高分子科学导论参考答案.docx

1、高分子科学导论参考答案第一章绪论丙三醇、乳酸、均苯四甲酸二酐中分别有几个功能团？CH2-CH-CH2 OHCH(CH3)COOH答：3个、2个、4个2.交联聚合物具有什么样的特性？答：线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体形高分子的过程称为交联。线型聚合物经适度交联后，其力学强度、弹性、尺寸稳定性、耐溶剂性等均有改善。交联聚合物通常没有熔点也不能溶于溶剂，即具有不熔不溶的特点。3.分子量为10000的线形聚乙烯CH2-CH2、聚丙烯CH2-CHCH3、聚氯乙烯CH2-CHCl、聚苯乙烯CH2-CHC6H5的聚合度Dp分别为多少？聚乙烯：357，聚丙烯：238，聚氯乙烯：160，聚苯乙烯：

2、964.以下那些聚合物是热塑性的：硫化橡胶，尼龙、酚醛树脂，聚氯乙烯，聚苯乙烯？答：尼龙，聚氯乙烯，聚苯乙烯。5.PBS是丁二醇及丁二酸的缩聚产物，其可能的端基构造是什么？羟基和羧基，即：HO-(.)-OH, HOOC-(.)-COOH, HO-(.)-COOH6.PVA聚乙烯醇的构造式如下所示，请按标准命名法加以命名。 ( CH2-CH )n答：聚1-羟基乙烯7.谈谈自己对高分子的认识主观题略第二章高分子合成及化学反响1.端基分别为酰氯-COCl和羟基-OH的单体可以发生缩聚反响生成聚酯，这个反响放出的小分子副产物是什么？答：氯化氢2.连锁聚合中包含哪些基元反响？答：包括链引发，链增长，链终

3、止等基元反响，此外还有链转移基元反响。连锁聚合需要活性中心，活性中心可以是自由基“free radical、阳离子“cation或阴离子“anion，因此又可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。以自由基聚合为例：链引发chain initiation： I R*链增长chain propagation： R* + M RM* RM* + M RM2* RM2* + M RM3* - RM(n-1)* + M RMn*链终止chain termination： RMn* 死聚合物3.偶合终止及歧化终止的聚合产物在分子量上有什么区别？答：偶合终止：大分子的聚合度为链自由基重复单元数的两倍。歧化

4、终止：大分子的聚合度及链自由基的单元数一样。4.从纤维素制备醋酸纤维素，产物的分子量和聚合度及原料相比有什么样的变化趋势？答：Cellulose (纤维素) Cellulose acetate (醋酸纤维素)：分子量增大，聚合度根本不变。5.A和B是两种内酯单体，如果采用羟基化合物为引发剂开环聚合可以制备端基为羟基的聚合产物。现需要制备两端为A链段，中间为B链段的嵌段共聚物，也称为ABA型三嵌段共聚物，请设计一条合成路线来制备这种共聚物。答：合成路线有多种，例如：a)以双羟基化合物为引发剂引发B单体聚合得到双端羟基的B预聚物，再以B预聚物为大分子引发剂引发A单体聚合得到ABA型三嵌段共聚物；b

5、)先以单羟基化合为引发剂引发A单体聚合，再以A预聚物引发B单体聚合得到A888888888B二嵌段预聚物，最后以AB二嵌段预聚物引发A单体聚合得到三嵌段共聚物；c)分别合成含有不同端基官能团的A、B预聚物，再通过活性官能团的偶联反响制备得到共聚物。6.简要分析老化及降解之间的关系。答：聚合度变小的化学反响总称为降解反响，包括解聚和无规断链。老化是指聚合物在使用过程中受到各种物理化学因素的影响而造成物理性能的下降。老化过程中的主要反响是降解，但有时一些分子量增加的反响也会造成材料性能的不利变化，例如一些氧化和交联反响等，因此这些反响也归属于老化反响。7.研究高分子的降解及回收具有什么样的意义？主

