高分子材料改性(郭静主编)课后习题标准答案

第一章绪论第二章高分子材料共混改性1.什么是相容性，以什么作为判断依据？是指共混无各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力，其一般以是否能够产生热力学相互溶解为判据。

2.反应性共混体系的概念以及反应机理是什么？是指在不相容或相容性较差的共混体系中加入（或就地形成）反应性高分子材料，在混合过程中（例如挤出过程）与共混高分子材料的官能团之间在相界面上发生反应，使体系相容性得到改善，起到增容剂的作用。

3.高分子材料体系其相态行为有哪几种形式，各自有什么特点，并举例加以说明。

（1）具有上临界混溶温度UCST，超过此温度,体系完全相容,为热力学稳定的均相体系;低于此温度为部分相容,在一定的组成范围内产生相分离。

如:天然橡胶-丁苯橡胶。

（2）具有下临界混溶温度LCST，低于此温度,体系完全相容,高于此温度为部分相容。

如:聚苯乙烯-聚甲基乙烯基醚、聚己内酯-苯乙烯/丙烯腈共聚物。

（3）同时出现上临界混溶温度UCST和下临界混溶温度LCST，如苯乙烯/丙烯腈共聚物-丁腈橡胶等共混体系。

（4）UCST和LCST相互交叠，形成封闭的两相区（5）多重UCST和LCST4.什么是相逆转，它与旋节分离的区别表现在哪些方面？相逆转（高分子材料Ａ或高分子材料B从分散相到连续相的转变称为相逆转）也可产生两相并连续的形态结构。

（1）SD起始于均相的、混溶的体系,经过冷却而进入旋节区而产生相分离,相逆转主要是在不混溶共混物体系中形态结构的变化。

（2）SD可发生于任意浓度,而相逆转仅限于较高的浓度范围（3）SD产生的相畴尺寸微细,而相逆转导致较粗大的相畴,5.相容性的表征方法有哪些，试举例加以说明。

玻璃化转变法、红外光谱法、差热分析(DTA)、差示扫描量热法(DSC) 膨胀计法、介电松弛法、热重分析、热裂解气相色谱等。

玻璃化转变法：若两种高分子材料组分相容，共混物为均相体系就只有一个玻璃化温度，完全不溶，就有两个玻璃化温度，部分相容介于前两者之间。

差示扫描量热法(DSC)：DSC测量试样按升温△T所需热量与参比材料同样升温△T所需热量之差，从而定出试样的玻璃化转变T g。

红外光谱法：对于相容的高分子材料共混体系,由于不同高分子材料分子之间有强的相互作用,其所产生的光谱相对两高分子材料组分的光谱谱带产生较大的偏离(谱带频率的移动和峰形的不对称加宽等)，由此而表征相容性的大小。

6.提高相容性的方法有哪些？举例加以解释。

（1）加强基团间的相互作用，例如苯乙烯和含强极性-CN基团的丙烯腈共聚后，就能和许多高分子材料如聚碳酸酯、聚氯乙烯等形成相容体系。

（2）接枝嵌段共聚共混如嵌段共聚共混制取乙丙橡胶与聚丙烯的共混物。

（3）添加第三组份增容剂LDPE／PP共混物中加入含PP和PE嵌段-EPCAR,提高强度。

（4）形成互穿高分子材料网络(IPN)7.简述增容剂的作用机理，对比反应型增容剂和非反应型增容剂的优劣。

按增容剂与不基体的作用形式可增容剂将分为非反应型和反应型两大类，反应型增容剂是指共混时伴随着化学反应，与共混组分能生成化学键。

而非反应型增容剂只起到“乳化剂”的分散作用，降低其相界面间的张力，从而达到增容的目的。

与非反应型增容剂相比，反应型增容剂具有制造成本低、添加量少、增容效果好、增容效率高等特点，8.试说明高分子材料共混物有哪几种形态结构？高分子材料共混物可分为均相和两相结构。

