高分子物理习题集--答案.pdf

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1、高分子物理习题集-答案第一章第一章 高聚物的结构高聚物的结构4 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、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

2、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 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。、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1CHCH2 22C CCHCH3 33CHCH4CHCH2 2（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。CHCHCHCH2 2n nCHCHC CCHC

3、H2 2CHCH2 2CHCH3 3n nCHCH2 2C CCHCH3 3CHCHCHCH2 2n nCHCH2 2C CCHCH3 31,4-加成1，2-加成3，4-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。顺式 1，4-加成CH3CCH2CHCH2CH2CCH3CHCH2反式 1，4-加成CH3CCH2CCH2HCH3CCH2CCH2H1，2-加成全同立构CHCH2HCHCCH3HCHCHCH2CCH3HCHCHCH2CCH31，2-加成间同立构RHCHCCH3HCHCH3CHCHRCCH3R=CHCH2R3，4-加成全同立构CHCH2 2C C CHCH3 3HCCH

4、HCHCH2 2C C CHCH3 3CHHCHCHCH2 2C C CHCH3 3CHHCH3，4-加成间同立构RHCHHHCHCHCRCHHR=CCHCH3 3CHCH2R6 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、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（尼龙聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙-66-66）、聚丙烯酸各有那些分子间作用力、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

5、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H HO OH HN NCHCH2 26 6N NC CCHCH2 24 4O OC Cn n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8 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。由。1 14 4CHCH2 2O OC COHOHC CH Hn n其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键。CHCH2 2O OC CCHCH2 2n n2 2CHCH2 2C

6、CCHCH3 3CHCHCHCH2 2n n3 3CHCH2 2C CH HClCln nO OC CO OCHCH2 22 2O On n5 5CHCHC CN NCHCH2 2n n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

7、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。1313假定聚丙烯中键长为，键角，无扰尺寸假定聚丙烯中键长为，键角，无扰尺寸 A=A=835104nm，刚性因子（空间位，刚性因子（空间位阻参数）阻参数）1.76，求其等效自由结合链的链段长度，求其等效自由结合链的链段长度 b b。42h0答：已知聚丙烯的无扰尺寸 A，且A 83510 nm M所以，聚丙烯的分子量h02h02M 2A(835104)2.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 bh02nh02M 4222A(835104)2h02h02n 221A21(

8、835104)2h02h02h02b 1Lmax2 22 22nln l33h0222h0l23 21A21A21.164nm20.1543所以，聚丙烯的等效自由结合链长度 b=。1818今有三种嵌段共聚物今有三种嵌段共聚物 M-S-MM-S-M，实验中测定，当聚苯乙烯嵌段（，实验中测定，当聚苯乙烯嵌段（S S）的质量百）的质量百分数为分数为 50%50%时，在苯溶剂中时，在苯溶剂中 S S 段的均方根长度为。当段的均方根长度为。当 C-CC-C 键角为键角为 10928、键10928、键长为，假定内旋转不受位垒限制时，求出共聚物中长为，假定内旋转不受位垒限制时，求出共聚物中 S S 段和段和

9、 M M 段（段（PMMAPMMA）的聚合）的聚合度。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）hfr2v v1cosLiLj NL21cosijnn=18010928=7032 cos=1/3(1+cos)/(1-cos)=2有所以苯乙烯 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Xnhfr2 2NL2N h2fr2L210.22220.15 2312XnN2231211562S 段的聚合度CH2CHnC6H5CH2CH3CnCOOCH3有M 段的聚合度Xn 6011156

10、104 2Xn100第二章第二章 高分子溶液高分子溶液8 8在室温下，有无溶剂可以使下列各高聚物溶解为什么在室温下，有无溶剂可以使下列各高聚物溶解为什么 A A聚乙烯聚乙烯 B B聚丙烯聚丙烯 C C聚酰胺（尼龙聚酰胺（尼龙-6-6）D D聚苯乙烯聚苯乙烯E E聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯 F F硫化橡胶硫化橡胶答：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1111用磷酸三苯酯（用磷酸三苯

11、酯（1=）作）作 PVCPVC（PVC）的增塑剂，为了增加相溶性，尚需）的增塑剂，为了增加相溶性，尚需加入一种稀释剂（加入一种稀释剂（2=，分子量，分子量 M=350M=350），试问这种稀释剂的最适量是多少，试问这种稀释剂的最适量是多少答：混112211（）21-1PVC混19.419.6116.316.3119.4131332233 0.061所以，可加入的这种稀释剂的体积分数为。第三章高聚物的分子量及其分子量分布4 4今有分子量为今有分子量为 11041104 和和 5 5104104 的两种高聚物，试计算：的两种高聚物，试计算：A A在分子数相同的情况下共混时的在分子数相同的情况下共混

12、时的Mn和和Mw。B B在重量相同的情况下共混时的在重量相同的情况下共混时的Mw和和Mn。答案：A：在分子数相同的的情况下共混时N(11045104)3104Mn2NMwn Mn Miiii2iiNMi2NMiii110451042211051044 4.33104B：在重量相同的情况下共混时MnMwmn2www110451042i1.67104n Mn MiiiiiwMwiiiiiw1104 w51042w 3104ni注：式中 N 指分子数；指 i 分子的摩尔数；w 指重量；mi niMi i分子的质量 i分子的摩尔数 i分子的分子量5 5在在 2525的的溶液中测得浓度为溶液中测得浓度为

