高分子物理習(xí)題解答

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高分子物理習(xí)題解答《高分子物理》習(xí)題思考題

第一章高分子鏈的結(jié)構(gòu)（1）

一解釋名詞、概念

1.高分子構(gòu)型

答：高分子中由化學(xué)鍵固定的原子、原子團(tuán)在空間的排列方式。

2.全同立構(gòu)高分子

答：由同一種旋光異構(gòu)單元鍵接而成的高分子。

3.間同立構(gòu)高分子

答：由兩種旋光異構(gòu)單元交替鍵接形成的高分子。

4.等規(guī)度

答：聚合物中全同立構(gòu)和間同立構(gòu)總的百分?jǐn)?shù)。

5.數(shù)均序列長(zhǎng)度

答：鏈節(jié)序列的平均數(shù)。

6.高分子的構(gòu)象

答：高分子在空間的形態(tài)。

7.高分子的柔順性

答：高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)成為柔順性。

8.鏈段

答：高分子中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單位稱為鏈段。把若干個(gè)鍵組成的一段鏈作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元。

9.靜態(tài)柔順性

答：高分子鏈構(gòu)象能之差決定的柔順性，叫靜態(tài)柔順性。

10.動(dòng)態(tài)柔順性

答：高分子由一種平衡構(gòu)象狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種平衡構(gòu)象狀態(tài)所需時(shí)間的長(zhǎng)短決定的柔順性，叫動(dòng)態(tài)柔順性。

11.等效自由連接鏈:柔性的非晶狀線型高分子鏈，不管處于什么形態(tài)(如玻璃態(tài)、高彈態(tài)、熔融態(tài)或高分子溶液)，一致分子量的高分子鏈段都取平均尺寸近乎相等的無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象，稱為“等效自由結(jié)合鏈〞

12.高斯鏈：。由于等效自由結(jié)合鏈的鏈段分布符合高斯分布函數(shù)，又稱為高斯鏈。

13.高分子末端距：指線形高分子鏈的一端至另一端的直線距離。

14.Hpq

答：表示單螺旋分子鏈的構(gòu)象類型。其中p表示螺旋構(gòu)象中一個(gè)等同周期所包含的結(jié)構(gòu)單元數(shù)，q表示在此周期中所包含螺旋的圈數(shù)。

二.線性聚異戊二烯可能有哪些構(gòu)型？

答：8種，1.1,4加成：2種，順式和反式

2.1,2加成：3種，全同，間同和無(wú)規(guī)3.3,4加成：3種，全同，間同和無(wú)規(guī)

三.聚合物有哪些層次的結(jié)構(gòu)？那些屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)？那些屬于物理結(jié)構(gòu)？答：

構(gòu)造近程結(jié)構(gòu)構(gòu)型分子鏈結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)聚合物結(jié)構(gòu)的層次結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)取向態(tài)結(jié)構(gòu)液晶態(tài)結(jié)構(gòu)大小形態(tài)

在聚合物層次結(jié)構(gòu)中，近程結(jié)構(gòu)屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)，而遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)屬于物理結(jié)構(gòu)。

四.為什么說(shuō)柔順性是高分子材料獨(dú)具的特性？

答：柔順性是分子鏈能夠浮現(xiàn)出不同程度卷曲構(gòu)象狀態(tài)的性質(zhì)。柔順性的大小由分子能浮現(xiàn)多少構(gòu)象數(shù)多少?zèng)Q定的。高分子由于分子量大，分子鏈中能夠內(nèi)旋轉(zhuǎn)的化學(xué)鍵眾多，內(nèi)旋轉(zhuǎn)使其具有大量不同卷曲程度的構(gòu)象狀態(tài)，因而有良好的柔順性；而小分子中能發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)的化學(xué)鍵少，能浮現(xiàn)的構(gòu)象數(shù)少，因而浮現(xiàn)剛性，不柔順。所以說(shuō)，柔順性是高分子材料獨(dú)具的特性。

