高分子物理简答题

高分子物理简答题1.同样是都是高分子材料，在具体用途分类中为什么有的是县委，有的是塑料，有的是橡胶？同样是纯的塑料薄膜，，为什么有的是全透明的，有的是半透明的？答：高分子材料的用途分类取决于材料的使用温度和弹性大小，当材料的使用温度在玻璃化温度Tg以下，是塑料，Tg以上则为橡胶，否则会软化。而透明度的问题在于该材料是否结晶，结晶的塑料薄膜是透明的，非结晶的则不透明或半透明。2.假若聚丙烯的等规度不高，能不能用改变构想的办法提高等规度？说明理由。答：构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态，称为构象。聚丙烯的等规度是由构型不同的异构体所产生的旋光异构所引起的，由于头-头键接的聚丙烯，其有全同立构、间同立构和无规立构等异构体。而且构型是由分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，构象仅仅是由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。所以当聚丙烯的等规度不高时，用改变构象的方法是无法提高其等规度的，需要破坏化学键，改变构型，才能提高等规度。3.理想的柔性高分子链可以用自由连接或高斯链模型来描述，但真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型，原因是什么？这一矛盾是如何解决的？答：在采用自由连接链或高斯链模型描述理想的柔性高分子链时，我们假设单键在结合时无键角的限制，内旋转时也无空间位阻，但真实高分子链不但有键角的限制，在内旋转时也存在空间位阻，因此使真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型。对于真实高分子链我们用等效自由结合链来描述，把由若干个相关的键组成的一段链，算作一个独立的运动单元，键称作“链段”，令链段与链段自由结合，并且无规取向，这种链称为等效自由结合链。4.高分子溶解过程与小分子相比，有什么不同？答：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，溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物，而高分子向溶剂的扩散却非常慢，这样，高聚物的溶解过程要经过两个阶段，现实溶剂分子渗入高聚物内部，是高聚物体积膨胀，称为溶胀，然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系。整个过程往往需要较长的时间。5.什么是高分子的理想溶液？它应该符合哪些条件？答：高分子溶液的化学位由理想部分和非理想部分组成，对于高分子溶液即使浓度很稀也不能看做是理想溶液，但是我们可以通过选择溶剂和温度来满足Δμ1E=0的条件，使高分子溶液符合理想溶液的条件，称其为θ条件，这时的相互作用参数X=1/2.6.解释本章附录中聚合物的结构对玻璃化温度的影响。试各另举一组例子说明聚合物的著化学结构因素对玻璃化温度的影响。答：（1）主链结构①主链由饱和单间构成的高聚物：高聚物的内旋转位垒越低，分子链的柔性越大，Tg越低。例如：聚乙烯Tg=-68°C，聚甲醛Tg=-83°C，聚二甲基硅氧烷Tg=-123°C②珠帘寨红引入苯基等芳杂环以后：分子链的刚性增大，Tg升高。例如：聚乙烯Tg=-68°C，聚苯乙烯Tg=100°C③主链中含有孤立双键的高聚物分子链都比较柔顺，Tg比较低④共轭二烯烃聚合物：由于几何异构体的存在，分子链较刚性的反式异构体有比较高的Tg.（2）取代基的空间位阻和侧击的柔性①一取代烯类聚合物：取代基的体积增大，内旋转位阻增加，Tg将升高（聚甲基丙烯酸甲酯的侧基增大，Tg反而下降）如果有旋光异构体曾在，通常一取代聚烯烃的不同旋光异构体，不表现出Tg的差别;②1.1-二取代的烯类聚合物：作不对称取代时，空间位阻增加，Tg讲升高，做对称双取代是，主链内旋转位垒小于单取代位垒，链柔顺性增加，Tg下降.