当前课程知识点:简明有机化学(先修课) > 第十三章 高分子化合物 > 13.3 高分子化合物的结构和性能 > 高分子化合物的结构和性能
大家好,这一节我们来介绍高分子化合物它的结构和性能
高分子化合物,它的结构和性能之间有非常密切的关系
不同的性能对应着不同的应用领域
高分子化合物它的结构是多层次的
有点儿类似蛋白质的多级结构
我们可以简单的把高分子的结构分为两部分
链式结构和聚集态结构
链的结构又可以进一步分为链内的结构和链本身的形态结构
链内的包括结构单元的化学组成、连
接方式、立体构型、序列变化以及脂化交联等等
这一类属于一级结构,又称为近程结构
而对于高分子链的大小,高分子链的形态
我们就把它称为二级结构,也叫远程结构
各种高分子链混杂在一起,形成
了聚集态结构,这是高分子的第三级结构
包括晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等等
单个高分子链,它可以以结构
单元的不同方式连接而形成不同的结构
例如单烯类的,可以以头和头连接,
也可以以头和尾连接形成不同的连接方式
双烯类的,可以以不同的加成方式
例如1,3-丁二烯,我们可以以1,4-加成和
1,2-加成的两种不同加成方式,获得不同的结构单元
结构单元之间,它们的空间排列也可以形成不同的链的结构
比如形成几何异构,仍拿1,4-加成的双烯来举例
我们可以看到,对于这样的基团
如果在双键的两侧,它们的排列方式相同,则形成顺式构型
如果不同,则形成反式构型
而形成对应的几何异构体
例如形成顺式的聚丁二烯和反式的聚丁二烯
顺式的聚丁二烯又被称为顺丁橡胶
此外,旋光异构也是结构单元空间构型产生变化的重要原因
如果具有手性中心的这样的结构单元
它们都具有相同的构型,那么就称为全同立构
如果取代基R是交替地排列于主
链平面的两侧,我们就把它称为间同立构
另外,大分子骨架的排列形式也可以造成不同的聚集状态
如线型的、支链型的、 网状的大分子骨架结构
常见的会有星型支化、梳型
支化、无规支化和交联网状支化等等
另外,如果有两种单体参与聚合反应
则可形成不同类型的共聚物
例如,如果形成了共聚物,两种单体
是杂乱无章排列的,我们就把它称为无规共聚物
而如果共聚物当中两种单体是
严格相间的,我们就把它称为交替共聚物
例如苯乙烯-马来酸酐共聚物就是这种类型
如果两种单体分别会构成链段,然
后这两种链段再进一步组成更大的分子链结构
我们就把这样的共聚物称为嵌段共聚物
例如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物
而如果主链是由某一种单体组
合而成的,而支链则由另外一种单体组成
我们把它称为接枝共聚物
例如淀粉-丙烯酸接枝共聚物
这些高分子链的排列形式,赋予了高分子非常复杂的结构
而这些结构又对应着高分子力学性能的不同
高分子的力学性能受温度的影响非常显着
我们看,这张图是线形的非晶态高分子的温度-形变曲线图
红色的曲线就是高分子随温度增加形变发生变化的曲线
从这里我们可以看到,根据温度区域
的不同可以划分为两个转变区和三个力学状态
两个转变区分别称为玻璃化转变区和粘流转变区
玻璃化转变区是高分子从固
态向具有一定弹性的高弹态转变的区域
而粘流转变区是从高弹态向具有
完全流动性的高分子转变的这样一个区域
这两个转变区,把高分子的力学状态划分为三个
玻璃态、高弹态和粘流态
那么在玻璃化转变区有一个重要的温度-TJ,叫玻璃化转变温度
这个转变温度可以帮助我们
确定高分子材料它可以应用的温度范围
在粘流转变区也可以找到一个温度-TF,它是熔融温度
高分子的这个温度-形变曲线可以帮助我们确
定高分子材料它所处的状态可以有一些对应什么样的应用
比如玻璃态,当处于玻璃态的高分子材料
它们具有一定的固体的形状
可以用于加工成各种塑料
瓶、各种容器管材等等,作为结构材料使用
而在室温下处于高弹态的这样一类高分子,主要就是橡胶材料
它们可以用于制作汽车轮胎、塑胶跑道等等
如果在室温下处于粘流态
那么这种高分子材料我们就可以把它用作涂料、粘合剂等等
所以,高分子材料它的力学
性能和应用领域可以说是密不可分的
那么,这一小节我们就简单的介
绍了高分子材料它的结构和性能之间的关系
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