最新材料科学基础习题第四章答案与翻译
4.2 根据本章给出的结构，画出下列链节结构：
（1）聚氟乙烯：—CH2—CHF—;
（2）聚三氟氯乙烯：—CF2—CFCl—
（3）聚乙烯醇：—CH2—CHOH—
4.3 计算下列聚合物的链节分子量
（1）聚氯乙烯：
—CH2—CHCl— : m = 2?12.011+2?1.008+35.453=61.491g/mol （2）聚对苯二甲酸乙二醇酯：—OCH2-CH2OCOC6H4CO—
m = 10?12.011+8?1.008+4?15.999=192.17g/mol
（3）聚碳酸酯：
m = 16?12.011+14?1.008+3?15.999=254.285g/mol （4）聚二甲硅氧烷：C2H6OSi
m = 28.086+2?12.011+6?1.008+3?15.999 = 106.153g/mol 4.4 聚丙烯的数均分子量为1,000,000 g/mol，计算其数均聚合度。答：链节为—CH3CH—CH2—，
其分子量：m = 3?12.011+6?1.008=42.081 g/mol
4.5 (a) 计算聚苯乙烯链节的分子量
答：链节为-CHC6H5-CH2-，
分子量：m = 8?12.011+8?1.008=104.152
(b) 计算重均聚合度为25000的聚苯乙烯的重均分子量
答：= 25000?104.152 g/mol = 2603800 g/mol
4.6 下表列出了聚丙烯的分子量，计算(a) 数均分子量
(b) 重均分子量(c) 数均聚合度(d) 重均聚合度
分子量分布
x i w i
(g/mol)
8,000-16,000 0.05 0.02
16,000-24,000 0.16 0.10
24,000-32,000 0.24 0.20
32,000-40,000 0.28 0.30
40,000-48,000 0.20 0.27
48,000-56,000 0.07 0.21
答：(a)= 0.05?12000+0.16?20000+0.24?28000
+0.28?36000+0.20?44000+0.07?52000 = 600+3200
+6720+10080+8800+3640 = 33040 (g/mol)
(b)= 0.02?12000+0.1?20000+0.20?28000
+0.30?36000+0.27?44000+0.21?52000 = 240+2000
+5600+10800+11880+10920 = 41440 (g/mol)
(c)聚丙烯链节的分子量：m = 42.081 g/mol
(d)
4.7 下表列出了某聚合物的分子量分布。计算(a) 数均分子量
(b) 重均分子量(c) 如果已知这一聚合物的重均聚合度为780，指出此聚合物为表4.3所列聚合物中的哪一个？为什么？(d) 这一材料的数均聚合度为多少？
分子量分布(g/mol) x i w i
15,000-30,000 0.04 0.01
30,000-45,000 0.07 0.04
45,000-60,000 0.16 0.11
60,000-75,000 0.26 0.24
75,000-90,000 0.24 0.27
90,000-105,000 0.12 0.16
105,000-120,000 0.08 0.12
120,000-135,000 0.03 0.05
答：(a)= 0.04?22500+0.07?37500+0.16?52500
+0.26?67500+0.24?82500+0.12?97500+0.08?112500
+0.03?127500 = 900+2625+8400+17550+19800+11700
+9000+3825 = 73800 (g/mol)
(b)= 0.01?22500+0.04?37500+0.11?52500
+0.24?67500+0.27?82500+0.16?97500+0.12?112500
+0.05?127500 = 225+1500+5775+16200+22275
+15600+13500+ 6375 = 81450 (g/mol)
(c)
此聚合物为聚苯乙烯
4.8 根据下面的分子量分布和重均聚合度为585的条件，判断是否为聚甲基丙烯酸甲酯均聚物
分子量分布(g/mol) x i w i
8,000-20,000 0.04 0.01
20,000-32,000 0.1 0.05
32,000-44,000 0.16 0.12
44,000-56,000 0.26 0.25
56,000-68,000 0.23 0.27
68,000-80,000 0.15 0.21
80,000-92,000 0.06 0.09
答：聚甲基丙烯酸甲酯链节分子式为：C5H8O2
