高分子材料剖析习题.doc

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1、1影响高分子材料密度的因素有哪些？分子结构 元素种类与含量有如下规律 只含C、H的多半比水小（含芳环的除外）含O及其他杂原子的一般1 含Cl、F、S、等较重原子的一般1.34，其中含F原子的多半2 含填料的一般1.34 1.01.34之间为多种含C、H、O或N的高材泡沫制品或试样中有汽泡，0.792. 影响高材溶解性的因素有哪些？化学组成 分子量、等规度、结晶度升高，溶解性降低；温度升高溶解性增大，交联度增大溶解性降低 分子链形状；添加剂3.“塑料王”指的是哪种高材？“万能溶剂”指什么？水溶性高分子有哪些？聚四氟乙烯PTFE只溶于热的氟烃四氢呋喃THF能溶解大多数高分子，是万能溶剂；水能溶解的

2、高分子只有少数几种：PVA、聚乙烯基，甲醚，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚乙二醇，（羧），甲基纤维素，未固化的酚醛树脂与氨基树脂等。4软化点？ 熔点？杂质、助剂、填料对高材的软化点和熔点有何影响？软化点：无定形高分子加热到玻璃化温度时开始变软，由于结构的复杂性，常是较宽的温度范围，称为熔限。熔点：部分结晶高分子加热到结晶开始熔化时的温度。（1）杂质的存在，即使少量也会明显降低熔点，所以工业品的熔点值15时，破坏E的结晶有序性而不易结晶，材料从不透明变为完全透明。 8. 常作为塑料薄膜使用的材料有哪些？是说明其对应的用途。 PE、PP、PVC、CA（醋酸纤维素，也叫玻璃纸）、PET、PVA、PS、PA

3、等 PP-HDPE-LDPE复合薄膜提高强度，阻隔性，耐热性。双轴拉伸薄膜：BOPP用于香烟包装；PET用于磁带、胶卷等。单轴拉伸薄膜：PE、PP，用于包扎带。尼龙，PTFE,PI（聚酰亚胺）用于电容器，密封等。9常见泡沫塑料的成分是什么？（1）聚苯乙烯泡沫 这是应用最广的硬质闭孔型泡沫塑料。由于它是经低沸点液体浸渍后的可发性小珠粒，预发泡再热压成型的，因而一般的聚苯乙烯泡沫体由许多白色泡沫圆粒组成，用手可轻易掰开。（2）聚氨酯泡沫 聚氨酯泡沫分为软质，半硬质，硬质三种。软质聚氨酯泡沫塑料外观像海绵，刚出厂时为白色，但很容易氧化变黄。有时聚氨酯泡沫表面有一层耐冲击的硬质皮层，实际上与内层具有同

4、一组成，只不过在加工中，通过控制一定条件而形成了这种稠密表面和泡沫内部的双重结构，这种聚氨酯软泡沫称为结皮聚氨酯泡沫。硬质和半硬质品种主要用于工业上。还有PVC PE EVA PP等等10. 什么是氧指数？表征的是高材的什么性能？着火后刚能维持试样燃烧的氧在氧/氮混合气体中的最小分数 表征可燃性 PS：由于空气中的氧的浓度为21%，所以OI值低于0.21的高材很容易在空气中点着和燃烧；OI值大于0.27被认为是难燃的，OI值在0.22-0.27属于自熄性材料。11. 试分别答出不同元素组成与结构的高分子材料进行燃烧试验时，（1）可燃性规律？（2）发烟性规律？（3）结焦性规律？ 1可燃性规律：与

5、所含元素有关，C、H、S可燃元素；卤素、P、N、Si、B难燃元素，含量越多，阻燃性好，根据元素组成将高分子材料分为三类：（1）不燃的含F、Si的高分子热固性树脂：酚醛树脂、脲醛树脂等（2）难燃自熄的含Cl，如PVC及其相关共聚物含N，如PA，酪朊树脂含阻燃剂，溴化物，磷化物等易燃的：含C、H、S的高分子材料2发烟性规律:（1）Cl、P含量越高，发烟量越大（2）交联密度越小，发烟量越大（脂肪族高分子一般不发烟）（3）芳香族发烟受基团影响：主链含芳香基团（PC、PPO、PSF）属于中等发烟量，随主链芳香基团的增加，发烟量下降。 含芳香侧基的高分子（PS等）易发烟，大量黑色烟炱。3.结焦性规律:（1

