第1章 《高分子链的结构》习题 及 课件

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13、高分子科学领域诺贝尔奖获得者中,( C )把研 究重点转移到高分子物理方面,逐渐阐明高分子材料结 构与性能之间的关系。 A、H. Staudinger, B、K. Ziegler,G. Natta, C、P. J. Flory, D、H. Shirakawa 14、下列聚合物中,( B )是尼龙。
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三、填空题
1、高分子共聚物的序列结构指两种或两种以上共聚 单体在分子中的排列,二元共聚物可以分为无规型、 交替型、 嵌段 型和 接枝 型共聚物。
2、结晶聚乙烯(PE)的链构象为 平面锯齿型 构象, 聚丙烯PP的链构象为H31螺旋构象,而柔性链高分 子在溶液中均呈 无规线团 构象。
3、构造是指聚合物分子的形状,例如线形高分子, 支化(星型) 高分子和 交联 (梯型) 高分子 等。
2 L max nl sin nl 2 3
h02 b 1.17 nm L max
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3、 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(已知特性比Cn=12) 解: DP=416000/104=4000
n≈2DP=8000
h nl C n = 8000×0.1542×12=2.28×103(nm2)
2、下列聚合物中,( A )是聚异戊二烯(PI)。
A
CH2
C CH3
Cl
CH
CH2
O
O C6H4 C NH C6H4 NH
n
n
B
C
O
O C O CH2 CH2 O n
D C
CH2 CH n
C
3
3、下列有关高分子结构的叙述不正确的是( C )。 A、高分子是由许多结构单元组成的 B、高分子链具有一定的内旋转自由度 C、结晶性的高分子中不存在非晶态 D、高分子是一系列同系物的混合物 4、下列四种聚合物中,不存在旋光异构和几何异构的 为( B )。 A、聚丙烯,B、聚异丁烯, C、聚丁二烯,D、聚苯乙烯
17、下列四种聚合物中,链柔顺性最差的是( D )。 A 聚乙烯, B 聚丙烯, C 顺式聚1,4-丁二烯, D 聚苯乙烯
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18、若聚合度增加一倍,则自由连接链的均方末端 距变为原值的( C )倍。 A、0.5 B、1.414 C、2 D、4
19、在下列四种聚合物的晶体结构中,其分子链构 象为平面锯齿型的为( A )。 A、聚乙烯, B、聚丙烯, C、聚甲醛, D、全同立构聚苯乙烯
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4、构型是指分子中原子在空间的排列,高分子链的构型包括 旋光异构 、 几何异构 和键接异构。
5、随着聚合物的柔顺性增加,链段长度 减小 、刚性因子 减小 、无扰尺寸 减小 、特征比 减小 。 6、高分子共聚物的序列结构指两种或两种以上共聚单体在分 子中的排列,如SBS为 嵌段 共聚物,HIPS为 接枝 共 聚物。 7、构型是指分子中原子在空间的排列,如天然橡胶和古塔波 胶(反式异戊二烯)为 几何 异构,全同聚丙烯和无规聚丙烯 为 旋光 异构。
聚苯乙烯 链段
热塑性弹Baidu Nhomakorabea体
聚丁二烯 链段
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2.1.2 构型(Configurations)
Arrangements fixed by the chemical bonding in the molecule, such as cis (顺式) and trans (反式), isotactic (等规) and syndiotactic (间规) isomers. The configuration of a polymer cannot be altered unless chemical bonds are broken and reformed.
