高分子的分子量和分子量分布
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1、2022-5-30高分子物理1第一章第一章 概论概论1-2 高分子的分子量和分子量分布高分子的分子量和分子量分布Molecular weight and its distribution of polymer2022-5-30高分子物理高分子物理2教学内容教学内容1.2.1 1.2.1 高分子的分子量的统计意义高分子的分子量的统计意义 多分散性、平均分子量种类、多分散系数多分散性、平均分子量种类、多分散系数1.2.2 1.2.2 高分子的分子量的测定方法高分子的分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法渗透法、黏度法1.2.
2、3 1.2.3 高分子的分子量分布的测定方法高分子的分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量分布的数据处理、凝胶渗透色谱法、分子量分布的数据处理、凝胶渗透色谱(GPC)(GPC)2022-5-30高分子物理高分子物理3n教学目的：教学目的：通过本节的学习，全面理解和掌握各种统计平通过本节的学习，全面理解和掌握各种统计平均分子量和分子量分布的意义、表达式和分析均分子量和分子量分布的意义、表达式和分析测试方法及测试基本原理。测试方法及测试基本原理。n重点：重点： 各种统计平均分子量和分子量分布的表达式、各种统计平均分子量和分子
3、量分布的表达式、表示方法及测量手段；表示方法及测量手段；GPCGPC测量分子量及分子测量分子量及分子量分布的方法和原理。量分布的方法和原理。2022-5-30高分子物理高分子物理4引言引言分子量、分子量分布是高分子材料最基本的结构参分子量、分子量分布是高分子材料最基本的结构参数之一数之一; ; 通过分子量、分子量分布可研究机理通过分子量、分子量分布可研究机理; ; 高分子材料的许多性能与分子量、分子量分布有关高分子材料的许多性能与分子量、分子量分布有关; ; n兼顾使用性能和加工性能，必须兼顾使用性能和加工性能，必须对分子量、分子量分布予以控制对分子量、分子量分布予以控制 2022-5-30高
4、分子物理高分子物理5样品样品c：由于分子量：由于分子量1520万的大分子所占的比例较大，万的大分子所占的比例较大， 可纺性很好。可纺性很好。M(W)M10-451015abc聚丙烯腈试样的纺丝性能聚丙烯腈试样的纺丝性能(三种三种Mw相同的试样相同的试样)样品样品a：可纺性很差；：可纺性很差；样品样品b：有所改善；：有所改善；2022-5-30高分子物理高分子物理61.2.1 高分子分子量的多分散性高分子分子量的多分散性（Polydispersity）2022-5-30高分子物理高分子物理71.2.1.1 1.2.1.1 高分子分子量的多分散性高分子分子量的多分散性u分子量在分子量在103-10
5、7之间；之间； u分子量不均一，具有分子量不均一，具有多分散性多分散性； u高分子是由具有相同的化学组成、聚合度不等的同高分子是由具有相同的化学组成、聚合度不等的同系物组成的混合物，所以系物组成的混合物，所以高分子的分子量只有统计高分子的分子量只有统计的意义；的意义； u用实验方法测定的分子量只是统计平均值，若要确用实验方法测定的分子量只是统计平均值，若要确切描述高分子分子量，除了给出切描述高分子分子量，除了给出统计平均值统计平均值外，还外，还应给出试样的应给出试样的分子量分布。分子量分布。 （1 1）高分子分子量的特点）高分子分子量的特点2022-5-30高分子物理高分子物理8 若有一高分子