6、）脂肪烃由于C上有H，裂解时易汽化，不易结焦；（2）带芳香环的特别是取代苯环的易结焦。12. 干馏试验的原理是什么？如何判断？热裂解的三种反应（1）主链不断裂，侧基消除,如：HCl脱除率可达95，进一步交联反应使材料变硬、变脆；PVAc HAc；甲基丙烯酸叔丁酯异丁烯（2）主链断裂生成单体解聚反应PMMA MMA，单体生成率90聚甲基苯乙烯90聚异丁烯2050通常，含有季C原子的，单体产率较高（3）主链无规断裂PE、PP、PAN、PMA 单体生成率1，其他为分子的较大碎片。固态残留物在较高温度下会进一步逐渐炭化。13萃取法的目的是什么？怎样选择溶剂？从固体高分子中抽提出添加剂成分，通常为增塑剂

7、等有机化合物。 溶剂应该不与试样中的组分进行反应例如：丙酮可与NR中的促进剂反应，可选用异丙醇，避免部分溶解高分子或被高分子强烈吸附；14. 溶解-沉淀的和萃取法有何异同点？溶解-沉淀法的原理是什么？目的相同：分离有机添加剂；不同点：前者分离有机添加剂成分可回收，后者只能溶解，溶剂中不能分离。原理：选择适当溶剂将高分子完全溶解过滤或离心除去不溶的无机填料、颜料等加入过量（510倍）的沉淀剂过滤或离心分离(高分子沉淀溶有有机添加成分的溶剂)蒸去溶剂有机添加剂16. 可以采用何种方法确定环氧乙烷环氧丙烷共聚物共聚组成，原理是什么？试样+铬硫酸H2CrSO7(氧化)CH2CH2O/CH2CHOCH3

8、(氧化）2molCO2/1molCO2+1mol HAC测定、计算如何快速鉴别甲基纤维素和羧甲基纤维素？利用溶解性鉴别：甲基纤维素只溶于冷水，不溶于热水，加热时溶液会产生凝胶；羧甲基纤维素钠既溶于冷水，又溶于热水。利用特殊反应鉴别：甲基纤维素与I2的KI溶液反应产生紫棕色溶液，加入浓NaOH 溶液时颜色消失；羧甲基纤维素钠加入过量浓HCl会沉淀出游离酸，加入多价金属盐（如CuCl2），沉淀出羧甲基纤维素金属盐。17. 常用于鉴别PC的化学方法有哪些？（1）碳酸酯的鉴别 皂化，产生碳酸钾结晶，过滤 酸化 释放出CO2（2）对二甲胺基苯甲醛显色试验（3）吉布斯靛酚显色试验（鉴别含酚聚合物）（4）P

9、C中双酚A的鉴别18.高分子中常用的添加剂有哪些种类？加工添加剂 加工稳定剂：PVC稳定剂，抗氧剂，金属钝化剂加工助剂：润滑剂，脱模剂，触变剂（防淌剂）功能添加剂 稳定化添加剂：抗氧剂 ，光稳定剂，阻燃剂，防腐剂等改性剂：增塑剂、增韧剂、增强剂，填料，颜料，荧光增白剂，交联剂，促进剂，发泡剂，成核剂，抗静电剂等18.在填料定量分析中灰化条件有何影响？怎样选择？灰化法适用于无机填料；灰化条件重要 高分子材料试样在裂解管内，惰性气氛下，高温焙烧，高分子被烧掉，留下无机填料。灰化温度：填料在高温下有质量损失 灰化气氛：测定C黑必须在N2气氛下进行一般填料应在空气中灼烧，以完全除掉高分子材料。高材加热

