高分子简答题.doc

第一章 绪论 1、与低分子化合物相比，高分子化合物有什么特点？能否用蒸馏的方法提纯高分子化合物？ 答：与低分子化合物相比，高分子化合物主要特点有：（1）相对分子质量很大，通常在104106之间；（2）合成高分子化合物的化学组成比较简单，分子结构有规律性；（3）各种合成聚合物的分子形态是多种多样的；（4）一般高分子化合物实际上是由相对分子质量大小不等的同系物组成的混合物，其相对分子质量只具有统计平均的意义及多分散性；（5）由于高分子化合物相对分子质量很大，因而具有与低分子化合物完全不同的物理性质。 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，当温度升高到汽化温度以前，就发生主链的断裂和分解，从而破坏了高分子化合物的化学结构，因而不能用蒸馏的方法提纯高分子化合物。 2、何谓相对分子质量的多分散性? 如何表示聚合物相对分子质量的多分散性? 答: 聚合物是相对分子质量不等的同系物的混合物,其相对分子质量或聚合度是一平均值.这种相对分子质量的不均一性称为相对分子质量的多分散性.相对分子质量多分散性可以用重均分子量和数均分子量的比值来表示.这一比值称为多分散指数, 其符号为D. 即D =Mw/Mn.分子量均一的聚合物其D为1.D越大则 聚合物相对分子质量的多分散程度越大. 相对分子质量多分散性更确切的表示方法可用相对分子质量分布曲线表示.以相对分子质量为横坐标, 以所含各种分子的质量或数量百分数为纵坐标, 即得相对分子质量的质量或数量分布曲线.相对分子质量分布的宽窄将直接影响聚 合物的加工和物理性能. 聚合物相对分子质量多分散性产生的原因注意由聚合物形成过程的统计特性所决定.3、各举三例说明下列聚合物 (1)天然无机高分子，天然有机高分子，生物高分子。 (2)碳链聚合物，杂链聚合物。 (3)塑料，橡胶，化学纤维，功能高分子。 答：(1)天然无机高分子:石棉、金刚石、云母；天然有机高分子:纤维素、土漆、天然橡胶； 生物高分子：蛋白质、核酸 (2)碳链聚合物:聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯；杂链聚合物:聚甲醛、聚酰胺、聚酯 (3)塑料：PE、PP、PVC、PS；橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶 化学纤维:尼龙、聚酯、腈纶、丙纶;功能高分子:离子交换树脂、光敏高分子、高分子催化剂 4、什么叫热塑性塑料？什么叫热固性塑料？试各举两例说明。 热塑性塑料是指可反复进行加热软化或熔化而再成型加工的塑料，其一般由线型或支链型聚合物作为基材。如以PE、PP、PVC，PS和PMMA等聚合物为基材的塑料。 热固性塑料是指只能进行一次成型加工的塑料，其一般由具有反应活性的低聚物作基材，在成型加工过程中加固化剂经交联而变为体型交联聚合物。一次成型后加热不能再软化或熔化，因而不能再进行成型加工。其基材为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和脲醛树脂等。 5、高分子链的结构形状有几种? 它们的物理、化学性质有何不同? 答: 高分子链的形状主要有直线形、支链形和网状体形三种,其次有星形、梳形、梯形等(它们可以视为支链或体形的特例). 直线性和支链形高分子靠范德华力聚集在一起, 分子间力较弱.宏观物理性质表现为密度小、强度低.聚合物具有热塑性, 加热可融化, 在溶剂中可溶解. 其中支链形高分子由于支链的存在使分子间距离较直线形的大, 故各项指标如结晶度、密度、强度等比直线形的低,而溶解性能更好, 其中对结晶度的影响最为显著. 网状体形高分子分子链间形成化学键, 其硬度、力学强度大为提高. 其中交联程度低的具有韧性和弹性, 加热可软化但不熔融, 在溶剂中可溶胀但不溶解. 交联程度高的, 加热不软化, 在溶剂中不溶解.第二章 逐步聚合反应 1、连锁聚合与逐步聚合的三个主要区别是什么？ 增长方式：连锁聚合总是单体与活性种反应，逐步聚合是官能团之间的反应，官能团可以来自于单体、低聚体、多聚体、大分子 单体转化率：连锁聚合的单体转化率随着反应的进行不断提高，逐步聚合的单体转化率在反应的一开始就接近100% 聚合物的分子量：连锁聚合的分子量一般不随时间而变，逐步聚合分子量随时间的增加而增加 2、从时间转化率、相对分子质量转化率关系讨论连锁聚合与逐步聚合间的相互关系与差别。 答：从转化率和时间的关系看：连锁聚合，单体转化率随时间延长而逐渐增加；逐步聚合，反应初期单体消耗大部分，随后单体转化率随时间延长增加缓慢。 从相对分子质量与转化率关系看：连锁聚合，在任何时刻均生成高分子量的聚合物；逐步聚合，反应初期只生成低聚物，随转化率增加，聚合物相对分子质量逐渐增加，高分子量的聚合物需数十小时才能生成。 3、如何用实验测定一未知单体的聚合反应是以逐步聚合还是以连锁聚合机理进行的. 答: 一般可以通过测定聚合物分子质量或单体转化率与反应时间的关系来鉴别. 