高分子化学重点课后习题解答讲解学习
高分子化学(第五版)潘祖仁版课后习题答案 (2)讲解

第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平X表示。
均值,以DP表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以n2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用large or big molecule的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式(重复单元)。
选择其常用4. 举例说明和区别:缩聚、聚加成和逐步聚合,加聚、开环聚合和连锁聚合。
高分子化学习题与解答

高分子化学习题与解答(总13页) -本页仅作为预览文档封面,使用时请删除本页-第一章绪论习题1. 说明下列名词和术语:(1)单体,聚合物,高分子,高聚物(2)碳链聚合物,杂链聚合物,元素有机聚合物,无机高分子(3)主链,侧链,侧基,端基(4)结构单元,单体单元,重复单元,链节(5)聚合度,相对分子质量,相对分子质量分布(6)连锁聚合,逐步聚合,加聚反应,缩聚反应(7)加聚物,缩聚物,低聚物2.与低分子化合物比较,高分子化合物有什么特征?3. 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。
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。
5. 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。
6. 写出下列单体的聚合反应式和单体、聚合物的名称(1) CH2=CHF(2) CH2=CH(CH3)2CH3|(3) CH2=C|COO CH3(4) HO-( CH2)5-COOH(5) CH2CH2CH2O|__________|7. 写出下列聚合物的一般名称、单体、聚合反应式,并指明这些聚合反应属于加聚反应还是缩聚反应,链式聚合还是逐步聚合?(1) -[- CH2- CH-]n-|COO CH3(2) -[- CH2- CH-]n-|OCOCH3(3) -[- CH2- C = CH- CH2-]n-|CH3(4) -[-NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-]n-(5) -[-NH(CH2)5CO-]n-8. 写出合成下列聚合物的单体和反应式:(1) 聚苯乙烯(2) 聚丙烯(3) 聚四氟乙烯 (4) 丁苯橡胶 (5) 顺丁橡胶 (6) 聚丙烯腈 (7) 涤纶 (8) 尼龙6,10 (9) 聚碳酸酯 (10) 聚氨酯9. 写出下列单体形成聚合物的反应式。
高分子化学习题与解答

第一章绪论名词解释高分子化合物(High Molecular Compound):所谓高分子化合物,系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
单体(Monomer合成聚合物所用的-低分子的原料。
如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。
重复单元(Repeating Unit):在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。
如聚氯乙烯的重复单元为。
单体单元(Monomer Unit):结构单元与原料相比,除了电子结构变化外,其原子种类和各种原子的个数完全相同,这种结构单元又称为单体单元。
结构单元(Structural Unit):单体在大分子链中形成的单元。
聚氯乙烯的结构单元为。
聚合度(DP、X n)(Degree of Polymerization) :衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以DP 表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以X n 表示。
聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成,因此聚合度是一统计平均值。
聚合物分子量(Molecular Weight of Polymer):重复单元的分子量与重复单元数的乘积;或结构单元数与结构单元分子量的乘积。
数均分子量(Number-average Molecular Weight):聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量。
,Ni :相应分子所占的数量分数。
重均分子量(Weight-average Molecular Weight):聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量。
,Wi :相应的分子所占的重量分数。
粘均分子量(Viscosity-average Molecular Weight):用粘度法测得的聚合物的分子量。
分子量分布(Molecular Weight Distribution, MWD ):由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物,因此它的分子量具有一定的分布,分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。
高分子化学(第五版)潘祖仁版课后习题答案

第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以DP表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以X表示。
n2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物()可以看作是高分子()的同义词,也曾使用的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式(重复单元)。
选择其常用分子量,计算聚合度。
聚合物结构式(重复单元)聚氯乙烯-[2]- n聚苯乙烯-[2(C6H5)-]n涤纶-[22O•6H4]n尼龙66(聚酰胺-66)-[(2)6•(2)4]n聚丁二烯-[22 -]n天然橡胶-[2(3)2-]n聚合物分子量/万结构单元分子量/万特征塑料聚氯乙烯聚苯乙烯5~1510~3062.5104800~2400960~2900(962~2885)足够的聚合度,才能达到一定强度,弱极性要求较高聚合度。
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第6章离子聚合(一)思考题1.试从单体结构来解释丙烯腈和异丁烯离子聚合行为的差异,选用何种引发剂?丙烯酸、烯丙醇、丙烯酰胺、氯乙烯能否进行离子聚合?为什么?答:(1)丙烯腈中氰基为吸电子基团,可以与双键形成π-π共轭,使双键上的电子云密度减弱,有利于阴离子的进攻,并使所形成的碳阴离子的电子云密度分散而稳定,因此丙烯腈能够进行阴离子聚合。
进行阴离子聚合时,可选用碱金属、碱金属化合物、碱金属烷基化合物、碱金属烷氧化合物等作为引发剂。
异丁烯中两个甲基为推电子基团,能使双键上的电子云密度增加,有利于阳离子的进攻,并使所形成的碳阳离子的电子云密度分散而稳定,因此异丁烯能够进行阳离子聚合。
进行阳离子聚合时,通常采用质子酸、Lewis酸及其相应的共引发剂进行引发。
(2)丙烯酸、烯丙醇、丙烯酰胺不能进行离子聚合,因为没有强烈的推电子基团和吸电子基团。
氯乙烯中氯原子的诱导效应为吸电性,而共轭效应却有供电性,两者相抵消后,电子效应微弱,因此氯乙烯不能离子聚合。
2.下列单体选用哪一引发剂才能聚合?指出聚合机理类型。
表6-1答:(1)苯乙烯三种机理均可,可以选用表6-1中任何一种引发剂。
(2)偏二腈乙烯,阴离子聚合,选用Na+萘或n-C4H9Li引发。
(3)异丁烯,阳离子聚合,选用SnC14+H2O或BF3+H2O。
(4)丁基乙烯基醚,阳离子聚合,选用SnC14+H2O或BF3+H2O。
(5)甲基丙烯酸甲酯,阴离子聚合和自由基聚合。
阴离子聚合,选用Na+萘或n-C4H9Li 引发,自由基聚合选用(C6H5CO)2O2作引发剂。
3.下列引发剂可以引发哪些单体聚合?选择一种单体,写出引发反应式。