6、观题，答题要点如下：一般来说，聚合物的降解都将使得其性能下降，所以在大多数的场合下，特别是加工和使用过程中都需要研究聚合物的降解机理从而抑制聚合物性能的下降。P-高分子材料使用量巨大，已经成为人类社会最重要的材料。但是，高分子材料的化学稳定性使其消费产物对环境造成了巨大的压力。及此同时，高分子材料巨大的使用量还消耗了大量不可再生的化石能源，在一定程度上对全球经济开展造成了重要影响。传统高分子的回收处理方法包括填埋、燃烧和物理回收再生等方法，这些常规方法通常具有非常大的缺陷，仍然存在严重的环境问题，因此迫切需要研究开发高分子可循环利用的绿色方法，从而满足环境保护和可持续开展的需要。降解和解聚反响

7、是高分子分子量降低的反响，通过降解及解聚反响可以将难回收的高分子材料转化为低分子量的化合物，从而加以回收利用。因此，研究高分子的降解及回收问题，开发新型高分子降解及回收技术对于节约能源和环境保护就显得非常必要及重要。8.简要表达高分子合成及分子设计的原那么。高分子的合成和分子设计应从两个方面来讨论：a)高分子的性能要求：包括产品的使用要求、环境要求、回收要求等如在何种领域使用、需要满足何种性能需求、使用的环境条件如何、使用期限如何、使用后如何处理，结合高分子构造及性能的关系，设计合成聚合物的分子构造和聚集态构造；b)合成方法的可行性：包括原料、合成方法、产品的后处理方法等要符合经济、高效、环保

8、等要求；高分子分子设计主要包括支化、交联、共聚无规共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚等，这些方法使聚合物的化学构造或分子链空间构造发生了改变，不仅改变了聚合物的化学性能，还直接对宏观的物理性能，如玻璃化温度、熔点、结晶性能、光学性能、电磁性能等等产生重要的影响。第三章高分子构造及性能1.聚乙烯的齐聚物聚合度低于10是什么状态的物质？答：饱和直链烷烃，根据C原子数目的不同可以为气态和液态。2.高分子的构造constitution、构型configuration、构象conformation分别具有什么含义？答：构造“constitution即是指聚合物分子链中原子的种类和排列，取代基和端基种类，

9、单体单元排列顺序，支链类型和长度等本身的化学构造信息。构型“configuration是指分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是化学稳定的，要改变分子的构型必须经过化学键的断裂和重建。构象“conformation是指分子链中由单键内旋转所形成的原子或基团在空间的几何排列图像。3.高分子的结晶具有什么特点，及小分子相比有何异同？答：聚合物的聚集态构造是指高分子链之间的排列和堆砌构造，也称为超分子构造，是决定聚合物本体性质的主要因素。其中，结晶态及非晶态是聚合物最常见也是重要的聚集态构造。高分子及小分子结晶都是分子的有序排列过程，同样需要经历晶核的形成nucleation和晶体

10、生长growth的过程。两者的不同之处在于：高分子常见的结晶形态为圆球状晶体，称为“球晶spherulite。一方面，由于高分子的分子量大，分子链长，分子链间的相互作用大，导致高分子链的运动比小分子困难，尤其是对刚性分子链或带庞大侧基的、空间位阻大的分子链，所以，高分子的结晶速度一般比小分子慢；另一方面，由于高分子分子链构造和分子量的不均一性，以及在结晶过程中由于高分子链的运动松驰时间长，分子链的迁移速度慢，使得高分子很难形成构造完整的晶体，也很难得到完全结晶的高分子材料，高分子材料一般以结晶局部及无定形局部共存的状态存在。研究高分子结晶性能的常用方法包括：偏光显微镜Polarizing mi