8、自由基聚合制得的聚丙烯酸为( B )聚合物。 A、全同立构,B、无规立构,C、间同立构,D、旋光
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9、下列说法,表述正确的是( A )。 A、工程塑料ABS树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、 苯乙烯组成的三元接枝共聚物。 B、ABS树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀,可提高制品 拉伸强度和硬度。 C、ABS树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性,可改善冲击 强度。 D、ABS树脂中丙烯腈组分利于高温流动性,便于加 工。
CH 2 C H CH 3 C CH 2 CH 2 C H CH 2 C CH 3
CH 2 CH C CH 3 CH 2
3,4-加成
1,2-加成
反式1,4-加成
顺式1,4-加成
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Isotactic 全同立构 Syndiotactic 间同立构
高分子全部由一 种旋光异构单元 键接而成。分子 链结构规整,可 结晶。 两种旋光异构单元 交替键接而成。分 子链结构规整,可 结晶。 两种旋光异构单元 无规键接而成。分 子链结构不规整, 不能结晶。
CH2 CH2
CH2=CH-CH=CH2
CH2 C C
顺式
重复周期:0.816Å
CH2 CH2 C
C
CH2 CH2 C
C
CH2 CH2 C
C
CH2 CH2 C
C
反式
重复周期:0.48Å
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异戊二烯则可形成四种不同的单体单元: 异戊二烯:
CH 3 CH 2 C CH CH 2
CH 3 H2C CH C CH 2
O O C6H4 C NH C6H4 NH
n
A
CH2
C CH3
CH
CH2
n
B
C
Cl
O O C O CH2 CH2 O n
C
CH2
CH n
D
C
8
15、下列说法,表述正确的是( D )。 A、自由连接链为真实存在,以化学键为研究对象。 B、自由旋转链为理想模型,以链段为研究对象。 C、等效自由连接链为理想模型,以化学键为研究 对象。 D、高斯链真实存在,以链段为研究对象。 16、聚乙烯树脂中,( B )是支化高分子。 A、LLDPE, B、LDPE, C、HDPE,D、交联聚乙烯
5、下列四种聚合物中,链柔顺性最好的是( C )。 A、聚氯乙烯, B、聚氯丁二烯, C、顺式聚丁二烯, D、反式聚丁二烯
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6、在下列四种聚合物的晶体结构中,其分子链构象为 H31螺旋构象为( B )。 A、聚乙烯, B、聚丙烯, C、聚甲醛, D、聚四氟乙烯
7、如果不考虑键接顺序,线性聚异戊二烯的异构体种 类数为( C )。 A、6 B、7 C、8 D、11
第二章
一、 概念
高分子链结构习题
1. 柔(顺)性 高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的 性质称为高分子链的柔顺性。
2. 链段 链段是由若干个键组成的一段链作为一个独 立运动的单元,是高分子链中能够独立运动 的最小单位。
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3. 均方末端距 高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均 值。
4. 全同立构 取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子 全部由一种旋光异构单元键接而成。
10、热塑性弹性体SBS是苯乙烯和丁二烯的( C )。 A、无规共聚物, B、交替共聚物, C、嵌段共聚物, D、接枝共聚物
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11、下列四种聚合物中,链柔顺性最差的是( C )。
B
A
CH2 CH2 n
CH2 CH n CN
CH2 CH Cl
n
C
D
CH2 CH n CH3
12、高分子在稀溶液中或高分子熔体中呈现( C )。 A、平面锯齿形构象 B、H31螺旋构象 C、无规线团构象 D、双螺旋构象
8、构造是指聚合物分子的形状,如高密度聚乙烯HDPE是 线型 高分子,低密度聚乙烯LDPE是 支化 高分子,而橡 胶是交联高分子。
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四、判断题
1、通过高分子主链单键内旋转可改变聚合物的等规度。( × ) 2、实际高分子链可以看作等效自由连接链。( √ ) 3、高分子链段可以自由旋转无规取向,是高分子链中能够独 立运动的最小单位。( √ ) 4、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。( × ) 5、不同聚合物分子链的均方末端距越短,表示分子链的柔顺 性越好。( × )
2 2 2 n l / 3
自由旋转链: hmax/ h
2 f ,r
=
2nl
2
=
n 3
=172倍
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2、聚丙烯在环己烷或甲苯中、30℃时测得的空 间位阻参数(即刚性因子)σ=1.76,试计算其等 效自由连接链的链段长度b(已知碳碳键长为 0.154nm,键角为109.5°)
