高分子物理习题集--答案

高分子物理习题集-答案第一章高聚物的结构4、高分子的构型和构象有何区别？如果聚丙烯的规整度不高，是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度？答：构型：分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。构象的改变速率很快，构象时刻在变，很不稳定，一般不能用化学方法来分离。不能。提高聚丙烯的等规度须改变构型，而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化，改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现，而且分子中的单键内旋转是随时发生的，构象瞬息万变，不会出现因构象改变而使间同PP（全同PP）变成全同PP（间同PP）；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。答：按照IUPAC有机命名法中的最小原则，CH3在2位上，而不是3位上，即异戊二烯应写成CH2CCH3CHCH21234（一）键接异构：主要包括1，4-加成、1，2-加成、3，4-加成三种键接异构体。CH2nCCH3CHCH21,4-加成CH2nCCH3CHCH21，2-加成CH2nCCH3CHCH23，4-加成（二）不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。①顺式1，4-加成CH2CH2CH2CH2CCH3CHCH3CCH②反式1，4-加成CH2CH2CH2CH2CCH3CHCH3CCH③1，2-加成全同立构CH2CCCH3CCHHHHCHCH2CHCH3CCHHCH2CHCH3④1，2-加成间同立构CCCH3CCHHHHCH3CCHHCH3RRRR=CHCH2⑤3，4-加成全同立构CH2CCH3CCCCHHHHCCHHCH2CCH3CH2CCH3HHH⑥3，4-加成间同立构CCCCHHHHCCHHRRRR=CH2HHHCCH36．分子间作用力的本质是什么？影响分子间作用力的因素有哪些？试比较聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙-66）、聚丙烯酸各有那些分子间作用力？答：分子间作用力的本质是：非键合力、次价力、物理力。影响因素有：化学组成、分子结构、分子量、温度、分子间距离。PE、PP是非极性聚合物，其分子间作用力为：色散力；PVC是极性分子，其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力；尼龙-66是极性分子，结构为其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键；聚丙烯酸是极性分子，结构为其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键。8．何谓大分子链的柔顺性？试比较下列高聚物大分子链的柔顺性，并简要说明理由。答：高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。这些大分子链的柔顺性排序（按柔顺性依次减小排列）：(2)(1)(3)(4)(5)理由：聚异戊二烯分子中含有孤立双键，孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小，分子柔顺性最好，因为键角较大（120o）且双键上只有一个取代基或一个H。聚乙烯是结构规整的分子，氢原子体积小，分子柔顺性也较好聚氯乙烯含有极性侧基—Cl，分子间相互作用力较大，分子柔顺性变差聚对苯二甲酸乙二醇酯主链中含有苯环，使分子链柔顺性更差CH2CHCln3CCHCH2nN5CH2nCCH3CHCH22CH2nCH21CH2COOOnCO24NNHCH26CH24CCOOnHCH2nCOOHHC聚丙烯腈含有强极性侧基，分子间作用力非常大，内旋转位垒高，分子链柔顺性最差。13．假定聚丙烯中键长为0.154nm，键角109.5o，无扰尺寸A=483510nm，刚性因子（空间位阻参数）1.76，求其等效自由结合链的链段长度b。答：已知聚丙烯的无扰尺寸A，且所以，聚丙烯的分子量.设聚丙烯的键数为n，则所以，聚丙烯的等效自由结合链的链段长度b所以，聚丙烯的等效自由结合链长度b=1.164nm。18．今有三种嵌段共聚物M-S-M，实验中测定，当聚苯乙烯嵌段（S）的质量百分数为50%时，在苯溶剂中S段的均方根长度为10.2nm。当C-C键角为109°28′、键长为0.15nm，假定内旋转不受位垒限制时，求出共聚物中S段和M段（PMMA）的聚合度。答：题中条件提示：键角一定，内旋转不受位垒限制，那么可以按自由旋转链来处理。所以，有公式（N—键数，L—键长）θ=180°－109°28′=70°32′cosθ=1/3(1+cosθ)/(1-cosθ)=2221cos1cosnnfrijhLiLjNL240A83510hnmM2200242(83510)hhMA2200242422(83510)hhnMA22002422121(83510)hhnA22222000012max02222211.16422220.154332133hhhhAbnmLhnllnlA有所以S段的聚合度苯乙烯St的化学式量为104；甲基丙烯酸甲酯MMA的化学式量为100若设M段的聚合度为有M段的聚合度第二章高分子溶液8．在室温下，有无溶剂可以使下列各高聚物溶解？为什么？A．聚乙烯B．聚丙烯C．聚酰胺（尼龙-6）D．聚苯乙烯E．聚对苯二甲酸乙二酯F．硫化橡胶答：A．聚乙烯，结晶聚合物，非极性，在室温下无溶剂可溶B．聚丙烯，同上C．聚酰胺（尼龙-6），结晶聚合物，极性，在室温下有溶剂可溶D．聚苯乙烯，非晶聚合物，非极性，在室温下有溶剂可溶E．聚对苯二甲酸乙二酯，同CF．硫化橡胶，分子间交联，无溶剂可溶，可溶胀11．用磷酸三苯酯（1=19.6）作PVC（PVC＝19.4）的增塑剂，为了增加相溶性，尚需加入一种稀释剂（2=16.3，分子量M=350），试问这种稀释剂的最适量是多少？