高分子化学第四章答案.docx
- 文档编号:29108134
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:23.12KB
高分子化学第四章答案.docx
《高分子化学第四章答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高分子化学第四章答案.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高分子化学第四章答案
高分子化学第四章答案
【篇一:
高分子化学第四章作业】
热机械曲线上,为什么pmma的高弹区范围比ps的大?
(已知pmma的tg?
378k,tf?
433—473k;ps的tg?
373k,tf?
383—423k)2为什么热机械曲线上tf的转折不如tg明晰?
3假如从实验得到如下一些高聚物的热-机械曲线,如图6-12,试问它们各主要适合作什么材料(如塑料、橡胶、纤维等)?
为什么?
ba塑料
橡胶
-600402060100140180t
(a)(b)
c纤维
20210t80100
(a)(b)
图6-12高聚物的温度-形变曲线
t
t
4从化学结构角度讨论以下各对聚合物为什么存在tg的差别.
(1)
ch2ch2
(150k)和
ch2
3
(250k)
(2)
ch2
o3
(283k)和ch2
o3
(3)
ch2
ch2o(232k)和ch2
(358k)
ch3
(4)
ch2
o2h5
(249k)
和
ch2
ch2
o3
(378k)
5从结构出发排列出下列各组高聚物tg顺序并简要说明理由。
3
(1)
3
h
ch
ch,
h,
ch2
ch
ch
ch2
ch2ch2
(2)
ch2nhcoch2co
ch2
ch2
ch2
chch2
ch2
(3)
ch2
ch23
2h5
4h9
ch2
6h13
(4)
ch2
ch2
ch2
chchch2
chf
(5)
ch2
ch2
ch3
ch3
4h9
3
ch2
ch2,
ch2
ch33
(6)
ch2
ch2
(7)
nhch2nhcochco2ch2ococh2conhch2nhco
co,,
(8)
ch2ococh2cooch2
ch2ococh2
ch2coo
o
coch2
o
(9)
o
(2)x3
och2och2o2
x=0,2,4,6,8
5为什么腈纶用湿法纺丝,而涤纶用熔融纺丝?
(腈纶不能nianliu)6观察到含有线型(ch2)n酯基的聚丙烯酸酯,其tg随n的增加而规则减少,用自由体积理论解释这一现象。
1.指出下列高分子材料的使用温度范围,非晶态热塑性塑料,晶态热塑性塑料,热固性塑料,硫化橡胶。
2.在同一坐标系中画出结晶度分别为10%和80%的结晶聚合物的形变-温度曲线,并讨论结晶度对曲线的影响规律。
3.何为强迫高弹形变?
其形变能否恢复?
(tg之前不能恢复,tg之后可以)产生温度范围?
(tb-tg)
4.已知某有机玻璃的tb=20℃、tf=190℃、tg=90℃,试分别画出该种有机玻璃在0℃、75℃、130℃下的拉伸应力—应变曲线示意图。
5.为什么pvc塑料袋不能用作食品袋?
(增塑剂过多,易渗透出来6.简述炭黑增强橡胶作用机理。
7.简述高弹形变的特点。
8.画出非晶态聚合物在适宜的拉伸速率下,在玻璃化转变温度以下30度时的应力-应变曲线,并指出从该曲线所能获得的信息。
【篇二:
高分子化学答案】
=txt>1.举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:
合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达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标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以表示。
2.举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:
合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用largeorbigmolecule的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据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,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3.写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式(重复单元)。
选择其常用
分子量,计算聚合度。
答:
按单体-聚合物组成结构变化,可将聚合反应分成缩聚、加聚、开环聚合三大类;而按机理,可分成逐步聚合和连锁聚合两类。
1)缩聚、聚加成和逐步聚合
缩聚是官能团单体间多次缩合反应的结果,除了缩聚物为主产物外,还有低分子副产物产生,缩聚物和单体的元素组成并不相同。
逐步聚合是无活性中心,单体中不同官能团之间相互反应而逐步增长,每步反应的速率和活化能大致相同。
大部分缩聚属于逐步聚合机理,但两者不是同义词。
聚加成反应是含活泼氢功能基的亲核化合物与含亲电不饱和功能基的亲电化合物之间的聚合。
属于非缩聚的逐步聚合。
2)加聚、开环聚合和连锁聚合
加聚是烯类单体加成聚合的结果,无副产物产生,加聚物与单体的元素组成相同。
连锁聚合由链转移、增长、终止等基元反应组成,其活化能和速率常数各不相同。
多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合机理。
环状单体s-键断裂后而聚合成线形聚合物的反应称作开环聚合。
近年来,开环聚合有了较大的发展,可另列一类,与缩聚和加聚并列。
开环聚合物与单体组成相同,无副产物产生,类似加聚;多数开环聚合物属于杂链聚合物,类似缩聚物。
5.写出下列单体的聚合反应式,以及单体、聚合物的名称。
答:
6.按分子式写出聚合物和单体名称以及聚合反应式。
属于加聚、缩聚还是开环聚合,连锁聚合还是逐步聚合?
