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2024-2025学年高分子化学习题及答案
考试时间:______分钟总分:______分姓名:______
一、
简述聚合物链结构(线型、支化、交联)对聚合物性能的基本影响。
二、
比较自由基聚合和阴离子聚合的链增长反应机理,指出各自的主要特点。
三、
试述影响自由基聚合反应速率和分子量的主要因素。
四、
什么是聚合物的玻璃化转变温度(Tg)?简述影响聚合物Tg的主要因素。
五、
简述聚合物结晶的基本过程,并说明影响聚合物结晶度的因素。
六、
何谓聚合物降解?常见的聚合物热降解和光降解机理有哪些?
七、
计算:某聚合物样品由A和B两种单体无规共聚而成,数均聚合度为5000。若A单体的体积分数为0.6,B单体的体积分数为0.4,试计算该共聚物的数均相对分子质量。假设A、B单体的相对分子质量分别为72和86。
八、
已知聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的Tg约为70°C,聚乙烯(PE)的Tg约为-70°C。试从分子链结构和运动的角度解释两者Tg差异如此大的原因。
九、
简述逐步聚合反应与连锁聚合反应在反应机理、分子量控制、产物结构等方面的主要区别。
十、
某聚合物在稀溶液中符合准弹性光散射条件,其特性粘数[η]为1.5dl/g。若该聚合物在相同溶剂中的渗透压π与浓度c的关系符合马克-霍温克方程π=RT[η]c,试计算当溶液浓度c=0.1g/dL时,该聚合物溶液的渗透压π。已知溶剂的粘度η?=0.89mPa·s,聚合物特征比率K?=0.62,温度T=298K,气体常数R=8.314J/(mol·K)。
十一、
试述聚合物共混改性的目的,并列举两种常见的聚合物共混方法及其原理。
十二、
解释什么是聚合物的大分子链构象,并说明影响聚合物链构象的主要内因和外因。
试卷答案
一、
聚合物链结构对性能的影响:
*线型结构:易于流动和变形,加工成型方便,冷却后变为玻璃态或凝胶,热塑性;交联后变为热固性。相对分子质量增大时,强度、硬度、韧性增加,但脆性也可能增加。
*支化结构:降低熔体粘度,改善流动性,降低玻璃化转变温度Tg,但可能降低强度和结晶度。
*交联结构:形成三维网络结构,失去流动性,具有热固性,耐热性、耐溶剂性、强度和弹性模量显著提高,但不易加工。
二、
自由基聚合与阴离子聚合机理比较:
*自由基聚合:
*链增长:引发剂产生自由基,自由基进攻单体双键,生成增长自由基,增长自由基再进攻单体,链增长反复进行。(R·+M→RM·→RM?·→...)
*特点:链增长速度快,对单体活性要求不高,可使用多种单体;但易发生支化和凝胶化;分子量分布较宽;通常在较低温度下进行。
*阴离子聚合:
*链增长:活性中心是阴离子(如阴离子引发剂、碱金属与单体的作用),阴离子进攻单体,生成增长阴离子。(Nu?+M→NuM?→NuM??→...)
*特点:反应速率较慢,对单体纯度要求极高(需无水、无氧);对温度敏感;能制备分子量分布窄、端基有活性的聚合物;常用于合成某些特殊聚合物(如聚丙烯腈、聚偏氟乙烯)。
三、
影响自由基聚合速率和分子量的因素:
*反应速率:
*引发剂浓度:增大引发剂浓度,初始速率增大。
*温度:温度升高,引发剂分解速率加快,链增长活化能降低,均使速率加快(通常符合阿伦尼乌斯方程)。
*单体浓度:增大单体浓度,增加链增长反应的有效碰撞频率,使速率加快。
*链转移剂:加入链转移剂,使活性中心转变为较稳定的自由基,降低链增长速率。
*溶剂:溶剂对引发剂分解、链增长、链终止都有影响,极性溶剂通常能加速反应。
*分子量:
*引发剂浓度:引发剂浓度越高,链终止以双基终止为主的机会越多,分子量越低。
*温度:温度升高,链终止速率常数大于链增长速率常数,双基终止增多,分子量降低。
*单体浓度:单体浓度增加,链增长速率加快,可能导致分子量增大,但也可能因链终止加快而降低分子量,需综合判断。
*链转移剂:链转移常数越大,链平均长度越短,分子量越低。
*终止方式:双基终止使分子量降低,单基终止(如链转移)不改变分子量。
四、
玻璃化转变温度(Tg):
*定义:聚合物由玻璃态转变为高弹(或橡胶)态的熔融过程发生的温度区间。在此温度区间,聚合物分子链段开始能够运动,但链节运动仍受限。Tg是聚合物的一个重要的热物理性能参数,标志着材料从刚性转变为具有弹性的转变。
*影响因素:
*分子量:分子量越大,链段运动越困难,Tg越
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