《高分子物理》全套PPT課件

高分子物理全套PPT課件,高分子物理,高分子,物理,全套,PPT,課件 聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.1 聚合物表面與界面聚合物表面與界面表面（表面（surface):暴露于真空的材料最外層部分。暴露于真空的材料最外層部分。界面（界面（inteface):不同物體或相同物質(zhì)不同相間相互接不同物體或相同物質(zhì)不同相間相互接觸觸 的過(guò)渡部分。的過(guò)渡部分。表面處理：用化學(xué)或物理方法改變表面分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，表面處理：用化學(xué)或物理方法改變表面分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，來(lái)提高或聚合物表面張力來(lái)提高或聚合物表面張力聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.2 聚合物表面與界面的熱力學(xué)聚合物表面與界面的熱力學(xué)一、表面張力與潤(rùn)濕一、表面張力與潤(rùn)濕（一）表面張力（一）表面張力1、定義：、定義：表面層分子受到不對(duì)稱(chēng)力場(chǎng)的作用，產(chǎn)生總表面層分子受到不對(duì)稱(chēng)力場(chǎng)的作用，產(chǎn)生總的合力表現(xiàn)為指向體相內(nèi)部的拉力。的合力表現(xiàn)為指向體相內(nèi)部的拉力。使液體表面緊縮，使液體表面緊縮，沿液體表面，垂直作用于單位長(zhǎng)度的力。方向與物體表沿液體表面，垂直作用于單位長(zhǎng)度的力。方向與物體表面平行，對(duì)于彎曲表面則與表面相切。面平行，對(duì)于彎曲表面則與表面相切。2、比表面功：增加單位面積所需的可逆非體積功。、比表面功：增加單位面積所需的可逆非體積功。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面113、影響表面張力因素、影響表面張力因素（1）溫度：溫度越高，表面張力降低，溫度高時(shí)表面）溫度：溫度越高，表面張力降低，溫度高時(shí)表面張力接近，甚至接近于小分子的液態(tài)。張力接近，甚至接近于小分子的液態(tài)。P302表表11-1（2）聚集態(tài)：固態(tài)表面張力大于液態(tài)。）聚集態(tài)：固態(tài)表面張力大于液態(tài)。（3）分子間作用力：越大，表面張力越大。）分子間作用力：越大，表面張力越大。（4）基團(tuán)極性：具有極性基團(tuán)聚合物的表面張力）基團(tuán)極性：具有極性基團(tuán)聚合物的表面張力 大于大于非極性的。非極性的。（5）分子量：一般分子量越大，表面張力越大。）分子量：一般分子量越大，表面張力越大。（6）聚合物密度：密度越大，表面張力越大。）聚合物密度：密度越大，表面張力越大。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面114、界面張力（與共混體系有關(guān)）、界面張力（與共混體系有關(guān)）（1）存在上臨界共溶溫度的體系，隨溫度升高，界面）存在上臨界共溶溫度的體系，隨溫度升高，界面張力降低。張力降低。（2）存在下臨界共溶溫度的體系，隨溫度降低，界面）存在下臨界共溶溫度的體系，隨溫度降低，界面張力降低。張力降低。（二）潤(rùn)濕（二）潤(rùn)濕（1）90，潤(rùn)濕。，潤(rùn)濕。（2）90不潤(rùn)濕。不潤(rùn)濕。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面11 許多固液界面張力介于兩者的表面張力值之間，若許多固液界面張力介于兩者的表面張力值之間，若固體的表面張力小于液體的表面張力，則固體的表面張力小于液體的表面張力，則 90，液體不，液體不能潤(rùn)濕固體。如不粘鍋，能潤(rùn)濕固體。如不粘鍋，20時(shí)，聚四氟乙烯表面張力為時(shí)，聚四氟乙烯表面張力為23.9mN/m，雞蛋清為，雞蛋清為70mN/m，金屬一般大于，金屬一般大于1000mN/m。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.3 聚合物表面與界面的動(dòng)力學(xué)聚合物表面與界面的動(dòng)力學(xué) 聚合物最外層分子運(yùn)動(dòng)能力的提高使表面官能團(tuán)可聚合物最外層分子運(yùn)動(dòng)能力的提高使表面官能團(tuán)可以據(jù)接觸介質(zhì)的性能發(fā)生翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡?。