（3）分子间的影响侧基的极性越强，Tg越高。含离子聚合物的离子键对Tg的影响很大。一般正离子的半径越小，或其电荷量越多，Tg越高。7.链的结构对粘度的影响答：①分子量的影响：高聚物的粘性流动是分子链重心沿流动方向位移和链间相互划移的结果。分子量越大，分子链所包含的链段数就越多，为了实现重心的位移，需要完成的链段协同位移就越多，因此高聚物熔体的剪切粘度随份子两的升高而增加，对于高聚物一般存在一个临界分子量Mc，分子量小于Mc时，高聚物熔体的零切粘度与重均分子量成正比；当分子量大于Mc时，零切粘度与重均分子量的3.4次方成正比，这是由于分子量的缠结作用引起的，Mc值与分子结构有关，如果链的刚性增加，缠结倾向会减少，Mc值会偏大。②分子量分布的影响：分子量分布较窄的单分散高聚物，剪切粘度主要由重均分子量决定。在临界分子量Mc以上，粘度与重均分子量的3.4次方成正比，因此对分子量分布较宽的多分散试验，高分子量部分的影响远大于低分子量的部分，重均分子量相同的试样，宽分布的比单分散的试样有较高的零切粘度。③其他结构因素的影响：凡能使Tg升高的因素，也使粘度升高，柔性链的粘度比刚性链的粘度低。极性高聚物，分子间作用力强，熔融粘度大。聚乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯想必，PMMA的分子间力和空间位阻均大于聚乙烯，所以粘度也大于他8.温度对不同高聚物粘度的影响：温度升高，熔体的自由体积增加，链段的活动能力增加，分子间的作用力减弱，使高聚物的流动性增大，熔体的粘度随温度升高以指数方式降低，lnη=lnA+ΔEη/RT。一般分子链越刚性，或分子间作用力越大，则活化能越高，聚合物的粘度对温度越敏感。聚乙烯和PMMA比，PMMA的粘度大于聚乙烯，温度影响的敏感性也比较大。9.什么叫高分子的构型，什么叫高分子的构象？假若聚丙烯的等规度不高，能不能改变构象的方法提高其等规度？答：不能。构象是由于单键内旋转而引起，而构型是由于化学键所固定的原子在空间的排列。提高聚丙烯的等规度须改变构型，而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化，改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。10.能否用蒸馏的方法提纯高分子化合物？为什么?答：不能，由于高分子化合物分子间作用力往往超过高分子主链内的键合力，所以当温度升高达气化温度以前，就发生主链的断裂或分解，从而破坏了高分子化合物的化学结构，因此不能。11.高分子的θ溶液与理想溶液有哪些相似之处及不同之处？答：θ溶液的自由能和热力学性质与理想溶液相似，但高分子θ溶液：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.而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，只是合力为0。12.结晶聚合物为什么会存在容限？它与聚合物的结晶形成的温度存在什么关系？答：结晶聚合物熔融时出现边熔融边升温的现象是由于结晶聚合物中含有完善程度的晶体，比较不完善的晶体将在较低温度下熔融，而比较完善的晶体则需要较高的温度下才能熔融，因而出现较宽的温度范围。13有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同，但其中一种室温时是橡胶状的，一直到温度降至-70°C时才变硬，另一种室温时缺是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别？答：前者是无规共聚物，丙烯上的甲基在分子链上是无规排列的，这样在晶格中分子链难以堆砌整齐，所以得到一个无定形的橡胶状的透明聚合物，后者是乙烯和有规立构聚丙烯的嵌段共聚物，乙烯和丙烯的嵌段分别形成自己的晶格，形成部分共晶，从而是硬而韧的塑料，且不透明。14.解释高弹形变与强迫高弹形变之间的相同点及不同点。