五.尋常狀況下PS是一種剛性很好的塑料，而丁二烯與苯乙烯的無(wú)規(guī)共聚物（B：S=75：25）和三嵌段共聚物SBS（B：S=75：25）是相當(dāng)好的橡膠材料，從結(jié)構(gòu)上分析其原因。答：PS有于分子主鏈上帶有體積巨大的側(cè)基（苯基），使其主鏈化學(xué)鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位阻

織態(tài)結(jié)構(gòu)大，旋轉(zhuǎn)困難，因而剛性較大；而與丁二烯共聚后，丁二烯分子主鏈上有孤立雙鍵，雙鍵上的原子少，使那些原子或原子團(tuán)間的排斥力減弱，導(dǎo)致雙鍵兩邊的單鍵簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)，位阻較小，柔順性優(yōu)良，在常溫下即可以發(fā)生鏈段運(yùn)動(dòng)，浮現(xiàn)高彈態(tài)，所以作為橡膠材料使用。

六.若聚丙烯的等規(guī)度不高，能否用改變構(gòu)象的方法提高其等規(guī)度？為什么？

答：不能。由于等規(guī)度的大小與分子鏈的構(gòu)型有關(guān)，是由化學(xué)結(jié)構(gòu)決定的，其大小不能通過(guò)改變構(gòu)象的方法改變。

七.自然橡膠和古塔波膠在結(jié)構(gòu)上有什么不同？畫(huà)出示性結(jié)構(gòu)式。

答：自然橡膠98%左右為順式構(gòu)型，而古塔波膠為全反式構(gòu)型。古塔波膠的大分子鏈之間的距離較近，分子鏈之間的作用力強(qiáng)，因此結(jié)晶的晶格能高，熔點(diǎn)高（～78℃），在常溫下不能浮現(xiàn)出高彈態(tài)，因此不能作為橡膠使用。

HCH3HCH3HCH3自然橡膠HHHHHHHHH古塔波膠CH3HCH3HCH3

八.有些維尼綸的濕強(qiáng)度低，縮水性大，根本原因是什么？

答：根本原因是維尼綸吸水。維尼綸是聚乙烯醇縮甲醛，是由醋酸乙烯酯自由基聚合后水解制得聚乙烯醇，再通過(guò)甲醛與相鄰的羥基反應(yīng)制得。假使聚乙烯醇的分子鏈結(jié)構(gòu)是100%為頭－尾相連，則與甲醛反應(yīng)時(shí)羥基全部可以被甲醛縮醛化，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的六元環(huán)，此時(shí)維尼綸的吸水率低，較耐水，不易縮水；但有些維尼綸分子結(jié)構(gòu)中，有少部分聚醋酸乙烯酯的乙酰基沒(méi)有被水解掉，同時(shí)有少量的頭－頭或尾－尾相連，這一部分羥基不能被縮醛化，因而吸水率高。吸水后，水在其中起增塑劑的作用，使經(jīng)過(guò)牽伸取向的大分子鏈部分發(fā)生解取向，大分子鏈從伸直的構(gòu)象狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫砬臉?gòu)象狀態(tài)，造成在纖維方向發(fā)生回縮現(xiàn)象，使取向度下降，強(qiáng)度下降和纖維方向尺寸收縮。

九.高分子最基本的構(gòu)象有哪些？在不同條件下可能浮現(xiàn)的典型的構(gòu)象有哪些？答：高分子最基本的構(gòu)象有反式和旁式。

可能浮現(xiàn)的典型構(gòu)象有：無(wú)規(guī)線團(tuán)、折疊鏈和伸直鏈或答：鋸齒形和螺旋形？

十.鏈段的組成、大小有什么特點(diǎn)？

答：鏈段是大分子中能夠相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單元，它具有組成隨機(jī)和大小不均一的特點(diǎn)。

第一章高分子鏈的結(jié)構(gòu)（2）一.解釋名詞、概念1.等效自由連接鏈

答：在一般狀況下，高分子鏈中只有部分單鍵可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這樣高分子鏈可以看做是由鏈段連接成的，鏈段之間的鍵接不受鍵角的限制，可以自由取向。這種分子鏈的均方末端距及其分布函數(shù)的形式與自由連接鏈完全一致，只是把鍵數(shù)換成鏈段數(shù)，把鍵長(zhǎng)換成鏈段長(zhǎng)，這種鏈稱為等效自由連接鏈。2.高斯鏈

