高分子化學答案

1、高分子化學答案 第四版習題答案（第一章） 思考題 1. 舉例說明單體、單體單元、結構單元、重復單元、鏈節(jié)等名詞的含義，以及它們之間的相互關系和區(qū)別。 答：合成聚合物的原料稱做單體，如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯，縮聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和對苯二甲酸等。 在聚合過程中，單體往往轉變成結構單元的形式，進入大分子鏈，高分子由許多結構單元重復鍵接而成。在烯類加聚物中，單體單元、結構單元、重復單元相同，與單體的元素組成也相同，但電子結構卻有變化。在縮聚物中，不采用單體單元術語，因為縮聚時部分原子縮合成低分子副產(chǎn)物析出，結構單元的元素組成不再與單體相同。如果用2種單體縮聚成縮聚物，則由2種結構單元構

2、成重復單元。 聚合物是指由許多簡單的結構單元通過共價鍵重復鍵接而成的分子量高達104-106的同系物的混合物。 聚合度是衡量聚合物分子大小的指標。以重復單元數(shù)為基準，即聚合物大分子鏈上所含重復單元數(shù)目的平均值，以表示；以結構單元數(shù)為基準，即聚合物大分子鏈上所含結構單元數(shù)目的平均值，以 表示。 2. 舉例說明低聚物、齊聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子諸名詞的的含義，以及它們之間的關系和區(qū)別。 答：合成高分子多半是由許多結構單元重復鍵接而成的聚合物。聚合物（polymer）可以看作是高分子（macromolecule）的同義詞，也曾使用large or big molecule的術語。 從另一

3、角度考慮，大分子可以看作1條大分子鏈，而聚合物則是許多大分子的聚集體。 根據(jù)分子量或聚合度大小的不同，聚合物中又有低聚物和高聚物之分，但兩者并無嚴格的界限，一般低聚物的分子量在幾千以下，而高聚物的分子量總要在萬以上。多數(shù)場合，聚合物就代表高聚物，不再標明“高”字。 齊聚物指聚合度只有幾幾十的聚合物，屬于低聚物的范疇。低聚物的含義更廣泛一些。 3. 寫出聚氯乙烯、聚苯乙烯、滌綸、尼龍-66、聚丁二烯和天然橡膠的結構式（重復單元）。選擇其常用 分子量，計算聚合度。 聚合物 聚氯乙烯 聚苯乙烯 滌綸 尼龍66（聚酰胺-66） 聚丁二烯 天然橡膠 聚合物 塑料 聚氯乙烯 聚苯乙烯 纖維 滌綸 結構式（

4、重復單元） -ch2chcl- n -ch2ch(c6h5)-n -och2ch2oocc6h4co-n -nh(ch2)6nhco(ch2)4co-n -ch2ch=chch2 -n -ch2ch=c(ch3)ch2-n 分子量/萬 515 1030 1.82.3 結構單元分子dp=n 量/萬 62.5 104 60+132=192 8002400 9602900 (9622885) 941xxxx年來，開環(huán)聚合有了較大的發(fā)展，可另列一類，與縮聚和加聚并列。開環(huán)聚合物與單體組成相同，無副產(chǎn)物產(chǎn)生，類似加聚；多數(shù)開環(huán)聚合物屬于雜鏈聚合物，類似縮聚物。 5. 寫出下列單體的聚合反應式，以及單體、

5、聚合物的名稱。 答： 序號 a b c d e 單體 ch2=chf氟乙烯 ch2=c(ch3)2異丁烯 ho(ch2)5coohw-羥基己酸 ch2ch2ch2o丁氧環(huán) - 聚合物 -ch2-chf-n聚氟乙烯 -ch2-c(ch3)2-n聚異丁烯 -o(ch2)5co-n聚己內酯 -ch2ch2ch2o-n 聚氧三亞甲基 nh2(ch2)6nh己二胺+ -nh(ch2)6nhco(ch2)4co-n聚己hooc(ch2)4cooh己二酸 二酰己二胺（聚酰胺-66，尼龍66） 6. 按分子式寫出聚合物和單體名稱以及聚合反應式。屬于加聚、縮聚還是開環(huán)聚合，連鎖聚合還是逐步聚合？ 答： 序號 a