以?jù)接觸介質(zhì)的性能發(fā)生翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡堋Ｈ缇奂谆┧崃u乙酯（如聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA），與空氣接觸，），與空氣接觸，憎水的甲基暴露于界面，當(dāng)與水接觸時(shí)，親水的羥基暴憎水的甲基暴露于界面，當(dāng)與水接觸時(shí)，親水的羥基暴露于界面。再如聚苯乙烯薄膜的露于界面。再如聚苯乙烯薄膜的Tg隨厚度的降低而下降。隨厚度的降低而下降。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.4 聚合物共混界面聚合物共混界面 聚合物共混界面：兩相間過(guò)渡區(qū)，組成與結(jié)構(gòu)逐漸聚合物共混界面：兩相間過(guò)渡區(qū)，組成與結(jié)構(gòu)逐漸變化。變化。界面厚度由鏈構(gòu)象熵和不同種類(lèi)鏈段間作用能來(lái)決界面厚度由鏈構(gòu)象熵和不同種類(lèi)鏈段間作用能來(lái)決定，鏈的構(gòu)象熵有利于形成厚的界面，而鏈段間作用有定，鏈的構(gòu)象熵有利于形成厚的界面，而鏈段間作用有利于形成一個(gè)窄的界面。利于形成一個(gè)窄的界面。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.5 固體固體-高分子溶液界面高分子溶液界面一、高分子在固體表面的吸附一、高分子在固體表面的吸附（一）吸附作用（一）吸附作用1、吸附使構(gòu)象熵減小，不利吸附。、吸附使構(gòu)象熵減小，不利吸附。2、高分子與固體表面作用力，有利于吸附，是高分子、高分子與固體表面作用力，有利于吸附，是高分子吸附的驅(qū)動(dòng)力。吸附的驅(qū)動(dòng)力。（二）吸附在固體表面的高分子構(gòu)象類(lèi)型（二）吸附在固體表面的高分子構(gòu)象類(lèi)型1、尾：未被吸附的自由末端。、尾：未被吸附的自由末端。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面11 2、列：由與表面直接接觸的一些鏈段構(gòu)成。、列：由與表面直接接觸的一些鏈段構(gòu)成。3、圈：兩端吸附在表面上，中間鏈段未吸附。、圈：兩端吸附在表面上，中間鏈段未吸附。隨濃度升高，列狀構(gòu)象數(shù)減少，圈狀構(gòu)象數(shù)增多。隨濃度升高，列狀構(gòu)象數(shù)減少，圈狀構(gòu)象數(shù)增多。二、高分子在膠體體系中的應(yīng)用二、高分子在膠體體系中的應(yīng)用1、膠體：帶電顆粒吸引溶液中帶相反電荷的反離子，、膠體：帶電顆粒吸引溶液中帶相反電荷的反離子，在其表面及周?chē)芤褐行纬呻p電層結(jié)構(gòu)，使顆粒間產(chǎn)生在其表面及周?chē)芤褐行纬呻p電層結(jié)構(gòu)，使顆粒間產(chǎn)生排斥力，從而保證膠體的穩(wěn)定。排斥力，從而保證膠體的穩(wěn)定。2、高分子對(duì)膠體的作用、高分子對(duì)膠體的作用（1）高分子被接枝或吸附到膠體顆粒表面）高分子被接枝或吸附到膠體顆粒表面聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面11（2）溶解于膠體分散介質(zhì)中的高分子）溶解于膠體分散介質(zhì)中的高分子 在膠體顆粒間會(huì)產(chǎn)生拉近的在膠體顆粒間會(huì)產(chǎn)生拉近的“橋接力橋接力”，而使膠體，而使膠體顆粒發(fā)生凝聚沉降。如水的純化過(guò)程中就利用了高分子顆粒發(fā)生凝聚沉降。如水的純化過(guò)程中就利用了高分子的這一特性。的這一特性。另外溶解于分散介質(zhì)中的不被吸附的高分另外溶解于分散介質(zhì)中的不被吸附的高分子還會(huì)使膠體顆粒間產(chǎn)生子還會(huì)使膠體顆粒間產(chǎn)生“排空力排空力”這種吸引力，而使這種吸引力，而使膠體不穩(wěn)定。膠體不穩(wěn)定。當(dāng)當(dāng)d2L時(shí)，會(huì)引起兩顆粒間高分子濃度局部升高，時(shí)，會(huì)引起兩顆粒間高分子濃度局部升高，高分子間相互排斥，使體系混合自由能增大；當(dāng)高分子間相互排斥，使體系混合自由能增大；當(dāng)dL時(shí)，時(shí)，顆粒上高分子鏈被另一顆粒擠壓，引起彈性形變，產(chǎn)生顆粒上高分子鏈被另一顆粒擠壓，引起彈性形變，產(chǎn)生彈性排斥力，這兩種因素對(duì)膠體顆粒產(chǎn)生位阻排斥力，彈性排斥力，這兩種因素對(duì)膠體顆粒產(chǎn)生位阻排斥力，有利于提高膠體穩(wěn)定性。有利于提高膠體穩(wěn)定性。