高分子物理第一章习题
高分子物理第1、2章习题答案

高分子物理答案详解(第三版)第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。
所谓构型(configuration),包括:旋光异构(全同、间同、无规立构),由不对称中心(或手性C原子)的存在而引起的;几何异构(顺、反异构),由主链上存在双键引起的;键接异构(头尾、头头、尾尾相连)。
聚氯丁二烯的各种可能构型有如下六种:2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。
3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答:(1)由于等规立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯腈与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。
高分子物理学习题 第一章 答案

高分子物理学思考题及习题第1章思考题1-1 重要概念:高分子化合物;高分子材料(聚合物);天然高分子材料;人工合成高分子材料;塑料;橡胶;纤维;功能高分子;结构单元;聚合度;线形分子链(线形高分子);支化分子链(支化高分子);交联网络(交联高分子)。
1-2 了解高分子材料的分类法和命名法。
1-3 与小分子化合物和小分子材料相比,高分子化合物与高分子材料的结构有哪些重要特点使之具有独特的性能?将这些特点牢记在心。
1-4 仔细阅读关于高分子材料的“多分散性和多尺度性”、“软物质性”及“标度性”的说明,理解其意义。
1-5 了解高分子物理学的核心内容和主要学习线索,体会“高分子物理学是研究高分子材料结构、分子运动与性能的关系的学说”。
1-6 阅读“高分子物理学发展简史及研究热点”一节,了解当前高分子物理学的热点问题和发展方向。
1-7 根据生活经验,列举一些适合用作塑料、橡胶或纤维的聚合物名称。
1-8 下列一些聚合物(我国的商品名称):丁苯橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶,环氧树脂,脲醛树脂,聚氯乙烯,聚碳酸脂,涤纶,锦纶,腈纶。
试分别写出各自结构单元的化学结构式及合成所需单体的化学结构式。
第一章习题可能与高分子化学学习内容重复,可不做。
第2章思考题及习题2-1重要概念:近程结构;远程结构;构型;构象;无规线团;内旋转;内旋转势垒;分子链柔顺性(静态和动态);链段;均方末端距;均方旋转半径;自由连接链;自由旋转链;等效自由连接链;Kuhn等效链段;高斯链;θ条件/θ状态;Flory特征比(刚性因子)。
(1)近程结构:包括构造和构型。
构造是指链中原子的种类和排列,取代基和端基的种类,单体单元的排列顺序,支链的类型和长度等。
构型是指由化学键所固定的链中原子或基团在空间的排列。
注意:近程结构相当于“链的细节”。
构造着重于链上的原子的种类、数目比例、相互连接关系。
构型涉及空间立体异构(顺反异构、旋光异构)。
(2)远程结构:包括分子的大小、构象和形态,链的柔顺性。
关于高分子物理习题答案

高分子物理习题答案第一章高分子链的结构3.高分子科学发展中有二位科学家在高分子物理领域作出了重大贡献并获得诺贝尔奖,他们是谁?请列举他们的主要贡献。
答:(1)H. Staudinger(德国):“论聚合”首次提出高分子长链结构模型,论证高分子由小分子以共价键结合。
1953年获诺贝尔化学奖。
贡献:(1)大分子概念:线性链结构(2)初探[?]=KM?关系(3)高分子多分散性(4)创刊《die Makromol.Chemie》1943年(2)P. J. Flory(美国),1974年获诺贝尔化学奖贡献:(1)缩聚和加聚反应机理(2)高分子溶液理论(3)热力学和流体力学结合(4)非晶态结构模型6.何谓高聚物的近程(一级)结构、远程(二级)结构和聚集态结构?试分别举例说明用什么方法表征这些结构和性能,并预计可得到哪些结构参数和性能指标。
