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標(biāo)題: 【知識精講】23華工804高分子物理考研知識——遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(... [打印本頁]

作者: 華工引路人    時間: 2022-2-24 09:40
標(biāo)題: 【知識精講】23華工804高分子物理考研知識——遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(...
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相關(guān)科目:804高分子物理
相關(guān)知識點(diǎn):遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(主講重點(diǎn)構(gòu)象)

#1、遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(主講重點(diǎn)構(gòu)象)

構(gòu)象分為微構(gòu)象(原子或者原子基團(tuán)圍繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的空間排布)和宏構(gòu)象(高分子鏈具有沿著主鏈的微構(gòu)象序列,能夠反映出高分子鏈的空間形狀)。理想情況下,碳鏈上不帶有其他原子或者基團(tuán),C-C單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)的完全自由的,旋轉(zhuǎn)過程不發(fā)生能量變化,但是實際上,碳原子綜述帶有其他的原子或基團(tuán),電子云的排斥作用使C-C單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到阻礙,旋轉(zhuǎn)需要消化一定的能量。

單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)是導(dǎo)致高分子呈蜷曲構(gòu)象的原因,也是高分子的柔順性原因,高分子的柔順性是高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)。高分子鏈的分子結(jié)構(gòu)不同,取代基的大小和極性不同,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘不同,其高分子鏈柔順性均有可能不同。

高分子鏈的柔順性分為靜態(tài)柔順性(平衡態(tài)柔順性)和動態(tài)柔順性兩種。靜態(tài)柔順性是熱力學(xué)平衡條件下的柔性,取決于反式和旁氏構(gòu)象之間的能量差,動態(tài)柔順性是指在外界一定條件下,從一種平衡態(tài)向另外一種平衡態(tài)構(gòu)象轉(zhuǎn)變的難易程度。通常來說,內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單鍵數(shù)目越多,阻力越小,構(gòu)象越多,鏈段越短,柔性越好。

影響柔順性的因素:

1.主鏈結(jié)構(gòu)

a.含有雜原子,鏈的柔順性增加。-Si-O- > -C-N->-C-0->-C-C-;

b.含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu),由于芳雜環(huán)不能旋轉(zhuǎn),其柔順性較差;

c.含有孤立雙鍵,柔順性好,原因雙鍵鄰近的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘減小,雙鍵旁的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易;當(dāng)含有共軛雙鍵時,大分子呈剛性。

2.取代基

a.極性越強(qiáng),柔性越差;

b.極性基團(tuán)越多,柔性越差;

c.取代基對稱分布時,分子偶極矩減小,內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易,柔順性好;

d.非極性取代基而言,基團(tuán)體積大,空間位阻效應(yīng)大,柔順性差。

3.分子量

分子量越大,柔性增加,當(dāng)分子量增大到一定程度時,分子量對柔順性無影響。


4.支化和交聯(lián)

a.長支化分子鏈之間的物理纏結(jié)作用增加,分子鏈活動受阻,柔順性下降。短支化分子鏈間距離增大,柔順性增加;

b.交聯(lián)度不太大時,對鏈柔性影響不大。交聯(lián)度越大,分子鏈柔性越差;

c.分子鏈越長,分子構(gòu)象數(shù)目越多,鏈的柔順性越好。


5.分子間作用力

分子間作用力大,柔性變差。氫鍵(剛性) <極性<非極性。


6.分子鏈的規(guī)整性

分子鏈越規(guī)整,越容易結(jié)晶,一旦結(jié)晶,構(gòu)象不允許變化,那么高分子鏈的柔性就表現(xiàn)不出來。


7.影響柔順性的外部因素

a.溫度:溫度升高,柔順性變好;

b.外力:主要指外力的作用速度,作用速度越大柔順性越差;

c.溶劑:良性溶劑和不良溶劑。

最后提出注意??!高分子鏈的柔性決不能和實際聚合物材料的剛?cè)嵝曰鞛橐徽劇?br />
構(gòu)象統(tǒng)計:對于瞬息萬變的無規(guī)線團(tuán)狀高分子可以采用均方末端距和根均方末端距來表征其高分子尺寸。但是對于支化的高分子一般一個分子上有數(shù)目不等的端基,此時一般采用均方回轉(zhuǎn)半徑來表征。對于高斯鏈,當(dāng)分子量為無限大時,或者高分子鏈處于無擾狀態(tài)(詳情見后文),均方末端距和均方回轉(zhuǎn)半徑有如下關(guān)系:h02=s02。自由連接鏈的均方末端距:h2=nl2,n為單鍵個數(shù),l為鍵長,等效自由連接鏈:h2=zb2,z為等效鏈段個數(shù),等效鏈段長度。


自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方末端距:



θ為鍵角,當(dāng)自由旋轉(zhuǎn)鏈完全伸直變?yōu)槠矫驿忼X鏈時,公式可以簡化為:     



均方末端距具有兩個特點(diǎn):與主鏈的數(shù)目n成正比,末端距分布是高斯分布。

柔順性表征:1.空間位阻參數(shù)(或稱剛性因子)



鍵數(shù)和鍵長一定時, 鏈越柔順,其均方末端距愈小。鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)阻礙越大,分子尺寸越擴(kuò)展,σ愈大,柔順性差; σ愈小,柔順性好。


2.Flory特征比Cn



特征比C為n的函數(shù),當(dāng)n→∞時,對應(yīng)的Cn,可定義為C∞。對于自由連接感,C∞=1,而對于完全伸直鏈,C∞→∞,C∞一般稱作極限特征比。因而,Cn對n依賴性的大小,也是鏈柔性的一種反映。并且,Cn值越小,鏈的柔性越好


3.鏈段長度b



b越小則鏈越柔順,可以表征不同高分子鏈的柔順性。


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