10、分解，首先产生碎片，有的不能挥发则成为残渣，炭化成碳黑，空气灼烧下完全氧化成CO2而除掉22、增塑剂的功能有哪些？改善高分子柔性、延展性、加工性能；降低材料弹性模量、熔体粘度、Tg，不影响其他性能。23.对于某一未知高分子试样中的填料作元素分析，发现此填料组成很复杂，含有C、Si、AL、Fe、Ca、Mg、B、Na、O等多种元素，试推断可能是哪一种无机填料？玻璃纤维24. 红外光谱分析的制样过程中应注意哪些问题？对样品有何要求？样品厚度影响最大a.太薄峰弱，有些峰会被基线噪音掩盖。b.太厚峰形变宽，甚至产生截顶。c.理想厚度：1030um左右，23个强峰100吸收d.不同样品，厚度应不同：含O基

11、团吸收强，不应超过30um；饱和聚烯烃可以稍厚，控制在300um以下，才有理想谱图。使样品表面变粗糙。可用楔形薄膜或在样品表面涂上一层折射率相近的红外“透明”物质如石蜡油、全氟煤油。25. 样品的表面反射对谱图的解析有何影响？如何消除这些影响？样品表面反射a. 导致谱带变形：反射导致能量损失，一般为百分之几，强谱带附近可达15以上，尤其是低频一侧由于样品折射率很大，使折射、反射大大增加。改进方法：在参比光路中放一个组分相同但很薄的样品，有效补偿由于反射引起的谱带变形。b. 产生干涉条纹：由于样品直接投射的光和经样品内外表面两次反射后再投射的光存在光程差，导致光谱中出现等波数间隔的干涉条纹，在低

12、频区（长波）尤为突出。消除方法：使样品表面变粗糙。可用楔形薄膜或在样品表面涂上一层折射率相近的红外“透明”物质如石蜡油、全氟煤油。26.红外光谱解析的依据是什么？（提供什么信息）谱带位置特征吸收频率；谱带强度峰强；谱带的形状27.对一未知高分子试样的红外光谱进行定性分析的方法有哪些？对一种未知高分子的红外光谱进行定性鉴别的方法归为四种:(1)分子指纹图法将所测图谱当作“分子指纹”与标准图谱对照。理论上，峰的位置和强度都必须吻合。实际主要看峰的位置。强度与样品厚度和仪器种类有关，难一致。(2)按高分子元素组成的分组分析按化学分析已经初步知道未知高分子所含的元素，可分为五组(3) 按最强谱带的分组

13、分析可分为六区(4)按流程图对高分子材料的定性鉴别肯定或否定法28.参照红外光谱与化学结构的关系，下列区间可能属于哪一类基团？（1）30002900有强吸收；饱和碳氢集团（2）18001650有强吸收；羰基C=O（3）10001250有强吸收；C-O Si-O29、试比较激光拉曼光谱与红外光谱有何异同？相同点：（1）同属分子振动光谱；（2）红外定性解析三要素（频率、强度、峰形）也适用于拉曼光谱解析；拉曼位移相当于红外谱带的吸收频率，每条谱带都相应于分子中某官能团的振动，对大多数官能团如OH、CC、CH、C=C等，拉曼伸缩带和红外吸收带是一致的，有时数字很接近，如：CO 在红外光谱中为1710c

14、m1 ；在拉曼中无论入射光频率如何， 的位置总在为1710 3 cm1不同点：（1） 产生机制有本质区别：拉曼光谱是散射现象，由于诱导偶极矩变化而产生，与分子极化率的变化有关，对分子中非极性基团敏感；红外是吸收光谱，由于分子振动时引起偶极矩变化而产生，只与固有的永久偶极矩有关，对分子中极性基团敏感。（2）提供的信息有差异：一些对称性较高的基团，极性很小，红外吸收很弱，但在拉曼光谱中却有较强谱带，如C-C、C=C、S-C。红外光谱和拉曼光谱皆反映了分子振动的变化红外光谱适用于分子中基团的测定，拉曼光谱更适用于分子骨架的测定。红外活性是对应着分子振动时偶极矩的变化，拉曼活性对应着分子振动时极化度的

