材料科学与工程导论ppt课件.ppt

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1、14.6聚合物分子形状(molecularshape)14.7聚合物分子结构(molecularstructure)聚合物的物理特性不仅依赖于其分子量和形状，还与分子链的结构有关。现代聚合物合成技术可以对各种可能的结构实现控制。这一节将对几种分子结构进行讨论，这些分子结构包括：线形、支化、交联和网状，以及各种同分异构组态。线形聚合物(linearpolymer)具有线形结构的常见聚合物有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙和碳氟化合物。支链（支化）聚合物(branchedpolymer)合成聚合物可以形成图14.7b所示的结构，侧枝链和主链连结，这类聚合物叫

2、支链聚合物。支链被认为是主链的一部分，是聚合物合成过程中侧面发生反应形成的。由于支链的形成，链的堆垛效率降低，因而导致聚合物密度降低。线形结构聚合物也可以形成支链。交联聚合物(crosslinkedpolymer)在交联聚合物中，相邻线形链通过共价键在各个位置相互连结，如图14.7c所示。交叉连接过程在合成过程中或者在高温不可逆化学反应过程中完成。交叉连结经常通过附加原子或分子与主链形成共价键进行。许多橡胶弹性材料是交叉连结，在橡胶中这叫做硫化作用。在15.15将讨论这种过程。网状聚合物（星形）(networkpolymer)三功能基体单元具有三个活性共价键，形成三维网状结

3、构(如图14.7d所示)，叫网状聚合物。实际上，具有高度交叉连结的聚合物也可以归类为网状聚合物。这类材料具有优异的力学和热学特性。环氧化物和酚醛属于这一组。应该指出，聚合物通常不是只有一种特征结构类型，例如，以线形结构为主的聚合物也可以具有一定的支链和交叉连接。14.8分子构型对于单烯类单体来说：CH2=CHR，如果把有取代基(R)的一端称为“头”，另一端称为“尾”那么聚合时，可以出现头-尾键接(head-to-tail)：还会出现头-头(head-to-head)（尾-尾）键接：有时也出现两种键接方式同时出现的无规键接。由于能量与位阻效应，高聚物分子链主要是头-尾键接。但

4、是当位阻效应很小，链生长端（自由基、阳离子或阴离子）的共振稳定性很低时，会得到较大比例的头-头（或尾-尾tail-to-tail）结构。例如，聚醋酸乙烯酯含有少量头-头键接；聚偏氯乙烯中头-头键接含量达8%~12%；聚氟乙烯中头-头键接含量可达16%。在多数情况下，分子链中头-头键接结构的增加对高聚物的性能起有害的影响。例如，头-头键接的聚氯乙烯的热稳定性差。聚合物分子中也存在同分异构现象，相同成分分子构型不同。下面对两种同分异构进行讨论，它们是：立体同分异构(TacticityorStereoisomerism)（旋光异构）和几何同分异构（几何异构Geometriciso

5、mer）。立体同分异构立体同分异构表示原子以相同顺序（头对尾）连结在一起，但是原子的空间布局不同。一种同分异构体为；所有的R组在链的同一边，称为全同立构(isotactic)。第二种立体同分异构为：R组交替布局在链的两边，称为间同立构组态(syndiotactic)。第三种立体同分异构为：R组混乱占位，称为无规立构组态(atactic)。另一种重要的链组态是几何同分异构。当基体单元内，链上碳原子之间具有双键时，可能形成几何同分异构。能够与双键碳原子成键的是单侧键原子或基，它可以占据链的任何一边。异戊间二烯（异戊二烯）的结构为：其中，CH3和H原子占据链的同一边，这称为顺式结

6、构(cis-)（构型）所形成的聚合物叫顺式-聚异戊二烯，是一种天然橡胶。另一种异构体具有反式结构（trans-构型），CH3和H占据在链的两边。反式-聚异戊二烯的结构为：反式-聚异戊二烯有时又称为古塔橡胶（杜仲橡胶），其特性与前面的天然橡胶相比具有很大的差异。由反式到顺式，或者由顺式到反式，不能通过简单的链键旋转转化。因双键链非常刚硬。聚合物分子的特征可以用尺寸、形状和构型等术语进行描述。分子尺寸由分子量（聚合度）表征。分子形状和链的扭曲、盘绕和弯曲程度有关。分子结构依赖结构基元的连结方式，线状、支链、交叉连结和网状结构以及几种同分异构组态（全同立构、间同立构、无规立构、顺

7、式结构和反式结构都有可能存在。14.9共聚物(Copolymer)以上主要讨论了均聚物的构造问题。对于共聚物，除了存在与均聚物相同的构造因素之外，还增加了单体单元之间的连接问题。所谓共聚物是指两种或者两种以上的单体单元组成的高聚物。例如A和B两种单体可以生成二元共聚物，由于各单体的均聚或共聚活性不同，当合成条件改变时，可能形成下面几种共聚物：1、无规共聚物(randomcopolymer)……AABABBAAABBBBA……两种单体的键接顺序没有一定规律；2、交替共聚物(alternatingcopolymer)…