高分子物理与化学习题答案

1高分子物理与化学习题解答――参考答案第一章绪论1.P16:名词解释：单体：能够形成聚合物中结构单元的小分子化合物结构单元：构成高分子链并决定高分子性质的最小原子组合重复单元：聚合物中组成和结构相同的最小单位，又称为链节。聚合物：由结构单元通过共价键重复连接而成的大分子聚合度：即高分子链中重复结构单元的重复次数，是衡量聚合物分子大小的指标。3.P16写出下列单体的聚合反应式,以及单体/聚合物的名称1）.2）3）4）5）6.P17:写出下列混合物的数均分子量、重均分子量和分子量分布指数（1）组分1：质量分数=0.5，分子量=1x104（2）组分2：质量分数=0.4，分子量=1x105（3）组分3：质量分数=0.1，分子量=1x106解：4641085.11011054.0105.01/1MiWiWiMiWiWiNiNiMiMn56541045.1101.0104.0105.0WiMiMw84.71085.11045.145MnMwDnCH2CHFCH2CHFn氟乙烯聚氟乙烯nCH2C(CH3)2CH2C(CH3)2n聚异丁烯异丁烯nHO(CH2)5COOHHO(CH2)5COOHn6-羟基己酸聚己内酯nnCH2CH2CH2OCH2CH2CH2O1，3-环丙烷聚氧化丙撑nnnH2N(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOH+NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO己二胺己二酸尼龙662第三章自由基聚合习题解答1.P73-74.判断下列单体能否进行自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合？并说明理由聚合物聚合机理原因CH2=CHCl自由基Cl吸电子，共轭表现出供电性，两种作用都较弱CH2=CH(C6H5)自由基、阳离子、阴离子共轭体系Π电子容易极化和流动CH2=CCl2自由基、阴离子双键极化强度比上者大CH2=CH2自由基（高温高压），配位无诱导效应和共轭效应，很难进行自由基聚合CH2=C(C6H5)2否二聚体，位阻太大CH2=CHCN自由基、阴离子CN是吸电子基团，对自由基有共轭稳定作用CH2=C(CN)2阴离子基团的吸电子倾向过强时，难以自由基聚合CH2=CHCH3配位难以进行自、阳、阴三种聚合，用自由基聚合只能得到无定型蜡状物低、分子量，用阳离子聚合只能得到低分子量油状物CF2=CF2自由基结构对称，F体积小使四取代仍能聚合ClHC=CHCl否结构对称，极化程度低，加之位阻效应CH2=C(CH3)COOCH3自由基，阴离子1，1取代，位阻不太大，有极化，是共轭体系CH2=C(CN)COOCH3自由基、阴离子两个吸电子基团，兼有共轭效应OOO自由基结构对称，位阻较大，难聚合，但可与苯乙烯共聚CH3CH=CHCOOCH3否1，2取代，空间位阻大CH2=C(CH3)2阳离子CH3是供电子基团，与双键有超共轭CH2=C(CH3)2C2H5否双键电荷密度大，不利于自由基进攻，烯丙基单体CH2=C(CH3)-CH=CH2自由基、阳离子、阴离子共轭体系Л电子容易极化和流动判断：1,1—二取代易聚合,除大取代基如—C6H5外1,2—二取代,除取代基为F以外都难聚合双键上电荷密度大,不利于自由基进攻—烯丙基单体取代基吸电性太强也不利于自由基聚合,如CH2=C(CN)2,CH2=CH(NO2)34.P74写出下列常用引发剂的分子式和分解反应式(1)偶氮二异丁腈【见教材P43】H3CCCNCH3H3CCCNCH3NNCCH3CH3CN2N2+(2)偶氮二异庚腈CH2CCNCH3NNCCH2CH3CNN2+CHCH3HCH3CCH3CH3CH2CCNCH3HCCH3CH3（3）过氧化二苯甲酰【见教材P43】（4）异丙苯过氧化氢【见教材P43】（5）过硫酸铵体系【见教材P43】(6)过硫酸钾－亚硫酸盐体系【见教材P44】（7）过氧化二苯甲酰-N,N-二甲基苯胺体系【见教材P44】SOOSOOOOOONH4H4NSOOOOH4N2COOOCOCOO22+CO2CCH3CH3OOHCCH3CH3OHO+S2O82-+SO32-SO42-+SO4-·+SO3-·4NCH3CH3OCONCH3CH3COOCOONCH3CH3COOOCO+COO5.P74以偶氮异丁腈为例，写出氯乙烯自由基聚合的各基元反应1.)