答：高弹性：聚合物处于高弹态，受到外力作用后，柔性的高分子链可以伸展或蜷曲，产生很大的变形，但高分子链之间不产生滑移，外力除去后形变会完全回复；强迫高弹形变，玻璃态高聚物在的外力作用下发生的大形变，其本质跟高弹形变一样，但表现的形式却有差别，为了与普通的高弹形变区别开来，通常称为强迫高弹形变。本质相同：都是链段运动,不同：强迫高弹形变外力除去不能自动回复，需要加热，受外力要大的多，发生在Tb－Tg之间。15.要使脆性较大的聚合物增韧，又不至于过多地降低材料的模量和强度，采用什么方法，举例说明。答：采用增加非晶相（橡胶相），使共混物或接枝共聚物形成两项结构，即刚性的聚合物成连续相，橡胶为分散相。这样，当受到冲击时，橡胶相可以有效的冲击能量，使韧性增加，如：高抗冲聚苯乙烯（HIPS）是橡胶粒子与聚苯乙烯接枝共聚，形成橡胶粒子包含在聚苯乙烯中的材料。16.拉伸一根橡皮筋，迅速放到嘴唇上，你会感受到橡皮筋变热还是变冷，试解释？答：橡胶弹性是熵弹性，回弹动力是熵增，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，放热；放手即外力移去，分子链由伸展再回复卷曲状态，熵增加，吸热。17.解释为什么PE和聚四氟乙烯的内聚能相差不多，而熔点相差很大。答：PE与PTFE都是非极性高分子，分子间作用力差不多，即ΔH差不多。但由于氟原子电负性很强，氟原子间的斥力很大，分子链的内旋转很困难，分子刚性很大，从而ΔS很小，Tm很高。18.由丙烯得到的全同立构聚丙烯有无旋光性?答：高分子链虽然含有许多不对称碳原子，但由于内消旋或外消旋作用，即使空间规整性很好的高聚物，也没有旋光性。19.解释为什么尼龙6在室温下可溶解在某些溶剂中，而线性的聚乙烯在室温下却不能?答：首先说明尼龙和聚乙烯都是结晶性的聚合物，其溶解首先要使晶区熔融才能溶解。而尼龙是极性的聚合物，如果置于极性溶剂之中，和极性的溶剂作用会放出热量从而使晶区熔融，继而溶解。聚乙烯是非极性的聚合物，要使其晶区熔融只能升温至其熔点附近，然后溶于适当的溶剂中才能溶解。所以聚乙烯在常温下不能溶解在溶剂之中。20.什么热机械曲线上Tf的转折不如Tg明晰?答：因为Tf与相对分子质量有关（1分），随相对分子质量增加，Tf持续增加（1分）。而高分子的相对分子质量存在多分散性（1分）。使Tf没有明晰的转折，而往往是一个较宽的软化区域。21.说明高聚物中两种断裂的特点，并画出两种断裂的应力-应变曲线。答：高聚物的破坏有两种形式，脆性断裂和韧性断裂。脆和韧是借助日常生活用语，没有确切的科学定义，只能根据应力-应变曲线和断面的外貌来区分。若深入研究，两种有以下不同：（1）韧性断裂特点：断裂前对应塑性；沿长度方向的形变不均匀，过屈服点后出现细颈，断裂伸长（b）较大；断裂时有推迟形变，应力与应变呈非线性，断裂耗能大；断裂面粗糙无凹槽；断裂发生在屈服点后，一般由剪切分量引起，对应的分子运动机理是链段的运动。（2）脆性断裂：断裂前对应弹性；沿长度方向形变均匀，断裂伸长率一般小于5％；断裂时无推迟形变，应力-应变曲线近线性，断裂能耗小；断裂面平滑有凹槽；断裂发生在屈服点前；一般由拉伸分量引起的；对应的分子机理是化学键的破坏。22.苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）不溶于戊烷（δ=14.5）也不溶于乙酸乙酯（δ=18.6），但是可溶于以上两溶剂1：1的混合体系里，为什么？答;戊烷（δ=14.5）和乙酸乙酯（δ=18.6）的溶度参数与苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度参数值相差分别为2和2.1，相差较大，所以不能溶解.。当两种溶剂1：1的混后，混合溶剂的溶度参数为：（14.5＋18.6）/2＝16.55与苯乙烯—丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度参数值相差仅为0.05，所以能够溶解在混合溶剂里。