答:高聚物的一级结构即高聚物的近程结构,属于化学结构,它主要包括链节、键接方式、构型、支化和交联结构等,其表征方法主要有:NMR, GC, MS, IR, EA, HPLC, UV等。
而高聚物的二级结构即高聚物的远程结构,主要包括高分子链的分子量、分子尺寸、分子形态、链的柔顺性及分子链在各种环境中所采取的构象,其表征方法主要有:静态、动态光散射、粘度法、膜渗透压、尺寸排除色谱、中子散射、端基分析、沸点升高、冰点降低法等。
高聚物的聚集态结构主要指高分子链间相互作用使其堆积在一起形成晶态、非晶态、取向态等结构。
其表征方法主要有:x-射线衍射、膨胀计法、光学解偏振法、偏光显微镜法、光学双折射法、声波传播法、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、核磁共振,热分析、力学分析等。
8.什么叫做高分子的构型?试讨论线型聚异戊二烯可能有哪些不同的构型。
答:由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布。
1,2:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规3,4:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规1,4:头-头,顺、反;头-尾,顺、反9.什么叫做高分子构象?假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高其等规度?说明理由。
第一章高分子物理习题

第⼀章⾼分⼦物理习题第⼀章⾼分⼦的链结构《⾼分⼦物理》习题---第⼀章1、解释下列名词:(1)齐聚物和⾼聚物;(2)结构单元与链段;(3)构型;(4)全同和间同⽴构;(5)构型与构象;(6)均⽅末端距与回转半径;(7)⾃由连接链、⾃由旋转链与⾼斯链;(8)柔性链与刚性链;(9)旋光异构体,⼏何异构体,内旋转异构体。
2、⽤⾼聚物分⼦间的作⽤⼒具有加和性解释:(1)⼄烯、润滑油、⽯蜡和聚⼄烯都是-(CH2)-2的同系物,为什么它们的物理状态不同?⼄烯润滑油⽯蜡聚⼄烯n=2 n=16-20 n=20-30 n=1000⽓态液态固态固态抗张强度=200kg/cm2(2)在相同条件,同⼀聚合物的溶解度与其分⼦量有关;(3)为什么可⽤机械降解的⽅法使橡胶分⼦量降低?(4)⾼聚物为什么没有⽓态?3、写出下列化合物的链节结构,并指出有⽆氢键。
若有,是分⼦内的还是分⼦间的?(1)聚氯⼄烯;(2)聚⼄烯醇;(3)尼龙-6和尼龙-66;(4)涤纶;(5)纤维素。
4、写出聚1,2-⼆氟⼄烯和聚偏氟⼄烯可能有的异构体。
5、写出下列聚合物的链式结构:(1)聚丙烯的异构体有;(2)聚丁⼆烯的异构体有。
6、写出2-戊烯聚合时可能有的空间⽴构异构体。
7、回答与聚合物构型有关的问题。
(1)⽤CH2=CH-R及R-CH=CH-R’型单体进⾏定向聚合,分别可以得到哪⼏种有规⽴构聚合物?(2)写出聚氯丁⼆烯可能存在的⽴构规整性⽴体异构休。
(3)⽤R-CH=CH-CH=CH-COOR’单体聚合,理论上可能得到哪⼏种1,4加成的有规聚合物?8、以聚丁⼆烯为例,说明链结构对聚合物性能的影响?9、顺式-1,4聚异戊⼆烯和反式-1,4聚异戊⼆烯具有相同的化学结构,为什么前者在室温正是橡胶,⽽后者却是塑料?10、烯类单体CH2=CHR在聚合过程中,可能有的键接⽅式?试说明这种键接⽅式为什么是主要的?11、⾼压聚⼄烯、低压聚⼄烯和交联聚⼄烯在性能上有何不同?为什么会有这些不同?12、交联对⾼聚物的性能有何影响?13、什么是内旋转异构体?内旋转异构体有什么特点?如何由内旋转异构体与旋光异构体、⼏何异构体的区别来理解构型和构象是不同的概念?为什么说,单个⾼分⼦链已具备了⾼弹性?14、什么是内旋转?为什么内旋转在⾼聚物结构和性能⽅⾯起如此⼤的作⽤?15、何谓柔性链与刚性链?怎样表征柔性?指出⼀种研究柔性链的实验⽅法,并说明其根据。
