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【知识精讲】23华工804高分子物理考研知识——高分子科学史、高分子链的结构

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发表于 2021-12-19 09:54:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
 
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相关科目:804高分子物理
相关知识点:高分子科学史、高分子链的结构

#1、高分子科学史
1839年美国科学家goodyear发明了天然橡胶的硫化。
1855年英国科学家parks由硝化纤维+樟脑制得了赛璐璐塑料。
1883年法国科学家de Chardonnet发明了人造丝,使人们进入到有目的的使用和改性天然高分子。
1920年德国科学家staudinger提出了高分子长链结构的概念,将“高分子”这个概念引入科学领域之中,并确立了高分子溶液的粘度和分子量之间的关系,获得了1953年的诺贝尔奖。
德国科学家k.ziegler和意大利科学家g.natta发明了乙烯、丙烯的配位聚合,获得了1963年的诺贝尔奖。
Flory提出了聚合反应原理和高分子物理性质与结构的关系,获得了1974年的诺贝尔奖。
日本科学家白川英树,美国科学家alan g.macdiarmid和alan j.heeger通过对导电聚合物的发现和进展获得了2000年的诺贝尔奖。

#2、高分子链的结构
高分子链结构分为链结构和凝聚态结构两部分。链结构是指单个高分子的结构和形态,包括近程结构(化学组成、构型、构造、共聚物的序列结构),远程结构(分子的大小、尺寸、构象和形态)。凝聚态结构是指高分子链凝聚在一起形成的高分子材料本体的内部结构,包括晶态结构、非晶态结构、液晶态结构、取向结构、多组分结构。

2.1 近程结构
化学组成:碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子和无机高分子。

构型:分子间由化学键所固定的原子在空间的几何排列。要想破坏构型必须经过化学键的断裂和重组。根据构型可分为三种,旋光异构、几何异构和键接异构。旋光异构又可以分为全同立构、间同立构和无规立构。由于内消旋或者外消旋作用,即使等规度较好的高分子一般也不会有旋光性。几何异构分为顺式和反式异构,二者在双键两侧排列方式不同,一般由合成方法所决定。键接异构,聚合过程可能的键接方式有头-头、头-尾、尾-尾。

分子构造:指聚合物分子的各种形状。例如,一维高分子、二维高分子、三维高分子、支化高分子、交联高分子。高分子链的支化具有星型、梳型和无规支化以及树状支化等等,支化程度越高,支链结构越复杂,对高分子材料的使用性能影响也就越大。支化结构表征的内容包括支链的化学结构、支化点密度或两个支化链间的平均分子量。支化破坏了分子的规整度,使高分子的密度、结晶度、硬度等均下降,但是较长支链对聚合物机械性能的影响并不是很大,对溶液性质和熔体流动性影响较大。交联高分子具有三维空间网状结构,交联度,交联点密度。支化高分子能够溶解在某些溶剂中,而交联高分子是在任何条件下不溶不熔,仅仅在交联度小时,可轻度溶胀。橡胶的硫化使高分子产生硫桥,使高分子之间不再产生滑移,具有大的可逆弹性变形,交联度小的橡胶弹性较好,交联度大的橡胶弹性较差,交联度过大则失去弹性而变脆。

共聚物的序列结构:共聚物是由两种以上单体聚合而得到的高分子,类型包括交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。共聚物的结构表征和平均组成的测定由化学法(元素分析、官能团测定等)、光谱法(红外、紫外、核磁共振等)、放射性、分级法、凝胶渗透色谱法、折光指数及浊度滴定法来测定。接枝聚合物用接枝点密度、支链长度和接枝率表征(类比支化高分子和交联高分子)。常用的工程塑料ABS树脂除共混型外,大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。后者以丁苯橡胶为主链,将苯乙烯、丙烯腈接在支链上;或以丁腈橡胶为主链,将苯乙烯接在支链上;还可以以苯乙烯丙烯腈的共聚物为主链,将丁二烯和丙烯腈接在支链上等。分子结构不同,材料的性能也有差异。总之,ABS三元接枝共聚物兼有三种组分的特性,其中丙烯腈组分有氰基,能使聚合物耐化学腐蚀,提高制品的拉伸强度和硬度;丁二烯组分使聚合物呈现橡胶状弹性,这是制品冲击强度提高的主要因素;苯乙烯组分的高温流动性好,便于成型加工,且可改善制品的表面光洁度。因此,ABS 为质硬、耐腐蚀坚韧、 抗冲击的热塑性塑料。又如,用阴离子聚合法制得的苯乙烯与丁二烯的三嵌段共聚物称为SBS树脂,其分子链的中段是聚丁二烯,两端是聚苯乙烯。由于聚丁二烯在常温下是一种橡胶,而聚苯乙烯是硬性塑料,二者是不相容的,因此具有两相结构。聚丁二烯段形成连续的橡胶相,聚苯乙烯段形成微区分散在橡胶相中且对聚丁二烯起着物理交联作用。所以,SBS是一种加热可以熔融、室温具有弹性,亦可用注塑方法进行加工而不需要硫化的橡胶,又称热塑性弹性体。

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