高分子物理习题集--答案

高分子物理习题集-答案

第一章高聚物的结构

4、高分子的构型和构象有何区别？如果聚丙烯的规整度不高，是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度？

答：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。

构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。构象的改变速率很快，构象时刻在变，很不稳定，一般不能用化学方法来分离。

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，而且分子中的单键内旋转是随时发生的，构象瞬息万变，不会出现因构象改变而使间同PP（全同PP）变成全同PP（间同PP）；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。

5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。

答：按照IUPAC有机命名法中的最小原则，CH3在2位上，而不是3位上，即异戊二烯应写成

CH2C

3CH CH2

1234

（一）键接异构：主要包括1，4-加成、1，2-加成、3，4-加成三种键接异构体。

CH2

n

C

CH3

CH CH2

1,4-加成CH2

n

C

CH3

CH CH2

1，2-加成

2

n

C CH3

CH CH2

3，4-加成

（二）不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。

①顺式1，4-加成

CH 2

CH CH 2

CH 2

C CH 3

C H

CH 3

C C

H

②反式1，4-加成

CH 2

CH 22

CH 2C CH 3

C H

CH 3

C C

H

③

1，2-加成全同立构

CH 2

C C CH 3

C C H

H

H H

CH CH 2CH CH 3

C C H CH 2CH CH

3

④1，2-加成间同立构

C C CH 3

C

C H

H H

CH 3

C C H CH 3

R

R

R

R=CH

CH 2

⑤3，

4-加成全同立构

CH 2C CH

3C C

C C H H H

C C H H

CH 2C CH 3CH 2

C CH

3

H

H

H

⑥3，4-

加成间同立构

C C C

C

H H H

C C H H

R

R

R

R=CH 2

H

H C 3

6．分子间作用力的本质是什么？影响分子间作用力的因素有哪些？试比较聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙-66）、聚丙烯酸各有那些分子间作用力？ 答：分子间作用力的本质是：非键合力、次价力、物理力。 影响因素有：化学组成、分子结构、分子量、温度、分子间距离。 PE 、PP 是非极性聚合物，其分子间作用力为：色散力；

PVC 是极性分子，其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力； 尼龙-66是极性分子，结构为

其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键； 聚丙烯酸是极性分子，结构为 其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键。

8．何谓大分子链的柔顺性？试比较下列高聚物大分子链的柔顺性，并简要说明理由。

答：高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。

这些大分子链的柔顺性排序（按柔顺性依次减小排列）：(2)>(1)>(3) > (4) > (5) 理由：聚异戊二烯分子中含有孤立双键，孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小，分子柔顺性最好，因为键角较大（120o ）且双键上只有一个取代基或一个H 。 聚乙烯是结构规整的分子，氢原子体积小，分子柔顺性也较好 聚氯乙烯含有极性侧基—Cl ，分子间相互作用力较大，分子柔顺性变差 聚对苯二甲酸乙二醇酯主链中含有苯环，使分子链柔顺性更差

CH 2C H Cl

n

3

C CH CH 2

n

N

5

CH 2

n

C 3

CH CH 2

2

CH 2

n

CH 2

1CH 2

C

O

O O

n

C

O 2

4N

N

H

CH 26CH 24C

C

O O

n

H CH 2

n

C O OH C

聚丙烯腈含有强极性侧基，分子间作用力非常大，内旋转位垒高，分子链柔顺性最差。

13．假定聚丙烯中键长为0.154nm ，键角109.5o ，无扰尺寸A=483510nm -⨯，刚性因子（空间位阻参数） 1.76σ=

b 。

答：已知聚丙烯的无扰尺寸A ，且 所以，聚丙烯的分子量

.设聚丙烯的键数为n ，则

所以，聚丙烯的等效自由结合链的链段长度b

所以，聚丙烯的等效自由结合链长度b=1.164nm 。

18．今有三种嵌段共聚物M-S-M ，实验中测定，当聚苯乙烯嵌段（S ）的质量百分数为50%时，在苯溶剂中S 段的均方根长度为10.2nm 。当C-C 键角为109°28′、键长为0.15nm ，假定内旋转不受位垒限制时，求出共聚物中

S 段和M 段（PMMA ）的聚合度。

答：题中条件提示：键角一定，内旋转不受位垒限制，那么可以按自由旋转链来处理。所以，有公式（N —键数，L

—键长）

θ=180°－109°28′=70°32′ cosθ=1/3

(1+cosθ)/(1-cosθ)=2

2

2

1cos 1cos n

n

fr i j

h LiLj NL θ

θ+==-∑∑ 4

A 83510nm -=⨯=22

00

242

(83510)h h M A -==

⨯22

0242

422(83510)h h n M A -=⨯==

⨯2200

2

42

2121(83510)h h n A -==⨯22222

001max 222 1.16423h h b nm L n l ======⎛⎫ ⎪⎝⎭