a.KNH2b.AlCl3+HClc.SnCl4+C2H5Cld.CH3ONa答:a.KNH2是阴离子聚合引发剂,可以引发大多阴离子单体聚合,如引发苯乙烯进行聚合,反应式为b.AlCl3活性高,和微量的水作共引发剂即可,和HCl配合时,氯离子的亲和性过强,容易同阳离子共价终止,所以很少采用。
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高分子化学重点课后习题解答讲解学习1.图1 相对分子质量~转化率关系1.链式聚合2.活性聚合3.逐步聚合对链式聚合,存在活性中心,活性中心的特点一是在反应过程中不断生成,二是高活性,可使高分子链是瞬间形成,因此在不同转化率下分离所得聚合物的相对分子质量相差不大,延长反应时间只是为了提高转化率。
对逐步聚合,是官能团间反应,由于大部分单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物,短期内可达到很高转化率,但因官能团活性低,故需延长反应时间来提高相对分子质量。
对活性聚合,活性中心同时形成,且无链转移和链终止,故随反应进行,相对分子质量和转化率均线性提高。
2.连锁聚合与逐步聚合的单体有何相同与不同?连锁聚合单体的主要反应部位是单体上所含不饱合结构(双键或叁键),在聚合过程中不饱合键打开,相互连接形成大分子链。
需要有活性中心启动聚合反应,为此多需用引发剂,反应活化能低,反应速率快,相对分子质量高。
逐步聚合单体的主要反应部位是单体上所带可相互反应的官能团,在聚合过程中官能团相互反应连接在一起,形成大分子链。
不需活性中心启动反应,但反应活化能高,为此多需用催化剂,反应速率慢,受平衡影响大,相对分子质量低。
3.凝胶点:出现凝胶化时的反应程度。
(逐步聚合概念)凝胶化:体形逐步聚合的交联反应到一定程度时,体系粘度变得很大,难以流动,反应及搅拌产生的气泡无法从体系中溢出,出现凝胶或不溶性聚合物明显生成的实验现象。
(逐步聚合概念)凝胶效应:自由基聚合中随反应进行体系粘度加大,妨碍了大分子链自由基的扩散运动,降低了两个链自由基相遇的几率,导致链终止反应速率常数随粘度的不断增加而逐步下降;另一方面,体系粘度的增加对小分子单体扩散的影响并不大,链增长反应速率常数基本不变,因而出现了自动加速现象。
这种因体系粘度增加引起的自动加速又称凝胶效应。
(自由基聚合概念)4.为什么在缩聚反应中不用转化率而用反应程度描述反应过程?在逐步聚合中,带不同官能团的任何两分子都能相互反应,无特定的活性种,因此,在缩聚早期单体很快消失,转变成二聚体、三聚体等低聚物,单体的转化率很高。
高分子化学重点课后习题解答
1.图1 相对分子质量~转化率关系1.链式聚合2.活性聚合3.逐步聚合对链式聚合,存在活性中心,活性中心的特点一是在反应过程中不断生成,二是高活性,可使高分子链是瞬间形成,因此在不同转化率下分离所得聚合物的相对分子质量相差不大,延长反应时间只是为了提高转化率。
对逐步聚合,是官能团间反应,由于大部分单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物,短期内可达到很高转化率,但因官能团活性低,故需延长反应时间来提高相对分子质量。
对活性聚合,活性中心同时形成,且无链转移和链终止,故随反应进行,相对分子质量和转化率均线性提高。
2.连锁聚合与逐步聚合的单体有何相同与不同连锁聚合单体的主要反应部位是单体上所含不饱合结构(双键或叁键),在聚合过程中不饱合键打开,相互连接形成大分子链。
需要有活性中心启动聚合反应,为此多需用引发剂,反应活化能低,反应速率快,相对分子质量高。
逐步聚合单体的主要反应部位是单体上所带可相互反应的官能团,在聚合过程中官能团相互反应连接在一起,形成大分子链。
不需活性中心启动反应,但反应活化能高,为此多需用催化剂,反应速率慢,受平衡影响大,相对分子质量低。
3.凝胶点:出现凝胶化时的反应程度。
(逐步聚合概念)凝胶化:体形逐步聚合的交联反应到一定程度时,体系粘度变得很大,难以流动,反应及搅拌产生的气泡无法从体系中溢出,出现凝胶或不溶性聚合物明显生成的实验现象。
