聚合物表征试卷及答案

北京化工大学2007——2008学年第一学期《聚合物表征》期末考试试卷一．选择题（下面每个选择题中有一个或多个正确答案，每题2分，共40分）1.最早发现X射线的人是D。A.傅立叶B.布拉格C.劳厄D.伦琴2.中红外光谱的波数范围是指B。A.4000～13000cm-1B.400～4000cm-1C.6000～13000cm-1D.0～400cm-13.在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的DSC曲线图中，介于玻璃化温度和熔点之间有时会出现一放热峰，产生此峰对应的结构变化是C。A．晶型转变B.僵化的分子链段开始运动C冷结晶D.不完善晶区熔融4.红外光谱图解析的基本的要素是ABC。A.峰的位置B.峰的强度C.峰的形状D.峰的朝向5.动态力学分析仪可以进行ABCD等多种扫描模式的实验。A.温度B.时间C.频率D.应变6聚合物的平衡熔点总是B其测定到的熔点。A.低于B.高于C.等于7.GPC谱图的横坐标如果以“保留体积”表示，“保留体积”的含义是C。A.分子链体积B.流体力学体积C.泵输送的流动相溶剂的体积D.抽取样品的量8.可用A和B等方法测定聚合物结晶度。A.X射线衍射（XRD）B.差示量热扫描（DSC）C.GPCD.毛细管流变仪9.GPC仪器中正确的连接是A。A．泵-进样器-色谱柱-检测器B.进样器-泵-色谱柱-检测器C.进样器-色谱柱-泵-检测器D.泵-进样器-检测器-色谱柱10.采用D可同时获知粘合剂固化后的玻璃化温度及模量.A．DTAB.TGAC.DSCD.DMTA11．将聚合物链插入无机纳米粘土的层间，形成的纳米插层结构，导致XRD谱图上相应的衍射峰如何移动A。A.向低角度移动B.向高角度移动C.不发生移动12.红外光谱实验中所使用的载体是C。A.玻璃片B.透明体C.溴化钾晶体D.水13.做一次DSC实验需要的样品量大约是A。A．3mgB.3gC.30gD.300g14.一种聚和物材料的熔融指数值越高，说明其熔体B。A．流动性越差B.流动性越好C.越容易发生交联D.越容易发生降解15.差热扫描量热仪（DSC）测量的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的热流率差；它反映了样品C的变化率。A．内能B.自由能C.焓D.温度16.热塑性聚合物材料在发生玻璃化转变时，其储能模量通常随着温度的上升而B，随着频率的增加而A。A．上升B.下降C.先升后降D.先降后升17.从动态热机械分析(DMTA)的温度谱可得到的信息有ABCD。A．动态模量B.损耗角正切C.玻璃化温度D.次级转变温度18.人们经常用带加热台的C显微镜直接观测聚合物液晶转变温度。A．相差B.电子C.偏光D.原子力19.X射线衍射可用于分析结晶性聚合物的ABCD。A．结晶度B.微晶取向C.晶粒平均尺寸D不同晶型20.布拉格衍射公式的正确表达方式是B。A．dsinθ=λB.2dsinθ=λC.dsin2θ=λD.dsinθ=2λ21.聚合物相对分子质量分布系数的表达式是D。A.Mn/MwB.Mn/MvC.Mv/MwD.Mw/Mn22.聚合物红外光谱的普带源于A振动对同频率红外光的吸收。A．分子B.核外电子C.质子D.原子核23.可用CD表征聚合物热稳定性A.差热分析B.DMTAC.转矩流变仪D.热失重24.环氧树脂固化过程可用ABC表征.A.DSCB.DMTAC.FTIRXRD25.表征聚合物分子化学结构的方法有ABCDA.红外光谱B.紫外光谱A.拉曼光谱D.核磁共振26.取相同量的CaCO3分别在N2,Air和CO2气氛下做TG曲线，失重温度最低的是C失重温度最高的是AA．N@气氛B.Air气氛C.CO2气氛D.完全一样27.红外光谱图纵坐标为AD横坐标为BCA.吸光度B.波长C.波数D.透光度28.将聚合物链插入无机纳米粘土的层间，形成的纳米层间结构，导致XRD普图上相应的衍射峰如何移动AA.