高分子溶液课件

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1、第十章高分子溶液[教学目的要求]掌握聚合物的溶解过程；溶剂的选择原则；了解溶解度参数的概念和测定、Flory—Huggins晶格模型理论的基本假设和高分子溶液热力学相关的基本公式、相互作用参数和第二维力系数的物理意义以及溶胶与冻胶的概念。[教学重难点]介绍聚合物的溶解过程以及聚合物结构和溶剂对溶解性能的影响；溶解度参数的概念和测定、Flory—Huggins晶格模型理论的基本假设和高分子溶液热力学相关的基本公式、相互作用参数和第二维力系数的物理意义。[教学方法]多媒体辅助教学，充分利用图片多媒体素材，激发学生学习兴趣。[教学内容]第一节概述一.高分子溶液

2、重要性高分子溶液是生产实践和科学研究均要碰到的问题：生产实践中：①浓溶液——油漆，涂料，胶粘剂，纺丝液，制备复合材料用到的树脂溶液（电影胶片片基），高聚物/增塑剂浓溶液等。②稀溶液——分子量测定及分子量分级（分布）用到的稀溶液。科学研究中：由于高分子稀溶液是处于热力学平衡态的真溶液，所以可以用热力学状态函数来描述，因此高分子稀溶液已被广泛和深入的研究过，也是高分子领域中理论比较成熟的一个领域，已经取得较大的成就。通过对高分子溶液的研究，可以帮助了解高分子的化学结构，构象，分子量，分子量分布；利用高分子溶液的特性（蒸汽压，渗透压，沸点，冰点，粘度，光散射等

3、），建立了一系列高分子的测定手段，这在高分子的研究工作和生产质量控制上都是必不可少的手段。二.分类①极稀溶液——浓度低于1％属此范畴，热力学稳定体系，性质不随时间变化，粘度小。分子量的测定一般用极稀溶液。②稀溶液——浓度在1％～5%。③浓溶液——浓度>5%，如：纺丝液（10～15％左右，粘度大）；油漆（60％）；高分子/增塑剂体系（更浓，半固体或固体）。第二节高聚物的溶解1溶解过程1-1溶解的特点由于高聚物的结构复杂，分子量大，具有多分散性，形状多样（线，支化，交联），聚集态不同（结晶态，非晶态），所以溶解的影响因素很多，溶解过程比小分子固体复杂的多。①

4、溶解两个过程（溶剂分子小，聚合物分子大）溶胀（溶剂分子渗入到高聚物内部，使高聚物体积膨胀），溶解（高分子均匀分散到溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系）②溶解度与分子量分子量大，溶解度小；分子量小，溶解度大（对于交联高聚物：交联度大，溶胀度小；交联度小，溶胀度大）③溶解与聚集态有关非晶态较易溶解（分子堆砌较松散，分子间力较小）晶态难溶解（分子排列规整，堆砌紧密）④结晶高聚物溶解与高聚物的极性有关1-2非晶高聚物的溶胀与溶解溶胀又分为两种：①无限溶胀：线型聚合物溶于良溶剂中，能无限制吸收溶剂，直到溶解成均相溶液为止。所以溶解也可看成是聚合物无限溶胀的结

5、果。例：天然橡胶在汽油中；PS在苯中②有限溶胀：对于交联聚合物以及在不良溶剂中的线性聚合物来讲，溶胀只能进行到一定程度为止，以后无论与溶剂接触多久，吸入溶剂的量不再增加，而达到平衡，体系始终保持两相状态。用溶胀度Q（即溶胀的倍数）表征这种状态，用平衡溶胀法测定之：溶胀度＝溶胀后溶胀体总体积/溶胀前高分子体积溶胀度与交联度有如下的关系：①定性：交联度大的，溶胀度小；交联度小的，溶胀度就大。②定量：相邻两个交联点间的链的平均分子量来表征交联度，称为有效链平均分子量。有效链平均分子量大，交联度小；有效链平均分子量小，交联度大。1-3结晶聚合物的溶解1-3-1特

6、点①热力学稳定相态，分子链排列紧密、规整，分子间作用力大，所以溶解要比非晶聚合物困难得多。②溶解有两个过程：首先吸热，分子链开始运动，晶格被破坏。然后被破坏晶格的聚合物与溶剂发生作用，同非晶聚合物一样，先发生溶胀，再溶解。1-3-2非极性结晶聚合物的溶解（要加热）（1）这类聚合物一般是由加聚反应生成的，如PE，IPP等，它们是纯碳氢化物，分子间虽没有极性基团相互作用力，但由于分子链结构规整，所以也能结晶。(2)溶解过程：往往是加热到接近熔点Tm时，晶格被破坏，再与溶剂作用。例如：HDPE(Tm＝135oC)在四氢萘中加热到120oC才能溶解。有规PP（T

7、m＝134oC）在四氢萘中加热到130oC以上才能很好地溶解。1-3-3极性结晶高聚物的溶解这类聚合物大多是由缩聚反应生成的，如PA，PET等，分子间有很强的作用力。除了用加热方法使其溶解之外，也可在常温下加强极性溶剂使之溶解。为什么？因为结晶聚合物中含有部分非晶相（极性的）成分，它与强极性溶剂接触时，产生放热效应，放出的热使结晶部分晶格被破坏，然后被破坏的晶相部分就可与溶剂作用而逐步溶解。例：聚酰胺室温可溶于甲醇，4％的H2SO4，60%的甲酸中。PET可溶于甲醇。1.溶解不仅与分子量大小有关，更重要的是与结晶度有关，结晶度↑，溶解度↓。2溶剂的选择溶

8、剂选择有三个原则：极性相似原则、溶度参数相近原则、溶剂化原则★注意三者相结合进行