答:
7.写出下列聚合物的单体分子式和常用的聚合反应式:
聚丙烯腈、天然橡胶、丁苯橡胶、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→
天然橡胶:
异戊二烯ch2=c(ch3)-ch=ch2→
丁苯橡胶:
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=cf2→2聚二甲基硅氧烷:
二甲基硅氧烷
8.举例说明和区别线形结构和体形结构、热塑性聚合物和热固性聚合物、非晶态聚合物和结晶聚合物。
答:
线形和支链大分子依靠分子间力聚集成聚合物,聚合物受热时,克服了分子间力,塑化或熔融;冷却后,又凝聚成固态聚合物。
受热塑化和冷却固化可以反复可逆进行,这种热行为特称做热塑性。
但大分子间力过大(强氢键)的线形聚合物,如纤维素,在热分解温度以下,不能塑化,也就不具备热塑性。
带有潜在官能团的线形或支链大分子受热后,在塑化的同时,交联成体形聚合物,冷却后固化。
以后受热不能再塑化变形,这一热行为特称做热固性。
但已经交联的聚合物不能在称做热固性。
聚氯乙烯,生橡胶,硝化纤维:
线形,热塑性纤维素:
线形,不能塑化,热分解
酚醛塑料模制品,硬橡皮:
交联,已经固化,不再塑化
9.举例说明橡胶、纤维、塑料的结构-性能特征和主要差别。
答:
现举纤维、橡胶、塑料几例及其聚合度、热转变温度、分子特性、聚集态、机械性能等
纤维需要有较高的拉伸强度和高模量,并希望有较高的热转变温度,因此多选用带有极性基团(尤其是能够形成氢键)而结构简单的高分子,使聚集成晶态,有足够高的熔点,便于烫熨。
强极性或氢键可以造成较大的分子间力,因此,较低的聚合度或分子量就足以产生较大的强度和模量。
橡胶的性能要求是高弹性,多选用非极性高分子,分子链柔顺,呈非晶型高弹态,特征是分子量或聚合度很高,玻璃化温度很低。
塑料性能要求介于纤维和橡胶之间,种类繁多,从接近纤维的硬塑料(如聚氯乙烯,也可拉成纤维)到接近橡胶的软塑料(如聚乙烯,玻璃化温度极低,类似橡胶)都有。
低密度聚乙
烯结构简单,结晶度高,才有较高的熔点(130℃);较高的聚合度或分子量才能保证聚乙烯的强度。
等规聚丙烯结晶度高,熔点高(175℃),强度也高,已经进入工程塑料的范围。
聚氯乙烯含有极性的氯原子,强度中等;但属于非晶型的玻璃态,玻璃化温度较低。
使用范围受到限制。
10.什么叫玻璃化温度?
橡胶和塑料的玻璃化温度有何区别?
聚合物的熔点有什么特征?
答:
玻璃化温度及熔点是最重要的热转变温度。
玻璃化温度是聚合物从玻璃态到高弹态的热转变温度。
受外力作用,玻璃态时的形变较小,而高弹态时的形变较大,其转折点就是玻璃化温度,可用膨胀计或热机械曲线仪进行测定。
玻璃化温度是非晶态塑料(如聚氯乙烯、聚苯乙烯等)的使用上限温度,是橡胶(如顺丁橡胶、天然橡胶等)的使用下限温度。
引入极性基团、位阻较大的芳杂环和交联是提高玻璃化温度的三大途径。
熔点是晶态转变成熔体的热转变温度。
高分子结构复杂,一般聚合物很难结晶完全,因此往往有一熔融范围。
熔点是晶态聚合物的使用上限温度。
规整的微结构、适当极性基团的引入都有利于结晶,如低密度聚乙烯、等规聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺-66等。
在聚合物合成阶段,除平均分子量和分布外,玻璃化温度和熔点往往是需要表征的重要参数。
计算题
1.求下列混合物的数均分子量、质均分子量和分子量分布指数。
a、组分a:
质量=10g,分子量=30000;b、组分b:
质量=5g,分子量=70000;c、组分c:
质量=1g,分子量=100000解:
数均分子量
质均分子量
分子量分布指数/=46876/38576=1.22
2.等质量的聚合物a和聚合物b共混,计算共混物的和。
聚合物a:
=35,000,=90,000;聚合物b:
=15,000,=300,000解:
计算题
1.通过碱滴定法和红外光谱法,同时测得21.3g聚己二酰己二胺试样中含有2.50′10-3mol羧基。
根据这一数据,计算得数均分子量为8520。
计算时需作什么假定?
