UNIT1.碳链高分子:主链全部由C以共价键相连接;杂链:主链含C,以及O、S等两种或以上的原子以共价键相连接;构造:聚合物分子的各种形状(线形、枝化、交联、梯形、螺旋)构型:由化学键固定的原子在空间几何排列;构像:原子或原子团绕单键内旋转所产生的空间排布。
旋光异构体:结构单元为-CH2-CHX-型,包含一个不对称C,所形成的异构体;分为全同:取代基都在主平面一侧或都由一种旋光异构单元键接而成;间同:相间分布于或两种交替链接;无规:不规则分布或两种无规链接。
链段:高分子链中的单键旋转时互相牵制,一个键转动,要带动附近的一段链一起运动,把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元。
自由连结链:一个孤立高分子链在旋转时不考虑键角限制和位垒的障碍,每个分子由足够过的不占有体积的化学键自由结合而成的,每个键在任方向取向几率相等的理想模型。
自由旋转链:分子链中每个键在键角所允许的方向自由转动,不考虑空间位阻对旋转的影响;等效自由:将一个原来有n个键长为l键角固定旋转不自由的键组成的链可视为Z个长度为b的自由结合链段的的高分子链;链的柔性:分子链能够改变其构象的性质.(不但高分子本身是一个独立运动单元,而且在每个高分子中还存在能独立运动的小单元,他们热运动的结果使链有强烈的卷曲倾向,这是大分子链具备柔性的最根本内在原因)柔性实质:构象数增,S增,分子链卷曲程度增,分子链在无外力作用下总是自发采取卷曲形态,使构象熵最大。
平衡态柔性:热力学平衡条件下的柔性,取决于反式与旁式构象之间的能量差ΔUtg。
动态柔性:在外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度,转变速度取决于位能曲线上反式和旁式构象之间的位垒ΔUb与外场作用能之间的关系(ΔUb与kT).影响柔性的因素:分子结构:a主链结构1主链全部由单键组成,一般柔性较好,PE PP;不同单键,柔性不同Si-O>C-N>C-O>C-C.2有孤立双键,柔性大,顺式聚1,4-丁二烯;共轭双键,不能内旋转,分子刚性,聚乙炔,聚苯;有芳杂环,柔性差,芳香尼龙.b取代基1极性大作用力大,内旋转受阻,柔性差,PAN<PVC<PP.2极性取代基比例大,分子内旋转困难,柔性差,聚氯丁二烯>聚氯乙烯>聚1,2-二氯乙烯.3极性取代基的分布对柔性有影响,聚偏二氯乙烯>聚氯乙烯.4非极性取代基,基团体积大,空间位阻大,内旋困难,柔性差,PS<PP<PE.c支化、交联:支链很长,阻碍内旋转起主导作用,柔性差.d分子链的长短:分子链越长,构像数目多,柔性好.e分子间作用力越大,柔性差.f分子结构越规整,结晶能力强,一旦结晶呈刚性.外界因素:a温度:温度升高,分子热运动能量增加,内旋转变易,构象数增加,柔性增加.b外力:外力作用缓慢柔性易显示,作用快无法体现.e溶剂:重要影响.UNIT2.内聚能:克服分子间作用力,汽化1mol凝聚体所需要能量ΔE;内聚能密度(CED):单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。
(由在不同溶剂的溶解能力来估计CED,反比)(可表征分子键作用力强弱)。
球晶生长过程为什么会有小角度分叉?球晶生长的共同条件是含杂质的粘稠体系,而过分短或结构上不规整的链都起杂质作用,生长中晶片排斥这些杂质,由于体系粘稠,使生长界面附近杂质浓集,随即导致两相邻生长晶片小角度分叉。
液晶基元:高分子液晶中具有一定长径比的单元结构.棒状、盘状、更复杂的二维、三维形状.主链型:基元在主链之内;侧链型:基元作为支链链段悬挂在主链上。
