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高分子微观结构 姓名：李帅鹏 班级：材料101 学号: 201002020116 学院：材料科学与工程高分子微观结构高分子材料分子设计中首先是提出对新合成材料的性能要求，对性能起决定作用的是高子的微观结构，高分子微观结构包括分子量及其分布，高分子一次、二次、三次及高次结构、大分子上的官能团；链节组成等，这些微观结构的变化直接影响高分子系列性能。高分子的分子量大小及分布，直接影响力学性能、溶解性能以及流动性等。对不同性能的产品分子量要求不同，作为橡胶及纤维材料要求具有高的分子量，用于塑料、涂料及粘合剂的高分子相对来说分子量要低一些，对液体高分子及浇铸和灌封材料分子量较低，对于水泥混凝土的减水剂而言，分子量既不能太大，也不能太小，必须在一定的分子量分布范围之内才能取得良好的分散效果和流动性保持能力。分子量分布宽窄决定于产品的性能及成型加工的要求，分子量及其分布具有多分散性，测试方法多，只有相对的准确性，但能反映出材料的分子大小及分布的规律。高分子链的结构通常分为线形结构、支链结构和交联结构。在合成过程中这三种结构都可能生成，对多数产品要求合成线形结构，支链结构对某些产品也很需要，支链的存在可提高材料的韧性、曲挠性、耐寒性，如线形低密度聚乙烯根据这种要求开发的，利用增加支链结构改善高分子的性能，是分子设计中需要考虑的。支链结构对要求生产线形结构的高分子材料是应避免的。尽量降低交链结构，也是合成中要解决的问题。但有的高分子材料，又需要大分子中含有一定的交联结构，如高分子离子交换树脂、高分子催化剂、高吸水性高分子材料等，又希望分子结构上产生部分交联结构。高分子的组成在分子结构中也是极为重要的。均聚物分子中有头头结合、头尾结合、尾尾结合，共聚物中鸩、坞不同单体的用量比及在分子链上分布的差异，将会形成性能及结构的不同，形成不同的品种。如丁苯树脂随苯乙烯含量的变化，可合成通用丁苯胶和高苯乙烯树脂、高苯乙烯耐磨胶。随鸠、坞用量的变化，形成的高分子微观结构明显不相同，所以物性也就不同。单体链节中活性基团的存在、活性基团的数目、合成后形成的品种的特性也不一样。和鸩共聚中，如妖为苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸酯类，生成的是不同特性的共聚物，缩聚反应中肘。和鸩的官能团不同会形成不同共缩聚物。高分子生产中不少品种都有系列牌号，其中之一就是共聚单体组成的变化。高分子的一次结构是对单个大分子结构而言，大分子的使用是大分子聚集体，一次结构与聚集体的结构有密切关系。分子设计时不仅要注意一次结构，而且必须考虑二次高次结构的变化。高分子链的柔性和刚性由大分子链的结构决定，大多数高分子链是由-C-C-键构成的，CC键之间有一定键角0，碳-碳之间在空间可以旋转180。不同旋转角，形成不同的构象。对一个长链的大分子来说，它就可能有很多构象，其构象用大分子链末端距R表示，把大分子看成线团，大分子的柔性是分子链能自由旋转造成的。如分子链上的氢被其他基团所取代，使大分子链内转动受阻，或主链上不完全是CC连接，有极性键-NHCO-、-COO-，或有其他键，改变了大分子链的转动和分子间作用力。大分子柔性降低，刚性增加，大分子的柔性使分子链的构象数增加。如大分子含有n个键。每个键旋转可能有m个位置，那么大分子链的构象数为m个。分子链的旋转是无序的，根据热力学，熵是无序程度的热力学函数，以表示大分子链在空间的可能的构象数，所以高分子构象熵服从波兹曼公式：高分子链的结构以及官能团与其溶解度有密切关系。大分子之间或大分子与溶剂之间的互溶性决定于溶解度参数。大分子链的卷曲和伸展，或形成螺旋结构均与分子链节分布、基团的特性有关。聚合物的聚集态分为结晶型和无定型；对成纤材料就要求分子链有高的结晶度，对于弹性体不希望有高的结晶度。大分子的结晶性能是由一次、二次结构及组成、分子主链及侧链的基团极性等决定的，如主链中含有-OCO-、-NHC0-等基团，分子问作用力增加，容易结晶，如大分子支链多，极性弱就不易结晶。高分子的聚集态结构有不同子晶态，大分子链存在晶态结构也存在非晶态结构，这不仅与一次结构有关，也与存在环境有关。不少高分子聚集态为两相并存。在进行高分子设计时，可以根据不同单体及大分子的结构，控制聚集体的两个相态的分布。设计出非晶态无规线团和各向异性晶体的模型，包括两相结构聚合物预计的模型。高分子液晶是各向异性晶体转入各向同性的液态过渡阶段的产物。在不同的环境晶态大分子的排列，又有各种的结构。有的高分子聚集体是在一定的温度和外力作用下才转变为晶态结构。一般是在Lt之间的温度范围内产生结晶，不同聚合物结晶速度不同，如PE较快，天然胶较慢，尼龙类比聚酯结晶快一些。结晶速度与温度的关系为：其中t等温结晶时间；K-结晶速度常数；n结晶参数。这说明高分子化合物结晶的过程是随环境温度变化，人们过去认为高聚物是线团结构。没有规整结构，用x射线研究发现，许多高分子材料外形没有晶态的规整结构，其中包括有一定数量的有序的微小晶体，每个微小晶体内部结构像普通晶体一样；用热力学方法研究许多晶态高聚物都有一级相转变，在纤维生产过程中的拉伸取向；就是增加结晶度。塑料和橡胶应用中呈现出两相结构，纤维纺织过程使高聚物成为织态结构。分子设