链引发(2)链增长:CH2CHClCHCl·CH2CH3CNCCH3CHCl·CH3CNCCH3+CH2CH2CHClCHClCH3CNCCH3CH2n-1CH2CHCl·CH2CHCl(3)链终止:偶合:CH3CNCCH3CH2CHClCH3CNCCH32n2CHClCH3CNCCH3CH2n-1CH2CHCl·歧化CH3CNCNC·CH3CH3CH3NCH3CNCCH32CN+N2CH2CHClCHCl·CNCH3CH3C·+CH2CH3CNCCH352CHClCH3CNCCH3CH2n-1CH2CHCl·CHClCH2n-1CH2CH3CNCCH3CH2ClCHClCH2n-1CH3CNCCH3CHCHCl+13.P74.解：苯乙烯d=0.887g/ml本体聚合：[M]=0.887/104=8.53×10-3（mol/ml）=8.53（mol/l）[I]=（0.109%×0.887）×103/242≈4×10-3（mol/l）苯乙烯以偶合终止为主：nx=2ν=2Rp/Ri（1）Ri=2Rp/nx=246010255.024=2.07×10-8（mol/L.s）由Ri=2kdf[I]f=0.8（2）kd=Ri/2f[I]=381048.021007.2=3.23×10-6（s-1）（3）自由基寿命τ=[M·]/Rt=1/2kt[M·]=kp[M]/2ktRp64p109.453.882.010255.02][2RMkktp在测定kt、kp时，由Rp=kp[M][M·]Ri=2kt[M·]2得4282422P21063.833.81007.2)10255.0(2][2RMRkkItPkp=1.76×102（l//mol.s）kt=3.59×107（l//mol.s）数量级ktkpkd6（5）[M·]=1/2ktτ=1/（2×3.6×10-7×0.82）=1.7×10-8（mol/l）[M][M·]（6）Rt=[M·]/τ=1.7×10-8/0.82=2.1×10-8（mol/L.s）∴RpRp=Ri17.P74参见教材P61-63.19.P75概念：本体聚合和添加少量溶剂的溶液聚合等反应往往会出现反应自动加速现象。单体和引发剂浓度随转化率上升而降低，聚合总速率应该降低。但在实际上，当转化率达15%～20%以后，聚合速率会大幅度上升。这种现象，称为自动加速现象。原因：造成自动加速现象的原因是随着反应的进行，体系粘度渐增或溶解性能变差，造成kt变小，活性链寿命延长，体系活性链浓度增大。出现条件：在非均相本体聚合和沉淀聚合中，由于活性链端被包埋，链终止反应速度大大下降，也会出现明显的反应自动加速现象。在某些聚合反应中，由于模板效应或或氢键作用导致kp增加，亦会出现反应自动加速。促使其产生和抑制的方法：反应的自动加速大多由于体系中单位时间内引发的链和动力学终止的链的数日不等造成活性链浓度不断增大所致。若能调节引发剂的种类和用量,使引发产生的链速度亦随着转化率增加而递减,可以抑制反应自动加速.此外,选用良溶剂,加大溶剂用量,提高聚合温度或适当降低聚合物的相对分子量等,都会减轻反应自动加速程度，反之，则可使自动加速现象提前发生。实例：PMMA本题聚合时添加少量的PMMA,由于聚合物溶于单体,提高了聚合体系的粘度,导致自动加速现象提前发生,从而缩短聚合时间。对聚合物的影响：聚合初期，体系粘度较低，聚合正常。随转化率增加，粘度上升，链自由基运动受阻，双基终止困难，kt下降。但单体运动不受影响，kp影响不大。