(逐步聚合概念)凝胶效应:自由基聚合中随反应进行体系粘度加大,妨碍了大分子链自由基的扩散运动,降低了两个链自由基相遇的几率,导致链终止反应速率常数随粘度的不断增加而逐步下降;另一方面,体系粘度的增加对小分子单体扩散的影响并不大,链增长反应速率常数基本不变,因而出现了自动加速现象。
这种因体系粘度增加引起的自动加速又称凝胶效应。
(自由基聚合概念)4.为什么在缩聚反应中不用转化率而用反应程度描述反应过程在逐步聚合中,带不同官能团的任何两分子都能相互反应,无特定的活性种,因此,在缩聚早期单体很快消失,转变成二聚体、三聚体等低聚物,单体的转化率很高。
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第3章自由基聚合(一)思考题1.烯类单体加聚有下列规律:①单取代和1,1-双取代烯类容易聚合,而1,2-双取代烯类难聚;②大部分烯类单体能自由基聚合,而能离子聚合的烯类单体却较少。
试说明原因。
答:①单取代烯类容易聚合是因为单取代基降低了双键对称性,改变其极性,从而提高单体参加聚合反应的能力。
1,1-双取代烯类在同一个碳原子上有两个取代基,促使极化,易于聚合,但若取代基体积较大,则只形成二聚体。
1,2-双取代烯由于位阻效应,加上结构对称,极化程度低,一般都难均聚,或只形成二聚体。
②乙烯基单体中,C=Cπ键兼有均裂和异裂倾向,因此有可能进行自由基或离子聚合。
自由基呈中性,对π键的进攻和对自由基增长中的稳定作用并无严格的要求,几乎各种取代基对自由基都有一定的共振稳定作用。
所以大部分烯类单体能以自由基聚合。
而只有个别带强烈供电基团和吸电基团的烯类单体及共轭烯类单体可进行离子聚合。
2.下列烯类单体适用于何种机理聚合?自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合?并说明原因。
答:CH2=CHCl:适合自由基聚合,-Cl是吸电子基团,也有共轭效应,但均较弱。
CH2=CCl2:自由基及阴离子聚合,两个-Cl使诱导效应增强。
CH2=CHCN:自由基及阴离子聚合,-CN为吸电子基团,并有共轭效应,使自由基、阴离子活性种稳定。
CH2=C(CN)2:阴离子聚合,两个吸电子基团-CN,使吸电子倾向过强,不能进行自由基聚合。
CH2=CHCH3:配位聚合,甲基(CH3)供电性弱。
CH2=C(CH3)2:阳离子聚合,两个甲基有利于双键电子云密度的增加和阳离子的进攻。
CH2=CHC6H5:三种机理均可,共轭体系中电子流动性较大,易诱导极化。
CF2=CF2:自由基聚合,对称结构,但氟原子半径小。
CH2=C(CN)COOR:阴离子聚合,取代基为两个吸电子基(CN及COOR),基团的吸电性过强,只能进行阴离子聚合。
CH2=C(CH3)-CH=CH2:三种机理均可,共轭体系电子流动性大,易诱导极化。
高分子化学课后习题问题详解
高分子化学课后习题问题详解第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平X表示。
均值,以DP表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以n2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用large or big molecule的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式(重复单元)。
选择其常用分子量,计算聚合度。
潘祖仁《高分子化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(修订版)
潘祖仁《高分子化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(修订版)目录内容简介目录第1章绪论1.1复习笔记1.2课后习题详解1.3名校考研真题详解第2章缩聚和逐步聚合2.1复习笔记2.2课后习题详解2.3名校考研真题详解第3章自由基聚合3.1复习笔记3.2课后习题详解3.3名校考研真题详解第4章自由基共聚合4.1复习笔记4.2课后习题详解4.3名校考研真题详解第5章聚合方法5.1复习笔记5.2课后习题详解5.3名校考研真题详解第6章离子聚合6.1复习笔记6.2课后习题详解6.3名校考研真题详解第7章配位聚合7.1复习笔记7.2课后习题详解7.3名校考研真题详解第8章开环聚合8.1复习笔记8.2课后习题详解8.3名校考研真题详解第9章聚合物的化学反应9.1复习笔记9.2课后习题详解9.3名校考研真题详解第第1章绪论1.1复习笔记【通关提要】通过本章的学习,了解聚合反应的机理特征,掌握聚合度、数均分子量、重均分子量和分子量分布指数的计算。
