《聚合物的结构》PPT课件.ppt

第六章 聚合物的结构,第六讲,高聚物的液晶态,液晶:有晶体的各向异性又有液体的流动性，其有序性介于液体的各向同性和晶体的三维有序之间，结构上保持着一维或二维有序排列，这种状态称为液晶态,处于这种状态的物质为液晶。,液晶小分子：液晶性物质具有独特的温度效应、电光效应、磁效应和良好的机械性能，可广泛应用于电子、电视显示、温度检测、工程技术等领域，这些应用又极大推动了液晶的研究，使之成为一门新兴的边缘学科。,一、形成液晶的分子应满足的基本条件 分子具有不对称的几何形状，含有棒状、平板状或盘状的刚性结构。其中以棒状的最为常见，一般棒状分子的长度和直径的比值要大于6.4。 分子应含有苯环、杂环、多重键等刚性结构，此外还应具有一定的柔性结构如烷烃链。 分子间有适当大小的作用力以维持分子的有序排列，因此液晶分子应含有极性或易于极化的基团。,刚性结构：由中心桥键X和两侧的刚性基团组成，X：CNN，NN，NN(O)，COO等， 刚性基团：苯环，脂环或杂环等 分子的末端：较柔性的极性或可极化的基团，如酯基、氰基、硝基、氨基、卤素等。 具有很大的长径比：分子长为24nm，宽度约为0.40.5nm，,液晶结构模型：长棒状或长条状,液晶基元,二、液晶的分类 按液晶基元的排列形式和有序性 近晶型、向列型、胆甾型,近晶型 向列型 胆甾型,三类液晶结构的示意图,按液晶的形成条件 溶致型液晶：把物质溶解于溶剂内，在一定的浓度范围内形成的液晶。 热致型液晶：将物质加热到熔点或玻璃化温度以上形成的液晶。 按液晶分子大小高分子液晶（将上述的液晶基元以化学键联结在主链上或侧链上形成）和小分子液晶。 按物质的来源 天然高分子液晶主要有纤维素、多肽及蛋白质、核酸等生物大分子 合成高分子液晶有芳香族聚酰胺、芳香族聚酯、芳香族聚酰胺酰肼、芳香族聚酰肼、聚甲基烯酸类衍生物、有机硅衍生物等。,液晶基元在高分子链上的分布 主链型高分子液晶 ：液晶基元位于高分子主链上,液晶高分子也可以彼此交联形成液晶网络，在应力作用下可以产生形变，具有橡胶的弹性。,侧链型高分子液晶 ：液晶基元位于高分子侧链上,三、高分子液晶的品种及应用 1溶致型主链高分子液晶 生成液晶的三个条件：高聚物浓度高于临界值； 高聚物的分子量高于临界值；溶液的温度低于临界值。 主要品种：芳香族聚酰胺 例：聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）和聚对苯甲酰胺（PBA），它们常用的溶剂为浓硫酸或填加少量氯化锂（LiCl）或氯化钙(CaCl2)的二甲基乙酰胺。 聚对苯基苯二噻唑,聚对苯二酰肼,某些芳香族聚酯,高分子液晶的化学结构与液晶行为,溶致性液晶主要形成向列型液晶 溶致性主链高分子液晶的相行为和流变性：,0 5 C01 10 C02 15,高聚物浓度对粘度的影响,溶致型主链高分子液晶的应用：制备高强和高模量的纤维和膜材料。,2热致型主链高分子液晶 形成的温度范围： Tg或Tm Tclear（清亮点温度）。 主要品种：一些芳香族聚酯、含偶氮苯、氧化偶氮苯、苄连氮等基团的高聚物等 热致型高分子液晶的应用：热致型主链高分子液晶熔体粘度低，因此加工性能好。机械强度高，可以广泛地应用于材料的增强、增韧，或直接作为高性能材料使用，并改善它们的加工性能。,高分子液晶的化学结构与液晶行为,四、液晶的表征,液晶态的表征,液晶的光学性质和织构 偏光显微镜（PLM）,液晶的微观结构和微观形态 WAXD、SAXD、ED 、TEM、SEM、AFM 、PLM,液晶的热学性质 (DSC和TGA) 示差扫描量热法,液晶的流变性 （毛细管粘度计和旋转粘度计）,多组份聚合物的织态结构,一、多组分聚合物的概念及分类 多组份聚合物又称高分子合金，是两种或两种以上不同的聚合物以化学键或非化学键结合形成的。 是改善聚合物性能的重要方法,ABS,SAN,二、制备多组份聚合物的方法 物理共混，包括熔融状态下的机械共混、溶液共混、乳液共混等； 化学共混，包括一种单体在另一种高聚物中进行聚合的溶胀聚合、核壳型乳液聚合以及互穿网络技术等。,三、共混高聚物的相容性原理 1、高聚物之间的相容性 从热力学角度，高聚物之间的相容性就是高聚物之间的相互溶解性，是指两种高聚物形成均相体系的能力。 2、相容性的判据 根据热力学第二定律，如果两组分互溶是热力学上的自发过程，则要求混合自由能的变化FM小于零：,通常高分子混合时SM很小且为吸热过程，HM0，所以，FM一般为正值，即体系是不相容的。,FM0 时，体系是相容的。,3、动力学相容 通常有实用意义的高聚物共混体系大都是不相容的，两种高分子组分在混合后仍保持自己的相，但可形成超分子水平混合，即依靠外界的条件也可实现强制的、良好的分散混合，得到力学性能优良且动力学相对稳定的高聚物共混物。 4、增容剂 增加界面作用，使高聚物之间易于相互分散以得到宏观上均匀的共混产物；改善高聚物之间相界面的性能，增加相间的粘合力，从而使共混物具有动力学长期稳定的结构和优良性能。,四、多组分聚合物的形态,1、相结构 包含连续相和分散相，通常含量多的组分为连续相，含量少的组分为分散相。 2、相分离 随着分散相含量的增加，其形态从球状分散到棒状分散，当两组分的含量相近时，则形成层状结构，随着两种组分含量进一步变化，分散相和连续相将发生逆转。,白色：组分A，黑色：组分B,2019/7/31,S/B 80/20 S/B 60/40 S/B 40/60,苯乙烯 /丁二烯共聚物相分离实例,3、形态 单相连续结构：构成高聚物共混物的两个相或多个相只有一个连续相，其它的相分散于连续相中，称为分散相。,相畴不规则 相畴规则 相畴为香肠结构,两相连续结构 两相共连续结构层状结构、互锁结构 相互贯穿IPN（相畴程度上的相互贯穿）,4、高聚物共混物的界面 界面层：在共混高聚物中，在两相之间还存在的过渡区。 界面层在两相之间起着传递应力的作用，其结构与两种高聚物的相容性，此外与高分子链的柔性、组成以及相分离条件也有关系。 界面上的作用力：化学键合力，分子间作用力,五、多相体系对聚合物性能的影响 根据共混物中两相的软硬程度，常分为： 1分散相软，连续相硬 例如：橡胶增韧