高分子物理作业习题

高分子物理习题:第一章高分子链的结构一、概念与名词高聚物的结构高分子链结构聚集态结构近程结构远程结构化学结构物理结构构型旋光异构全同立构间同立构无规立构有规立构等规度几何异构顺反异构键接异构序列序列分布数均序列长度支化度交联度IPN Semi-IPN 构象单键内旋转链段近程相互作用远程相互作用无规线团柔顺性平衡态柔顺性动态柔顺性末端距均方末端距根均方末端距均方回转半径最可几末端距自由结合链自由旋转链伸直链等效自由结合链高斯链无扰尺寸空间位阻参数特征比一级近程排斥力二级近程排斥力热塑性聚合物热固性聚合物热力学链段长度动力学链段长度二、基本理论与基本问题1.下列哪种聚合物是热塑性的()a.硬质橡胶b.酚醛树脂c.硫化橡胶d.HDPE2.高压聚乙烯因为在聚合时压力很大,所以产品的密度也高,低压聚乙烯因为聚合时压力低,所以产品密度也低。
()3.所谓自由旋转链,就是键角(θ),内旋转角(θ)均不受限制的高分子链。
()4.高分子在晶体中是规则排列的,只有全同立构或间同立构的高分子才能结晶,无规立构高分子(也有例外)不能结晶。
()5.HPPE聚合时压力很大,LPPE聚合时压力很小。
所以二者的密度a、HPPE>LPPEb、HPPE<LPPEc、HPPE=LPPE6.分子量相同的大分子链,链越柔顺则线团尺寸()a、越小b、越大c、基本不变7.下列高聚物,单个分子链柔顺性最大的是()a、聚已二酸乙二醇酯b、聚丙烯(全同)c、聚二甲基硅氧烷8.α-取代烯烃聚合物,当不对称碳原子在链中的排列方式为DLDL……,则这种聚合物的立构属于()a、全同b、无规c、间同9.高顺1,4-聚异戊二烯在室温下为()a、塑料b、橡胶c、纤维10.按高聚物结构层次的划分,高分子链的构型属于()a、一次结构b、二次结构c、三次结构11.下列三种高聚物中,耐热性最好的是( )a、聚酰亚胺b、尼龙-66c、芳香尼龙12.哪种聚合物在室温下透气性更好()a、等规聚丙烯b、无规聚丙烯13.下列哪种聚合物是热塑性()a、硬质橡胶b、HDPE14.下列哪种聚合物是支链聚合物()a、HDPEb、等规聚丙烯c、LDPE15.等规聚丙烯的大分子链,在晶体中呈螺旋构象。
高分子物理各章节答案第1章

⾼分⼦物理各章节答案第1章第⼀章填空题1、对于聚⼄稀⾃由旋转链,均⽅末端距与链长的关系是()。
解:2、等规聚丙烯经体中分⼦链处于()构象。
解:螺旋3、C5链⾄少有()种构象。
解:94、⾼分⼦链的柔顺性越⼤,它在溶液中的构象数越(),其均⽅末端距越()。
解:多⼩5、聚异戊⼆烯可以⽣成()种有规异构体,它们是()。
解:六顺式1,4加成聚异戊⼆烯,反式1,4加成聚异戊⼆烯,全同1,2加成聚异戊⼆烯,间同1,2加成聚异戊⼆烯,全同3,4加成聚异戊⼆烯,间同3,4加成聚异戊⼆烯判断题1、下列聚合物分⼦链柔顺性的顺序是()硅橡胶>聚异丁烯>聚甲基丙烯酸甲酯>聚⼆甲基苯基醚氧解析:表述正确。
2、-{-CH2CH2-St-}-和-{-CH=CH-St-}-两种聚合物的分⼦链都含有苯环,所以刚性较好,在室温下都可以作为塑料使⽤()解析:⾼分⼦链的柔性与实际材料的刚柔性不能混为⼀谈。
判断材料的刚柔性,必须同时考虑分⼦内的相互作⽤以及分⼦间的相互作⽤和凝聚状态。
3、不同聚合物分⼦链的均⽅末端距越短,表⽰分⼦链柔顺性越好()解析:这种说法是错误的。
4、⾼斯链的均⽅末端距远⼤于⾃由旋转链的均⽅末端距()解析:这种说法是错误的。
5、理想的柔性链运动单元为单键()解析:表述正确。
对于真实的柔性链运动单元为链段。
6、因为天然橡胶相对分⼦质量很⼤,加⼯困难,故加⼯前必须塑炼()解析:表述正确。
