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
(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。
①顺式1,4-加成
②反式1,4-加成
③1,2-加成全同立构
④1,2-加成间同立构
⑤3,4-加成全同立构
⑥3,4-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
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=
,刚性因子(空间位阻参数)
,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)=2
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C
F.硫化橡胶,分子间交联,无溶剂可溶,可溶胀
11.用磷酸三苯酯(
=19.6)作PVC(
=19.4)的增塑剂,为了增加相溶性,尚需加入一种稀释剂(
=16.3,分子量M=350),试问这种稀释剂的最适量是多少?
答:
所以,可加入的这种稀释剂的体积分数为0.061。
第3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
和
。
B.在重量相同的情况下共混时的
和
。
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:
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′
453.1
453.2
453.1
385.5
385.8
385.7
354.1
354.2
354.2
325.1
325.3
325.3
311.0
311.3
311.1
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′
453.1
453.2
453.1
385.5
385.8
385.7
354.1
354.2
354.2
325.1
325.3
325.3
311.0
311.3
311.1
t(平均)
453.1
385.7
354.2
325.2
311.1
1.668
1.420
1.304
1.197
1.145
0.668
0.420
0.304
0.197
0.145
C(g/ml)
0.00119
0.000793
0.000595
0.000397
0.0002975
429.9
442.2
446.1
452.9
455.1
561.3
529.6
510.9
496.2
487.4
利用表中数据作图,将上图两条直线推至C=0处,得出截距
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:
、
、
、
、
膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数:
、
、
、
黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数:
、
、
、
、
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
<<1/2
<1/2
=1/2
>1/2
>>0
>0
=0
<0
T>>
T>
T=
T<
(扩张因子)
>>1
>1
=1
<1
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:PC>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
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
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?
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-610
D.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-1010
D组:尼龙-7>尼龙-6
12.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?
答案:所得制品通常为非晶态,因为从分子结构上考虑,聚碳酸酯分子结构对称规整,具有结晶能力,但是由于分子中含有较大的苯环结构及较大的侧基,分子运动能力较差,结晶条件非常苛刻,所以制品快速冷却的情况下,常得到非晶态结构。
18.是否容易结晶和结晶度高的聚合物其熔点就一定是高的?以下几种高聚物哪种容易结晶?哪种熔点高?
答案:容易结晶的聚合物其熔点并不一定高。
例如,下列几种高聚物中,聚乙烯很容易结晶、聚碳酸酯则不容易结晶,而聚乙烯熔点则远低于聚碳酸酯的熔点。这些高聚物中,熔点的比较(由高到低排序)
聚碳酸酯>尼龙66>聚丙烯>聚乙烯。
第六章 高聚物的力学性能
7.由聚异丁烯的时-温等效组合曲线可知,在298K时,其应力松弛到
约需10小时,试计算在253K达到同一数值所需的时间。(已知聚异丁烯的玻璃化温度为203K)
答案:根据题中条件,可以使用WLF方程计算
Tg=203K,分别将T=298K和T=253K带入WLF方程,得出
上述两式相减得:
所以:聚异丁橡胶在253K达到同样的力学松弛需要的时间为:5324h。
室温等效原理补充题:以0.1℃/分的升温速度测得PS的Tg=100 ℃,试问在升温速度改为10 ℃/分时,PS的Tg=?
答案:
已知25oC时聚异戊二烯的应力松弛模量-时间曲线,求测量时间为1小时,-80oC时的应力松弛模量。
答案:这个题要转换思考角度,即在25oC时,测定时间为多少时,测得的模量与-80oC、测量时间为1小时所得到的模量值相同!
已知聚异戊二烯的Tg=-73oC,应用WLF方程和题意
假定25oC时,测定时间为t(25oC),继续应用WLF方程
在25oC时,测定时间为1.35×10-13.5时,测得的模量与-80oC、测量时间为1小时所得到的模量值相同。因此,测量时间为1小时,-80oC时的应力松弛模量可从上图查得约为1010N/m2。
9、试
总结
初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf
你所学习的高聚物哪些性质与链段运动有关?
答案:与链段运动有关的聚合物性质:溶胀、橡胶弹性、蠕变、应力松弛、熔体弹性、内耗、玻璃化转变温度。
18、试比较HDPE和LDPE的抗张强度和冲击强度的大小。
抗张强度:HDPE>LDPE
冲击强度:HDPE
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