据测定，当转化率大40%～50%时，kt下降达上百倍。因此kp/kt1/2增加近10倍，活性链寿命也增长10多倍。导致聚合速率和分子量大幅度上升。724.P75.参见教材第五章共聚合反应4.（P116）.苯乙烯(M1)与丁二烯(M2)在5℃进行自由基聚合，r1=0.64,r2=1.38，已知苯乙烯和丁二烯均聚时的链增长速率常数分别为49L/(mol·s)、251L/(mol·s)。试求:（1）共聚时的速率常数（2）比较两种单体和链自由基的相对活性；（3）作出该共聚反应的F1～f1曲线；（4）要制备组成均一的共聚物需要采取什么措施解：（1）∵12111kkr，21222kkr∴56.7664.04911112rkk[L/(mol·s)]18238.125122221rkk[L/(mol·s)]（2）5.164.0111r1,表明，k12k11,单体M2（丁二烯）的相对活性大，同理得725.038.1112r1,表明，K21k22,单体M1（苯乙烯）的相对活性小。所以，丁二烯的单体活性苯乙烯的单体活性K12k22，k21k11自由基（St·）活性大于丁二烯自由基（Bd·）的活性（3）两种单体共聚属无恒比点的非理想共聚，共聚物组成方程为F1=(r1f12+f1f2)/(r1f12+2f1f2+r2f22)，代入r1和r2值，作图如下8（4）欲得组成均匀的共聚物，可按组成要求计算投料比，且在反应过程中不断补加丁二烯单体，以保证原配比基本保持恒定。从而获得较均一组成的共聚物。问题点解：单体活性的比较看1/r1,1/r11,表明单体M2活定大，反之，单体M1活性大。※的活性大，表明单体活性大，表明单体共聚时，和12212111,11MrMrMM再如以下例题：S+Sk11=145S+VAck21=230,000S+VAck12=2.9a+VAck22=23,000VAcbcda/b=145/2.9=50，说明与～S*反应时，单体S的活性是VAc的50倍c/d=230,000/2300=100，说明VAc*,S是VAc…..100倍c/a=230,000/145=1586，说明反应时，～VAc*是S*的1586倍d/b=23000/2.9=7931，说明Ac反应时，VAc*是S*的7931倍所以S单体的活性是VAc的50～100倍，而VAc*是S*的1586～7931倍说明取代基对自由基活性的影响程度对单体活性影响5.(P117):在自由基共聚合反应中，苯乙烯的相对活性大于乙酸乙烯酯，当乙酸乙烯酯均聚时，加入少量的苯乙烯，则乙酸乙烯酯难易聚合，试解释这一现象。解：设苯乙烯为单体1，乙酸乙烯酯为单体2，查表5-11得，Q1=1.00，Q2=0.026，e1=-0.80,e2=-0.22.18.24)22.08.0(*8.0exp(026.01))(exp(r211211eeeQQ03.0)80.022.0(*22.0exp(1026.0))(exp(r212122eeeQQ9120.24r12111kk,说明，M1·倾向于与M1加成聚合；,103.021222kkr说明M2·倾向于与M1加成聚合。综上所得，在乙酸乙烯酯均聚时，加入少量的苯乙烯单体后，链增长自由基倾向于与苯乙烯单体加成聚合，所以乙酸乙烯酯难以聚合。9.甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、马来酸酐、醋酸乙烯酯、丙烯腈等单体与丁二烯共聚，试以交替倾向的次序排列，并说明理由.解：查表5-11并按照计算公式（5-39）计算结果及交替共聚倾向如下表所示：M1M2e1e2r1r2交替倾向顺序丁二烯甲基丙烯酸甲酯-1.050.40.1221514丙烯酸甲酯-1.050.60.0657103苯乙烯-1.05-0.80.9394136马来酸酐-1.052.250.0000191乙酸乙烯酯-1.05-0.220.5021285丙烯腈-1.051.20.0063302注：r1r2越小，越有利于交替共聚（P111）