15、变化。高度对称的振动是拉曼活性的，一些非极性基团和碳骨架的对称振动有强的拉曼谱带。高度非对称的振动是红外活性的，一些强极性基团的不对称振动有强的红外谱带。红外光谱和拉曼光谱可以互相补充。30.紫外光谱的制样有何要求？不同的溶剂对紫外吸收有什么影响？用于紫外吸收光谱的产品，一般要制成溶液。虽然薄膜也可以直接用于测定，但只能用于定性，因为其不均匀性会给定量带来困难。溶剂对紫外吸收光谱影响：一般来说，溶剂从非极性变成极性时，光谱变得光滑，精细结构消失。溶剂极性对光谱的另一影响是改变光谱极大值的位置，可归纳为两条一般规则：（1）由*跃迁所产生的吸收峰随着溶剂的极性增加，向长波方向移动（红移）。这是因为

16、激发态比基态机型大，因而激发态较容易被极性溶剂稳定化，结果跃迁能量减少而产生红移（2）由n*跃迁产生的吸收峰，随着溶剂生成氢键能力的增加，向短波方向移动（蓝移或紫移）。这是因为基态比激发态极性大，因此与极性溶剂间产生较强的氢键而被稳定化，从而跃迁能增加，即产生蓝移。溶剂的酸碱性也有很大影响。如苯胺在中性溶液中最大波长为280nm，在酸性溶液中移至254nm。苯酚在中性溶液中最大波长是270nm，在碱性溶液中移至287nm。这是由于PH值得变化使NH2或OH与苯环的共轭体系发生变化，增加共轭发生红移，反之发生蓝移。31.UV与IR比较，有何特点？与IR比较，UV高分子紫外吸收峰通常只有23个，且

17、峰形平缓，所以选择性远不如IR；UV主要决定于分子中发色和助色团的特性，而不是整个分子的特性，所以用于定性分析不如IR重要和准确；UV只有具有重键和芳香共轭体系的高分子才有近紫外活性，所以能测定的高分子种类受到很大局限。但利用这一点，可将具有特征官能团和不具有特征官能团的高分子区别开来，如聚二甲基硅氧烷与含苯基的硅树脂。紫外吸收强度比IR大得多，所以灵敏度高，测量准确度高于红外光谱法，在定量分析上有优势。32、高分子中电子跃迁有哪几种类型？各有什么特点？在分析上较有实际应用的有哪几种类型？ 有四种电子跃迁*跃迁所需能量最高（约7.7*105J/mol），max200nm属远紫外区；n*跃迁的m

18、ax=150-250nm且大部分低于200nm而且=100-3000，大部分低于200.，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到跃迁所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，max一般在104Lmol1cm1以上，属于强吸收。n*跃迁：由n电子从非键轨道向*反键轨道的跃迁，含有不饱和杂原子基团的有机物分子，基团中既有电子，也有n电子，可以发生这类跃迁。n*跃迁所需的能量最低，因此吸收辐射的波长最长，一般都在近紫外光区，甚至在可见光区。33、 采用什么方法可以区别n*和*跃迁类型？先将高分子于非极性溶剂中测UV图谱，再在极性溶剂中测UV图谱，若发生红移则为*，若发生蓝移则为n*34

19、、何谓朗伯比耳定律(光吸收定律)?数学表达式及各物理量的意义如何？ 紫外光的能量较高，在引起价电子跃迁的同时，也会引起只需低能量的分子振动和转动。所以紫外光谱不是一条条谱线，而是较宽的谱带。让不同波长的紫外光连续通过样品，以样品吸光度A对波长l作图，得到紫外吸收光谱。可用于结构鉴定和定量分析。朗伯比耳（Lambert-Beer）定律是紫外光谱定量分析基础：A=log（I。/I）= e l c A吸光度或光密度； I0、I入射光和透射光强度；e 摩尔消光系数，L /mol cm； l试样的光程长，cm；c溶质浓度， g / L。35、NMR包括哪两种类型？在高分子材料剖析中分别提供哪些方面的信息