6、 b c 單體 ch2=c(ch3)2異丁烯 聚合物 聚異丁烯 加聚、縮聚或開環(huán)連鎖、逐步聚合 聚合 加聚 連鎖 逐步 逐步（水或酸作催nh2(ch2)6nh2己二胺、聚已二酰己二胺，縮聚 hooc(ch2)4cooh己二酸 尼龍66 nh(ch2)5co己內酰胺 尼龍6 開環(huán) d ch2=c(ch3)-ch=ch2 異戊二烯 聚異戊二烯 加聚 化劑）或連鎖（堿作催化劑） 連鎖 7. 寫出下列聚合物的單體分子式和常用的聚合反應式：聚丙烯腈、天然橡膠、丁苯橡膠、聚甲醛、聚苯醚、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷。 答：聚丙烯腈：丙烯腈ch2=chcn 天然橡膠：異戊二烯ch2=c(ch3)-ch=ch2

7、 丁苯橡膠：丁二烯+苯乙烯ch2=ch-ch=ch2+ch2=ch-c6h5 聚甲醛：甲醛ch2o 聚苯醚：2，6二甲基苯酚 聚四氟乙烯：四氟乙烯cf2=cf22 聚二甲基硅氧烷：二甲基硅氧烷 8. 舉例說明和區(qū)別線形結構和體形結構、熱塑性聚合物和熱固性聚合物、非晶態(tài)聚合物和結晶聚合物。 答：線形和支鏈大分子依靠分子間力聚集成聚合物，聚合物受熱時，克服了分子間力，塑化或熔融；冷卻后，又凝聚成固態(tài)聚合物。受熱塑化和冷卻固化可以反復可逆進行，這種熱行為特稱做熱塑性。但大分子間力過大（強氫鍵）的線形聚合物，如纖維素，在熱分解溫度以下，不能塑化，也就不具備熱塑性。 帶有潛在官能團的線形或支鏈大分子受熱

8、后，在塑化的同時，交聯(lián)成體形聚合物，冷卻后固化。以后受熱不能再塑化變形，這一熱行為特稱做熱固性。但已經(jīng)交聯(lián)的聚合物不能在稱做熱固性。 聚氯乙烯，生橡膠，硝化纖維：線形，熱塑性 纖維素：線形，不能塑化，熱分解 酚醛塑料模制品，硬橡皮：交聯(lián)，已經(jīng)固化，不再塑化 9. 舉例說明橡膠、纖維、塑料的結構-性能特征和主要差別。 答：現(xiàn)舉纖維、橡膠、塑料幾例及其聚合度、熱轉變溫度、分子特性、聚集態(tài)、機械性能等主要特征列于下表。 聚合物 纖 維 橡 膠 塑 料 滌綸 尼龍-66 硅橡膠 聚乙烯 聚合度 90120 5080 tg/ tm/ 分子特性 聚集態(tài) 69 50 -108 258 265 - -40 1

9、30 - 極性 強極性 非極性 非極性 非極性 極性 晶態(tài) 晶態(tài) 高彈態(tài) 高彈態(tài) 晶態(tài) 玻璃態(tài) 機械性能 高強高模量 高強高模量 低強高彈性 低強高彈性 中強低模量 中強中模量 順丁橡膠 5000 50001萬 -123 15001萬 -125 聚氯乙烯 6001600 81 纖維需要有較高的拉伸強度和高模量，并希望有較高的熱轉變溫度，因此多選用帶有極性基團（尤其是能夠形成氫鍵）而結構簡單的高分子，使聚集成晶態(tài)，有足夠高的熔點，便于燙熨。強極性或氫鍵可以造成較大的分子間力，因此，較低的聚合度或分子量就足以產(chǎn)生較大的強度和模量。 橡膠的性能要求是高彈性，多選用非極性高分子，分子鏈柔順，呈非晶型高

10、彈態(tài)，特征是分子量或聚合度很高，玻璃化溫度很低。 塑料性能要求介于纖維和橡膠之間，種類繁多，從接近纖維的硬塑料（如聚氯乙烯，也可拉成纖維）到接近橡膠的軟塑料（如聚乙烯，玻璃化溫度極低，類似橡膠）都有。低密度聚乙 烯結構簡單，結晶度高，才有較高的熔點（130）；較高的聚合度或分子量才能保證聚乙烯的強度。等規(guī)聚丙烯結晶度高，熔點高（175），強度也高，已經(jīng)進入工程塑料的范圍。聚氯乙烯含有極性的氯原子，強度中等；但屬于非晶型的玻璃態(tài)，玻璃化溫度較低。使用范圍受到限制。 10. 什么叫玻璃化溫度？橡膠和塑料的玻璃化溫度有何區(qū)別？聚合物的熔點有什么特征？ 答：玻璃化溫度及熔點是最重要的熱轉變溫度。 玻璃