如何通过实验来确定的可靠性?
如该假定不可靠,怎样由实验来测定正确的值?
解:
,,,
上述计算时需假设:
聚己二酰己二胺由二元胺和二元酸反应制得,每个大分子链平均只含一个羧基,且羧基数和胺基数相等。
可以通过测定大分子链端基的cooh和nh2摩尔数以及大分子的摩尔数来验证假设的可靠性,如果大分子的摩尔数等于cooh和nh2的一半时,就可假定此假设的可靠性。
用气相渗透压法可较准确地测定数均分子量,得到大分子的摩尔数。
碱滴定法测得羧基基团数、红外光谱法测得羟基基团数
2.羟基酸ho-(ch2)4-cooh进行线形缩聚,测得产物的质均分子量为18,400g/mol-1,试计算:
a.羧基已经醌化的百分比b.数均聚合度c.结构单元数解:
已知
根据得:
p=0.989,故已酯化羧基百分数为98.9%。
3.等摩尔己二胺和己二酸进行缩聚,反应程度p为0.500、0.800、0.900、0.950、0.980、0.990、0.995,试求数均聚合度、dp和数均分子量,并作-p关系图。
解:
8.等摩尔的乙二醇和对苯二甲酸在280℃下封管内进行缩聚,平衡常数k=4,求最终。
另在排除副产物水的条件下缩聚,欲得,问体系中残留水分有多少?
解:
9.等摩尔二元醇和二元酸缩聚,另加醋酸1.5%,p=0.995或0.999时聚酯的聚合度多少?
解:
假设二元醇与二元酸的摩尔数各为1mol,则醋酸的摩尔数为0.015mol。
na=2mol,nb=2mol,mol
当p=0.995时,
当p=0.999时,
10.尼龙1010是根据1010盐中过量的癸二酸来控制分子量,如果要求分子量为20000,问1010盐的酸值应该是多少?
(以mgkoh/g计)
解:
尼龙1010重复单元的分子量为338,则其结构单元的平均分子量m=169
假设反应程度p=1,
尼龙1010盐的结构为:
nh3+(ch2)nh3ooc(ch2)8coo-,分子量为374。
由于癸二酸过量,假设na(癸二胺)=1,nb(癸二酸)=1.0/0.983=1.0173,则酸值
11.己内酰胺在封管内进行开环聚合。
按1mol己内酰胺计,加有水0.0205mol、醋酸0.0205mol,测得产物的端羧基为19.8mmol,端氨基2.3mmol。
从端基数据,计算数均分子量。
解:
nh(ch2)5co+h2o————ho-co(ch2)5nh-h└-------┘
0.0205-0.00230.0023
nh(ch2)5co+ch3cooh————ho-co(ch2)5nh-coch3└-------┘
0.0205-0.01750.0198-0.0023m=113
13.邻苯二甲酸酐与甘油或季戊四醇缩聚,两种基团数相等,试求:
a.平均官能度b.按carothers法求凝胶点c.按统计法求凝胶点解:
a、平均官能度:
【篇三:
高分子化学课堂练习答案】
下列所示三成分组成的混合体系。
求:
这个混合体系的数均分子量和重均分子量及分子量分布宽度指数。
解:
n?
m
in?
m?
mi
i?
1i/mi
=1?
1.85?
1040.50.40.1?
5?
64101010
4564?
?
0.5?
10?
0.4?
10?
0.1?
10?
14.5?
10?
w?
imi
hi?
w/n?
7.84
第二章逐步聚合
1、讨论下列缩聚反应环化的可能性。
m=2~10。
①
②
m=3,4时,易成稳定的五、六元环。
其余主要进行线型缩聚。
②、m=2,3,二元酸在一定条件下可脱水成五、六元环状酸酐。
其余主
要进行线型缩聚。
单体成的环越稳定,则单体越易环化,而不利于线型缩聚。
反之,成
的环越不稳定,则不易成环,主要进行线型缩聚。
解:
a.尼龙-1010结构单元的平均分子量为0=169,
==118。
0。
3、生产尼龙-66,想获得数均分子量为13500的产品,采用己二酸过量的办法,若使反应程度p达到0.994,试求己二胺和己二酸的配料比。
解:
当己二酸过量时,尼龙-66的分子结构为
h2)4conh(ch2)6nh2)4
coohn
结构单元的平均分子量m0=(112+114)/2=113n?
当反应程度p=0.994时,求r值:
n?
13500?
146?
1181131?
r1?
r118?
1?
r?
2?
0.994r1?
r?
2rp
己二胺和己二酸的配料比r?
0.995
解法1
r?
na1?
?
0.9901na?
nc1?
0.01
当反应程度为1时,有最大数均聚合度
n?
dp?
11?
?
