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高分子概论-聚合物的溶解特性-结构与性能.ppt

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高分子概论-聚合物的溶解特性-结构与性能.ppt

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高分子概论-聚合物的溶解特性-结构与性能.ppt

文档介绍

文档介绍:(ii)溶解:随着溶剂分子的不断渗入,聚合物分子链间的空隙增大,加之渗入的溶剂分子还能是高分子链溶剂化,从而削弱了高分子链间的相互作用,使链段得以运动,直至脱离其他链段的作用,转入溶解。当所有的高分子都进入溶液后,溶解过程方告完成。
溶胀可分为无限溶胀和有限溶胀。
无限溶胀是指聚合物能无限制地吸收溶剂分子直至形成均相的溶液;
有限溶胀是指聚合物吸收溶剂到一定程度后,如果其它条件不变,不管与溶剂接触时间多长,溶剂吸入量不再增加,聚合物的体积也不再增大,高分子链段不能挣脱其他链段的束缚,不能很好地向溶剂扩散,体系始终保持两相状态。
第一页,共28页。
有些有限溶胀的聚合物在升温条件下,可以促进分子链的运动使之易分离而发生溶解。升温可促进溶解,增加溶解度。
对于一些交联聚合物,由于交联的束缚(链与链之间形成化学键),即使升高温度也不能使分子链挣脱化学键的束缚,因此不能溶解。但交联点之间的链段可发生弯曲和伸展,因此可发生溶胀。
(2)聚合物的溶解度与分子量有关。一般分子量越大,溶解度越小;反之,溶解度越大。
(3)非极性晶态聚合物比非晶态聚合物难溶解。
第二页,共28页。
由于非极性晶态聚合物中分子链之间排列紧密,相互作用强,溶剂分子难以渗入,因此在室温条件下只能微弱溶胀;只有升温到其熔点附近,使其晶态结构熔化为非晶态,才能溶解。如线形聚乙烯。
但极性较强的晶态聚合物由于可与极性溶剂之间形成氢键,而氢键的生成热可破坏晶格,使溶解得以进行。
对同种聚合物而言,结晶可降低聚合物的溶解度,结晶度越高,溶解越困难,溶解度越小。
第三页,共28页。
聚合物溶剂的选择
(1)极性相近原则:相近者相溶
(2)溶度参数相近原则:
溶度参数是反映分子间相互作用力大小的一个参数。定义为单位体积汽化能的平方根。用d来表示。常见溶剂的溶度参数可查手册。
若难以找到合适的单一溶剂,可选择混合溶剂。混合溶剂的溶度参数计算如下式:
δm = φ1δ1 +φ2δ2 (φ为体积分数)
第四页,共28页。
(3)溶剂化原则:即溶剂分子通过与高分子链的相互作用可把链分离而发生溶胀,直到溶解。
溶剂化作用要求聚合物和溶剂中,一方是电子受体(亲电性),另一方是电子给体(亲核性),两者相互作用产生溶剂化。
常见的亲电性基团:
-SO3H, -COOH, -C6H4OH, =CHCN, =CHNO2, -CHCl2, =CHCl
常见的亲核性基团:
-CH2NH2, -C6H4NH2, -CON(CH3)2, -CONH-, -CH2COCH2-, -CH2OCOCH2-, -CH2-O-CH2-
第五页,共28页。
第五节 聚合物的力学状态及其转变
聚合物的物理状态从热力学和动力学不同角度可分为相态和聚集态。
相态是热力学概念,由自由焓、温度、压力和体积等热力学参数决定。相态转变伴随着热力学参数的突变。相态的转变仅与热力学参数有关,而与过程无关,也称热力学状态。
聚集态是动力学概念,是根据物体对外场(外部作用)特别是外力场的响应特性进行划分,所以也常称为力学状态。力学状态涉及松弛过程,与时间因素密切相关。
聚合物在不同外力条件下所处的力学状态不同,表现出的力学性能也不同。
第六页,共28页。
一 、非晶态聚合物的力学三态及其转变
若对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力,观察试样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系,便得到该聚合物试样的温度--形变曲线(或称热--机械曲线)。
非晶态聚合物典型的热--机械曲线如下图,存在两个斜率突变区,这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域,分别对应于三种不同的力学状态,三种状态的性能与分子运动特征各有不同。
形变
温度
I
II
III
第七页,共28页。
温度
形变
I
II
III
在区域I,温度低,链段运动被冻结,只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动,因此聚合物在外力作用下的形变小,具有虎克弹性行为:形变在瞬间完成,当外力除去后,形变又立即恢复,表现为质硬而脆,这种力学状态与无机玻璃相似,称为玻璃态。
第八页,共28页。
温度
形变
I
II
III
玻璃态
随着温度的升高,链段运动逐渐“解冻”,形变逐渐增大,当温度升高到某一程度时,链段运动得以充分发展,形变发生突变,进入区域II,这时即使在较小的外力作用下,也能迅速产生很大的形变,并且当外力除去后,形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变,除去外力后能恢复原状的性

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