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.6 聚合物表面改性技術(shù)聚合物表面改性技術(shù)一、分類(lèi)一、分類(lèi)1、直接改變材料原有表面的化學(xué)組成。、直接改變材料原有表面的化學(xué)組成。2、在原有表面上添加其他種類(lèi)的材料，從而獲得所添、在原有表面上添加其他種類(lèi)的材料，從而獲得所添加材料的表面性能。加材料的表面性能。二、表面接枝二、表面接枝1、定義：將第二種高分子鏈通過(guò)化學(xué)鍵連接到原有的、定義：將第二種高分子鏈通過(guò)化學(xué)鍵連接到原有的基體聚合物表面，從而獲得枝高分子鏈的表面性能?；w聚合物表面，從而獲得枝高分子鏈的表面性能。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面112、化學(xué)鍵的產(chǎn)生：用化學(xué)或輻射方法使聚合物產(chǎn)生反、化學(xué)鍵的產(chǎn)生：用化學(xué)或輻射方法使聚合物產(chǎn)生反應(yīng)性基團(tuán)。應(yīng)性基團(tuán)。三、火焰處理三、火焰處理 將含氧官能團(tuán)引入聚合物表面，改進(jìn)聚合物表面的將含氧官能團(tuán)引入聚合物表面，改進(jìn)聚合物表面的可印刷性及與涂料的粘合性?？捎∷⑿约芭c涂料的粘合性。四、等離子體處理四、等離子體處理 需真空，處理后的表面更均勻，且不影響材料的本需真空，處理后的表面更均勻，且不影響材料的本體性能。體性能。等離子體：氣態(tài)的帶電粒子（正負(fù)離子、電子、自等離子體：氣態(tài)的帶電粒子（正負(fù)離子、電子、自由基等）。由基等）。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面11五、表面電暈處理五、表面電暈處理 利用電暈效應(yīng)通過(guò)高能電磁場(chǎng)，使聚合物離子化的利用電暈效應(yīng)通過(guò)高能電磁場(chǎng)，使聚合物離子化的一種表面改性，可以在常壓及相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行。一種表面改性，可以在常壓及相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行。產(chǎn)生的自由基與氧反應(yīng)形成含氧官能團(tuán)。產(chǎn)生的自由基與氧反應(yīng)形成含氧官能團(tuán)。六、表面金屬化六、表面金屬化 將金屬利用將金屬利用Joule作用或電子束激發(fā)沉積到聚合物表作用或電子束激發(fā)沉積到聚合物表面形成金屬涂層。常見(jiàn)的是面形成金屬涂層。常見(jiàn)的是Al沉積到塑料薄膜表面，用沉積到塑料薄膜表面，用于電子封裝或包裝領(lǐng)域，起阻隔或裝飾作用。需真空，于電子封裝或包裝領(lǐng)域，起阻隔或裝飾作用。需真空，蒸發(fā)作用有方向性，所以聚合物需要有簡(jiǎn)單的幾何外形。蒸發(fā)作用有方向性，所以聚合物需要有簡(jiǎn)單的幾何外形。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面1111.8 粘接粘接一、膠粘劑的分類(lèi)一、膠粘劑的分類(lèi)1、通過(guò)溶劑蒸發(fā)固化。如動(dòng)物膠、淀粉、通過(guò)溶劑蒸發(fā)固化。如動(dòng)物膠、淀粉、PVA、聚乙、聚乙酸乙烯酯。酸乙烯酯。2、通過(guò)化學(xué)反應(yīng)固化，如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂。、通過(guò)化學(xué)反應(yīng)固化，如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂。3、通過(guò)相轉(zhuǎn)變固化，如聚乙酸乙烯酯熱熔膠。、通過(guò)相轉(zhuǎn)變固化，如聚乙酸乙烯酯熱熔膠。二、粘結(jié)理論與機(jī)理二、粘結(jié)理論與機(jī)理1、機(jī)械粘接，起輔助作用。、機(jī)械粘接，起輔助作用。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面112、擴(kuò)散機(jī)理，只對(duì)聚合物、擴(kuò)散機(jī)理，只對(duì)聚合物/聚合物粘結(jié)體系有效。（某聚合物粘結(jié)體系有效。（某些體系很重要）些體系很重要）3、靜電力作用。界面上存在雙電層（具有一定作用）。、靜電力作用。界面上存在雙電層（具有一定作用）。4、化學(xué)作用力?；瘜W(xué)鍵力、范德華力（普遍）。、化學(xué)作用力。化學(xué)鍵力、范德華力（普遍）。三、粘結(jié)薄弱層及內(nèi)應(yīng)力三、粘結(jié)薄弱層及內(nèi)應(yīng)力1、薄弱層：低內(nèi)聚強(qiáng)度。