11、croscope, POM、 X射线衍射X-Ray diffraction, XRD、差示量热扫描Differential Scanning Calorimeter, DSC等。4.以下高分子哪些具有顺序异构体，哪些具有立构异构体？聚乙烯CH2-CH2、聚丙烯CH2-CHCH3、聚苯乙烯CH2-CHPh、聚氯乙烯CH2-CHCl、聚偏氯乙烯CH2-CCl2、聚四氟乙烯CF2-CF2。答：顺序异构：聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯立体异构：聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯5.高分子的力学三态是什么？在不同状态下的高分子具有什么样的特性。答：玻璃态glass state、高弹态rubbery st

12、ate或high elastic state、粘流态viscous state玻璃态下聚合物链段运动被冻结，只有局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，及无机玻璃相似；高弹态下链段运动得以充分开展，形变发生突变，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复；粘流态下聚合物链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆。6.高分子的溶解过程有什么样的特点？影响高分子溶解性能的主要因素有哪些？答：聚合物的溶解是一个缓慢过程，包括两个阶段

13、。首先是溶胀“swelling，由于聚合物链及溶剂分子大小相差悬殊，溶剂分子向聚合物渗透快，而聚合物分子向溶剂扩散慢，结果溶剂分子向聚合物分子链间的空隙渗入，使之体积胀大，但整个分子链还不能做扩散运动，因而无法完全溶解；当溶胀过程到达一定程度后，随着溶剂分子的不断渗入，聚合物分子链间的空隙增大，加之渗入的溶剂分子还能使高分子链溶剂化，从而削弱了高分子链间的相互作用，使链段运动性不断增加，直至脱离其他链段的相互作用，转入溶解“dissolution。7.简要表达粘流温度Tf、熔点Tm、热分解温度Td之间的大小关系对聚合物熔融加工的影响。答：由于晶区限制了形变，因此在晶区熔融之前，聚合物整体表现不

14、出高弹态。能否观察到高弹态取决于非晶区的Tf是否大于晶区的Tm。假设TmTf，那么当晶区熔融后，非晶区已进入粘流态，不呈现高弹态；假设TmTf 时才进入粘流态。如果TdTm或Tf中较高者，那么聚合物可以进展正常的热塑性加工；反之，聚合物在进入粘流态之前已发生热分解，那么无法直接进展热塑性加工。第四章高分子的分析及表征1.为什么要对高分子进展表征及分析？主观题，答题要点：对高分子进展表征及分析是可以对高分子的分子构造及性能加以详细了解，从而指导高分子的合成、使用及回收处理。2.如何理解平均分子量的概念，高分子的分子量对性能有何重要影响？答：高分子不是由单一分子量的化合物所组成，即使是一种“纯粹的

15、高分子，也是由化学组成一样、分子量不等、构造不同的同系聚合物的混合物所组成。这种高分子的分子量不均一的特性，就称为分子量的多分散性。因此一般测得的高分子的分子量都是平均分子量，聚合物的平均分子量一样，但分散性不一定一样。高分子的平均分子量包括数均分子量、重均分子量、Z均分子量和年均分子量。一般来说：1Mz Mw Mv Mn，Mv略低于Mw2Mn靠近聚合物中低分子量的局部，即低分子量局部对Mn影响较大3Mw靠近聚合物中高分子量的局部，即高分子量局部对Mw影响较大4一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。单独一种平均分子量缺乏以表征聚合物的

16、性能，还需要了解分子量多分散性的程度，分子量分布通常以分子量分布指数表示：即重均分子量及数均分子量的比值，Mw/Mn。平均分子量及分子量分布对高分子材料性能有重要影响。高聚物的分子量只有到达某数值后，才能表现出一定的物理性能。但当大到某程度后，分子量再增加，除其它性能继续再增加外，机械强度变化不大。由于随着分子量的增加，聚合物分子间的作用力也相应增加，使聚合物高温流动粘度也增加，这给加工成型带来一定的困难。因此，聚合物的分子量大小，应兼顾使用和加工两方面的要求。不同用途的聚合物应有其适宜的分子量分布。3.以下图为聚乳酸的红外谱图和构造式，试分析主要吸收的归属。答：2900cm-1为-CH3吸收

