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，CH 3 在 2 位上，而不是 3 位上，即异戊二烯应写成CH2C3HC2134（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。CH2 nC3HC21,4-CH2n3CH212-CH2n3CH234-（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CH2CH2C2CH2CH3HCH3H反式 1，4-加成CH2CH22CH2C3HCH31，2-
3、 加成全同立构 CH2CH3CH H2H3CH2H31，2- 加成间同立构CH3CHH3CHH3RRRR=CH23，4- 加成全同立构 CH23CCHHHHCHHCH23CH233，4- 加成间同立构CCHHHHCHHRRRR=CH236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
4、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。CH2ln3CH2nN5CH2 n3CH22CH2nC21 CH2C OOOnC4NNHC26CH24COOnHCH2nOH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（120 o）且
5、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= ，483510nm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。1.76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
6、.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2408351hnmM22004()hM220044(8351)hA220041()n2222200001max2 21.1640.53133hhhAb nmLnllnl 10928、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）=18010928=7032 cos=
7、1/3(1+cos)/(1-cos)=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 C221cosnfrijhLN2frh2210.35frNL231
8、56nNXCH2nC6H5 CH3C2nCOH3nX601n1542F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1PVC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2量是多少？答： 12121混 （ -）PVC9.4混119.6.36.9.4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 1104 和 5104 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 。nMwB在重量相同的情况下共混时的 和 。答案：A：在分子
9、数相同的的情况下共混时B：在重量相同的情况下共混时120.61322224441051.310i iwi inMN44421.670105nmw24441051302iiwiiMwn444(105)3in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/Kmol） ，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
10、=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：1C453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1试求特性黏度 ，然后用下面公式计算平均分子量答案：将已知条件列表：1C453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1i iiimnM分 子 的 质 量 分
11、子 的 摩 尔 数 分 子 的 分 子 量21()RTCM348.3149.57610.75(/)2RTCgmol50.74.681M14C12C13232C231314Ct(平均) 453.1 385.7 354.2 325.2 311.11.668 1.420 1.304 1.197 1.1450.668 0.420 0.304 0.197 0.145C（g/ml）0.00119 0.000793 0.000595 0.000397 0.0002975429.9 442.2 446.1 452.9 455.1561.3 529.6 510.9 496.2 487.4利用表中数据作图，将上图
12、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： 、 、 、 、wM2A12Sh膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数： 、 、 、n黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数： 、 、 、 、20AM0rt1sprlnrsp50.74.681M.591.20v12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11/22A0 0 =0
13、TT=T1 1 =1 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fT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
14、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17.4(3)4317.4(38)lg 1.305()5656gTKTll).0l.02.g 1gPasAexpERT0.1953473exp.826473EKeR4730.8260.8264.PasA033041. 0.14ERTe0.940.9303ERTeB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
15、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？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
16、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5210Nm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17.4()lg56gTtTg=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
17、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-80 oC、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（25 oC） ，继续应用 WLF 方程298lg1.305t2lg8.57tl.7t 3
18、4thrthr00 017.4()lg56.:16.5/16.5gTgTaTCTC代 入 上 式 解 得即 升 温 速 度 为 分 的(8)17.4(938)olo1.756tt3()gthr(2)(2)74(298)llo.5.gtt在 25oC 时，测定时间为 1.3510-13.5 时，测得的模量与-80 oC、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，-80 oC 时的应力松弛模量可从上图查得约为 1010N/m2。9、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：HDPELDPE冲击强度：HDPELDPE 13.525.0()tChr
