高分子物理习题集--答案-2009.doc
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1、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
2、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(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。 (二)不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。顺式1,4-加成反式1,4-加成1,2-加成全同立构1,2-加成间同立构3,4-加成全同立构3,4-加成间同立构6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
3、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。7下列那些聚合物没有旋光异构,并解释原因。A聚乙烯 B聚丙烯 C1,4-聚异戊二烯 D3,4-聚丁二烯E聚甲基丙烯酸甲酯 F硫化橡胶答:A)聚乙烯, ,每个C原子上对称取代两个氢原子,分子内无手性碳原子(或称不对
4、称碳原子)。所以聚乙烯没有旋光异构体存在。B)聚丙烯,结构单元为-CH2-CHCH3-,每个结构单元存在一个手性碳原子,所以聚丙烯具有旋光异构。C)1,4-聚异戊二烯,分子中存在孤立双键,有顺反异构,无旋光异构。D)3,4-聚丁二烯,有旋光异构性。E)聚甲基丙烯酸甲酯,有旋光异构性。F)硫化橡胶,无手性碳原子,无旋光异构。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
5、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 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。9、写出下列各组高聚物的结构单元,比较各组内几种高分子链的柔性大小,并说明原因。1)聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯2)聚乙烯,聚乙炔,顺式1,4聚丁二烯3)聚丙烯,聚氯乙烯,聚丙烯腈4)聚丙烯,聚异丁烯5)聚氯乙烯,聚偏氯乙烯6)聚乙烯,聚乙烯咔唑,聚乙烯基叔丁烷7)聚丙烯酸甲酯,
6、聚丙烯酸丙酯,聚丙烯酸戊酯8)聚酰胺66,聚对苯二甲酸对苯二胺9)聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯答:1)结构单元分别为:柔顺性比较如下:柔性由大到小:聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯原因:三种高聚物主链结构相同,侧基取代基体积越大,分子链柔性越小。2)结构单元分别为:柔顺性比较如下:柔性由大到小:顺式1,4聚丁二烯聚乙烯聚乙炔原因:顺式1,4聚丁二烯主链中含有孤立双键,柔性较大,而聚乙炔分子主链上则是共轭双键,分子刚性很大。3)结构单元分别为: 柔顺性比较如下:柔性由大到小:聚丙烯聚氯乙烯聚丙烯腈原因:主链结构相同,侧基取代基极性-CN-Cl-CH3,取代基极性越大,分子间相互作用力越大,分子
7、链柔顺性越差,刚性越大。4)结构单元分别为:柔顺性比较:柔性由大到小:聚异丁烯聚丙烯原因:聚异丁烯两个甲基对称双取代,使分子链柔性增加。5)结构单元分别为:柔性:聚氯乙烯聚乙烯基叔丁烷聚乙烯咔唑原因:主链结构相同,侧基取代基的体积大的分子链柔性差。7)结构单元分别为:柔顺性:聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸丙酯聚对苯二甲酸对苯二胺原因:PPTA主链中含有苯环,分子链刚性大。9)结构单元分别为:柔顺性:聚对苯二甲酸乙二醇酯PVC PVDF PIB B、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 10天然橡胶的松弛活化能近似为1.05KJ/mol(结构单元),试估
8、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。11已知增塑聚氯乙烯的玻璃化温度为338K,黏流温度为418K,流动活化能E=8.31KJ/mol,433K时的黏度为5PaS,求此增塑聚氯乙烯在338K和473K时的黏度各为多少?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338100K(Tg100)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1试绘出高聚物熔体冷却至很低温度时的比容温度曲线,标出结晶和非晶过程的特征温度熔点及玻璃化
9、温度,说明高聚物的结晶过程和玻璃化转变过程有何本质的区别。答案:高聚物的结晶过程的本质是热力学相变过程,而高聚物的玻璃化转变过程的本质上是体积松弛过程,因此两者有本质上的不同。(注意:题中要求画出高聚物熔体冷却到很低温度时的比容温度曲线,意思是要经历结晶过程和玻璃化转变过程,而且玻璃化转变过程完成完全。)12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6
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