无规线团:在非晶体聚合物中,高分子链为构象符合Gauss分布的柔性链,大量分子链以无规线团状互相穿插结合在一起,无局部有序结构。
UNIT3.溶剂的选择:极性相似、溶度参数或内聚能相近、高分子-溶剂相互作用参数χ1<1/2原则。
良溶剂:与对应高聚物的溶度参数相同的溶剂。
溶度参数δ:内聚能密度的平方根。
Flory-Huggins格子模型:1溶液中分子排列也像晶体中一样,为一种晶格排列.在晶格中,每个溶剂分子占有一个格子,每个高分子由x个链段组成,每个链段占有一个格子,整个高分子占有x个相连的格子,x为高分子与溶剂分子的体积比.2高分子链是柔性的,所有构象具有相同的能量.3溶液中高分子链段是均匀分布的,即链段占有任意一个格子的概率相等。
混合熵:=-R(+)混合热:;Huggins参数χ1:反应高分子与溶剂混合时相互作用能的变化,数值在-1-1之间,<1/2良溶剂,>1/2不良溶剂。
χ1kT的物理意义:把一个溶剂分子放入高聚物中时引起的能量变化。
高分子aq与小分子aq区别?什么时候可当成理想aq?比小分子aq溶解的缓慢的多,粘度明显大于小分子aq,性质存在相对摩尔质量的依赖性,而分子量有分散性,故研究很复杂;当链段与溶剂相互作用产生的混合热和混合熵相互抵消时。
X1=1/2,U1e=0的溶液才能将此高分子溶液看做是理想溶液,但即使是X1=1/2,高分子溶液的ΔHm也不为0.符合理想溶液条件的高分子溶液混合自由能来源于混合热和混合熵。
X1=1/2的高分子溶液宏观上热力学性质遵从理想溶液规律,其微观状态与小分子理想溶液有本质区别。
过量化学位:Flory-Krigbaum稀溶液理论:1高分子稀溶液中链段的分布是不均匀的,而是以链段云得形式分布在溶剂中,每一链段云可近似球体.2在连段云内,以质心为中心,链段的径向分布符合高斯分布.3链段云彼此接近要引起自由能的变化,每个高分子链段云有其排斥体积。
(引入热参数,令,定义θ=)θ温度:超额混合热/超额混合熵;θ溶液:当T=θ时,Δu1E为零,链段间与溶剂间作用能抵消,无扰状态,排斥体积为零;当T=θ,此时的高分子aq,在宏观上看热力学性质遵从理想aq,但微观状态仍是非理想,因混合热和混合熵均不为零,只是两者的效应刚好抵消,所以Δu1E=0,这一条件为θ条件或θ状态,(θ条件:选择合适的溶剂和温度,可以使溶剂分子对高分子构象所产生的干扰忽略不计(此时高分子“链段”间的相互作用等于”链段”与溶剂分子间的相互作用).在θ条件下测得的高分子尺寸为无干扰尺寸,只有无干扰尺寸才是高分子本身结构的反应)对应为θ溶剂,对应温度为θ温度。
<T大于θ时,超额<0,良溶剂,小于θ时,超额大于0,不良,且相差越大溶剂性质越良或不良>。
第二维利系数A2:与χ1一样,表征高分子链段与溶剂分子之间的相互作用。
凝胶:交联聚合物溶胀体,不熔不溶,既是聚合物浓溶液,又是高弹性固体;冻胶:由范德华力交联形成,加热或拆散可拆散范德华力交联而溶解。
UNIT4.数均分子量Mn:按物质的量统计的平均分子量;重均分子量Mw:按质量统计的平均分子量;Z均分子量Mz:按Z量的统计平均分子量;黏均分子量Mη:用稀溶液黏度法测得的平均分子量(z ≥w≥η≥n)。
单分散:z=w=n。
为什么z≥w≥η≥n?因为Mn靠近低分子量部分,则低分子量部分对其影响大,Mw靠近高分子量部分,则高分子量对其影响较大,一般用Mw表征比Mn更恰当,聚合物熔体粘度依赖于高分子量部分。
分子量测定方法:端基分析(Mn)、沸点升高或冰点降低(Mn)、气相渗透法VPO(Mn)、渗透压法(Mn)、黏度法(Mη)。