6、试样，总质量为若有一高分子试样，总质量为m，总物质的量为，总物质的量为n；第；第i种分子的分子量为种分子的分子量为Mi，物质的量为，物质的量为ni，质量为，质量为mi，在，在整个试样中的摩尔分数为整个试样中的摩尔分数为xi，质量分数为，质量分数为wi mmwiiimmmm 321,nnxiiinnnn 321,(2)(2)高分子分子量及其分布的信息高分子分子量及其分布的信息iinniimmiix1iiw1质量：质量： 分子数：分子数： 摩尔分数：摩尔分数： 质量分数：质量分数： 2022-5-30高分子物理高分子物理9用间断函数表示的高用间断函数表示的高分子分子量的数量分分子分子量的数量分布曲
7、线布曲线用间断函数表示的高用间断函数表示的高分子分子量的质量分分子分子量的质量分布曲线布曲线分子量间隔不断减小，则用连续函数表示分子量间隔不断减小，则用连续函数表示2022-5-30高分子物理高分子物理10高分子分子量的数量微分分布曲线高分子分子量的数量微分分布曲线0)(mdMMm0)(ndMMn01)(dMMxiinniimmiix1iiw101)(dMMw间断函数间断函数连续函数连续函数高分子分子量的质量微分分布曲线高分子分子量的质量微分分布曲线2022-5-30高分子物理高分子物理11n数均分子量数均分子量: : 按分子按分子数统计平均数统计平均n重均分子量重均分子量: : 按分子按分子
8、重量统计平均重量统计平均nZ Z 均分子量均分子量: : 按按 Z 量量 统计平均统计平均in1i/in1iin1iiinMNNMNM定义in1i/iin1iin1i2iin1iin1iiiWMWMNMNWMWMin1i/i2in1iin1i3iin1iin1iiiZMZMNMNZMZM1.2.1.2 1.2.1.2 常用的统计平均分子量常用的统计平均分子量2022-5-30高分子物理高分子物理12n粘均分子量粘均分子量: 粘度法测得的平均分子量粘度法测得的平均分子量 为与溶液性质有光的常数 (0.51.0) 分子量高的组分在分子量高的组分在 Z Z 均中的贡献最大均中的贡献最大nWniiiM
9、MMMMWM时时1111/2022-5-30高分子物理高分子物理13平均分子量的连续函数表示平均分子量的连续函数表示000()()()nn M MdMMx M MdMn M dM000()()()wm M MdMMw M MdMm M dM200()()zm M M dMMm M MdM2022-5-30高分子物理高分子物理14几种分子量统计平均值之间的关系几种分子量统计平均值之间的关系对单分散试样有：对单分散试样有： 时，时， 时，时， zwnMMMMzwnMMMM11zwMMznMM2022-5-30高分子物理高分子物理15n分布宽度指数分布宽度指数2 2 为高分子中各个分子量与平均分子量
10、之差的为高分子中各个分子量与平均分子量之差的平方平均值平方平均值 2 0 (2 = 0 则为均一分子量则为均一分子量)1MMMMMwz2ww2w2w1MMMMMnw2nn2n2n1.2.1.3 1.2.1.3 分子量分布宽度分子量分布宽度( (多分散性多分散性) )2022-5-30高分子物理高分子物理16 称为称为多分散系数多分散系数，用来表征分散程度，用来表征分散程度 d d越大，说明分子量越分散越大，说明分子量越分散 d，说明分子量呈单分散（一样大），说明分子量呈单分散（一样大） （d 1.031.05 近似为单分散）近似为单分散）nwMMd wnMM缩聚产物缩聚产物 d d左右左右 自
11、由基产物自由基产物 d d 有支化有支化 d d （PEPE）n多分散系数多分散系数 d d2022-5-30高分子物理高分子物理171.2.2 高分子分子量的测定方法高分子分子量的测定方法2022-5-30高分子物理高分子物理18u高聚物分子量大小以及结构的不同，所采用高聚物分子量大小以及结构的不同，所采用的测量方法将不同；的测量方法将不同； u不同方法所得到的平均分子量的统计意义及不同方法所得到的平均分子量的统计意义及适应的分子量范围也不同；适应的分子量范围也不同； u由于高分子溶液的复杂性，加之方法本身准由于高分子溶液的复杂性，加之方法本身准确度的限制，使测得的平均分子量常常只有确度的限
