(一).柔顺性:高分子链的各种可蜷曲的性能或者说高分子链能改变其构象的性质称作柔顺性,简称柔顺性。也就是说柔性是从一种构象过渡到另一种构象的可能性,它是聚合物的许多性能不同于低分子物质的主要原因。
1、静态柔顺性 又称平衡态柔性,指的是高分子链处于较稳定状态时的蜷曲程度。若存在非近邻原子之间的相互作用使反式和旁式之间的位能不等,
= 旁式位能 - 反式位能,静态柔顺性比较eD/KT值的大小:
当eD/KT<1时,链的静态柔性好【反式和旁式构象在链中分配均匀,使链呈无规线团,每一个单接单元,】;当eD
=0时,链柔性最好。eD/KT>>1,刚性链【当eD/KT稍微增大,单键的反式构象将占优势,使链的局部变刚性,而从链的整体来说还是柔性的。】把这条分子链看作由许多刚性的“链段”组成的柔性链,只是把每一个链段看作为一个可以独立运动的连接单元。
链段的长度lp,又称为 持久长度(persistence
length),比单键长度l要长,取决于eD/KT的值,lp=lexp(eD/KT)lp,
当@eD0<</span>时,lp@1链柔性最好。
2、动态柔顺性 又称动力学柔性,指分子链从一种平衡态构象转变成另一种平衡态构象的容易程度。构象转变越容易,转变速率越快,则分子链的动态柔性越好。tp=oteDe/KTtp称为持久时间。tp越短,分子链的动态柔性越好。
(二) 影响柔性的结构因素 高分子链的柔性是因为它可以有无数的构象。高分子的分子结构决定了实现其可能构象的难易,因而直接影响高分子链柔性。
主链的结构是影响柔性的主要因素。
1、主链结构:
(1) 主链全是单键相连:键长较长,键角较大的键,因近程的排斥力较小,内旋转容易,柔性大。其顺序如下:-Si-O->-C-N->-C-O->-C-C-例如,分子的柔性从大到小的排列次序为:柔顺性:聚二甲基硅氧烷(硅橡胶)>聚己二酸己二酯(一种涂料)>聚乙烯
http://s9/bmiddle/6cbeac03gx6Cad2jjCgf8&690
(2) 主链上含有孤立双键 组成双键的碳原子上减少了一个基团,使非近邻原子间的距离增大,相互间的排斥力减弱,使双键临近的单键内旋转容易,链的柔顺性好。
(3) 主链上含共轭双键 由于共轭双键的p电子云没有轴对称性,分子链不能内旋转,因此具有高度的刚性。如:聚乙炔—CH=CH—CH=CH—CH=CH—聚苯
(4) 主链含有芳杂环结构 芳杂环不能内旋转,柔性较差。如:聚碳酸酯,芳香尼龙
http://s8/bmiddle/6cbeac03gx6Cad4Zmkv87&690 2、取代基:
(1) 极性取代基 柔顺性:PAN -CN偶极矩为3.4D,C-Cl的偶极矩为1.8~1.9D,C-CH3偶极距为0。取代基是极性的,增加
分子间作用力,单键的内旋转受到阻碍,减少高分子链的柔性,而且极性越大,柔顺性越差。但一般聚合物的耐热性增加。
(2)
非极性取代基 非极性取代基的体积对高分子链柔性有两方面的作用:(a)
使主链间距离增大,减弱了分子间作用力,因而有增加柔性的趋势;(b) 使空间位阻增加,阻碍内旋转,又有减少柔性的趋势。如:PP、PS……
(3)
取代基的位置和数量 同一C上相同的取代基,分子间距增大,易旋转,柔顺性增大;同一C上不同的取代基,空间位阻增大,难旋转,柔顺性减小。柔顺性:聚异丁烯>聚乙烯>聚丙烯聚偏二氯乙烯>1,2-聚二氯乙烯;聚偏二氯乙烯>PVC 聚异丁烯>PMMA从三种橡胶的Tg比较柔顺性橡胶的顺性来自于其中的双键,尽管双键本身不能旋转,但与之相连的C上的H减少,所以柔顺性增加。如果有极性取代基,则柔顺性下降。注意:此双键是孤立的双键,而不是=C-C=,因其共轭而 就没有了柔性
3、支链和交联 短支链时,能阻碍分子链间的接近,有助于各个分子链的内旋转,使柔性增加。但支链过长,阻碍链的内旋转起主导作用,使柔性下降。对于交联结构,当交联程度不大时,如含硫2~3%的橡胶,对链的柔性影响不大,当交联程度达到一定时,如含硫30%以上,则大大影响链的柔性。
来源:高分子材料与工程
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