两相结构中又分为：单向连续结构，两相互锁或交错结构，相互贯穿的两相连续结构。

9.以具体实例说明弹性体增韧，非弹性体增韧、无机粒子的增韧机理。

弹性体增韧：NBR改性PVC，NBR橡胶小球可以作为应力集中体，诱发银纹或剪切带，外力作用的能量通过银纹或剪切带的形成而耗散掉。

非弹性体增韧：在PC韧性基体中添加PS（脆性塑料），当韧性基体受到外力拉伸应力时，会在垂直于拉伸应力的方向上对脆性塑料粒子施以压应力。

脆性粒子在静压力作用下发生塑性形变，将外力作用能量耗散掉。

无机粒子的增韧：PVC里加入纳米CaCO3,受到外力作用时，微小的刚性粒子引发大量银纹，同时塑料基体也产生塑性变形，吸收冲击能量，达到增韧效果。

10.影响刚性粒子增韧的因素有哪些？a.基体韧性：高分子材料基体的初始韧性越大.则增韧的效果越明显b.界面黏结性：为了使在刚性粒子赤道而上产生强应力，必须使基体与填料界而有适当的界而粘合以满足应力传递。

c.粒子大小及用量：刚性粒子的加入量存在一最佳值。

d. 粒间基带厚度e. 分散相模量：分散相的屈服应力与分散相和基质间的界而黏结越接近，才能起到较好的增韧作用。

f. 刚性粒子增韧与基体结晶行为的关系：无机填料对结晶性高分子材料具有成核作用，而填料的表面处理不仅对填料的成核能力有明显的影响，而且使结晶的成长过程发生变化。

11. 简述概念银纹现象相畴最低临界相容温度相容性功能性聚合物共混物银纹现象：玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象---应力发白现象，相畴：在复相聚合物体系中，每一相都以一定的聚集形态存在。

因为相之间的交错，所以连续性较小的相或不连续的相就被分成很多的微小区域。

最低临界相容温度：低于此温度,体系完全相容,高于此温度为部分相容。

“相容性”代表热力学相互溶解，共混时，混合自由焓ΔG m＜0 。

功能性聚合物共混物是指除通用性能之外，具有某种特殊功能（如抗静电性、高阻隔性、离子交换性等）的聚合物共混物。

12.简述聚合物共混物界面层的形成步骤。

分析提高两相之间的办法。

两相之间的相互接触；两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。

增加两相之间的接触面积有利于大分子链段之间的相互扩散、提高两相之间的粘合力。

具体办法：高效率的共混机械；采用IPN技术；采用增容剂。

第三章高分子材料化学改性1．“不同单体对同一种自由基或者是同一种单体对不同自由基具有不同的反应活性”，试解释导致这种差异的原因。

导致这种差异的原因是其取代基的结构效应所致，具体表现在三个方面：（1）共轭效应：取代基的共轭效应越强，则单体愈活泼，而其产生的自由基越稳定，活性越小。

取代基对自由基的共轭效应强弱如下：-Ph，-CH=CH2 > -CN,-COR > -COOR >-Cl > -OCOR , -R > -OR, -H（2）位阻效应位阻效应是指取代的大小、数量、位置对单体共聚的影响。

（3）极性效应取代基的极性也会影响单体和自由基的活性。

带强推电子取代基的单体与带强吸电子取代基的单体组成的单体对由于取代基的极性效应，正负相吸，因而容易生成交替共聚物。

2．自由基共聚合反应的实施方法有哪几种，试对各种方法进行比较并举例说明。

本体聚合溶液聚合悬浮聚合乳液聚合配方成分单体、引发剂单体、引发剂、溶剂单体、引发剂、水和分散剂单体、引发剂、水和乳化剂引发剂油溶性引发剂油溶性引发剂油溶性引发剂水溶性引发剂难度控制难较难易易聚合特点提高反应速率分子量下降，分子量分布加宽伴向溶剂转移分子量小，分子量分布窄提高反应速率分子量下降，分子量分布加宽可同时提高反应速率与分子量生产特征体系温度高设备简单间歇生产产物可直接使用散热容易，可连续生产散热容易，可连续生产，产物要提纯净化散热容易，可连续生产代表产品PS,PVC,HDPE 乙丙橡胶丁苯橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶3.以SBS为例说明其结构特征与合成方法。

