《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 CN N N N N N 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2 4nm 宽度约为0 4 0 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 05C0110C0215 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 HM 0 所以 FM一般为正值 即体系是不相容的 FM 0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 2020 3 27 S B80 20S B60 40S B40 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