1011?
rp1?
0.9901?
1
解法2
-nh2官能团的摩尔数为1mol
-cooh官能团的摩尔数为1+0.01=1.01mol羧基过量。
f?
1?
2?
1.98021?
0.01
当反应程度为1时,有最大数均聚合度:
n?
22?
?
1012?
p2?
1?
1.9802
5、1mol的己二胺和0.88mol的己二酸进行缩聚,外加0.01mol的乙酸作为分子量调节剂。
试求反应程度到达0.99时所得缩聚产物的数均聚合度。
解:
-nh2官能团的摩尔数为2mol
f?
1.77?
222?
1.873n?
?
?
13.71?
0.88?
0.012?
pf2?
0.99?
1.873
另解:
设己二酸中的羧基为namol,乙酸中的羧基为nc,己二胺中的胺基为
nbmol。
单体摩尔数之比
r?
na?
2nc2?
0.88?
2?
0.01?
?
0.89nb2?
1
1?
r1?
0.89?
?
14.81?
r?
2rp1?
0.89?
2?
0.89?
0.99n?
6、由1mol丁二醇和1mol己二酸合成数均分子量为5000的聚酯,
(1)两基团数完全相等,忽略端基对数均分子量的影响,求终止缩聚的反应
程度p;
(2)在缩聚过程中,如果有5mmol的丁二醇脱水成乙烯而损失,求达到同样
反应程度时的数均分子量;
(3)如何补偿丁二醇脱水损失,才能获得同一数均分子量的缩聚物?
(4)假定原始混合物中羧基的总浓度为2mol,其中1.0%为醋酸,无其它因
素影响两基团数比,求获得同一数均聚合度时所需的反应程度。
解:
(1)—[co(ch2)4coo(ch2)4o]—m0=(112+88)/2=100,
n?
mn50001?
?
50由n?
?
p?
0.9800m01001?
p
1?
r1?
0.995?
?
44.531?
r?
2rp1?
0.995?
2?
0.995?
0.9800
mn?
n?
m0?
44.53?
100?
4453n?
(3)可排除小分子以提高p或者补加单体来补偿丁二醇的脱水损失。
根据n?
22代入数据44.53?
解得p=0.98252?
p?
1.99002?
p第三章自由基聚合
1、在什么情况下会出现自由基聚合反应速率与引发剂浓度的下列关系?
(1)一次;
(2)零次;(3)二分之一与零次之间;(4)二分之一与一次之间。
解:
热引发:
rp∝[i]0;
热引发和引发剂引发并存:
rp∝[i]0~0.5;
引发剂引发,单双基终止并存;rp∝[i]0.5~1;
引发剂引发,单基终止:
rp∝[i]0。
2、用过氧化二苯甲酰作引发剂,苯乙烯聚合时各基元反应活化能为ed=125.6,
ep=32.6,et=10kj/mol,试比较从50oc增至60oc以及从80oc增至90oc,讨论
总反应速率常数和聚合度变化的情况。
解:
1、50℃~60℃时速率常数变化
er?
ep?
1111ed?
et?
32.6?
?
125.6?
?
10=90.4kj/mol2222t1=273+50=323k,t2=273+60=333k
k280℃~90℃时速率常数变化:
k?
2.34
1
xn变化:
2、50℃~60℃时
1111e?
ep?
et?
ed?
32.6?
?
125.6?
?
10=-35.2kj/mol
n2222k290.411?
exp?
(?
)?
2.96?
3k18.3?
10323333xn2
xn1?
k2?
35.211?
exp?
(?
)?
0.675?
3k18.3?
10323333
80℃~90℃时xn变化:
xn2
3、醋酸乙烯在60℃以偶氮二异丁腈为引发剂进行本体聚合,其动力学数据如下:
按f=1计算,代入其它数据得:
k?
?
?
1
c?
d2?
10.9?
0.12?
1.82
(c表示偶合终止占动力学终止的百分数,d表示歧化终止占动力学终止的百分数。
)
n=4938即聚醋酸乙烯的平均聚合度n=4938。
(3)为实现
(2),可考虑变化除引发剂浓度外的一切工艺因素,试讨论调节哪些因素能有利于达到上述目的?
解:
(1)
?
fkd?
rp?
kp?
?
k?
?
?
t?
1/2[i]1/2[m]?
7?
91.4?
10?
0.0335?
2?
10∴?
?
1/2[i]1/2?
1.0
?
3[i]?
8.73?
10mol/l∴
?
?
又kp2fkdkt1/2?
[m][i]1/23500?
0.0335?
12?
2?
10?
91/2?
1.0[i]1/2
?
2[i]?
0.01145mol/l?
1.15?
10mol/l∴
?
3?
28.73?
10?
[i]?
1.15?
10∴
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高分子 化学 第四 答案