7、因为聚氯⼄烯分⼦链柔顺性⼩于聚⼄稀,所以聚氯⼄烯塑料⽐聚⼄稀塑料硬(对?)解析:表述正确。
8、⽆规聚丙烯分⼦链中的-C-C-单键是可以内旋转的,通过单键内旋转可以把⽆规⽴构的聚丙烯转变为全同⽴构体,从⽽提⾼结晶度()解析:全同⽴构及⽆规⽴构指的是⾼分⼦链的构型,⽽要改变构型,必须经过化学键的断裂和重组。
通过单键内旋转只能改变其构象。
9、主链由饱和单键构成的⾼聚物,因为分⼦链可以围绕单键进⾏内旋转,故链的柔性⼤,若主链中引⼊了⼀些双键,因双键不能内旋转,故主链柔顺性下降()解析:当主链含有含有孤⽴双键时,⼤分⼦的柔性也⽐较⼤,由于双键旁的单键内旋转容易,因此柔性好。
高分子物理习题

高分子物理习题第一章绪论一、选择题1.GPC对高聚物进行分级的依据是(B)A.高聚物分子量的大小B.高分子流体力学体积大小C.高分子末端距大小D.高分子分子量分布宽度2.下列哪些方法获得的是数均分子量(BCD)A.粘度法B.冰点下降C.沸点升高D.渗透压E.超离心沉降F.光散射法3.聚合物分子量越大,则熔体粘度(A)对相同分子量聚合物而言,分子量分布越宽,则熔体粘度(B)A.增大B.降低C.相等D.不变4.某一高聚物试样A的分子量约为3×104,试样B的分子量约为7×105,测定试样A的分子量应采用(A)(B)等方法。
测出的分别是(C)(D)分子量。
测定试样B的分子量则宜采用(E)(F)等方法,测出的分别是(G)(各H)分子量。
A.膜渗透压B.粘度法降低C.数均D.粘均E.光散射F.凝胶渗透色谱法G.重均H.各种平均5.分子量相同的线形聚乙烯和支化聚乙烯的混合试样,当采用的溶解度分级时不能将它们分开,这是由于(AB)而采用GPC法则能将它们分开,这是由于(CD)首先被淋洗出来的是(E)A.两者分子量相同B.溶解度相同C.它们的分子尺寸不一样D.流体力立体积不同E.线性聚乙烯6.聚合物没有气态是因为(B)A .聚合物不耐高温B .聚合物分子间力很大C .聚合物的结构具多分散性D .聚合物的分子量具多分散性7.下列哪些方法获得的是数均分子量(BCD )A .粘度法B .冰点下降C .沸点升高D .渗透压E .超离心沉降F .光散射法8.不同用途和不同成型方法对聚合物分子量的大小有不同的要求。
通常是(C )A .合成纤维分子量最高,塑料最低B .塑料分子量最高,合成纤维最低C .合成橡胶分子量最高,合成纤维最低9.下列那种方法可测定聚合物的数均分子量(B )A .超速离心沉降;B .膜渗透压C .黏度D .光散射二、问答与计算题1. 某高聚物10,0000M η=,已知Mark-Houwink 方程中4110/d g -K =⨯I ,α=0.8 Huggins 方程中常数κ=0.33(1)计算c =0.0030g/ml 时,溶液的相对粘度r η。
高分子物理习题答案

高分子物理习题答案第一章高分子链的结构3.高分子科学发展中有二位科学家在高分子物理领域作出了重大贡献并获得诺贝尔奖,他们是谁?请列举他们的主要贡献。
答:(1)H. Staudinger(德国):“论聚合”首次提出高分子长链结构模型,论证高分子由小分子以共价键结合。
1953年获诺贝尔化学奖。
贡献:(1)大分子概念:线性链结构(2)初探[?]=KM?关系(3)高分子多分散性(4)创刊《die 》1943年(2)P. J. Flory(美国),1974年获诺贝尔化学奖贡献:(1)缩聚和加聚反应机理(2)高分子溶液理论(3)热力学和流体力学结合(4)非晶态结构模型6.何谓高聚物的近程(一级)结构、远程(二级)结构和聚集态结构?试分别举例说明用什么方法表征这些结构和性能,并预计可得到哪些结构参数和性能指标。
答:高聚物的一级结构即高聚物的近程结构,属于化学结构,它主要包括链节、键接方式、构型、支化和交联结构等,其表征方法主要有:NMR, GC, MS, IR, EA, HPLC, UV等。
