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影响橡塑结晶能力的结构因素

聚合物分子结构的对称性、规整性、柔性和分子间作用力都会影响其结晶能力,下面进行简单介绍。
1.分子链的时称性
橡塑晶体是具有一定对称性的固体,因而对称性好的分子链容易结晶,对称性差的不易结晶。例如,聚乙烯和聚四氟乙烯的主链上都没有不对称的碳原子,而且旁侧原子义相同,因而非常容易结晶,结晶度高。支链低密度聚乙烯的结晶度为65-75%,而一般聚合物的结晶度在50%左右。
与聚乙烯相比,聚氯乙烯主链上存在着不对称碳原子,所以无规立构的聚氛乙烯的结品的氯原子呈对称排列,较为规则,因而其橡塑结晶度可高达75%。当取代聚乙烯氢原子的是体积小而极性强的经基即为策乙烯醉时,其橡塑结晶度也可达30%;但当取代基是体积稍大而极性又弱的甲基即为聚丙烯时,除非是等同立构,否则就不能结晶。
在双烯类聚合物中反式的对称性比顺式好,因而反式聚合物比顺式容易结晶。例如,反式聚异戊二烯的等同周期是4.8A,比顺式的短,很容易结晶;顺式聚异戊二烯的等同周期是8.1A,不易结晶。天然橡胶、氯丁橡胶、反式与顺式聚丁二烯橡胶等具有等规立构,因而能够结晶。丁苯橡胶和丁睛橡胶的侧基排列不规则,链节的首尾相接方式亦无规律,甚至含有支链,因而不能结晶。
2.分子链的规整性
聚合物的等规度越高结晶能力越强。例如聚丙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙酸甲醋为无规立构时不能结晶,而为等规立构时却能结晶。等规立构的聚合物在结晶时其分子链一般取螺旋形构象,这既能减小侧基间的相互作用力,又能使分子链的构象具有较好的对称性,从而有利于结晶。
3.分子链的柔性
聚合物结晶时其链段运动使分子链向晶粒表面扩散并进入结晶结构,因而分子链的柔性越好结晶能力越强。聚乙烯的柔性很好,其结晶能力很强,其熔体在液氮中也能结品。
聚对苯二甲酸乙二醇醋的柔性较差,而聚碳酸醋的柔性很美,因而前者只有在其熔体缓慢冷却时才能结晶,而后者通常很难结晶。但也有例外,如柔性好的天然橡胶因等同周期( 8.16A)较一长,在室温下不能结晶,拉伸时才能结晶。丁基橡胶的等同周期最长(18.5A),在较低温度下亦准结晶,只有拉伸时才能结晶。
4.分子链间的作用力
极佳强的或带有苯基的、特别是能形成氢键的聚合物,其相互作用力强,有利于将分子结合在晶体中,从而提高结晶能力。但是,若极性太大将使分子链的内旋转比较困难,即柔性太差,则又不利于结晶。例如,纤维素的分子链较为规整,但它的极性太强,其柔性太差而不能形成结晶。另一方面,强的相互作用力又使其结晶结构比较稳定,如一但生成结晶,由于氢的作用而使其结晶结构比较稳定,其最大结晶度可达50%.氯了橡胶的极性比天然橡胶强得多,其分子间作用力较大,在常温下便能结晶,因此冷粘的胶粘剂多选用氯丁橡胶,其初粘力较大。