解:
h02 2 h 2 2nl 2 2 fr
20、下列高分子中,( B )可以进行重新熔融,二 次加工制成新的制品。 A、交联聚乙烯,B、线性低密度聚乙烯LLDPE, C、硫化橡胶,D、热固性塑料
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21、下列聚合物具有几何异构的是( B )。 A、1,2-聚丁二烯, B、1,4-聚丁二烯, C、聚甲基丙烯酸甲酯, D、聚丙烯酸甲酯 22、下列聚合物中,不属于碳链高分子的是( D )。 A、聚甲基丙烯酸甲酯, B、聚氯乙烯, C、聚乙烯, D、聚酰胺;
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五、回答下列问题
1、聚丙烯中碳-碳单链是可以转动的,通过单键 的转动能否把全同立构的聚丙烯变为“间同立构” 的聚丙烯?说明理由。
答:不能。全同立构和间同立构是两种不同的立体 构型。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。单键的内旋转只能改变 构象而不能改变构象。所以通过单键的转动不能把 全同立构的聚丙烯变为“间同立构”的聚丙烯。
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2、用钴、镍和钛催化系统可制得顺式构型含量大于 94%的聚丁二烯称作顺丁橡胶,在室温下是一种弹 性很好的橡胶。而用钒或醇烯催化剂所制得的聚丁 二烯,主要为反式构型,在室温下是弹性很差的塑 料。请给出顺式和反式聚丁二烯的分子结构图,并 分析比较它们的结构与性能的差别。 答:双烯类单体1,4加成聚合时,由于主链内双键 不能旋转,故可以根据双键上基团在键两侧排列方 式的不同,分出顺、反两种构型,称几何异构体。 凡取代基分布在双键同侧者称顺式构型,在两侧者 称反式构型。
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其中顺式的1,4—聚丁二烯,分子链与分子链之间的距离较 大,链柔性比较高,在常温下是一种弹性很好的橡胶;反式 1,4—丁二烯分子链与分子链之间的距离较小,分子链的结 构规整,链柔性差,容易结晶,在常温下是弹性很差的塑料。
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六、计算题
1、某单烯类聚合物的聚合度为4×104,试计算分 子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少 倍?(假定该分子链为自由旋转链) 已知DP=4×104 ,化学键数:n=2DP=8×104
弹性和高抗冲击 性能
Rubberlike elasticity. High impact resistance
良好的成型 性能 Good formability
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SBS : Styrene-Butadiene-Styrene
CH2 CH CH2 CH CH CH2 CH2 CH
Hard
Soft
Hard
2 0 2
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2.1.1.3 分子构造 (Architecture)
所谓分子构造解释指聚合物分子的各种形状。 线形高分子 支化高分子
交联或网状高分子
星形高分子
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ABS: Acrylonitrile-Butadiene-Styrene
CH2
CH CN
CH2
CH
CH
CH2
CH 2
CH
耐油性, 高拉伸 强度和硬度 Chemical resistance, high tensile strength and hardness
5. 无规立构 当取代基在平面两侧作不规则分布或者说不同 旋光异构体单元完全无规键接而成。
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二、选择答案
1、高分子科学诺贝尔奖获得者中,( A ) 首先把“高分子”这个概念引进科学领域。 A、H. Staudinger, B、K.Ziegler, G.Natta, C、P. J. Flory, D、H. Shirakawa
Atactic 无规立构
等规度(tacticity): 全同或间同立构单元所占的百分数
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链段(segment)
单个化学键能否独立运动(旋转)?
不能。因为高分子的链式结构,一个键运动必然要带 动附近其它键一起运动。也就是说,一个键在空间的 取向与相连的其它键有关。 假设,高分子链中第 (i+1) 个键的取向与第1个键的取 向无关,那么由这 i 个化学键组成的一段链就可以看成 是一个独立的运动单元,称为“链段”

构型: 是指分子中由化学键所固定的原子在空
间的排列。

要改变构型,必须经过化学键的断裂与重组。
构型不同的异构体有:旋光异构体(立体异构体) 和顺反异构体(几何异构体) 结构单元键接顺序不同所造成的键接异构有时也归 于构型的范畴。
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CH2
C=C
CH2 C=C
CH2
CH2
CH2 C=C
CH2 C=C
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