(—CH2CH3COOCH3C—)；
其分子量m = 5?12.011+8?1.008+2?15.999=100.117g/mol
重均分子量为：
=0.01?14000+0.05?26000+0.12?38000+0.25?50000
+0.27?62000+0.21?74000+0.09?86000
=140+1300+4560+12500+16740+15540+7740=58520
与条件相符，能形成均聚物
4.9 高密度聚乙烯通过诱导氯原子随机取代氢而被氯化。(a) 确定取代5%的原始氢原子所需Cl (wt%) 的浓度(b)如何区别于传统的聚氯乙烯的制备过程而得到氯化的聚乙烯？
答：(a) 聚乙烯链节为：—CH2CH2—；一个链节含有4个氢，现氯取代其中5%的氢，则被氯取代5%氢的链节的分子量为：
m = 2?12.011+4?0.95?1.008+4?0.05?35.453
=24.022+3.8304+7.0906 = 34.943g/mol
其中氯占重量百分数为：4?0.05?35.453/34.943 = 20.3 wt%
(b) 聚氯乙烯是聚乙烯的改性产品。PVC树脂经过氯化后，分子链排列的不规则性增加，极性增加，使树脂的溶解性增大，化学稳定性增加，从而提高了材料的耐热性及耐酸、碱、盐、氧化剂等的腐蚀的性能。CPVC是一种应用前景广阔的新型工程塑料。在富含氯的氯仿和四氯化碳为溶剂，溶解PVC后进行氯化反应。…..
4.10 关于聚合物链，configuration（构型）和conformation （构象）间的区别是什么？
Conformation is the spatial arrangement of atoms in a molecules that can come about through free rotation of atoms about a single chemical bond. It can be changed without breaking bonds. Example rotation about single bonds produce the cis-trans, and E-Z conformations, especially of organic molecules.由于分子中的某个原子（或原子基团）绕C-C单键自由旋转而形成的不同的暂时性的易变的空间结构形式，不同的构象之间可以相互转变，在各种构象形式中，势能最低，最稳定的构象是优势构象。
On the contrary, configuration is permanent geometry（各个原子特有的固定的空间排列）. It refers to spatial arrangement of bonds and can be
changed only by breaking bonds. Example: L- & D and R- &S-configurations of organic molecules can only be changed by breaking one or more bonds connecting the chiral atom.
4.11 对于一个线型聚合物分子，其总链长L依赖于链原子间的键长
d、分子中的总键数N和骨架链中邻近原子间的键角θ，其关系如下：
而且，一系列聚合物分子的平均末端距r为：，线型聚四氟乙烯的数均分子量为500,000g/mol；计算这一材料的平均L和r值。
答：PTFE的链节为：—CF2CF2—，链节的分子量为：
m = 2?12.011+4?18.998 = 100.014 g/mol
聚合物的数均聚合度为：
每个链节包含有2个C原子，因此有2个C—C单键，聚合物中总键数N = 5000?2 = 10000。C—C单键键长：d = 0.154 nm，键角：θ = 109?，则聚合物链总长及末端距各为：
4.12 利用聚合物链分子总长度L及链平均末端距r的定义，关于线型聚乙烯(a) 确定L=2500 nm时的数均分子量；(b) 确定r = 20 nm 时的数均分子量
答：(a) PE的链节为：—CH2CH2—，d=0.154 nm，键角：θ = 109?由关系式得出：
每个链节包含2个C原子，2个C-C单键，∴聚合物的聚合度为：19940/2= 9970
聚乙烯链节的分子量m = 2?12.011+4?1.008 = 28.054 g/mol：
数均分子量
= 9970?28.054 = 279698 g/mol
(b) 由关系式得出：
对应的聚合度为: 16866/2=8433，数均分子量
= 8433?28.054 = 236579 g/mol
4.13 (a) 根据加热后的力学特性及(b) 可能的分子结构比较热塑性和热固性聚合物