而高聚物的二级结构即高聚物的远程结构,主要包括高分子链的分子量、分子尺寸、分子形态、链的柔顺性及分子链在各种环境中所采取的构象,其表征方法主要有:静态、动态光散射、粘度法、膜渗透压、尺寸排除色谱、中子散射、端基分析、沸点升高、冰点降低法等。
高聚物的聚集态结构主要指高分子链间相互作用使其堆积在一起形成晶态、非晶态、取向态等结构。
其表征方法主要有:x-射线衍射、膨胀计法、光学解偏振法、偏光显微镜法、光学双折射法、声波传播法、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、核磁共振,热分析、力学分析等。
8.什么叫做高分子的构型?试讨论线型聚异戊二烯可能有哪些不同的构型。
答:由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布。
1,2:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规3,4:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规1,4:头-头,顺、反;头-尾,顺、反9.什么叫做高分子构象?假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高其等规度?说明理由。
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第一章1. 1 高分子链的近程结构1.1.1 结构单元的化学组成例1-1以下化合物,哪些是天然高分子化合物,哪些是合成高分子化合物(1)蛋白质,(2)PVC,(3)酚醛树脂,(4)淀粉,(5)纤维素,(6)石墨,(7)尼龙66,(8)PVAc,(9)丝,(10)PS,(11)维尼纶,(12)天然橡胶,(13)聚氯丁二烯,(14)纸浆,(15)环氧树脂解:天然(1)(4)(5)(6)(9)(12)(14),合成(2)(3)(7)(8)(10)(11)(13)(15)1.1.2 构型例1-2试讨论线形聚异戊二烯可能有哪些不同的构型,假定不考虑键接结构(画出结构示意图)。
解:聚异戊二烯可能有6种有规立构体,它们是:常见错误分析:本题常见的错误如下:(1)将1,2加成与3,4加成写反了。
按IUPAC有机命名法中的最小原则,聚异戊二烯应写成而不是即CH3在2位上,而不是在3位上。
(2)“顺1,4加成又分成全同和间同两种,反1,4加成也分成全同和间同两种。
”顺1,4或反1,4结构中没有不对称碳原子,没有旋光异构体。
甲基与双键成120°角,同在一个平面上。
例1-3 环氧丙烷经开环聚合后,可得到不同立构的聚合物(无规、全同、间同),试写出它们的立构上的不同,并大致预计它们对聚合物性能各带来怎样的影响?解:聚环氧丙烷的结构式如下:存在一个不对称碳原子(有星号的),因而有以下全同、间同和无规立构体。
性能的影响是:全同或间同立构易结晶,熔点高,材料有一定强度;其中全同立构的结晶度、熔点、强度会比间同立构略高一点。
无规立构不结晶或结晶度低,强度差。
常见错误分析:“只存在间同立构,不存在全同立构。
”以上写法省略了H,根据上述结构式,似乎只存在间同不存在全同。
这是一种误解,实际上碳的四个价键为四面体结构,三个价键不会在一个平面上。
而在平面上表示的只是一个示意,全同与间同的真正区别在于CH3是全在纸平面之上(或之下),或间隔地在纸平面之上和之下。
例1-4 试述下列烯类高聚物的构型特点及其名称。
式中D表示链节结构是D构型,L是L构型。
1.-D-D-D-D-D-D-D-2.-L-L-L-L-L-L-L-3.—D-L-D-L-D-L-D-L-4.—D-D-L-D-L-L-L-解:(1)全同立构;(2)全同立构;(3)间同立构;(4)无规立构。
常见错误分析:“(1)和(2)是均聚;(3)是交替共聚;(4)是无规共聚。
”这里是将构型与共聚序列混为一谈。
例1-5计算在平面锯齿形间同和全同PVC链中最近邻的两个氯原子的中心之间的距离。
