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高聚物的结晶过程。


影响结晶过程的因素
A.温度——明显影响着结晶速度 高聚物的结晶速度是晶核生长速度和晶粒生长 速度的总和,所以高聚物的结晶速度对温度的 依赖性是晶核生长速度对温度依赖性和晶粒生 长速度对温度依赖性共同作用的结果。
当熔体温度接近熔点时,温度较高,热运动激 烈,晶核不易形成,形成了也不稳定,所以结 晶速度小。
举例
P25T0F℃E的结T晶m速=度32就7℃降,到它很的慢T,C所max以=控3制00温℃度,(而或在 其它条件)来控制结晶速度,防止聚合物在结晶 过程中形成大的晶粒是生产透明材料(PE、定向 PP、乙烯丙烯共聚物等薄膜工艺中要考虑的重要 因素)
定向PP是容易结晶的聚合物,要得到透明薄膜, 要求聚合物结晶颗粒尺寸要小于入射光在介质中 的波长,否则颗粒太大,在介质中入射光要散射, 导致浑浊,使透明度下降.在生产中,一方面我 们加入成核剂,使晶核数目增加,晶粒变小,另 一方面可采用将熔化的PP急速冷却(淬火)使形 成的许多晶核保持在较大的尺寸范围,不再增长, 这样就得到了高透明的PP制品。
四、 高聚物的结晶过程
结晶能力及结晶度 结晶过程及影响因素 结晶温度 熔点
1、结晶能力及结晶度
(1)影响高分子结晶能力的因素 小分子几乎都可结晶,但高分子却并非都
有结晶能力 关键因素是高分子链结构的规整程度
(1)影响高分子结晶能力的因素
1)链的对称性升高,结晶能力E:
CF2 CF2 n
对称性高,所以极易结晶(任何苛刻条件 均可,例 如在液氧中急冷也能结晶) 但PE氯化得到结晶能 力几乎丧尽,对称性破坏了(注意:无规立构的P VC也可一定程度结晶,有人认为Cl的电负性使分 子链上氯原子相互错开排列,近视与间同立构,所 以易结晶)。
5)支化越多,结晶下降(因为支化的分子链不 规整,难以结晶);交联越多,结晶也下降 (因为交联的分子链不规整,难以结晶)
6)柔顺性好的分子链易结晶(如PE快速冷却仍能结 晶,而PET缓慢冷却才能结晶)
(2)结晶度
几点结论: ①长而柔顺,结构又复杂的高分子链很难形成
十分完善的晶体,即使在严格条件下培养的单 晶也有许多晶格缺陷。 ②实际上高聚物的结晶体中总是由晶区和非晶 区两部分组成:
PMMA;全同PS;全顺式;全反式1,4聚丁二 烯。 B.无规立构PP、无规立构PMMA、无规立构PS 均为典型的非结晶高聚物(例外的是无规立构的 PVAc水解的聚乙烯醇可以结晶)。
3)无规共聚通常使结晶能力下降
(1)影响高分子结晶能力的因素
4)分子间氢键使结晶能力上升(有氢键使分 子间力增大,也使分子变得刚硬,两种作用 的结果还是利于结晶)。例如:polyester,尼龙, 聚乙烯醇
TC max (0.80 ~ 0.85)Tm
(2)结晶过程
大分子结晶过程与小分子有相似处 a.成核过程:晶核受到两方面的影响(晶核内的分子
影响周围分子生长,由于热运动的结果晶核也可能 消失) b.晶粒生长过程:在Tm 以上,第二种影响占上风, 晶核消失比成长要快;在Tm以下,则第一种影响 占上风,晶核成长比消失要快。总的结晶速度是成 长与消失速度之和 结晶速度:用某温度下结晶过程进行到一半时所用的 时间t1/2的倒数来表征该温度下的结晶速度。
晶区:规整排列到晶格中的伸直链晶片或折迭 链晶片组成。
非晶区:未排列到晶格中的分子链和链段,折 迭晶片中的链弯曲部分,链末端,空洞等。
晶区部分与非晶区部分并不是有着明显的分界 线,每个高分子可以同时贯穿几个晶区和非晶 区,而在晶区和非晶区两相间的交替部分有着 局部有序的过渡状态,即使晶区也存在许多缺 陷。
(1)影响高分子结晶能力的因素
对称性取代的烯类高聚物也能结晶
Cl
CH2 C n
Cl
CH3
CH2
C n
CH3
H
OC n
H
另外还有聚酯(polyester),尼龙(nylon), 聚砜(PSF)等。
(1)影响高分子结晶能力的因素
2)链的空间立构规整性上升,结晶能力也提高 A.有规立构的都可以结晶:全同PP;全同(间同)
随着温度下降,晶核形成速度增加,分子链也 有相当活动性,易排入晶格,所以晶粒形成速 度也增加,总的结晶速度也增加。
温度再进一步降低时,虽然晶核形成速度继续 上升,但熔体粘度变大,分子链活动性下降, 不易排入晶格,所以晶粒生长下降。
当 T<Tg时,链段不能运动,所以也不能排入 晶格,不能结晶,所以用淬火办法得到的是非 晶态固体。
★注意: ①在部分结晶的高聚物中,晶区和 非晶区的界限不明确,无法准确测 定结晶部分的含量,所以结晶度的 概念缺乏明确的物理意义。
②结晶度的数值随测定方法的不同 而异。
结晶度的测定方法(了解)
密度法(最常用,最简单的方法): 原理:分子链在晶区的堆砌密度大,所以晶区密度 大,比容小;分子链在非晶区的堆砌密度小,非晶 区密度小,比容大。 X射线衍射法: 原理:部分结晶的高聚物中结晶部分和无定形部分 对X射线衍射强度的贡献不同,利用衍射仪得到衍射 强度与衍射角的关系曲线,再将衍射图上的衍射峰 分解为结晶和非结晶两部分。
2、结晶过程及影响因素
(1)结晶温度 1)一个聚合物的结晶敏感温度区域一般处于 其熔点Tm 以下10℃和Tg 以上30℃之间 ( Tg+30℃< T < Tm-10℃)。结晶敏感 区域;T<Tg ,链旋转和移动困难,难以结晶
结晶温度
2)因此对于每一聚合物而言,它的结晶程 度区域决定于Tm 和Tg之差。 3) 对于同一高聚物而言,总是可以找到一 个温度,在此温度下,它的总结晶速度最 大,高于这个温度或低于这个温度,结晶 速度却要降低,这个温度为TCmax 最大结 晶速率时的温度)。多数聚合物结晶速率 最大的温度在的0.8~0.85之间:
结晶度(Degree of Crystallizing)
结晶度——试样中结晶部分的重量百分数或体积百分 数。
①重量百分数
②体积百分数
x
w c

wc wc wa
100 %
xcv

vc
vc va
100 %
w——重量 v——体积 c——crystalline(结晶) a——amorphous(无定形)
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