì)隨著交變電場(chǎng)的方向發(fā)生周期性的取向，具有一定的導(dǎo)電性。 例：聚氯乙烯,3） 含共軛雙鍵的高分子 例：聚乙炔 CH=CHCH=CHCH=CHn,（3）高分子化合物的老化與防老,老化是指高聚物及其材料在加工、貯存和使用過(guò)程中，長(zhǎng)期受化學(xué)和物理(熱、光、電、機(jī)械等)以及生物(霉菌)因素的綜合影響，發(fā)生