【知识框架】【重点难点归纳】一、高分子的基本概念1聚合度(见表1-1-1)表1-1-1聚合度的基本知识2三大合成材料(1)合成树脂和塑料。
(2)合成纤维。
(3)合成橡胶。
二、聚合物的分类和命名1分类(见表1-1-2)表1-1-2聚合物的分类2命名(见表1-1-3)表1-1-3聚合物的命名三、聚合反应1按单体-聚合物结构变化分类分为缩聚反应、加聚反应和开环聚合。
2按聚合机理和动力学分类分为:逐步聚合和连锁聚合。
四、分子量及其分布1平均分子量(见表1-1-4)表1-1-4平均分子量2分子量分布分子量分布有两种表示方法:(1)分子量分布指数(2)分子量分布曲线如图1-1-1所示,、、依次增大。
数均分子量接近于最可几分子量。
平均分子量相同,其分布可能不同,因为同分子量部分所占百分比不一定相等。
分子量分布也是影响聚合物性能的重要因素。
图1-1-1分子量分布曲线五、大分子微结构1大分子和结构单元关系大分子具有多层次微结构,由结构单元及其键接方式引起,包括结构单元的本身结构、结构单元相互键接的序列结构、结构单元在空间排布的立体构型等。
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1.图1 相对分子质量~转化率关系1.链式聚合2.活性聚合3.逐步聚合对链式聚合,存在活性中心,活性中心的特点一是在反应过程中不断生成,二是高活性,可使高分子链是瞬间形成,因此在不同转化率下分离所得聚合物的相对分子质量相差不大,延长反应时间只是为了提高转化率。
对逐步聚合,是官能团间反应,由于大部分单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物,短期内可达到很高转化率,但因官能团活性低,故需延长反应时间来提高相对分子质量。
对活性聚合,活性中心同时形成,且无链转移和链终止,故随反应进行,相对分子质量和转化率均线性提高。
2.连锁聚合与逐步聚合的单体有何相同与不同?连锁聚合单体的主要反应部位是单体上所含不饱合结构(双键或叁键),在聚合过程中不饱合键打开,相互连接形成大分子链。
需要有活性中心启动聚合反应,为此多需用引发剂,反应活化能低,反应速率快,相对分子质量高。
逐步聚合单体的主要反应部位是单体上所带可相互反应的官能团,在聚合过程中官能团相互反应连接在一起,形成大分子链。
不需活性中心启动反应,但反应活化能高,为此多需用催化剂,反应速率慢,受平衡影响大,相对分子质量低。
3.凝胶点:出现凝胶化时的反应程度。
(逐步聚合概念)凝胶化:体形逐步聚合的交联反应到一定程度时,体系粘度变得很大,难以流动,反应及搅拌产生的气泡无法从体系中溢出,出现凝胶或不溶性聚合物明显生成的实验现象。
(逐步聚合概念)凝胶效应:自由基聚合中随反应进行体系粘度加大,妨碍了大分子链自由基的扩散运动,降低了两个链自由基相遇的几率,导致链终止反应速率常数随粘度的不断增加而逐步下降;另一方面,体系粘度的增加对小分子单体扩散的影响并不大,链增长反应速率常数基本不变,因而出现了自动加速现象。
这种因体系粘度增加引起的自动加速又称凝胶效应。
(自由基聚合概念)4.为什么在缩聚反应中不用转化率而用反应程度描述反应过程?在逐步聚合中,带不同官能团的任何两分子都能相互反应,无特定的活性种,因此,在缩聚早期单体很快消失,转变成二聚体、三聚体等低聚物,单体的转化率很高。
而相对分子质量却很低。
因此在逐步聚合反应中,转化率无甚意义。
随着逐步聚合反应的进行,官能团数目不断减少,生成物的相对分子质量逐渐增加。
因此把参加反应的官能团的数目与起始官能团的数目的比值称为反应程度,记做p。
反应程度是描述逐步聚合反应进程的重要参数5.在离子聚合反应过程中,能否出现自动加速现象?为什么?①阴离子聚合,体系粘度同样随反应进行而加大,但没有双基终止,因此不会出现与自由基聚合相同因素导致的自动加速现象。