20、？在制样的溶剂选择方面有哪些特殊要求？ 氢谱（1HNMR）：测定氢核；碳谱（13CNMR）：测定13C核在定性鉴别方面比红外能提供：基团种类；基团在分子中的位置。在定量方面相当可靠。在结构分析上：高分辨率的1HNMR是研究高分子构型、共聚物序列分布等结构问题的有力手段；13CNMR主要提供高分子CC骨架的结构信息36、什么是NMR峰的自旋裂分？产生自旋裂分的原因是什么？自旋分裂：在高分辨率的仪器上可以观察到更精细的结构，如图，谱峰发生分裂，称为自旋自旋分裂。是由于分子内部相邻碳原子上氢核自旋会相互干扰，通过成键电子之间的传递，形成相邻质子之间的自旋自旋耦合（自旋干扰） ，而导致自旋自旋分裂。3

21、7、什么是偶合常数？什么是溶剂效应？什么是化学位移？偶合常数：分裂峰之间的峰间距单位为Hz，于磁场强度大小无关，只与化合物结构有关，用来衡量偶合作用的大小。溶剂效应：同一质子在不同溶剂中，所得到的化学位移不同，这种由于容易影响引起的化学位移变化的现象为溶剂化效应。化学位移：同类核会由于在分子中的环境不同而显示不同的吸收峰，吸收峰位置的差距叫做化学位移。38、为什么用TMS（ (CH3)4Si ）作为基准? (1) 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；（2）屏蔽强烈，与有机化合物中的质子峰不重迭：TMS中氢核所受的屏蔽效应大于大多数有机物中的氢核，在高场发生核磁共振吸收，而有机化合物

22、中氢核在TMS的低场发生。(3)化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。39、影响化学位移的因素有哪些？取代基的电负性较大时，相邻C上的质子周围的电子云密度下降，电子屏蔽小，结果使质子的信号出现在较低磁场，即d值增大；在CH成键轨道中，如果S轨道成分较高（如烯烃双键的sp2杂化，炔烃三键的sp杂化）时，键电子云较靠近C原子核，d值较大；芳环上的质子由于p键电子云流动性而受到的屏蔽较小，d值较大。其它影响化学位移的因素a. 氢键的影响：形成氢键的质子比没有形成氢键的质子受到的屏蔽作用小，其化学位移向低场移动,氢键越强，值越大溶剂效应核磁共振谱的测定，一般使用氘代溶剂（如CDCl3），以避免普通

23、溶剂分子中H的干扰。同一质子在不同的溶剂中，所测得的值往往不同。40、.1HNMR谱可以提供的主要信息有哪些？（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种；（2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个；（3）峰的位移(d )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置；（4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数；（5）偶合常数(J)：推断相邻H原子的关系与结构，确定化合物构型。41、利用1HNMR谱进行定量分析的依据是什么？峰面积与共振核数目成正比NMR与IR、UV 一样，都是吸收光谱，相应的波长位于比红外线更长的无线电波范围 物质吸收电磁波的能量较小，从而引起的只是电子及其核在其自旋态

24、能阶之间的跃迁42. DSC/DTA对高分子材料进行测定，提供的信息有哪些？热事件开始、峰值和结束的温度；热效应的大小和方向；参与热事件的物质的种类和量。43. TG提供的信息有哪些？材料的起始失重温度和终止失重温度；材料的热稳定性；材料中的添加剂和杂质的含量；共聚物和共聚物的组成。酸值：指中和1g试样所消耗KOH 的mg 数，表征了试样中游离酸的总量皂化值：与1g 试样中的酯（包括游离酸）反应所需的KOH的mg数。碘值：与100g试样反应所消耗I2的克数。是高分子材料不饱和程度的量度。羟值：1g试样所含的OH相当于KOH的mg数环氧值：100g试样所含的环氧基的mol数。利用环氧基与HCl或HBr的加成反应来测定。CH(1.4-1.65)CH2(1.2-1.43)CH3()ROH(3.0-5.2)ArH(7.6-8.0)RCHO(9.7-9.8)ArCHO(9.7-10)RCOOH(10.03-11.48)ArOH(分子间氢键10.5-12.5）CH3弯曲振动（1378）CH2弯曲振动（1460）单取代苯环氢（700,760）对位双取代苯（730,830）邻对位取代苯（760，820）CCl(600-700) C=O(1740)形成氢键的端羟基（3200-3600）酰胺3谱带1640（C=O伸缩），1550（NH弯曲 CN伸缩组合),1260(CNH组合）第 9 页