高分子科学导论参考答案

第一章绪论1.在酯化反应中丙三醇、乳酸、均苯四甲酸二酐中分别有几个功能团？CH2-CH-CH2OHCH(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：964.下列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是丁二醇与丁二酸的缩聚产物，其可能的端基结构是什么？羟基和羧基，即：HO-(….)-OH,HOOC-(….)-COOH,HO-(….)-COOH6.PVA（聚乙烯醇）的结构式如下所示，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）第二章高分子合成与化学反应1.端基分别为酰氯（-COCl）和羟基（-OH）的单体可以发生缩聚反应生成聚酯，这个反应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应？答：包括链引发，链增长，链终止等基元反应，此外还有链转移基元反应。连锁聚合需要活性中心，活性中心可以是自由基“freeradical”、阳离子“cation”或阴离子OHOHOHOH“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（chaininitiation）：I→R*链增长（chainpropagation）：R*+M→RM*RM*+M→RM2*RM2*+M→RM3*-------------------------RM(n-1)*+M→RMn*链终止（chaintermination）：RMn*→死聚合物3.偶合终止与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。歧化终止：大分子的聚合度与链自由基的单元数相同。4.从纤维素制备醋酸纤维素，产物的分子量和聚合度与原料相比有什么样的变化趋势？答：Cellulose(纤维素)→Celluloseacetate(醋酸纤维素)：分子量增大，聚合度基本不变。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)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应制备得到共聚物。6.简要分析老化与降解之间的关系。答：聚合度变小的化学反应总称为降解反应，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应是降解，但有时一些分子量增加的反应也会造成材料性能的不利变化，例如一些氧化和交联反应等，因此这些反应也归属于老化反应。7.研究高分子的降解与回收具有什么样的意义？主观题，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。与此同时，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发展造成了重要影响。传统高分子的回收处理方法包括填埋、焚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发展的需要。降解和解聚反应是高分子分子量降低的反应，通过降解与解聚反应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，研究高分子的降解与回收问题，开发新型高分子降解与回收技术对于节约能源和环境保护就显得非常必要与重要。8.简要叙述高分子合成与分子设计的原则。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），结合高分子结构与性能的关系，设计合成聚合物的分子结构和聚集态结构；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结构或分子链空间结构发生了改变，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。第三章高分子结构与性能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，单体单元排列顺序，支链类型和长度等本身的化学结构信息。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，与小分子相比有何异同？答：聚合物的聚集态结构是指高分子链之间的排列和堆砌结构，也称为超分子结构，是决定聚合物本体性质的主要因素。其中，结晶态与非晶态是聚合物最常见也是重要的聚集态结构。高分子与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，由于高分子分子链结构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结构完整的晶体，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部分与无定形部分共存的状态存在。研究高分子结晶性能的常用方法包括：偏光显微镜（Polarizingmicroscope,POM）、X射线衍射（X-Raydiffraction,XRD）、差示量热扫描（DifferentialScanningCalorimeter,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（glassstate）、高弹态（rubberystate或highelasticstate）、粘流态（viscousstate）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，与无机玻璃相似；高弹态下链段运动得以充分发展，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。首先是溶胀“swelling”，由于聚合物链与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；当溶胀过程达到一定程度后，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.简要叙述粘流温度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。若TmTf，则当晶区熔融后，非晶区已进入粘流态，不呈现高弹态；若TmTf，晶区熔融后，聚合物处于非晶区的高弹态，只有当温度Tf时才进入粘流态。如果TdTm或Tf中较高者，则聚合物可以进行正常的热塑性加工；反之，聚合物在进入粘流态之前已发生热分解，则无法直接进行热塑性加工。第四章高分子的分析与表征1.为什么要对高分子进行表征与分析？主观题，答题要点：对高分子进行表征与分析是可以对高分子的分子结构与性能加以详细了解，从而指导高分子的合成、使用与回收处理。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”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构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相同，但分散性不一定相同。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：1）MzMwMvMn，Mv略低于Mw2）Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大3）Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对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不足以表征聚合物的性能，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：即重均分子量与数均分子量的比值，Mw/Mn。平均分子量与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达到某数值后，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合适的分子量分布。3.下图为聚乳酸的红外谱图和结构式，试分析主要吸收的归属。答：2900cm-1为-CH3吸收峰，1735cm-1为酯基中羰基吸收峰，1000cm-1~1300cm-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