、薄弱層：低內(nèi)聚強(qiáng)度。2、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生：、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生：（1）固化過(guò)程中膠粘劑體積收縮；）固化過(guò)程中膠粘劑體積收縮；（2）膠粘劑與基體線形膨脹系數(shù)不同。）膠粘劑與基體線形膨脹系數(shù)不同。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面113、減小內(nèi)應(yīng)力的措施、減小內(nèi)應(yīng)力的措施（1）降低固化過(guò)程的收縮率；）降低固化過(guò)程的收縮率；（2）提高內(nèi)應(yīng)力松弛速率，如加增塑劑或與彈性體混）提高內(nèi)應(yīng)力松弛速率，如加增塑劑或與彈性體混合來(lái)降低彈性模量；合來(lái)降低彈性模量；（3）消除膠粘劑同基體間線形膨脹系數(shù)的差異；）消除膠粘劑同基體間線形膨脹系數(shù)的差異；（4）用熱處理消除熱應(yīng)力。）用熱處理消除熱應(yīng)力。四、結(jié)構(gòu)膠粘劑四、結(jié)構(gòu)膠粘劑內(nèi)聚強(qiáng)度高，可達(dá)內(nèi)聚強(qiáng)度高，可達(dá)6.9MPa，用來(lái)粘結(jié)結(jié)構(gòu)材料。常用，用來(lái)粘結(jié)結(jié)構(gòu)材料。常用熱固性交聯(lián)聚合物。熱固性交聯(lián)聚合物。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面111、酚醛樹(shù)脂：由甲醛和苯酚合成，用于家具材料粘結(jié)，、酚醛樹(shù)脂：由甲醛和苯酚合成，用于家具材料粘結(jié)，強(qiáng)度高，但固化溫度高，較脆。強(qiáng)度高，但固化溫度高，較脆。2、蛋白質(zhì)：血液、乳液、結(jié)締組織及黃豆。膠原基膠、蛋白質(zhì)：血液、乳液、結(jié)締組織及黃豆。膠原基膠粘劑。無(wú)法忍受惡劣環(huán)境，如室外。粘劑。無(wú)法忍受惡劣環(huán)境，如室外。3、環(huán)氧樹(shù)脂：由酚與環(huán)氧氯丙烷合成，用胺類(lèi)作固化、環(huán)氧樹(shù)脂：由酚與環(huán)氧氯丙烷合成，用胺類(lèi)作固化劑，最廣泛，較脆。劑，最廣泛，較脆。4、聚氨酯樹(shù)脂：能吸收大量能量，可迅速固化，粘結(jié)、聚氨酯樹(shù)脂：能吸收大量能量，可迅速固化，粘結(jié)強(qiáng)度較高。強(qiáng)度較高。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面11五、彈性體膠粘劑五、彈性體膠粘劑 日常生活中使用最廣泛，如壓敏膠帶。日常生活中使用最廣泛，如壓敏膠帶。具有干粘性與永久粘性，只需用手指的壓力即可粘具有干粘性與永久粘性，只需用手指的壓力即可粘結(jié)，不需要其他能源來(lái)活化，具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)結(jié)，不需要其他能源來(lái)活化，具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)在被粘物上，具有足夠的內(nèi)聚強(qiáng)度，能夠完全從被粘物在被粘物上，具有足夠的內(nèi)聚強(qiáng)度，能夠完全從被粘物上剝離。上剝離。其粘性是通過(guò)向彈性體中加某種小分子物質(zhì)產(chǎn)生的，其粘性是通過(guò)向彈性體中加某種小分子物質(zhì)產(chǎn)生的，小分子物質(zhì)稱(chēng)為增粘劑。小分子物質(zhì)稱(chēng)為增粘劑。常用彈性體：天然膠，聚丙烯類(lèi)，嵌段共聚物如常用彈性體：天然膠，聚丙烯類(lèi)，嵌段共聚物如SBS。聚合物的表面與界面聚合物的表面與界面11 常用增粘劑：松香酸，海松酸，常用增粘劑：松香酸，海松酸，-松烯或松烯或-松烯。松烯。具有類(lèi)似樹(shù)脂性質(zhì)，其玻璃化轉(zhuǎn)變和軟化溫度要高于室具有類(lèi)似樹(shù)脂性質(zhì)，其玻璃化轉(zhuǎn)變和軟化溫度要高于室溫。溫。剝離、粘性和剪切三者性能需合理平衡。粘性時(shí)間剝離、粘性和剪切三者性能需合理平衡。粘性時(shí)間長(zhǎng)，剝離時(shí)間短，粘性要能表現(xiàn)液體特性，剝離要能表長(zhǎng)，剝離時(shí)間短，粘性要能表現(xiàn)液體特性，剝離要能表現(xiàn)固體特性，而彈性體滿(mǎn)足這種性能?，F(xiàn)固體特性，而彈性體滿(mǎn)足這種性能。20