マインドマップギャラリー 化学高分子の構造
化学産業プレス ポリマーの化学と物理学の第 7 章の要約 (結晶性と物理的特性、長距離構造、 高分子などの結晶構造
2023-11-27 16:29:37 に編集されましたポリマー構造
短距離構造
化学成分
炭素鎖ポリマー
共有結合
良好な可塑性、安定した化学的特性、加水分解しにくいが、平均的な機械的強度、低い炭素-水素結合エネルギー、および劣った耐熱性
ヘテロチェーンポリマー
炭素鎖ポリマーに比べて耐熱性や強度は高いですが、官能基を導入しているため化学的性質が不安定です。
単体有機ポリマー
主鎖に炭素原子がない
優れた可塑性と弾性
優れた熱安定性
それほど激しくない
構造単位のキーイング方式
ホモポリマー構造単位の配列(頭から尾、頭から頭、ランダム)
高分子鎖の幾何学構造
1.線状ポリマー
柔らかく弾力性があり、適当な溶剤に溶かして糸にしたり、フィルムにしたり、熱成形してさまざまな形状の製品を作ることができるのが一般的に熱可塑性ポリマーと呼ばれます。
2. 分岐ポリマー
疎密、低密度、低結晶性、強い通気性
3. 架橋ポリマー
ネットワーク高分子、優れた耐熱性、高強度、強力な耐溶剤性、安定した形状
シーケンス構造
何でもあり
交互に
ブロック
移植する
構造
光学異性
RS 配置は、4 つの異なる置換基の C 原子空間に形成されます。
立体配置
完全同型性
シンディオモフィズム
ランダムな構成
アイソタクチックおよびシンジオタクチックポリマーは立体規則性ポリマーです
幾何異性体
ポリマー分子の二重結合または環構造上の置換基の配置の違いによって引き起こされる
立体規則性ポリマーの性質
ポリマーは優れた立体規則性と分子の規則正しい配置を持ち、結晶化が容易なため、高沸点、高融点、高強度、高耐溶剤性を実現します。
リモート構造
内旋構造
立体構造: 単結合の内部回転により、分子は空間内で異なる形状を持ち、分子の熱運動により立体構造が変化する可能性があります。
配置: 空間内の化学結合によって固定された原子の配置と安定性は、化学結合の切断と再構築を経由する必要があります。
高分子鎖の内部回転
高分子が内部回転によって構造を変化させる能力は、高分子鎖の柔軟性と呼ばれます。高分子鎖がより多くの立体構造を形成できるほど、その柔軟性は大きくなります。
高分子鎖の柔軟性
単結合が多いほど、より多くの立体構造を生成でき、ポリマーはより柔軟になります。
チェーンセグメント
鎖セグメントは、自由に回転できるポリマー鎖の最小単位です。
各鎖セグメントに含まれる構造単位が増えるほど、柔軟性は小さくなります。
ポリマー鎖の柔軟性に影響を与える要因
主鎖構造
C-O C-N Si-O は柔軟性を高めることができます
ベンゼン環または共役二重結合、
共役二重結合のπ電子雲が重なって内部回転できないため、柔軟性に乏しく、鎖が硬い。
孤立した二重結合
ケースバイケースで議論する
二重結合は内部回転できません
非結合原子が減少し、隣接する単結合が内部回転しやすくなります。
置換基
置換基の極性が高くなるほど、ポリマー鎖の柔軟性は低くなります。
置換基は立体障害が大きいほど柔軟性が低くなります。
置換基は分子鎖間の距離が大きいほど柔軟性が高くなります。
対称置換基は分子鎖間の距離を広げ、相互作用を弱め、柔軟性を高めることができます。
水素結合は分子鎖の剛性を大幅に高め、柔軟性を低下させます。その影響は極性よりも大きくなります。
架橋により柔軟性が低下する
平均二乗端距離 (柔軟性の表現)
末端距離: ポリマー鎖の一方の端からもう一方の端までの直線距離、平均二乗
平均二乗端距離の幾何学的アルゴリズム
フリーリンクチェーン
結合角の制限や潜在的なバリア障害に関係なく、各ポリマー鎖は自由に結合した多くの化学結合で構成されており、各結合はどの方向に配向する可能性も等しくなります。