向低角度移动B.向高角度移动C.不发生移动29.填充了油和炭黑的乙丙橡胶样品的TG曲线：在N2气氛中出现两段失重，切换成Air气氛后继续加热又出现最后一段失重，这三段失重从低温到高温依次对应DA.乙丙橡胶，油，炭黑B.油，炭黑，乙丙橡胶C.炭黑，乙丙橡胶，油D.油，乙丙橡胶，炭黑1．分别用文字、谱图或示意图分别说明利用XRD和DSC方法测定聚合物材料结晶度的原理及步骤。（1）DSC原理：结晶性聚合物熔融时，只有结晶部分发生变化，因此熔融热实际上就是破坏结晶结构所需的热量，即熔融热和结晶度是成正比的其中,Xc---试样结晶度（%）Hf---试样熔融热（cal/g或cal/mol）ΔH0----结晶度为100%的相同聚合物的熔融热（cal/g或cal/mol）ΔH0有三个来源：1.查文献。2.外推法得到:取一组已知结晶度（用其它方法测得）样品，将熔融热对结晶度作图，为一直线，外推到结晶度为100%得到ΔH0。3.用100%结晶样品直接测定其熔融热焓。（2）X射线衍射如图所示，结晶聚合物的衍射图中，基线以上的峰被认为是非晶散射与结晶衍射之和。在确立扣除了非晶散射线后，便可得到结晶部分的衍射峰。用衍射峰面积除以基线以上总面积，就得到结晶度指数(Xc)%1000HHXcfSaScScXcSaScI2θ2．画出一个含有20%增塑剂DOP和30%无机填料SiO2的PVC样品的热失重（TG）曲线，并对曲线各段进行相应的文字说明。W%(1)图中第一段失重为20%增塑剂DOP;(2)第二段为主体树脂PVC失重,又分成两段,第一段为PVC中脱出HCl,第二段为PVC的主链发生断裂.(3)第三段为样品中残留的无机填料SiO2的平台.3.写出聚合物材料作红外光谱实验中的三种样品制备的方法，并说明各种方法适用于哪种类型的样品。溶液注膜法1：适用于可溶于某种易挥发溶剂的聚合物。试样较多时，选择某种易挥发溶剂将其溶解，配成一定浓度的溶液。再将适量溶液倒入干净的表面皿中，待溶剂充分挥发后，剥下聚合物膜。溶液注膜法2：适用于可溶于某种易挥发溶剂的聚合物。选择某种易挥发溶剂将其溶解，配成一定浓度的溶液。用洁净工具蘸取少量溶液，点滴在溴化钾晶体片上，使溶剂充分挥发。溴化钾压片法：适用于粉体聚合物（如：由热固性材料制成的聚合物粉末）将少量粉体试样到玛瑙研钵中，再取溴化钾粉末适量到研钵中，经研磨混合后，取该混合物适量填入专用模具，利用压制工具，将粉体混合物压制成片。溶液涂膜法：适用于粘稠物或液体。用洁净工具蘸取少量试样，将其适量涂抹在溴化钾晶体片上。200T/°CPVCDOPHCl80100SiO2X1%X2%X3%304．写出凝胶渗透色谱（GPC）中校正曲线的建立步骤。普适校正的应用条件及原理。(1)校正曲线建立方法取一系列已知分子质量的窄分布标样（一般多于10个）配置成聚合物溶液，流经色谱柱，记录标样的出峰时间，通过曲线回归得到校正曲线。在有机物中最常使用的标准样品就是阴离子聚合得到的聚苯乙烯(PS).(2)普适校正的应用条件当被测聚合物与标样具有不相同的化学组成、化学结构及组装结构时，需要使用普适校正。(3)普适校正的原理对于相同的分子流体力学体积，在同一个保留时间流出，既两种柔性高分子链的流体力学体积相等。其数学表达式为：〔n〕1M1=〔n〕2M2依据Mark-Houwink方程：〔n〕=KMαK1M1α1+1=K2M2α2+1K、α值与聚合物种类、相对分子质量范围、分子链形状，溶剂种类及实验温度等多种因素有关。许多聚合物手册和文献上会给出不同实验条件下的具体数值。1.02.03.04.05.06.07.0182124273033t/minlgM无机填料5．图为某橡胶与某塑料共混试样的DMTA温度谱图，试分析从图中可以得到那些信息（已知Tg,橡胶=-13℃，Tg,塑料=110℃）。（1）从曲线可以E’曲线可以看出，该试样的E’值从-100℃到160℃温度范围内有两个明显的下降过程。