13、7.36kg/m7.36kg/m3 3的聚氯乙烯溶液渗透压数据为的聚氯乙烯溶液渗透压数据为270Pa270Pa，求此试样的分子量和第二维利系数，求此试样的分子量和第二维利系数 A A2 2（R=KR=Kmolmol），并指出所得分子量，并指出所得分子量是何种统计平均值。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：1 RT(A2C)CM因为是溶液，所以 A2=0（摄氏温度换算成开尔文温度为：25+=）3因此，分子量M RTC8.314298.157.3610 6.75104(g/mol)2708 8今有聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液，初始浓度今有聚甲基丙烯酸甲酯的

14、苯溶液，初始浓度 C0=0.1190g/100mlC0=0.1190g/100ml，在，在 2525测测出溶剂的平均流出的时间出溶剂的平均流出的时间 t0=t0=秒，溶液的流出时间测定如下：秒，溶液的流出时间测定如下：1C1C2C31C21C31C4试求特性黏度试求特性黏度 ，然后用下面公式计算平均分子量，然后用下面公式计算平均分子量答案：将已知条件列表：1C1C 4.68105M0.772C31C21C31C4t t(平均平均)trt01sprC C（g/mlg/ml）lnrCspC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：465.0mL/g 4.68105M

15、0.77465 4.68105M0.77Mv1.22109因此，粘均分子量1111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：Mw、A2、1、S2、h2膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数：Mn、A2、1、h02黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数：M、M、A M1212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、下

16、溶剂是良溶剂、一般溶剂、溶剂、非溶剂。溶剂、非溶剂。答案：良溶剂0T溶剂0T1溶剂=1/2=0T=非溶剂1/20T1注：扩张因子是没讲的内容！=1PVC PVDF PIBPCPVC PVDF PIBB、所以 B 组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：聚丙烯酸聚丙烯酸 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯 聚丙烯酸乙酯聚丙烯酸乙酯8 8天然橡胶的松弛活化能近似为天然橡胶的松弛活化能近似为 molmol（结构单元）（结构单元），试估计一块天然橡胶由试估计一块天然橡胶由 2727升温到升温到 127127时，其松弛时间缩短了几倍时，其松弛时间缩短了几倍答案：0eERT3001.11

17、400300400 0.1300或者：0eERT400 0.9300400 0.9300所以，其松弛时间缩短了倍。9 9已知增塑聚氯乙烯的玻璃化温度为已知增塑聚氯乙烯的玻璃化温度为 338K338K，黏流温度，黏流温度时的黏度各为多少时的黏度各为多少答案：根据 WLF 方程Tf为为 418K418K，流动活化能，流动活化能E E=mol=mol，433K433K 时的黏度为时的黏度为 5Pa5PaS S，求此增塑聚氯乙烯在，求此增塑聚氯乙烯在 338K338K 和和 473K473Klg433K(Tg)17.44(433338)11.301551.6(433Tg)51.6(433338)17.

18、44(433Tg)lg(Tg)lg(433K)11.30155lg5 11.301512.0005所以此聚氯乙烯在 338K（Tg）时的黏度为：因为 473K 高于 338100K（Tg100）T10g12Pags E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 AexpRT473KexpEEe0.19530.8226433KR473R433所以此聚氯乙烯在 473K 时的黏度为：4730.82264330.82265 4.11Pags第五章 晶态高聚物1010比较下列高聚物熔点之高低：比较下列高聚物熔点之高低：A A聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化甲烯聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化甲

19、烯B 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 C尼龙尼龙10101010、尼龙、尼龙610610D D尼龙尼龙6 6、尼龙、尼龙7 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61212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 100100以下，以下，试分析所得制品能否结晶，为什么试分析所得制品能否结晶，为什么答案：所得制

20、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。1818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

21、聚物的力学性能5210 N m7 7 由聚异丁烯的时温等效组合曲线可知，由聚异丁烯的时温等效组合曲线可知，在在 298K298K 时，时，其应力松弛到其应力松弛到约需约需 1010 小时，试计算在小时，试计算在 253K253K 达到同一数值所需的时间。达到同一数值所需的时间。（已知聚异丁烯的玻璃（已知聚异丁烯的玻璃化温度为化温度为 203K203K）答案：根据题中条件，可以使用 WLF 方程计算tT17.44(T Tg)lgtTg51.6(T Tg)Tg=203K，分别将 T=298K 和 T=253K 带入 WLF 方程，得出t253lgt298 11.3015lg 8.5827t 203

22、t203上述两式相减得：t298lg 2.7188t 253t29810hrt2535234hr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：室温等效原理补充题：以以/分的升温速度测得分的升温速度测得 PSPS 的的 Tg=100Tg=100，试问在升温速试问在升温速度改为度改为 1010/分时，分时，PSPS 的的 Tg=Tg=17.44(T Tg)答案：lgaT51.6(T Tg)00.1a 0.01T10代入上式解得:T 106.50C即升温速度为100C/分的Tg106.50C已知已知 2525o oC C 时聚异戊二烯的应力松弛模量时聚

23、异戊二烯的应力松弛模量-时间时间曲线，曲线，求测量时间为求测量时间为 1 1 小时，小时，-80-80o oC C时的应力松弛模量。时的应力松弛模量。t(80C)117.44(193198)log log1.87t(Tg)t(Tg)51.6(193198)tTg 0.01345(hr)t(25C)t(25C)17.44(298198)log logo 11.5t(Tg)0.01345(298198)答案：这个题要转换思考角度，即在 25 C51.6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！13.5已知聚异戊二烯的 Tg=-73 C，应用 WLF 方程

24、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 9、试总结你所学习的高聚物哪些性质与链段运动有关、试总结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t25C1.3510o(hr)弹性、内耗、玻璃化转变温度。1818、试比较、试比较 HDPEHDPE 和和 LDPELDPE 的抗张强度和冲击强度的大小。的抗张强度和冲击强度的大小。抗张强度：HDPELDPE冲击强度：HDPELDPE