随反应时间的延长, 相对分子质量逐渐增大的聚合反应属逐步聚合反应. 聚合很短时间后相对分子质量就不随反应时间延长而增大的聚合反应属连锁聚合. 单体迅速转化, 而转化率基本与聚合时间无关的聚合反应属逐步聚合. 4、举例说明链式聚合与加聚反应、逐步聚合与缩聚反应间的关系与区别。 答：绝大多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合，如聚甲基丙烯酸甲酯的合成、聚苯乙烯的合成，都属于加聚和连锁聚合。但反过来，并不是所有的连锁聚合都是加聚反应，如3-甲基-1-丁烯的聚合，反应是连锁聚合，但由于发生氢转移，其最终产物不是加聚物，不属于加聚反应。 绝大多数缩聚反应属于逐步聚合反应。如尼龙-6,6的合成，反过来，不是所有逐步聚合都属缩聚反应，如聚氨酯的合成，属逐步聚合，但产物却是加聚产物。 5、常用的逐步聚合方法有几种？各自的主要特点是什么？ 熔融缩聚： 优点：生产工艺过程简单，生产成本较低。可连续法生产直接纺丝。聚合设备的生产能力高。 缺点：反应温度高，要求单体和缩聚物在反应温度下不分解，单体配比要求严格；反应物料粘度高，小分子不易脱除。局部过热可能产生副反应，对聚合设备密封性要求高。 适用范围：广泛用于大品种缩聚物，如聚酯、聚酰胺的生产。 溶液缩聚： 优点：溶剂存在下可降低反应温度,避免单体和产物分解，反应平稳易控制。 可与产生的小分子共沸或与之反应而脱除。聚合物溶液可直接用作产品 缺点：溶剂可能有毒，易燃，提高了成本。增加了缩聚物分离、精制、溶剂回收等工序。 生产高分子量产品时须将溶剂蒸出后进行熔融缩聚。 适用范围：适用于单体或缩聚物熔融后易分解的产品生产，主要是芳香族聚合物，芳杂环聚合物等的生产。 界面缩聚： 优点：反应聚条件缓和，反应是不可逆的。对两种单体的配比要求不严格。 缺点：必须使用高活性单体，如酰氯。需要大量溶剂。产品不易精制。 适用范围：适用于气液相、液液相界面缩聚和芳香族酰氯生产芳酰胺等特种性能聚合物。 6、界面聚合体系的基本组成有哪些?对单体有何要求?水相通常为碱性, 原因何在?聚合速率是化学控制还是扩散控制?试举出几种利用界面聚合法进行工业生产的聚合物品种. 答：界面缩聚体系的基本组分有：互不相溶的两种溶剂例如水和CCl4；两种带活泼基团的单体（通常为二元胺和二酰氯），分别溶于溶剂中，有时还加入表面活性剂（如季铵盐）。 所用单体必须是高活性的含活泼反应基团的双官能团化合物，例如含活泼氢的二元胺或双酚A与含活泼氯的己二酰氯或光气（Cl-COCl）等。水相为碱性是为了中和缩聚生成的HCl。从这个意义上说，碱性可提高缩聚率，使缩聚成为不可逆反应。 由于含活泼氢官能团和酰氯之间的反应极快，故聚合速率主要取决与二胺和二酰氯扩散至两相界面的扩散速率，因而界面缩聚属扩散控制（物理），为了促进单体在溶剂中的扩散，缩聚反应常在搅拌下进行。 利用界面缩聚进行生产的品种有聚碳酸酯，聚酰胺，聚苯酯和新型聚间苯二甲酰间苯二胺纤维等。 7、界面缩聚的特点是什么? 界面缩聚是不平衡缩聚,需采用高反应活性的单体，反应可在低温下进行,逆反应的速率很低,甚至为0。属于不平衡缩聚。缩聚中产生的小分子副产物容易除去,不需要熔融缩聚中的真空设备。同时,由于温度较低避免了高温下产物氧化变色降解等不利问题。 反应温度低,相对分子质量高。 反应总速率与体系中单体的总浓度无关,而仅决定于界面处的反应物浓度.只要及时更换界面,就不会影响反应速率。聚合物的相对分子质量与反应程度、本体中官能团物质的量之比关系不大, 但与界面处官能团物质的量有关. 界面缩聚由于需要高反应活性单体,大量溶剂的消耗,使设备体积宠大,利用率低。因此,其应用受到限制。 8、试解释为什么聚氯乙烯在200oC以上加工会使产品颜色变深？为什么聚丙烯腈不能采用熔融纺丝而只能采用溶液纺丝？ 答：聚氯乙烯加入到200以上会发生分子内和分子间脱去HCl反应，使主链部分带有共轭双键结构而使颜色变深。聚丙烯腈在高温条件下会发生环化反应而不会熔融，所以只能采用溶液纺丝。 9、要控制线形缩聚反应的分子量，可以采取什么措施？ 调整两种官能团的配比加入单官能团化合物 10、聚酯化反应制备线形缩聚物，什么情况下是二级反应？什么情况下是三级反应？工业生产中属于几级反应？ 外加酸是二级反应，自催化是三级反应，工业生产中属于二级反应 11、归纳体型缩聚反应的特点及必要而充分的条件；比较pc、pcf、ps三种凝胶点的大小并解释原因。 答：体型缩聚反应的特点有三：(1)可分阶段进行；（2）存在凝胶化过程；（3）凝胶点之后，聚合反应速率较线型缩聚反应的反应速率为低。体型缩聚反应的必要而充分条件有二：至少有一种单体为带有三个或三个以上官能团的化合物；单体组成的平均官能度必须大于2 。 三种凝胶点的大小顺序为PcPsPcf 。其原因是推导Pc时将凝胶化过程时的聚合度设为无穷大，而实际上仅在100以内；在推导Pcf时并未考虑分子内的环化反应以及凝胶化时实际反应条件对等活性假设的偏离等。