第一个过程是由于橡胶相Tg的转变引起，E’下降了1.321×109Pa；第二段则是塑料相Tg转变引起，E’下降了2.478×107Pa。（2）从tanδ曲线可以看出，橡胶相的Tg=-12.485℃，塑料相的Tg=109.5℃，而且橡胶的tanδ峰明显高于塑料。说明橡胶发生Tg转变时的内耗较大（内摩擦阻力大）。（3）从两相Tg转变的位置可以看出，共混物中两相的Tg与各自纯组分的Tg基本一样，变化很小，表明该共混物中两组分的相容性很差。6.根据两组分是否相容，二元聚合物共混物可以分为三种类型，即完全相容性，部分相容性和完全不相容性三种类型的共混物。请用玻璃化转变温度为判断标准，简述两种高分子材料分别形成上述三种类型的聚合物共混物时，共混物中玻璃化转变温度如何随组成变化，以及可以运用哪些研究手段来研究共混物的相容性。对于两种聚合物A和B，其玻璃化转变温度为Tga和Tgb。如果两种高分子材料形成完全相容性聚合物共混物，则共混物只出现单一的随组成变化的Tg。；如果两种高分子材料形成完全不相容性聚合物共混物，则共混物将出现两个与纯组分相同或相近的玻璃化转变温度，且不受组成的影响；如果两种高分子材料形成部分相容性聚合物共混物，则共混物将出现两个玻璃化转变温度，并且随组成的变化二者都越来越偏离纯组分的玻璃化转变温度可用DSC,DMTA,FTIR,NMR等方法研究聚合物共混物的相容性。7．现有一塑料制品，其主体成分为PVC，另外还有增塑剂DOP及无机填料CaCO3。若其它少量成分忽略不计，采用热失重（TG）法测定以上三种成分的含量，试用TG示意图表示该样品在空气气氛下的失重曲线的大致模样、标注关键失重点坐标、并写出以上三组分各自百分含量的表达式。（假定在空气气氛下DOP在160--200°C完成失重，PVC起始分解温为200°C，在600°C样品中有机物全部分解挥发）W%DOP%=100%—X1%PVC%=X1%—X3%CaCO3%=X3%图中（X1%—X2%）为失重段，是PVC的第一段失重（释放HCl）30040050040100T/°C20室温PVCDOPHCl50200300400500600700CaCO3X1%X2%X3%8.聚乳酸（PLA）为一种医用聚合物材料，为改善其亲水性，使之以乙二醇（EG：HO-CH2CH2-OH）为单体在一定反应条件下通过缩合聚合进行扩链反应，制备嵌段聚合物PLA-PEG（即：PLA-（OCH2CH2）n-OH）。请选用两种表征方法，并用示意图和文字说明，反应产物确系扩链聚合产物。凝胶色谱法(GPC):（8分）(1).嵌段聚合物PLA-PEG的分子量大于嵌段前聚乳酸（PLA）的分子量。(2).在GPC谱图中；聚合物分子相对分子质量越大，流体力学体积越大，对应保留时间越小。(3).GPC测定接支前和接支后的数均相对分子质量。如上图所示。红外光谱法（IR）：（4分）因（OCH2CH2）n链段中醚键的存在，PLA括链后，所得共聚物的红外光谱将表现出明显的醚键特征吸收。PLAPLA-PEGt(min)mv9．无机粘土微观上呈现纳米级层状周期结构，通过X射线衍射（XRD）低角度的衍射峰可表征其层状周期的存在和周期尺寸。用无机粘土与某种聚合物通过某种工艺制备有机/无机“纳米插层”复合物，使聚合物分子链插入层状粘土间隙，构成由聚合物层与粘土层周期交替的“纳米插层结构”。请用XRD示意图及布拉格衍射公式说明，表征复合物中存在“纳米插层”的判据。（简化的Bragg衍射公式：2dsinθ=λ）。根据2dsinθ=λ，粘土微观层状结构的层间距d，在XRD图上对应一个衍射峰。设：该衍射峰的峰位为2θ，见图（1）。形成“纳米插层”结构后，粘土层之间的距离增大到dˊ，在XRD图上仍对应一个衍射峰，设：该衍射峰的峰位为2θˊ，见图（2）。“纳米插层”XRD判据为粘土周期层的衍射峰向低角度移动：衍射角2θˊ2θ因为：若“纳米插层”结构存在，则dˊd又因λ确定，由2dsinθ=λ可知：sinθˊsinθ，于是：2θˊ2θ。cps曲线（1）曲线（2）2θ′2θ2θ(°)ddˊ蒙脱土聚合物链