聚合物高分子的结构特点
发布:hj9411 | 发布时间: 2008年5月14日分子结构是决定分子运动的内在条件,材料的物理性能是分子运动的宏观表现。通过了解高分子化合物不同的结构特点就可以了解材料所表现出来的宏观物理性能的差别。高分子的特性行为决定于它的特殊结构。同低分子化合物相比,高分子化合物的结构有以下特点:
1、分子量高
高分子与低分子化合物相比较,分子量非常高。由于这一突出特点,聚合物显示出了特有的性能,表现为“三高一低一消失”。
(1)高分子量
高分子化合物的分子量相对于非金属和金属物质而言,分子量是很大的。分子量在103~104的化合物开始显示出高分子的特征,可称为准高分子化合物,当分子量超过104,才成为典型的高分子化合物。构成普通高分子的原子是碳、氢、氧、氮等非金属元素,这些非金属元素相互间以化学键力相连接,形成大分子,大分子的许多性能特点都是与其高分子量密切相关的。
(2)高弹性
高弹性是高聚物特有的基于链段运动体现出来的可贵性能。高弹性是小应力作用下由于高分子链段运动而产生的很大的形变。链段(不是整个大分子链)由原来的构象过渡到与外力相适应的构象,高分子链由一种平衡态过渡到另一种平衡态,从而产生高弹形变。正是由于高弹形变是由链段运动所产生的,所以低分子化合物由于没有相应的结构,不具有这种形变。高弹形变的应力作用小,但是形变量很大,可达1000%。
(3)高黏度
黏度是分子质心发生相对位移的难易程度。聚合物熔体或浓溶液的物态属黏流态,由于此时大分子链基本上都处于紊乱状态,链段之间相互缠结,故流动时产生内摩擦而显现黏性。黏性的定量表征是黏度。黏度的单位为Pa·s。
普通低分子化合物的黏度为0.01 Pa·s,极黏的液体约为103Pa·s,而聚合物黏度可高达1013Pa·s。
(4)结晶度低
如果固体物质内部的质点(分子、原子或离子)在空间的排列具有短程有序性又具有长程有序性,即为晶体。许多低分子化合物的固体都可以形成晶体,结晶度是100%。高分子化合物由于分子链长而柔软,并且相互交织缠结,所以很难完全排人晶格,形成完整晶体。结晶聚合物都是晶相和非晶相的共存体系,结晶度比低分子化合物低得多。并且由于高分子化合物的分子链长短不一,分子量不相同,所以结晶温度(或者熔融温度)常常表现为一个较宽的范围,而低分子化合物则往往有一个明确的结晶温度(或熔点)。
(5)无气态
物质按其分子运动的形式和力学特征可分为气态、液态、固态三种聚集形态。低分子化合物同时存在这三种聚集形态,而高分子化合物由于分子量大,分子链之间的作用力比低分子间作用力大许多倍,要使高分子气化所需要的能量,超过了破坏分子中价键所需的能量,未等达到气化就先行裂解了,所以高分子化合物只存在固态和液态,不存在气态这种聚集形态。
2、线链状结构
高分子可看成是数目庞大的低分子以共价键相连接而形成的。如果把低分子抽象为一个“点”,那么绝大多数高分子则抽象为由千百万个“点”连接而成的“线”或“链”。而且,人们通过长期的实践和研究,证明高分子是链状结构。一般合成高分子是由单体通过聚合反应连接而成的链状分子,称为高分子链,除真正的线状链外,还可能形成支链、网链等。而较大尺寸的高分子的分子运动行为就可通过“链”的运动来描述。
3、分子量和分子量尺寸的多分散性
高分子化合物实际上是一种具有相同的化学组成(链节结构相同),而分子链长度不等(每个分子的链节数目不同)的同系高分子的混合物。也就是说,构成高分子化合物的每个分子的分子量不完全一样(即分子量的不均一性),即分子量是一个平均值,这种特性就称为分子量的多分散性。除有限的几种天然高分子外,其他高分子的分子量都是不均一的。也可理解为分子量相同的不同分子之间在同一时刻可具有不同的尺寸。这就决定了高分子的分子量和分子尺寸只能是某种意义上的统计平均值。
4、结构的多层次性
高分子结构的特点造成高分子的结构可分成许多层次,包括链结构单元的近程关系、远程关系、链之间的聚集状态、织态结构等多层次。它们表现出多模式的运动,赋予聚合物的多重转变和各种物理性质。
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