17、峰，1735cm-1为酯基中羰基吸收峰，1000cm-11300cm-1内的两个吸收峰为-C-O-C-吸收峰。4.测定高分子分子量的常用方法有哪些？每种方法所测定得到的分子量分别是什么？其中那种方法可以测定分子量分布？答：常用方法包括：粘度法Intrinsic viscosity粘均分子量，光散射法LALLS重均分子量，凝胶渗透色谱GPC重均、数均分子量及分子量分布。此外还有冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压渗透法均为数均分子量和飞行时间质谱、体积排斥色谱可同时得到重均及数均分子量及分子量分布。5.使用Mark-Houwink方程计算高分子粘均分子量时常数K和a受什么条件的影响？答：受溶

18、剂性质及高分子本身构象的影响，溶剂不同、测试温度不同，K值及a值就不同。6.通过核磁分析，可以得到高分子哪些方面的信息？答：用核磁可以确定高分子中化学基团的种类和数目，还可以测定分子量、端基分析、了解构造单元的连接方式、构造异构等。7.Tensile strength 和 elongation at breaking 是表征高分子哪种性能的指标？答：抗张强度是衡量材料抵抗拉伸破坏的能力。断裂伸长率是衡量材料的脆韧的能力。二者都反映了材料的力学性能。8.测定高分子玻璃化转变温度的方法有哪些？各有什么特点？答：Tg的测定方法：利用比容，线膨胀系数，折光率，比热容，动态力学损耗，DSC等。DSC：玻

19、璃化转变是一种类似于二级转变的转变，它及具有相变结晶或熔融之类的一级转变不同，是二级热力学函数，有dH/dt的不连续变化，因此在热谱图上出现基线的偏移。从分子运动观点来看，玻璃化转变及非晶聚合物或结晶聚合物的非晶局部中分子链段的微布朗运动有关，在玻璃化温度以下，运动根本冻结，到达Tg后，运动活泼，热容量变大，基线向吸热一侧移动。玻璃化转变温度确实定是基于在DSC曲线上基线的偏移，出现一个台阶，一般用曲线前沿切线及基线的交点来确定Tg。其余方法均是利用物质在Tg附近性能发生急剧变化来进展测定。9.研究高分子的流变性能有什么意义？答：对聚合物流变性能的研究了了解可以指导聚合反响的设计，以制得加工性

20、能优良的聚合物；研究聚合物的流变性能对评定聚合物的加工性能、分析加工过程、正确选择加工工艺条件、指导配方设计均有重要意义；对设计加工机械和模具有指导作用。10.透射电子显微镜TEM和扫描电子显微镜SEM有什么异同？透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦及放大后所产生的物像， 投射到荧光屏上或照相底片上进展观察。透射电镜的分辨率为0.10.2nm，放大倍数为几万几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片通常为50100nm。利用TEM可以观测高分子聚合物及其复合材料的微观构造，形状及分布。从而进一步了解微观构造对材料性能的影响。扫描电镜是用极细的电子束在样品外表扫描，将

21、产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示样品物体外表的立体构像，可摄制成照片。测试前需要在外表喷镀薄层金膜，以增加二波电子数。扫描电镜能观察较大的组织外表构造，样品图像富有立体感。用SEM可以观察聚合物外表形态；聚合物多相体系填充体系外表的相别离尺寸及相别离图案形状；聚合物断面的断裂特征；纳米材料断面中纳米尺度分散相的尺寸及均匀程度等有关信息。第五章热塑性聚合物1.高分子的侧基对材料的刚性有很大的影响，试根据高分子构造比拟四大通用塑料PE、PP、PS和PVC刚性的大小顺序？答：刚性顺序：PVCPSPPPE，侧基体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差，刚性越强。侧基