答：11221121混（1-）PVC19.4混222frhNL222210.22312220.15frhNL2312115622nNXCH2nCHC6H5CH3CH2nCOOCH3C'nX'601nX'11561042100nX1119.616.316.319.4所以，可加入的这种稀释剂的体积分数为0.061。第三章高聚物的分子量及其分子量分布4．今有分子量为1×104和5×104的两种高聚物，试计算：A．在分子数相同的情况下共混时的nM和wM。B．在重量相同的情况下共混时的wM和nM。答案：A：在分子数相同的的情况下共混时B：在重量相同的情况下共混时注：式中N指分子数；指i分子的摩尔数；w指重量；5．在25℃的溶液中测得浓度为7.36kg/m3的聚氯乙烯溶液渗透压数据为270Pa，求此试样的分子量和第二维利系数A2（R=8.314J/K·mol），并指出所得分子量是何种统计平均值。答案：对于高分子溶液，膜渗透压、分子量及溶液浓度之间有如下关系：13133220.061332222444441105104.3310110510iiiiiwiiiiinMNMMnMNM44421.6710110510nmwMwwn24441105103102iiiiiiwiiiiinMwMwwMnMww444(110510)3102nNMNiniiiiiimnM分子的质量分子的摩尔数分子的分子量因为是溶液，所以A2=0（摄氏温度换算成开尔文温度为：25+273.15=298.15K）因此，分子量8．今有聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液，初始浓度C0=0.1190g/100ml，在25℃测出溶剂的平均流出的时间t0=271.7秒，溶液的流出时间测定如下：1C′453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1试求特性黏度[η]，然后用下面公式计算平均分子量答案：将已知条件列表：1C′453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1t(平均)453.1385.7354.2325.2311.11.6681.4201.3041.1971.1450.6680.4200.3040.1970.145C（g/ml）0.001190.0007930.0005950.0003970.0002975429.9442.2446.1452.9455.121()RTACCM348.314298.157.36106.7510(/)270RTCMgmol50.77[]4.6810M'14C'12C'13C'23C'12C'23C'13C'14C0rtt1sprlnrC561.3529.6510.9496.2487.4利用表中数据作图，将上图两条直线推至C=0处，得出截距465.0/mLg根据公式：所以：因此，粘均分子量11．从高分子溶液的光散射、渗透压和黏度的测定中，分别可以获得哪些有关高分子结构的信息？答案：光散射法测重均分子量方法可以得到下列参数：wM、2A、1、2S、2h膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数：nM、2A、1、黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数：M、、M、、12．试举出三种热力学参数，用它们对聚合物溶解性能进行判断，在什么情况下溶剂是良溶剂、一般溶剂、溶剂、非溶剂。答案：良溶剂溶剂溶剂非溶剂11/21/2=1/21/22A00=00TTT=T20hAMspC50.77[]4.6810M50.774654.6810M91.2210vM(扩张因子)11=11注：扩张因子是没讲的内容！第四章非晶态高聚物4．按要求绘制示意图（1）两个不同分子量的线型非晶高聚物的形变—温度曲线和模量—温度曲线（试样MA＞MB）（2）体型酚醛树脂和低硫化度丁二烯橡胶的模量—温度曲线（3）增塑和未增塑高聚物的模量—温度曲线答案：（1）（2）（3）7．写出下列高聚物的结构单元，并比较其玻璃化温度的大小；A．聚氯乙烯聚异丁烯聚偏二氯乙烯聚碳酸酯B．聚丙烯酸聚丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯酸乙酯答案：A、所以A组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：PCPVCPVDFPIBB、所以B组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：聚丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸乙酯8．天然橡胶的松弛活化能近似为1.05KJ/mol（结构单元），试估计一块天然橡胶由27℃升温到127℃时，其松弛时间缩短了几倍？答案：或者：所以，其松弛时间缩短了0.1倍。9．已知增塑聚氯乙烯的玻璃化温度为338K，黏流温度fT为418K，流动活化能△Eη=8.31KJ/mol，433K时的黏度为5Pa·S，求此增塑聚氯乙烯在338K和473K时的黏度各为多少？03003004001.110.1400300ERTe04000.94000.9300300ERTe答案：根据WLF方程所以此聚氯乙烯在338K（Tg）时的黏度为：因为473K高于338＋100K（Tg＋100）所以要求473K温度下聚氯乙烯的黏度，要使用阿累尼乌斯公式所以此聚氯乙烯在473K时的黏度为：第五章晶态高聚物10．比较下列高聚物熔点之高低：A．聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化甲烯B．聚己二酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯C．尼龙－1010、尼龙－610D．尼龙－6、尼龙－7答案：熔点从高到低排序为A组：聚氧化甲烯（聚甲醛）聚乙烯聚氧化乙烯B组：聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸丁二酯聚己二酸乙二酯C组：尼龙－610尼龙－1010D组：尼龙－7尼龙－612．在注射成型聚碳酸酯时，若模具温度较低，则制品很快冷却到100℃以下，试分析所得制品能否结晶，为什么？