沸升冰降测的是Mn?是的,通过热力学推导,可知,溶液的沸点升高值ΔTb和冰点降低值ΔTf正比于溶液浓度,即正比于溶质分子数,而与溶质的分子量成反比,由此可推导出高分子数均分子量Mn。
稀溶液依数性:沸点升高、冰点下降、蒸汽压下降、渗透压等数值仅与溶液中的溶质数有关,而与溶质的本性无关。
特性粘度[η](表示高分子aq的c趋于0时,单位浓度的增加对增比浓度或相对粘度对数的贡献);体积排除色谱法(SEC):又称凝胶渗透色谱法(GPC),分离机理:在分离作用由于大小不同的分子在色谱柱中的多孔性填料中占据的空间体积不同造成的。
色谱柱中装填表面和内部有着各种大小不同的空洞和通道的多孔填料,以待测样品的某种溶剂充满柱子,最大的分子,只能留在填料颗粒之间,走的路径最短,先被溶剂冲出来,较大的分子,走颗粒间的路径和颗粒内较大的孔,路径长一些,较后被冲出来,较小的分子,颗粒间、颗粒内的大孔,还进入颗粒内的小孔,走的路径最多,最后被溶剂冲洗出来(大分子Ve小,小分子Ve大)SEM纵坐标记录洗提液与纯溶剂折射率差值Δn,在极稀溶液中,相当与Δc(洗提液的相对浓度),横坐标是保留体积Vr(淋出体积Ve),表征分子尺寸大小。
保留体积小,分子尺寸大。
VPO:加入不挥发溶质沸点升高冰点降低蒸汽压下降。
由于溶液的依数性,沸点升高值正比于浓度反比与分子量。
由于高分子溶液热力学性质与理想溶液偏差,只有无限稀释才符合。
所以测各种浓度,外推在恒温密闭容器内充有溶剂饱和蒸汽,将一滴不挥发溶质的溶液滴1和溶剂滴2悬在这个饱和蒸气中。
由于1中溶剂的蒸气压较低,就会有溶剂分子从饱和蒸气相凝聚到溶液滴上。
并放出凝聚热,使1温度升高。
由于依数性,达平衡时,两液滴温差与溶质摩尔分数成正比。
ΔT=AX2,ΔT温度差,X2溶质摩尔分数。
UNIT5.分子运动及转变特点:①运功单元的多重性A高分子链的整体运动:分子分子链质量中心的相对移动。
B链段运动:区别于小分子的特殊运动形式。
质量中心不变,一部分链段通过单键内旋转而相对于另一部分链段运动,使大分子可以伸展或卷曲。
C链节、支链、侧击的运动。
D晶区内的分子运动②分子运动的时间依耐性:外因作用下,聚合物从一平衡态通过分子运动过渡到另一与外界条件相连的新的平衡总需要时间,原因是整个分子链,链段、链节等运动单元的运动都需要克服内摩擦阻力,不可能瞬间完成③分子运动的温度依耐性:升温,一方面运动单元热运动能量提高,另一方面由于体积膨胀,分子距离增加,运动单元活动空间增大,松弛加快,松弛时间减小。
聚合物分子运动特点:a.运动单元的多重性,包括整分子链平移、链段运动、链节支链侧基等小尺寸单元的流动、原子在平衡位置的振动、晶区的运动b.高分子运动的时间依赖性c.分子运动的温度依赖性松弛时间:橡皮由Δx(t)变为Δx(0)的1/e倍时所需要的时间,表征松弛过程快慢。
(开始较快,后来越慢)。
论述自由体积理论:液体或固体,它的整个体积包括两个部分:一部分是为分子本身占据的,称占有体积;另一部分是分子间的空隙,称自由体积,它以大小不等的空穴无规分布在聚合物中,提供了分子的活动空间,使分子链可能通过转动和位移而调整构象。
在玻璃化温度以下,链段运动被冻结,自由体积也处于冻结状态,其空穴尺寸和分布基本上保持固定。
聚合物的玻璃化温度为自由体积降至最低值的临界温度。
在此温度下,自由体积提供的空间已不足以使聚合物分子链发生构象调整,随着温度升高,聚合物的体积膨胀只是由于分子振幅、链长等的变化,即分子占有体积的膨胀,而在玻璃化温度以上,自由体积开始膨胀,为链段运动提供了空间保障,链段由冻结状态进入运动状态,随着温度升高,聚合物的体积膨胀除了分子占有体积的膨胀之外,还有自由体积的膨胀,体积随温度的变化率比玻璃化温度以下为大。