自由回転チェーン
各結合は結合角によって許容される方向に自由に回転できますが、回転に対する立体障害の影響は考慮されていません。
統計アルゴリズム
フリーリンクチェーン
幾何学的アルゴリズムの結果と一致する
同等の自由接続チェーン
zb
実際のポリマー鎖は、自由に接続された鎖や自由に回転する鎖ではありません。もともと結合長 l、固定結合角 θ の n 個の結合と回転不可能な結合で構成される結合は、実際には長さ b の Z 鎖セグメントで構成される等価な自由結合鎖になります。
立体障害パラメータ
測定された乱されていない平均二乗端距離と自由回転平均二乗端距離との比の 0.5 乗の値が小さいほど、チェーンの柔軟性が高くなります。
特徴率
乱れていないチェーンと自由に接続されたチェーンの平均二乗端距離の比
チェーンセグメントの長さ
チェーンセグメントの長さが長くなるほど、柔軟性は低くなります。
目立たないサイズ
高分子の分子間力と凝集状態
凝集構造:高分子鎖間の配置および積層構造、超分子構造とも呼ばれる
凝集構造は材料特性に影響を与える
ポリマー間の相互作用力
静電気力
誘導
分散力
水素結合
凝集エネルギー密度
ポリマー間の力の大きさを示します。
分子間力に打ち勝ち、1 モルの液体または固体の分子を重力を超えて移動させるのに必要なエネルギー。
凝集エネルギー密度:単位体積あたりの凝集エネルギー
ポリマーの結晶構造
単結晶
球晶
温度が高いと球晶は緻密で強度があり、温度が低いとその逆になります。
核剤を添加すると小さく均一な球晶が生成され、透明性や耐衝撃性が向上します。
ストリングクリスタル
樹状突起
ポリマーの結晶性と物性
結晶化度と試験方法
結晶化度
ポリマーへの近道は100%ではない
重量パーセントと体積パーセントで表すことができます
決定
密度法
X線回折
示差走査熱量測定
赤外分光法
ポリマー特性に対する結晶化の影響
結晶化度が高いほど強度は高くなりますが、弾性、伸び、衝撃靱性は低くなります。
球晶のサイズが小さいほど、強度と靭性が高くなります。
結晶化度が増加すると密度が増加します
結晶化度が高いほど透明度は悪くなります
結晶化度が高いほど耐熱性に優れる
結晶化度が高くなるほど通気性や溶解性が悪くなる。
ポリマーの結晶化プロセス
結晶化能力
対称性の良いポリマーは結晶化しやすい
立体規則性ポリマーはより優れた結晶化能力を持っています
共重合体は規則性や対称性を崩し、結晶化能が低下します。
優れた柔軟性と強力な結晶化能力
分岐:ポリマーの規則性が低下し、結晶化能力が低下します。
架橋はほとんど効果がありません
相互作用の強い高分子は結晶化しにくいですが、一旦結晶化すると結晶構造は安定します。
結晶化反応速度論
ポリマーは結晶化すると体積が減少します
アヴラミ方程式
半分の結晶化時間
結晶化速度に対する温度の影響
結晶化に敏感な温度帯
Tmax≈0.85Tm
ポリマーの結晶化速度は、結晶核生成速度と粒子成長速度の合計です。
結晶化速度に影響を与えるその他の要因
分子鎖構造
構造が単純であるほど対称性が高くなり、置換基の立体障害が小さくなり、立体規則性が良くなり、結晶化速度が速くなります。
分子量
低分子量で結晶化が早い
ストレス
不純物
高分子の配向構造
分類
分子鎖の配向
粒子の方向性
配向されていないポリマーは等方性であり、配向されたポリマーは異方性です。
配向機構
Tg 温度を超えると変形が発生しますが、Tg 温度を下回ると分子鎖とセグメントの動きが停止します。
液晶構造
静的な秩序性と液体の流動性を併せ持つ。
LCDの分類
成形条件
サーモトロピック結晶化
リオトロピック結晶化
配置
スメクチック
ネマチック
コレステリック