SBS的多种制备途径:① BuLi为引发剂，依次加入苯乙烯、丁二烯、苯乙烯相继聚合S→B→S②萘钠使丁二烯先聚合形成双负离子，再在两端引发苯乙烯聚合S←B→S③先制成SB，再用适当偶联剂连接起来 S→B…X…B←S4. 嵌段共聚物不能用自由基共聚反应来制备，需用特殊方法来合成，试举例说明。

方法种类活性聚合（依次加入不同单体）负离子法、正离子法、配位负离子法、自由基法、基团转移法、活性开环聚合法扩链反应法遥爪高分子材料、活性高分子材料、扩链剂逐步聚合法缩聚反应、端基官能团、共缩聚其他方法自由基交联法、缩聚物链交换法、特殊引发剂法、力化学法、光分解法5.试说明接枝共聚物的制备方法及其反应机理。

方法种类机理主链大分子+ 单体引发剂法用自由基聚合引发剂或与主链大分子有关的氧化还原反应引发体系，在主链形成自由基。

也可在主链上形成阳离子或阴离子引发中心链转移法在主链上引入SH等易发生链转移的基团辐射聚合法预辐射处理法和同时辐射处理法光聚合法增加光敏剂或将光敏基团引入主链大分子机械力化学法利用摩擦力来切断主链或侧链来产生自由基6. 试对自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合从单体、引发剂、反应机理、活性种、温度及溶剂条件等方面加以对比说明。

高分子材料吸收紫外线后，会使高分子材料处于高能状态，通过光化学反应，引起高分子材料降解和交联，发生老化现象。

防光氧老化可以通过:①光屏蔽作用；②紫外线吸收作用；③猝灭作用。

7. 论述共聚物结构与性能的关系。

聚合反应自由基聚合离子聚合阳离子聚合阴离子聚合聚合单体弱吸电子基的烯类单体，共轭单体推电子取代基的烯类单体，共轭单体，易极化为负电性的单体吸电子取代基的烯类单体，共轭单体，易极化为正电件的单体引发剂(催化剂) 过氧化物，偶氮化物，氧化还原体系Lewis酸，质子酸，阳离子生成物，亲电试剂碱金属，有机金属化合物，碳阴离子生成物，亲核试剂活性中心自由基C·碳阳离子C+碳阴离子C-阻聚剂生成稳定自由基和稳定化合物的试剂：对苯二酚，DPPH 亲核试剂：水，醇，酸，酯，胺类供给质子的试剂：水，醇，酸等活泼氢物质及CO2，氧等聚合机理双基终止，特征为慢引发、快增长、有终止。

不能双基终止。

通过单分子自发终止，或向单体、溶剂等链转移终止。

特征为快引发、快增长、易转移、难终止。

不能双基终止。

较难发生链终止，需加入其他试剂使之终止。

一般为快引发、慢增长、无终止。

聚合温度一般50～80℃0℃以下0℃以下或室温水、溶剂的影响可用水作溶剂，溶剂对聚合反应影响小水会离子聚合终止。

离子聚合中，溶剂的极性和溶剂化能力，对引发和增长活性中心的形态有极大影响，从而影响聚合速率、产物分子量及立体规整性。

一种离子聚合的溶剂常是另一种离子聚合的链转移剂或终止剂，不可颠倒使用。

聚合方法本体，溶液，悬浮，本体，溶液乳液就共聚物的聚集态结构中链的规整性,共聚物聚物的玻璃化温度,熔点,溶解性,机械性能以及大分子链的降解等几个方面讨论共聚物结构与性能的关系。

规整性好，分子链相互作用强的高分子材料易结晶。

玻璃化温度有公式12121W W Tg Tg Tg =+，无规共聚物的熔点T m 与共聚单体的量的关系：A am m X H R T T ln 110∆-=- 在无规共聚物中加入一些改善材料的吸湿性、防污性、阻燃性和染色性的共聚单体后，其强度等有不同程度的下降。

无规共聚一般会破坏高分子材料的分子规整性，因此会导致高分子材料降解性的提高。