11、化溫度是聚合物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)的熱轉變溫度。受外力作用，玻璃態(tài)時的形變較小，而高彈態(tài)時的形變較大，其轉折點就是玻璃化溫度，可用膨脹計或熱機械曲線儀進行測定。玻璃化溫度是非晶態(tài)塑料（如聚氯乙烯、聚苯乙烯等）的使用上限溫度，是橡膠（如順丁橡膠、天然橡膠等）的使用下限溫度。引入極性基團、位阻較大的芳雜環(huán)和交聯(lián)是提高玻璃化溫度的三大途徑。 熔點是晶態(tài)轉變成熔體的熱轉變溫度。高分子結構復雜，一般聚合物很難結晶完全，因此往往有一熔融范圍。熔點是晶態(tài)聚合物的使用上限溫度。規(guī)整的微結構、適當極性基團的引入都有利于結晶，如低密度聚乙烯、等規(guī)聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺-66等。 在聚合物合成階段，除平均分子量和分

12、布外，玻璃化溫度和熔點往往是需要表征的重要參數(shù)。 計算題 1. 求下列混合物的數(shù)均分子量、質均分子量和分子量分布指數(shù)。 a、組分a：質量 = 10g，分子量 = 30 000；b、組分b：質量 = 5g，分子量 = 70 000； c、組分c：質量 = 1g，分子量 = 100 000 解：數(shù)均分子量 質均分子量 分子量分布指數(shù) / =46876/38576 = 1.22 2. 等質量的聚合物a和聚合物b共混，計算共混物的 和 。 聚合物 a： =35,000, =90,000； 聚合物b： =15,000, =300,000 解： 計算題 1. 通過堿滴定法和紅外光譜法，同時測得21.3 g

13、聚己二酰己二胺試樣中含有2.5010-3mol羧基。 根據(jù)這一數(shù)據(jù)，計算得數(shù)均分子量為8520。計算時需作什么假定？如何通過實驗來確定的可靠性？如該假定不可靠，怎樣由實驗來測定正確的值？ 解： ， ， ， 上述計算時需假設：聚己二酰己二胺由二元胺和二元酸反應制得，每個大分子鏈平均只含一個羧基，且羧基數(shù)和胺基數(shù)相等。 可以通過測定大分子鏈端基的cooh和nh2摩爾數(shù)以及大分子的摩爾數(shù)來驗證假設的可靠性，如果大分子的摩爾數(shù)等于cooh和nh2的一半時，就可假定此假設的可靠性。 用氣相滲透壓法可較準確地測定數(shù)均分子量，得到大分子的摩爾數(shù)。 堿滴定法測得羧基基團數(shù)、紅外光譜法測得羥基基團數(shù) 2. 羥基

14、酸ho-(ch2)4-cooh進行線形縮聚，測得產(chǎn)物的質均分子量為18,400 g/mol-1，試計算：a. 羧基已經(jīng)醌化的百分比 b. 數(shù)均聚合度 c. 結構單元數(shù) 解：已知 根據(jù) 得：p=0.989，故已酯化羧基百分數(shù)為98.9%。 3. 等摩爾己二胺和己二酸進行縮聚，反應程度p為0.500、0.800、0.900、0.950、0.980、0.990、0.995，試求數(shù)均聚合度 、dp和數(shù)均分子量 ，并作 p關系圖。 解： p dp=xn/2 0.500 0.800 0.900 2 1 5 2.5 583 10 5 1148 0.950 20 10 2278 0.970 33.3 16.6

15、5 3781 0.980 50 25 5668 0.990 100 50 11318 0.995 200 100 22618 mn=113；xn=18 244 8. 等摩爾的乙二醇和對苯二甲酸在280下封管內進行縮聚，平衡常數(shù)k=4，求最終。另在排除副產(chǎn)物水的條件下縮聚，欲得 ，問體系中殘留水分有多少？ 解： 9. 等摩爾二元醇和二元酸縮聚，另加醋酸1.5%，p=0.995或0.999時聚酯的聚合度多少？ 解：假設二元醇與二元酸的摩爾數(shù)各為1mol，則醋酸的摩爾數(shù)為0.015mol。na=2mol，nb=2mol， mol 當p=0.995時， 當p=0.999時， 10. 尼龍1010是根據(jù)1010鹽中過量的癸二酸來控制分子量，如果要求分子量為20000，問1010鹽的酸值應該是多少？（以mg koh/g計） 解：尼龍1010重復單元的分子量為338，則其結構單元的平均分子量m=169 假設反應程度p=1， 尼龍1010鹽的結構為：nh3+（ch2）nh3ooc（ch2）8coo-，分子量為374。 由于癸二酸過量，假設na（癸二胺）=1，nb（癸二酸）=1.0/0.983=1.0173，則 酸值 11. 己內酰胺在封管內進行開環(huán)聚合。按1 mol己內酰胺計，加有水0.0205mol、醋酸0.0205mol，測得產(chǎn)物的端羧基