另一方面,阴离子活性聚合的活化能可以简单地等于增长活化能。
由实验测得活化能是小的正值,因此聚合速率随温度升高而略有增加,但并不敏感。
因此在实际中会出现由于体系粘度加大,聚合热不易导出而使体系温度升高,加之阴离子聚合体系单体浓度和活性中心浓度大于自由基聚合体系,因而也会出现聚合速率稍有自动加快的现象。
②阳离子聚合:基本分析同阴离子聚合体系,但温度对阳离子聚合过程的影响是很复杂的,它即影响离子对和自由离子之间的平衡,同时也影响聚合反应的活化能。
从活化能的角度分析,聚合速度的活化能为:E R=E i+E p-E t式中E i,E p和E t分别表示引发、增长和终止的活化能。
阳离子聚合活化能较小,而终止活化能较大,所以,E R值一般较小,在-20到+40kJ/mol范围内变化。
E R为负值时,说明随着聚合温度降低,聚合速度增加。
当E R值为正时,温度升高,R p增加。
但E R值比自由基聚合的值小得多(自由基聚合E R=80~90kJ/mol)。
故其聚合速率随温度变化较小。
不同的单体有不同的E R值。
即使是同一单体,E R值也随所使用的引发剂、助引发剂、溶剂等而变化。
6.离子聚合的kp小于自由基聚合,为什么其反应速率要比自由基聚合高4-7个数量级?①除kp外,聚合速率还正比于单体浓度和活性中心浓度,而离子聚合这两者的浓度均高于自由基聚合②离子聚合活性中心状态受溶剂极性影响大,如用极性溶剂,聚合速率明显加大。
③阴离子聚合可无终止,所有活性中心同步增长;阳离子聚合终止速率常数远低于自由基聚合。
7.什么是活性聚合?主要有什么特性?①将聚合体系中没有明显终止反应和转移反应,全部单体都消耗于增长反应,单体消耗完活性中心依然存在,加入新的单体聚合反应还可继续进行的聚合反应称作活性聚合。
②活性聚合主要具有以下特性:(1)聚合体系中没有明显终止反应和转移反应,单体100%转化后,再加入同种单体,仍可继续聚合;(2)体系内大分子数不变,相对分子质量相应增加,可实现计量聚合;(3)所有活性中心同步增长,聚合物相对分子质量分布很窄;(4)在一定条件下如加入其它种类的单体,可形成嵌段共聚物。
8.下列引发剂何者能引发乙烯、丙烯、丁二烯的配位聚合:①n-C4H9Li可引发丁二烯进行配位聚合。
②α-TiCl3 / AlEt2Cl可引发丙烯进行配位聚合。
③(π-C3H5)NiCl可引发丁二烯进行配位聚合。
吗④TiCl4 / AlEt3可引发乙烯进行配位聚合。
9.丙烯进行自由基聚合、离子聚合及配位阴离子聚合时能否形成高分子聚合物?为什么?怎样分离和鉴定所得聚合物为全同聚丙烯?①丙烯只有一个较弱的推电子基,阳离子聚合困难,无法阴离子聚合,如进行自由基聚合,易形成稳定的烯丙基自由基,无法进行增长。
因此只有在具有强催化能力的配位聚合才能得到聚合物。
②常用沸腾正庚烷萃取法。
将不溶于沸腾正庚烷的部分所占的百分重量代表等规立构聚丙烯含量:沸腾正庚烷萃取剩余物重聚丙烯的全同指数(IIP)= ────────────×100 %未萃取时的聚合物总重10. Cossrr-Arlman的单金属机理基本论点:(1)活性中心是一个以Ti+3离子为中心、Ti上带有一个烷基(或增长链)、一个空位(1位)和四个氯的五配位正八面体。
(2)AlR3先在五氯配体Ti+3的空位上与Ti配位,然后Ti上Cl5和AlR3上的R发生烷基-卤素交换,结果Ti被烷基化,并再生出一个最开始空位。
AlR3只是起使Ti烷基化的作用。
(3)丙烯在TiCl3表面上定向吸附,在空位处与Ti+3配位(称π络合),烯烃的双键平行于Cl3-Ti-R,而烯烃上的烷基向远处远离Ti上的R基,形成一个四元环过渡态。
R基接近丙烯的β碳原子,发生顺式加成。
总的结果是丙烯在Ti-C键间插入增长,同时空位回到原位。
(4)在下一个丙烯分子占据空位之前链又跳回到空位上来,恢复最开始空位。
这样丙烯的配位和增长就始终在最开始空位上进行,由此得到全同聚丙烯。
主要实验依据是:(1)对于传统的二元Ziegler-Natta催化剂有许多实验证明链增长活性中心是在过渡金属-碳键上进行的。
(2)对α-TiCl3-Al(CH3)3反应前后及用于催化丙烯聚合后的电镜照片进行了分析,表明增长的活性中心是在晶体的边棱上。