22、极性越大，相互作用越强，内旋转越困难，柔顺性越差，刚性越强。2.LDPE低密度聚乙烯、HDPE高密度聚乙烯、LLDPE线性低密度聚乙烯在空间拓扑构造上有何不同，其对材料性能的影响是怎样的？答：根据合成方法的不同包括：自由基聚合Free radical polymerization；配位聚合Coordinate polymerization；气相聚合Gas phase polymerization等，聚乙烯的链构造也存在较大差异，从而对材料性能产生重要影响。HDPE又称低压聚乙烯，分子构造中支链很少，近似于线型，分子链排列严密规整，材料具有较高的密度和结晶性，因而在宏观物理性能上表现为强度及刚性

23、等机械强度高，但柔韧性一般、易脆、易老化等。LDPE又称高压聚乙烯，其分子构造中含有无规长支链，阻碍了分子链的整齐排布，分子间的排列较疏松。因此材料的密度较低、透明性好、柔韧性好、耐应力开裂，但相应的刚性和强度较低，易变形。LLDPE是一种含有大量短支链的聚乙烯，构造类似于梳状支化，支化程度介于HDPE和LDPE之间，因而性能上兼具有二者的优点。3.不同立构规整度的聚丙烯PP性能有何差异？答：全同立构和间同立构的有序构造使聚合物链段更容易严密排列，形成结晶构造，即所谓的等规立构PP。及无规PP相比，等规PP具有更高的强度，气体及有机小分子更难渗透，因而具有更好的耐腐蚀、耐溶剂性以及气密性，熔点

24、也有所升高。无规PP那么不能结晶，是一种橡胶状的弹性体。4.常见的聚苯乙烯PS品种有哪些？答：聚苯乙烯PS包括普通聚苯乙烯GPPS.聚苯乙烯.可发性聚苯乙烯EPS).高抗冲聚苯乙烯HIPS及间规聚苯乙烯SPS。5.ABS共聚物树脂的单体有哪些，这些单体各赋予了ABS什么样的特性？答：单体有：丙烯腈acrylonitrile、丁二烯butadiene、苯乙烯styrene。1,4-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性；丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质；苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品外表的光洁度。6.PVC中的氯原子对材料的性能产生了哪些影响？答：

25、使PVC具有了难燃性，高强度，强的耐腐蚀能力。7.常用的热塑性加工方法有哪些？分别适合加工什么产品？答：加工热塑性塑料常用的方法有挤出extrusion、注塑injection molding、压塑compress molding、吹塑blow molding等。挤出适合加工热塑性塑料及橡胶；注塑适合加工热塑性塑料及局部热固性塑料；吹塑适合苯乙烯聚合物、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯和其他热塑性塑料。第六章工程塑料1.什么样的材料称为“工程塑料？答：工程塑料是指一类可以作为构造材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。一般指能承受一定的外力作用

26、，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程构造件的塑料。2.聚己二酰己二胺和聚己内酰胺分别称为“尼龙66和“尼龙6。以下两种聚酰胺对应的尼龙分别为？-NH-(CH2)5-NH-CO-(CH2)8-CO-，-NH-(CH2)11-CO-答：尼龙510，尼龙12尼龙的命名要根据其聚合过程中单体二胺和二酸上碳原子的数量来命名。因此通过戊二胺6个碳和癸二酸10个碳缩聚而成的尼龙产品命名为尼龙610二胺中碳原子数在前，二酸中碳原子数在后。而由十二内酰胺开环聚合制备得到的尼龙由于其单体只有一种化合物，因此被命名为尼龙12。3.从高分子单元构造的角度分析PET及PBT熔点

27、的差异。答：及PET相比，PBT构造单元中的亚甲基数目从2个增加到4个，因而分子链的刚性降低，熔点相对较低。4.三大“有机玻璃是哪3种聚合物？为什么这些聚合物适合用作光学材料？答：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；聚碳酸酯(PC)；聚苯乙烯PS。PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯，俗称亚克力acrylic，透光度大约能到达92，而且有较好的耐候能力，广泛应用于热塑型标识牌、飞机挡风玻璃、浴缸等。PC：聚碳酸酯，高熔点透明的碳酸酯类聚合物，其中应用最广泛，用量最大的为双酚Abisphenol A碳酸酯，透光率到达93%，聚碳酸酯制品可用于玻璃窗、装置设备、标识牌、可回收塑料瓶、太阳能集电器、商务机器、电子产品等