答：末端距分布符合高斯分布函數(shù)的高分子鏈，稱為高斯鏈。3.高分子末端距分布函數(shù)A.自由連接鏈：W(h)?(32ne?le32/3)?e2n?l2)2/3?e2??3h22nl2

3h22nele2B.高斯鏈：W(h)?(

二.已知兩種聚合物都是PE，如何鑒別哪一種是HDPE，那一種是LDPE？舉出三種方法并說(shuō)明依據(jù)。

答：1.測(cè)定密度。HDPE的密度大于LDPE;

2.用DSC測(cè)定熔點(diǎn)。HDPE的熔點(diǎn)大于LDPE；3.測(cè)定硬度。HDPE的硬度高于LDPE。三.假設(shè)一種線型聚乙烯高分子鏈的聚合度為2000，鍵角為109.5°，C-C鍵為1.54?，

求：（1）若按自由連接鏈處理，h2f,j=？（2）若按自由旋轉(zhuǎn)鏈處理，hf,r??（3）若在無(wú)擾條件下的溶液中測(cè)的高分子鏈的hu?6.76nl2，該高分子鏈中含有多少個(gè)鏈段？鏈段的平均長(zhǎng)度是多少？（4）計(jì)算hu/hf2,j,hu2/hf2,r,hf2,r/hf2,j，并說(shuō)明三個(gè)比值的物理意義。答：（1）h（2）h2f,j?222＝nl＝2×2000×1.54＝8.74×10?2；

?(1?cos?)4

＝1.90×10?2?nl(1?cos?)2223

?2f,r（3）由Lmax=nele與h2u=nele2聯(lián)立求解，得

ne＝

L2maxhu2hu2，le=

Lmax?平面鋸齒狀PE的分子鏈的鏈長(zhǎng)：

Lmax＝2×2000×1.54×cos((180-109.5)/2)=5.04×10（?）

3

ne＝(5.04×103)2/(6.76×8.74×103)＝430le＝5.04×10/430=11.7（?）

高分子鏈中含有430個(gè)鏈段，鏈段的平均長(zhǎng)度為11.7?。（4）hu/hf2,j＝6.76nl2/nl2=6.76

該比值表示無(wú)擾鏈與自由連接鏈的均方末端距之比，是衡量高分子鏈柔順性的一個(gè)參數(shù)。表征了高分子鏈的鍵角以及鏈原子上所帶原子或原子團(tuán)的近程相互作用對(duì)單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)阻礙程度的大小，其值越小，高分子鏈越柔順。

hu2/hf2,r＝6.76×(1?cos?)/(1?cos?)=3.38

該比值表示無(wú)擾鏈與自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方末端距之比，是衡量高分子鏈柔順性的一個(gè)參數(shù)。表征了高分子鏈原子上所帶原子或原子團(tuán)的近程相互作用對(duì)單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)阻礙程度的大小，其值越小，高分子鏈越柔順。

hf,r/hf,j＝(1?cos?)/(1?cos?)＝0.499

該比值表示自由旋轉(zhuǎn)鏈與自由連接鏈的均方末端距之比，表征了高分子鏈鍵角對(duì)單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)阻礙程度的大小，其值越小，高分子鏈越柔順。

222?3

?

四.求：（1）聚合度為5×104的線型聚乙烯的均方末端距（作為自由旋轉(zhuǎn)鏈），用兩種方法計(jì)算；（2）求這種聚乙烯的最可幾末端距；（3）末端距為10?、100?的幾率。

2答：（1）h2f,r?nl??(1?cos?)＝2×5×104×1.542×（1+cos(180-109.5)）/(1-cos(180-109.5))

(1?cos?)5

?=4.74×10?2

(2)最可幾末端距的徑向分布函數(shù)只對(duì)自由連接鏈有效，PE為實(shí)際高分子，不能計(jì)算。

五.試分析纖維素的分子鏈為什么是剛性的。

答：纖維素是1，4連接的β型