高分子物理答案详解(第三版)第1章高分子的链结构1、写出聚氯丁二烯的各种可能构型。
等。
2.构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键就是可以旋转的,通过单键的内旋转就是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答:(1)区别:构象就是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则就是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯就是不同的构型。
3、为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总与小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象就是能量最低的构象。
4、哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不就是橡胶？答:这就是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不就是橡胶。
6、从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。
(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。
(1)线性高分子梯形高分子(2 非晶高分子结晶性高分子(3)柔性(4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链,为线型分子,模量高,渗透性小,结晶度高,具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性;低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯(每1000 个主链C 原子中约含15～35 个短支链) ,结晶度较低, 具有一定的韧性,放水与隔热性能较好;交联聚乙烯形成了立体网状的结构,因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯与低密度聚乙烯要好。
7、比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。
解:极性取代基在主链分布,有对称性的比不对称的柔性好8、某单烯类聚合物的聚合度为104,试估算分子链完全伸展时的长度就是其均方根末端距的多少倍？(假定该分子链为自由旋转链。
)答:81、6倍9、无规聚丙烯在环己烷或甲苯中、30℃时测得的空间位阻参数(即刚性因子)δ=1、76,试计算其等效自由连接链长度b(已知碳—碳键长为0、154nm,键角为109、5°)。
解:b=1、17nm10、某聚苯乙烯试样的分子量为416000,试估算其无扰链的均方末端距(已知特征比Cn=12)。
答:均方末端距为2276、8nm2。
第2章聚合物的凝聚态结构1、名词解释凝聚态,内聚能密度,晶系,结晶度,取向,高分子合金的相容性。
凝聚态:为物质的物理状态,就是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固体、液体与气体。
内聚能密度:CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量,单位:晶系:根据晶体的特征对称元素所进行的分类。
结晶度:试样中的结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。
取向:聚合物的取向就是指在某种外力作用下,分子链或其她结构单元沿着外力作用方向的择优排列。
高分子合金的相容性:两种或两种以上高分子,通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲与性。
2、什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚合物的内聚能密度？答:(1)内聚能密度:CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量,单位:(2)内聚能密度在300以下的聚合物,分子间作用力主要就是色散力;内聚能密度在400 以上的聚合物,分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键;内聚能密度在300-400之间的聚合物,分子间相互作用居中。
3、聚合物在不同条件下结晶时,可能得到哪几种主要的结晶形态？各种结晶形态的特征就是什么？答:(1)可能得到的结晶形态:单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体;(2)形态特征:单晶:分子链垂直于片晶平面排列,晶片厚度一般只有10nm左右;树枝晶:许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状;球晶:呈圆球状,在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光,有些出现同心环;纤维状晶:晶体呈纤维状,长度大大超过高分子链的长度;串晶:在电子显微镜下,串晶形如串珠;柱晶:中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶,呈柱状;伸直链晶体:高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。
4、测定聚合物的结晶度的方法有哪几种？简述其基本原理。