氯原子的范德华直径为0.362nm,从该计算结果,你能得到关于全同PVC链的什么信息?解:对于间同立构PVC(a)从锯齿形碳骨架的平面观察(b)沿链方向观察x=0.251nm;y=2bsin,b=0.177nm,≈109.5?/2,因而y=0.289nm。
两个氯原子的距离为(x2+y2)=0.383nm。
对于全同立构PVC,氯原子的距离x=0.251nm。
因而平面锯齿形PVC链就不可能是全同立构的。
例1-6 写出由取代的二烯CH3—CH=CH—CH=CH—COOCH3经加聚反应得到的聚合物,若只考虑单体的1,4一加成,和单体头一尾相接,则理论上可有几种立体异构?解该单体经1,4一加聚后,且只考虑单体的头一尾相接,可得到下面在一个结构单元中含有三个不对称点的聚合物:即含有两种不对称碳原子和一个碳一碳双键,理论上可有8种具有三重有规立构的聚合物。
(a)(b)(c)(d)(e) (f)(g) (h)图l-5 三重有规立构的聚合物(a)反式——叠同三重全同立构(trans-erythrotriisotactic)(b)顺式——叠同三重全同立构(cis-erythro-triisotactic)(c)反式——非叠同三重全同立构(trans—threotriisotactic)(d)顺式——非叠同三重全同立构(cis-threo-triisotactic)(e)反式——非叠同三重间同立构(trans -threoytrisyndiotactic)(f)顺式——非叠同三重间同立构(cis -threotrisyndiotactic)(g)反式——叠同三重间同立构(trans -erythreoytrisyndiotactic)(h)顺式——叠同三重间同立构(cis -erythreotrisyndiotactic)例1-7 以聚丁二烯为例,说明一次结构(近程结构)对聚合物性能的影响?解:单体丁二烯进行配位聚合,由于1,2加成与1,4加成的能量差不多,所以可得到两类聚合物。
一类是聚1,2-丁二烯,通式是;另一类是聚1,4-丁二烯,通式是。
每一类都可能存在立体异构,如由于一次结构不同,导致聚集态结构不同,因此性能不同。
其中顺式聚1,4-丁二烯规整性差,不易结晶,常温下是无定形的弹性体,可作橡胶用。
其余三种,由于结构规整易结晶,使聚合物弹性变差或失去弹性,不易作橡胶用,其性能之差详见表1-1。
表1-1聚丁二烯的物理性质1.1.3 键接结构和共聚序列例1-8 在聚乙烯醇(PVA)溶液中加入HIO4,假定1、2-乙二醇结构全都与HIO4作用使分子链断裂.在加入前测得PVA的数均相对分子质量为35 000,作用后相对分子质量为 2 200。
试求PVA中头头相接结构的百分数(即每100个结构单元中头头结构数)。
解:注意:-1是因为断裂一个头-头结构会产生两段链,于是头-头结构数总是比链数少1。
分母的“-1”可以忽略,因为链节总数很大,但分子的“-1”不可忽略,因为总共只有16段。
例1-9 聚氯乙烯用锌粉在二氧六环中回流处理,结果发现有86%左右的氯被脱除,产物中有环丙烷结构,而无C=C结构,就此实验事实,说明聚氯乙烯链中单体的键接方式.解:聚氯乙烯中头-尾相接的单元脱除Cl原子后形成环丙烷结构;而头-头相接的单元脱除Cl原子后形成双键。
所以该聚氯乙烯链中单体全部为头-尾相接。
例1-10氯乙烯和偏氯乙烯CH2=C-Cl2 的共聚物,经脱除HCl和裂解后,产物有等,其比例大致为10:1:10(重量),由以上事实,对这两种单体在共聚物中的序列分布可得到什么结论?解这两种单体在共聚物中的排列方式有四种情况(为简化起见只考虑三单元):这四种排列方式的裂解产物分别应为:而实验得到的裂解产物组成是:可见原共聚物中主要为:-V-V-V-······-D-D-D-······的嵌段排列,而如(2)或(3)情况的无规链节很少。