28、领域，此外在压缩光盘CD中也有广泛应用；PS：聚苯乙烯，普通聚苯乙烯GPPS的侧苯基的空间排列为无规构造，即无规聚苯乙烯，使得材料具有很高的透明性。这些聚合物由于主链构造有序性较低，为无定形的非晶聚合物，透明性和光学性能非常好，因此可用于光学材料。5.试分析均聚甲醛和共聚甲醛构造及性能的差异。答：共聚甲醛及均聚甲醛相比，其含有环氧乙烷的构造单元，比甲醛的构造单元多了一个亚甲基，因而链段的柔韧性有所增加、刚性有所下降。但聚合物中氧含量有所降低，因此热稳定性比均聚甲醛有明显提高。6.分别写出聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮的英文名称及缩写，并列举出这几类工程塑料的特性。答：聚苯醚：Polyph

29、enylene oxide PPO；聚苯硫醚：Polyphenylene sulfide PPS；聚酰亚胺：Polyimide PI； 聚醚醚酮：poly(ether-ether-ketone)；PEEK；相关特性略详见讲义。这些聚合物分子主链中都含有大量刚性的苯环构造，因此具有较高的机械性能强度、模量等和耐热性能。7.聚硅氧烷俗称为硅胶，其特性和应用领域是什么？答：聚硅氧烷Polysiloxane，也叫硅树脂Silicone，是一类以重复的Si-O键为主链，硅原子上直接连接有机基团的聚合物，具有其它聚合物不具备的综合的电、化学以及力学性能。这类聚合物具有很多独特的性能，包括较高的热氧化稳定性

30、和热稳定性、低的介电损耗、独特的流变和应力/应变行为、良好的耐溶剂和耐腐蚀性、流变行为对温度不敏感、良好的阻燃性燃性、剪切稳定性、高的抗压性能以及低的外表张力等等。聚硅氧烷具有特别宽的温度使用范围，可以在-120200甚至300oC的温度范围内保持良好的性能，第七章热固性树脂1.热固性树脂及热塑性塑料的定义分别是什么？答：热塑性塑料thermoplastic：线性或支化高聚物，可以屡次反复地在加热条件下软化，而在冷却条件下凝固为固体；热固性树脂(thermosetting resin)：指在加热、加压下或在固化剂、紫外光等作用下，进展化学反响，交联固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂。这种树脂

31、在固化前一般为分子量不高的固体或粘稠液体，在成型过程前能软化或流动，具有可塑性。一经固化，再加压加热也不可能再度软化或流动。2.在酯化反响中，伯醇和仲醇哪个的反响活性大？答：伯醇的反响活性大，因为伯醇的位阻小，易于进攻碳正离子形成中间产物。3.家装污染中的甲醛的主要来源是什么？答：家装材料中大量使用的热固性树脂如酚醛树脂等。由于其在固化过程中需要预聚物及甲醛反响，板材中残留的和未参及反响的甲醛在使用过程中会逐渐向周围环境释放，是形成室内空气中甲醛的主体。4.醇酸树脂固化的机理有哪些？答：大多数醇酸树脂都是在不饱和酸如油酸的存在下，由双官能团的醇及羧酸缩聚制得。在氧的存在下，这些醇酸树脂中的不饱和双键可以进一步反响形成交联。在酯化反响中，伯醇比仲醇具有更高的反响活性，因此在适当的温度条件下，甘油的两个伯羟基先及二酸反响得到的线性预聚物，而当温度升高后，预聚物中残留的仲羟基将继续发生反响将线形的分子链交联。5.环氧树