不同方法测得的结晶度就是否相同？为什么？答:(1)密度法,X射线衍射法,量热法;(2)密度法的依据:分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度大于非晶区密度;X射线衍射法的依据:总的相干散射强度等于晶区与非晶区相干散射强度之与;量热法的依据:根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。
(3)不同,因为结晶度的概念缺乏明确的物理意义,晶区与非晶区的界限很不明确,无法准确测定结晶部分的量,所以其数值随测定方法不同而不同。
5、高分子液晶的分子结构有何特点？根据分子排列有序性的不同,液晶可以分为哪几种晶型？如何表征？答:(1)高分子液晶分子结构特点:1.分子主干部分就是棒状(筷形),平面状(碟形)或曲面片状(碗形)的刚性结构,以细长棒状最为常见;b、分子中含有对位苯撑,强极性基团,可高度极化或可形成氢键的基团,因而在液态下具有维持分子作某种有序排列所需要的凝聚力;c、分子上可能含有一定的柔性结构。
(2)液晶晶型:a、完全没有平移有序—向列相即N相,用单位矢量表示;b、一维平移有序(层状液晶)—近晶A()与近晶C();c、手征性液晶,包括胆甾相(Ch)与手征性近晶相;d、盘状液晶相。
(3)液晶态的表征一般为:a、偏光显微镜下用平行光系统观察;b、热分析法;c、X射线衍射;d、电子衍射;e、核磁共振;f、电子自旋共振;g、流变学;h、流变光学。
6、简述液晶高分子的研究现状,举例说明其应用价值。
答:液晶高分子被用于制造防弹衣,缆绳及航空航天器大型结构部件,可用于新型的分子及原子复合材料,适用于光导纤维的被覆,微波炉件,显示器件信息传递变电检测7、取向度的测定方法有哪几种？举例说明聚合物取向的实际意义。
(1)用光学显微镜测定双折射来计算;(2)用声速法测定;(3)广角X射线衍射法;(4)红外二向色性;(5)偏正荧光法。
8、某结晶聚合物的注射制品中,靠近模具的皮层具有双折射现象,而制品内部用偏光显微镜观察发现有Maltese黑十字,并且越靠近制品芯部,Maltese黑十字越大。
试解释产生上述现象的原因。
如果降低模具的温度,皮层厚度将如何变化？答:(1)由于形成球晶,球晶具有双折射现象,自然光经过偏振片变为偏振光,通过球晶发生双折射,分成两束振动方向垂直的偏振光,两束偏振光在与检偏镜平行方向上存在分量,分量速度不同,产生相位差而干涉,使呈现黑十字消光图像,制品外部与模具接触,冷却速度快,球晶来不及生长而成多层片晶或小球晶,而制品芯部温度高,结晶时间充分,生长为大球晶,因此消光图像更大。
(2)降低温度会增加过冷度,缩短结晶时间,因而皮层厚度增加。
9、采用“共聚”与“共混”方法进行聚合物改性有何异同点？解:略。
10、简述提高高分子合金相容性的手段答:提高高分子合金的相容性一般用加入第三组分增溶剂的方法。
增溶剂可以就是与A、B两种高分子化学组成相同的嵌段或接枝共聚物,也可以就是与A、B的化学组成不同但能分别与之相容的嵌段或接枝共聚物。
11、某一聚合物完全结晶时的密度为0、936g/cm3,完全非晶态的密度为0、854g/cm3,现知该聚合物的实际密度为0、900g/cm3,试问其体积结晶度应为多少？(体积结晶度为0、561)12、已知聚乙烯晶体属斜方晶系,其晶胞参数a=0、738nm,b=0、495nm,c=0、254nm、(1)根据晶胞参数,验证聚乙烯分子链在晶体中为平面锯齿形构象;(2)若聚乙烯无定形部分的密度ρa=0、83g/cm3,试计算密度ρ=0、97g/cm3聚乙烯试样的质量结晶度。
13、用声波传播测定拉伸涤纶纤维的取向度。
若试验得到分子链在纤维轴方向的平均取向角为30。
,试问该试样的取向度为多少？第3章高分子溶液1、溶度参数的含义就是什么？“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物溶解能力的依据就是什么？答:(1)溶度参数:就是指内聚能密度的平方根;(2)依据就是:,因为溶解过程>0,要使<0,越小越好,又因为?,所以与越相近就越小,所以可用“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物的溶解能力。
2、什么叫高分子θ溶液？它与理想溶液有何本质区别？答:(1)高分子θ溶液:就是指高分子稀溶液在θ温度下(Flory温度),分子链段间的作用力,分子链段与溶剂分子间的作用力,溶剂分子间的作用力恰好相互抵消,形成无扰状态的溶液。
此时高分子—溶剂相互作用参数为1/2,内聚能密度为0、(2)理想溶液三个作用力都为0,而θ溶液三个作用力都不为0,只就是合力为0、3、Flory-Huggins晶格模型理论推导高分子溶液混合熵时作了哪些假定？混合热表达式中Huggins参数的物理意义就是什么？答:(1)假定:a、溶液中分子排列也像晶体中一样,为一种晶格排列;b、高分子链就是柔性的,所有构象具有相同的能量;c、溶液中高分子“链段”就是均匀分布的,即“链段”占有任一格子的几率相同。
(2)物理意义:反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。
4、什么叫排斥体积效应？Flory-Kingbuam稀溶液理论较之晶格模型理论有何进展？答:(1)排斥体积效应:在高分子稀溶液中,“链段”的分布实际上就是不均匀的,高分子链以一个被溶剂化了的松懈的链球散布在纯溶剂中,每个链球都占有一定的体积,它不能被其她分子的“链段”占有。
(2)进展:把“链段”间的排斥体积考虑进去,更符合实际。
5、高分子合金相分离机理有哪两种？比较其异同点。
解:略。
6、苯乙烯-丁二烯共聚物(δ=16、7)难溶于戊烷(δ=14、4)与醋酸乙烯(δ=17、8)。
若选用上述两种溶剂的混合物,什么配比时对共聚物的溶解能力最佳？解:7、计算下列三种情况下溶液的混合熵,讨论所得结果的意义。
(1)99e12个小分子A与1e8个小分子B相混合(假定为理想溶液);(2)99e12个小分子A与1e8个小分子B(设每个大分子“链段”数x=1e4)相混合(假定符合均匀场理论);(3)99e12个小分子A与1e12个小分子B相混合(假定为理想溶液)。