第二章
例题:聚氯乙烯在二氧六环中用锌粉回流处理,发现有86%左右的氯被脱除,产物中有环丙烷结构,而无C=C结构。
就该事实,说明聚氯乙稀中重复单元的连接方式。
解:若主链中的氯乙烯为头-尾相接,则用锌粉+二氧六环处理时,脱除Cl原子而形成环丙烷;若为头-头或尾-尾连接,则脱除Cl后主链中应形成双键,所以,测试样品应以头-尾链接为主。
例题:试从分子结构分析聚乙烯的柔顺性,但为什么它呈现塑料的性质?
解:聚乙烯分子主链由饱和单键构成,分子链可以围绕单键进行内旋转;
另外它没有取代基,内旋转时无位阻效应分子链柔顺。
但是它的结构规整易结晶,所以呈现塑料的性质。
例题:假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高其等规度?
解:不能,只能碳链重排
pp等规度差是构型问题中的键接异构,改变它只能断链重排。
构象改变只是沿着碳链中σ键内旋转,所以说改变构象是不提高其等规度。
第三章
1非晶态线形高聚物溶解过程主要包括两个阶段,即溶胀和溶解过程
2 结晶高聚物的溶解要经过两个阶段,即结晶高聚物的熔融(吸热)和熔融高聚物的溶解。
(2p11)非晶态高聚物的溶解速率和溶解度与分子量有关,分子量越大,溶解速率和溶解度均降低。
(对)
(2p12)只要正确选择溶剂,任何高聚物均可溶解(错)
1 简述聚合物的溶解过程,并解释为什么大多聚合物的溶解速度很慢?
因为聚合物分子与溶剂分子的大小相差悬殊,两者的分子运动速度差别很大,溶剂分子能比较快地渗透进入高聚物,而高分子向溶剂地扩散却非常慢。
这样,高聚物地溶解过程要经过两个阶段,先是溶剂分子渗入高聚物内部,使高聚物体积膨胀,称为“溶胀”,然后才是高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解地分子分散的均相体系。
整个过程往往需要较长的时间。
高聚物的聚集态又有非晶态和晶态之分。
非晶态高聚物的分子堆砌比较松散,分子间的相互作用较弱,因而溶剂分子比较容易渗入高聚物内部使之溶胀和溶解。
晶态高聚物由于分子排列规整,堆砌紧密,分子间相互作用力很强,以致溶剂分子渗入高聚物内部非常困难,因此晶态高聚物的溶解要困难得多。
非极性的晶态高聚物(如PE)在室温很难溶解,往往要升温至其熔点附近,待晶态转变为非晶态后才可溶;
极性的晶态高聚物在室温就能溶解在极性溶剂中。
高聚物的溶度参数通常用下面几种方法求得:Small估算法、粘度法、溶胀法、混合溶剂法
(2x21)下列哪种方法不能用来求算高聚物的溶度参数( c )
a Small估算法
b 粘度法
c 称重法
d 溶胀法
何为内聚能密度和溶解度参数?讨论如何利用它们判断:
1)聚合物在溶剂中的溶解性能好坏;
2)溶剂使聚合物溶胀程度的高低;
3)溶液混合自由能的高低。
内聚能密度定义为零压力下单位体积的液体变成气体的气化能。
溶解度参数为内聚能密度的平方根。
聚合物的溶解度参数与溶剂的溶解度参数越接近,则:
1)聚合物在溶剂中越容易溶解;
2)溶剂使聚合物的溶胀程度越高;
3)对混合自由能没有影响。
计算题
2 已知聚乙烯的溶度参数δPE=16.0,聚丙烯的δPP=l7.0,求乙丙橡胶(EPR)的δ (丙烯含量为35%).并与文献值16.3(J /cm 3)1/2相比较.已知聚乙烯和聚丙烯的非晶的密度均为0.85
由于乙丙橡胶是非晶态,而聚乙烯和聚丙烯的非晶的密度均为0.85,所以重量百分数等同于体积百分数。
聚合物溶剂的选择,目前尚无很成熟的理论,但在长期的生产实践和科学研究中已总结出一些规律,如 极性相近原则 、 溶解度参数(内聚能密度)相近原则 、 溶剂化作用 、 相互作用参数原则 等。
这些规律对聚合物溶剂的选择有一定的指导意义。
高分子溶液与理想溶液的偏差主要表现在以下几个方面:①高分子溶液的混合熵比采用理想溶液混合熵公式计算的结果大几十倍;②高分子-溶剂体系的混合热 ;③高分子溶液的依数性与理想溶液依数关系有很大偏差。
计算下列三种溶液的混和熵ΔSm ,比较计算结果可以得到什么结论?