这是对Cossee-Arlman的单金属机理的最直接的证明。
解释的问题及存在的主要不足:(1)每增长一次,分子链与空位互换一次位置在热力学上不够合理。
(2)对共催化剂的作用重视不够。
11.比较本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合的基本组分和优缺点。
(1)本体聚合:体系主要由单体和引发剂或催化剂组成,其它有相对分子质量调节剂、润滑剂等。
优点是体系组成简单,因而产物纯净,特别适用于生产板材、型材等透明制品。
不足是反应热不易排除。
(2)溶液聚合:体系主要由单体、引发剂或催化剂和溶剂组成。
优点是溶剂的加入形成一均相聚合体系,有利于导出聚合热,同时利于降低体系粘度,减弱凝胶效应。
不足是加入溶剂后容易引起副反应;溶剂的回收、精制增加了设备及成本,并加大了工艺控制难度;降低了单体及引发剂的浓度,致使溶液聚合的反应速率比本体聚合要低;降低了反应装置的利用率。
(3)悬浮聚合:体系主要由单体、引发剂、悬浮剂和分散介质组成。
优点是体系粘度低,聚合热容易导出,散热和温度控制比本体聚合、溶液聚合容易得多;产品相对分子质量及分布比较稳定,聚合速率及相对分子质量比溶液聚合要高一些。
杂质含量比乳液聚合低;后处理比溶液聚合和乳液聚合简单,生产成本较低,三废较少;产物可直接用于加工。
不足是聚合物中附有少量悬浮剂残余物,影响了制品的透明性和电绝缘性。
(4)乳液聚合:体系主要由单体、引发剂、乳化剂和分散介质组成。
优点是可以通过增加乳胶粒的方法同时提高聚合反应速率和聚合度,聚合反应速率快、聚合度高是乳液聚合不同于其它聚合方法的一个显著特征。
不足是聚合物中附有乳化剂残余,影响了制品的透明性和电绝缘性;后处理工艺复杂等。
12.悬浮聚合与乳液聚合的根本差别是什么?悬浮剂与乳化剂有何差别?(1) 两者的主要区别在引发剂、单体所处的位置和聚合场所。
悬浮聚合:引发剂和单体互溶,处于一相单体液滴内;聚合也发生在单体液滴内。
乳液聚合:引发剂和单体不在一相,引发剂在分散相,单体在单体液滴、增溶胶束和乳胶粒内;引发剂在分散相形成活性中心,活性中心再扩散进乳胶粒内引发聚合,聚合场所为乳胶粒。
(2) 乳化剂比悬浮剂表面活化作用更强,可形成更小、更稳定的胶束。
13.简述乳液聚合机理。
单体、乳化剂和引发剂所在场所。
引发、增长和终止的情况和场所。
在聚合过程中胶束、乳胶粒和单体液滴的变化情况。
(1) 聚合机理:单体为乳化剂分散为增溶胶束和单体液滴,溶于分散介质中的引发剂形成活性中心后扩散进入增溶胶束进行引发增长,形成聚合物。
(2) 单体:微量溶于分散介质,部分形成增溶胶束,多数形成单体液滴。
乳化剂:CMC 以下溶于分散介质中,大部分形成胶束和增溶胶束,少量在单体液滴外部。
引发剂:溶于分散介质中,形成活性中心后扩散进增溶胶束,或吸附单体、乳化剂成核。
(3) 引发:溶于分散介质中,形成活性中心后扩散进增溶胶束引发聚合。
增长:在乳胶粒(扩散进活性中心的增溶胶束)中进行终止:第二个活性中心扩散进行乳胶粒后和乳胶粒内的活性中心发生双基终止。
(4) 胶束:随反应进行,因不断补充到数量和体积加大的乳胶粒上而不断减少。
乳胶粒:在引发阶段,数目不断增多,在恒速阶段数目不变但体积加大。
单体液滴:因不断向主要聚合场所乳胶粒补充单体,体积不断减小,最后消失。
14.(1) 乳液聚合(2) 苯乙烯:单体PVA-十二烷基苯磺酸钠:乳化剂过硫酸钾-亚硫酸钠:氧化-还原引发剂去离子水:分散介质十二烷基硫醇:相对分子质量调节剂15. 尼龙-1010是根据1010盐中过量癸二酸控制相对分子质量的。
如果要求相对分子质量为2×104,反应程度为0.995,配料时的当量系数和过量分数各为多少?解答:尼龙-1010的反应式为:nHOOC(CH 2)8COOH + nH 2N(CH 2)10NH 2 →HO-[-OC(CH 2)8COHN(CH 2)10NH -]n -H + (2n-1)H 2O结构单元的相对分子质量为:(168+170)/ 2 = 169则:34.11816920000X n =÷=-995.021134.118211⨯⨯-++==-++=-γγγγγγP X n γ= 0.993 q = (1-γ)/γ= 0.007 16.丙烯为什么不采用自由基聚合机理进行聚合。