高分子研究中的三大矛盾

hujian662000

作者做高分子科学研究教学多年，合成，加工都有所涉及，有一些心理体会总结如下。希望能抛砖引玉，引导高分子专业初学者思考，建立自己的知识体系。
　　本质决定现象，结构决定性能，高分子的结构极为丰富，因此决定了其性能变化范围非常大。三大材料中另外两种金属和以陶瓷为主的无机非金属性能变化的余地则要小的多。这结构上来分析原因，是因为金属和陶瓷材料的组成结构相对聚合物来说要简单的多，变化范围要小的多。
矛盾分析方法是人们认识问题的基本方法，采用矛盾分析方法来认识高分子领域内的问题有利于学生形成清晰的知识体系和科学的认知结构。笔者认为高分子材料研究中存在三大基本矛盾。分别是：
（1）极性和非极性的矛盾
聚合物分子链是由一定的化学基团组成，包括主链、侧基和端基。这些化学基团都存在一个极性（具体体现为亲水性）和非极性（具体体现为亲油性）的问题，最终决定了聚合物的亲水和亲油性。亲水强的聚合物可以具有水分散性甚至水溶性，是日化产品方面重要的功能材料。大部分亲油性强的聚合物具有良好的耐水性，可以代替金属做成大量的轻质耐用的生活和工业用品。
（2）柔性和刚性的矛盾
聚合物分子的主链和侧基都存在一个由于σ键内旋转容易与否而带来的柔性和刚性问题（一次结构），这直接决定了聚合物的次级转变，玻璃化转变状态和聚合物的高次结构，最终决定了聚合物在一定条件下的物理机械性能。分子链呈柔性的聚合物往往体现为可变形量较大、模量低、韧性好、制品手感好、如聚乙烯（PE）。分子链呈刚性的聚合物往往表现为制品的模量大，强度高，耐热性能好，尺寸稳定性好，但可能较脆，如聚苯乙烯（PS）。如果能做到使聚合物中同时具有柔性和刚性基团，则可以使聚合物刚柔相济，如聚碳酸酯（PC）。分子链的刚柔性也会影响到聚合物的结晶速率。正是由聚合物具有刚性和柔性可调节设计的特点，所以聚合物材料可以做成如羊绒般柔软的织物，也可制作成具有钢铁般坚硬的制品。在很多情况下，聚合物刚性和柔性的调和是设计目标树脂最重要的方面，如涂料用树脂大部分是需要通过刚柔性质不同的单体来共聚得到具有适当玻璃化转变温度的树脂，以保证漆膜达到硬度和韧性的平衡。
（3）使用性能和加工性能的矛盾。
使用性能与加工性能对于聚合物材料来说往往难以两全齐美。聚合物材料成形时要使具有良好的流动性。使聚合物具有流动性可以采用两种方法，一是加热使聚合物软化，呈熔融态，如热塑性树脂的加工；二是加入溶剂（分散剂）使聚合物溶解或在流体中呈分散体，如涂料。通常认为聚合物的加工成型是指塑料，橡胶的热塑化成型过程。笔者认为学生在形成知识体系时也可以将涂料的涂装认为是一种聚合物的成型方法，得到的是一种聚合物的涂膜而已。粉末涂料的涂装本身也就是一种聚合物热熔成型方法。要使聚合物具有较好的强度需要聚合物的分子量较大，但分子量大又会使聚合物的溶液和熔体粘度明显变大，降低溶液或熔体的加工流动性。因此分子量的控制（包括分子量分布）是聚合物分子设计的一个重要方面。

fredfeng05

写的不错,是自己总结的吗?
谢谢!学习了

dingyao

谢谢!学习了

wolfsky404

这些矛盾的参数必须寻找中间点，不可能兼顾了柔性与刚性，好比鱼和熊掌不可兼得。