⏹ (1)99×104个小分子A 和一个小分子B 相混合。
⏹ (2)99×104个小分子A 和一个大分子(聚合度x =104)相混合。
⏹ (3)99×104个小分子A 和104个小分子B 相混合。
(注:K 的具体数值不必代入,只
要算出ΔSm 等于多少K 即可)
35
.00.1765.00.16⨯+⨯=EPR δ
()
2
1335.16cm
J =
可见同样分子数时,高分子的ΔS比小分子大得多,因为一个高分子在溶液中不止起到一个小分子的作用。
但此ΔS值又比假定高分子完全切断成x个链节的混和熵小,说明一个高分子又起不到x个小分子的作用。
问答题
(1)Flory—Huggins用统计热力学方法推导出高分子溶液的混合熵
与理想溶液混合熵
相比,问何者较大?申述其故。
(1)ΔSm比要大得多。
这是因为一个高分子在溶液中不止起一个小分子的作用。
Huggins参数χ1的物理意义如何?一定温度下χ1与溶剂性质(良溶剂、不良溶剂、θ 溶剂)的关系如何?一定溶剂中χ1值与混合热及温度的关系如何?
Huggins参数χ1反映高分子与溶剂相互作用能的变化。
当溶剂为良溶剂时,χ1<1/2
θ溶剂时,χ1=1/2
不良溶剂时,χ1>1/2。
Huggins参数χ1与混合热成正比
(2p14)θ溶液也即理想溶液,此时溶液微观状态类似理想溶液(链段相互作用力等于链段与溶剂的相互作用力),宏观热力学性质遵循理想溶液的规律。
(错)
第二维利系数为零的聚合物溶液有什么特征?使用θ溶液通过渗透压测定聚合物的分子量,所得曲线会有什么特征?
1)A2=0,χ1=1/2,为θ溶剂,此时与理想溶液的偏差消失,高分子链不胀不缩,处于一种自然状态。
2)曲线斜率为0,平行于横轴。
第四章
玻璃化转化温度Tg是非晶热塑性塑料(如PS, PMMA和硬质PVC聚氯乙烯等)使用温度的上限玻璃化转化温度Tg是非晶性橡胶(如天然橡胶, BSR 橡胶、丁苯橡胶等)使用温度的下限
第六章
由大量高聚物的数据归纳得到,
如果晶区与非晶区的密度存在加和性,试证明
可用来粗略估计高聚物结晶度
在应力松弛实验中,虎克固体的应力为常数 对
高聚物在应力松弛过程中,无论线形还是交联聚合物的应力都不能松弛到零 错
例. 一交联橡胶试片,长2.8cm,宽1.0cm,厚0.2cm,质量0.518g,于25℃时将它拉伸1倍,测定张力为1.0kg,估算试样网链的平均相对分子质量。
1、下列哪种力学模型可以模拟交联高聚物的蠕变过程()。
A、Maxwell模型
B、Voigt模型
C、四元件模型
D、多元件模型
2、Tg温度标志着塑料使用的()和橡胶使用的()。
前者常表征塑料的(),后者表征橡胶的()。
A、最低温度 B 、最高温度C、耐热性D、耐寒性
3、在聚合物的力学松弛现象中,()和()属于静态粘弹性,()和()属于动态粘弹性。
A.蠕变
B.力学损耗
C.滞后
D.应力松弛
4、下列哪种结晶形态具有黑十字消光图像的()。
A、纤维状晶
B、球晶
C、单晶
D、树枝晶
5、处于玻璃态下的高聚物,运动被冻结的是()
A、链段
B、链节
C、侧基
D、支链
6、处于高弹态下的高聚物,下列哪些运动单元不能运动()
A、整个分子
B、链段
C、链节
D、支链
1. 交联聚合物只能溶胀,不能溶解。
2. 取向是一个松弛过程,存在着取向和解取向的平衡。
3. 聚合物的相对分子质量愈大,其溶解度愈大。
4. 高聚物在应力松弛过程中,无论线形还是交联聚合物的应力都不能松弛到零。
5. 黏流温度越高越不易成型加工。
1. 试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理。
答:1) 弹性应变大;2) 弹性模量低;3) T升高,高弹平衡模量增加;4) 快速拉伸,温度升高。
(4分)
热力学本质:熵弹性;(2分)
分子运动机理:链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象。
2. 高分子溶液与理想溶液的偏差主要表现在哪几个方面?
①高分子溶液的混合熵比采用理想溶液混合熵公式计算的结果大几十倍;
②高分子-溶剂体系的混合热不为零△HM≠0;
③高分子溶液的依数性与理想溶液依数关系有很大偏差。
4. 简述高分子材料蠕变过程包括的三个形变过程。
(从以下几方面回答:分别包括哪三个形变过程,分子运动机制是什么,是否与时间有关,能否回复)
(i)普弹形变:
聚合物受力时,瞬时发生的高分子链的键长、键角变化引起的形变,形变量较小约为0.2%~1%, 服从虎克定律;当外力除去时,普弹形变立刻完全回复。
(ii)高(滞)弹形变:
聚合物受力时,高分子链通过链段运动产生形变,形变量比普弹形变大得多,但不是瞬间完成,形变与时间相关。
当外力除去后,高弹形变逐渐回复。
(iii)粘性流动:
受力时发生分子链的相对位移,不是瞬间完成。
外力除去后粘性流动不能回复,是不可逆形变。