高分子物理第四版(华幼卿)第1章链结构习题答案-推荐下载

第1章链结构习题答案
2. 什么叫构型和构造？写出聚氯丁二烯的各种可能构型，举例说明高分子链的
构造。

答：（1）构型：分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布。

（2）构造：聚合物分子的各种几何形状。

（3）聚氯丁二烯的各种可能构型：氯丁二烯可以通过不同的聚合方式聚合,得
到构造不同的线型聚合物, 即可以有1,2-加聚、1,4-加聚、3,4-加聚三种不同的加成聚合方式，其结构式如
下：
1,2-加聚全同立构： 1,2-加聚间同立构：
H 2C
C Cl CH
CH 2
H 2C
C Cl CH CH 2H 2C C Cl CH CH 2
H 2C
C
Cl
CH
CH 2
H 2
C
C Cl
CH
CH 2
H 2C
C Cl CH CH 2
H 2C
C Cl CH CH 2
1,2-加聚无规立构：结构式略
1,4-加聚顺式：
C
C
H 2C
H 2C
Cl H
CH 2
C
C
Cl CH 2
H 1,4-加聚反式：
C C
H 2C C H 2
Cl
H
CH 2
C
C
Cl
CH 2
H 3,4-加聚全同立构： 3,4-加聚间同立构：
CH 2
C
Cl CH
CH 2
1
2
3
4
H
C
CCl
CH2 CH2H
C
CCl
CH2
CH2
H
C
CCl
CH2
CH2
H
C
CCl
CH2
CH2
C
H
CCl
CH2
CH2
H
C
CCl
CH2
CH2
CH
CCl
CH2
CH2
3,4-加聚无规立构：结构式略
（4）高分子链的构造实例：线性高分子，支化高分子，交联或网状高分子，星型高分，环状高分子，树枝状高分子等等。

3. 构象与构型有什么区别？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：构型是对分子中的最近邻原子间的相对位置的表征，也可以说，构型是分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

构型不同的异构体有旋光异构和几何异构。

特点：稳定、可分离。

构象是由高分子链单键内旋转而造成分子在空间的各种不同形态。

由于热运动，分子的构象在时刻改变着，高分子链的构象是统计性的。

特点：不分离、不稳定；构象数很大，3N-3。

单键的内旋转不能将i-PP变成s-PP。

因为i-PP和s-PP是构型异构体，要将i-PP变成s-PP，必须改变PP分子链的构型，而改变构型则要经过化学键的断裂与重组，单键内旋转只能改变分子链的构象而不能改变其构型。

5. 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(或称为刚性因子), , 其值越大, 高分子
1
2
202,f r h h σ⎛⎫= ⎪
⎪
⎝⎭链的柔顺性越差.
(2)极限特征比, , 其值越大, 分子链的柔顺性越差.
2
02
lim n h C nl ∞→∞=(3)链段长度b, 其值越大, 分子链的柔顺性越差.
9. 从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异？
（1）聚丙烯晴与碳纤维
答：聚丙烯晴取代基的极性大，相互作用力大，分子链内旋转受阻严重，柔
顺性很差，硬度和刚性较高；碳纤维是由PAN 高温环化、芳构化制得，分子呈
梯型结构，导致分子链刚性更大，可作为耐高温的聚合物的增强填料。

（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；
答：前者APP 分子链结构不规整，不易结晶，用作弹性体；后者IPP 分子链
结构规整，容易结晶，作为塑料。

（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）
答：天然橡胶为顺式结构，分子链间距离较大，不易结晶，柔韧与弹性好，交
联后做橡胶材料；杜仲橡胶为反式结构，分子链的结构规整性好，易结晶，是
一种比较特殊塑料（比通用塑料软，比橡胶硬）
（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯
答：高密度聚乙烯是线性分子结构，易结晶，密度、熔点、结晶度和硬度等方
面均低于低密度聚乙烯；低密度聚乙烯的分子结构的规整度破坏，支化度高，
结晶度大大降低；交联聚乙烯是经适度交联，刚性增加，抗形变性好，耐温性
和耐溶剂性相应提高。

7. 比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释.
(1) > > 取代基的极性大小：极性越大, -CN 极性比-Cl 大，链的柔顺性越差.
(2) > > 主链含有芳杂环, 柔顺性下降; 主链存在共轭双键, 分子链呈刚性，主链中存在-O-键，柔顺性增加；.
(3) < < 式子1内旋转困难（因氯原子基团大）， 主链含有孤立双键, 柔顺性增加.
(4) > >
式子1对称取代基（分子偶极矩极小，易内旋转），分子链柔顺性增加; 极性增加(极性基团密度增加), 柔性下降.
11. 某单烯类聚合物的聚合度为10000, 试估算分子链完全伸展时的长度是其均
方根末端距的多少倍? (假设该分子链为自由旋转链).
解: 单烯类聚合物的主链为碳链, 碳-碳键长为 l =0.154nm, 键角为109.5o . 当聚合度为10000时, 其主链上的化学键数目n =20000. 其完全伸展时的长度为:
max cos 0.1542514.52
L nl nm θ
==⨯=其自由旋转链的均方末端距为:
CH 2CH 2
n
CH 2
H
C
n
Cl
CH 2
H C
CN
CH 2O n
O
n
n
CH 2CH Cl
n
n
CH 2
C
CH
CH 2
n
CH 2
CH
CH
CH 2
CH 2
CH
F
n
CH 2C n F
n
H
C
F
H C
F
(
)2
22
2,1cos 200000.1542948.61cos 2514.581.630.8f r h nl
nm nm nm θθ+==⨯⨯=-==12. 无规聚丙烯在环已烷或甲苯中, 30℃时测得的空间位阻参数为1.76, 试计算其
等效自由结合链的链段长度.
解: 根据空间位阻参数的定义可知:
,其伸直链长度为: ,
22222
20,1cos 1cos f r h h nl
Zb θ
σσθ
+===-max cos 2L nl Zb θ==因此
, 2220max 1.760.1542 1.168h b l nm nm
L σ===⨯=13. 某聚苯乙烯试样的分子量为416000, 试估算其无扰链的均方末端距. (已知特
征比c n =12)
解: 聚苯乙烯试样的分子量为416000, 则其聚合度为:
416000
4000104
=即主链上的化学键的数目为: n =8000.
由特征比的定义可知: , 2220,n f j n h C h nl C ==()
2
22
080000.154122277h nm =⨯⨯=14 聚乙烯主链C-C 键长l 为0.154nm,键角θ为109.5。

,极限特征比C ∞=7.4.试
计算其链段长度b.
解：已知Z=h 2max /h 20, b=
h 2
0/ h max
, h
max =Z
b=nl sin(θ/2),
h
2
0=
Z b 2
由上得知：b=Zb 2/Zb= C ∞.nl 2/h
max = C ∞.nl 2/nlsin(θ/2)= C ∞.l/sin(θ/2) （1）
b≈0.154×7.4/0.83=1.4nm.（2）。