例1-11 有全同立构和无规立构两种聚丙烯,为测定其单体连接顺序,先分别将此两种聚丙烯氯化,并控制每一结构单元平均引入一个C1原子,再脱除HCI,并进一步热裂解成环,则可得到各种取代苯.由裂解色谱分析得知,全同立构的裂解碎片中,1,2,4一三甲苯/1,3,5一三甲苯= 2.5/97.5;而无规立构物的裂解碎片中,这一比例为9.5/90.5。
试由以上实验数据,推断这两种聚丙烯大分子链的单体连接顺序。
解:用例1-7的方法,三单元组-A-A-A-或-B-B-B-均环化得1,3,5三甲苯;而其他三单元组-A-A-B-,-B-A-A-,-A-B-A-,-B-B-A,-A-B-B-,-B-A-B-均环化得1,2,4三甲苯。
所以结论是,无规立构聚丙烯中,单体头-头连接率为9.5%;全同立构聚丙烯中单体头-头连接率为2.5%。
例1-12两种单体A、B以等摩尔量共聚,用图表示三种有代表性的共聚物。
答:-ABABABAB—;-AABABBBA-;-AAAA-BBBBB-……1.2 高分子链的远程结构1.2.1 构象例1-13 (1)由丙烯得到的全同立构聚丙烯有无旋光性?(2)假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高等规度?解:(1)无旋光性。
(2)不能。
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。
例1-14 现有四种碳链高分子,设其中每一种高分子链是由若干个顺式(C)和反式(T)的构象按下列四种方式连接的:(a)T—T—T—T—T;(b)T—C—C—C—T;(c)C—C—C—C—C;(d)T—T—C—T—T.试画出上述四种高分子链的形状示意图;比较它们末端距的长度大小。
解:(1)(2)(3)(4)顺式结构越多,末端距越小。
注意:实际上顺式构象是高能量构象,是不稳定的,聚合物一般采取能量较低的反式和旁式(包括左旁式和右旁式)构象,本题为了在绘图方便,用反式代替旁式。
例1-15计算丁烷分子中与2位碳和3位碳相连的氢原子当处于反式和顺式构象时的最小距离。
解:1.图为反式构象,从碳骨架平面的法线方向观察的视图。
A和B分别代表平面同一侧H2和H3两个氢原子在平面上的投影,假定这两个氢都在靠近读者的一侧。
因为C2A = C3B = lCHcos(t/2),C2D = lCCsin(t/2),C3D = lCCcos(t/2)。
t是正四面体的夹角,lCH和lCC为C-H键和C-C键的长度。
则AB为反式构象时H2和H3的最小距离。
AB = = 0.249nm1.图为顺式构象时C2-C3键与两个氢原子H2和H3构成的平面,C1和C4不在这个平面上。
则AB为顺式构象时H2和H3的最小距离。
AB = lCC-2lCHcos t=0.227nm例1-16 近程相互作用和远程相互作用的含义及它们对高分子链的构象有何影响?解:所谓“近程”和“远程”是根据沿大分子链的走向来区分的,并非为三维空间上的远和近。
事实上,即使是沿高分子长链相距很远的链节,也会由于主链单键的内旋转而会在三维空间上相互靠的很近。
高分子链节中非键合原子间的相互作用——近程相互作用,主要表现为斥力,如中两个C原子上的H原子,两个H原子的范德华半径之和为0.240nm,当两个H原子为反式构象时,其间的距离为0.247 nm ,处于顺式构象时为0.226nm。
因此,H原子间的相互作用主要表现为斥力,至于其它非键合原子间更是如此。
近程相互排斥作用的存在,使得实际高分子的内旋转受阻,使之在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况。
受阻程度越大,构象数就越少,高分子链的柔性就越小。
远程相互作用可为斥力,也可为引力。
当大分子链中相距较远的原子或原子团由于单键的内旋转,可使其间的距离小于范德华距离而表现为斥力,大于范德华距离为引力。
无论哪种力都使内旋转受阻,构象数减少,柔性下降,末端距变大。