高分子化学答案(第五版)潘祖仁
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1、绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的 含义,以及它们之间的相互关系和区别。答:合成聚合物的原料称做单体, 如加聚中的乙烯、 氯乙烯、 苯乙烯, 缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高 分子由许多结构单元重复键接而成。在烯类加聚物中,单体单元、结 构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有 变化。在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合 成低分子副产物析出, 结构单元的元素组成不再与单体相同。 如果用 2种单体缩聚成缩聚物,则由 2种结构单元构成重复单元。聚合物
2、是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子 量高达 104-106的同系物的混合物。聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。 以重复单元数为基准, 即聚合 物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以 DP 表示;以结构单元 数为基准, 即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值, 以 nX 表 示。2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸 名词的的含义, 以及它们之间的关系和区别。 答:合成高分子多半是 由许多结构单元重复键接而成的聚合物。聚合物(polymer 可以看 作是高分子 (macromolecule 的同义词, 也曾使用 large or big molec
3、ule的术语。从另一角度考虑, 大分子可以看作 1条大分子链,而聚合物 则是许多大分子的聚集体。 根据分子量或聚合度大小的不同, 聚合物 中又有低聚物和高聚物之分, 但两者并无严格的界限, 一般低聚物的 分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。多数场合,聚 合物就代表高聚物,不再标明“高”字。齐聚物指聚合度只有几 几 十的聚合物,属于低聚物的范畴。低聚物的含义更广泛一些。 3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙 -66、聚丁二烯和天然橡胶 的结构式(重复单元。选择其常用分子量,计算聚合度。聚合物 结构式(重复单元聚氯乙烯 -CH2CHCl- n聚苯乙烯 -CH2CH(C6H 5-n涤
4、纶 -OCH2CH 2O OCC 6H 4CO-n 尼龙 66(聚酰胺 -66 -NH(CH2 6NH CO(CH2 4CO-n 聚丁二烯 -CH2CH=CHCH2 -n天然橡胶 -CH2CH=C(CH3CH 2-n聚合物 分子量 /万 结构单元分子量 /万DP=n 特征塑料聚氯乙烯 聚苯乙烯 515103010480024009602900(9622885足够的聚合度, 才能 达到一定强度, 弱极 性要求较高聚合度。纤维60+132=192114+112=226941205380极性, 低聚合度就有 足够的强度橡胶顺 -聚丁二 烯天然橡胶 25302040546846005600(4630-
5、555629005900(2941-5882非极性, 高分子量才 赋予高弹性和强度4. 举例说明和区别:缩聚、聚加成和逐步聚合,加聚、开环聚合和 连锁聚合。答:按单体 -聚合物组成结构变化,可将聚合反应分成缩聚、加聚、 开环聚合三大类;而按机理,可分成逐步聚合和连锁聚合两类。 1缩聚、聚加成和逐步聚合缩聚是官能团单体间多次缩合反应的结果,除了缩聚物为主产物外, 还有低分子副产物产生,缩聚物和单体的元素组成并不相同。 逐步聚合是无活性中心,单体中不同官能团之间相互反应而逐步增 长, 每步反应的速率和活化能大致相同。 大部分缩聚属于逐步聚合机 理,但两者不是同义词。聚加成反应是含活泼氢功能基的亲核
6、化合物与含亲电不饱和功能基 的亲电化合物之间的聚合。属于非缩聚的逐步聚合。2加聚、开环聚合和连锁聚合加聚是烯类单体加成聚合的结果, 无副产物产生, 加聚物与单体的元 素组成相同。连锁聚合由链转移、增长、终止等基元反应组成,其活 化能和速率常数各不相同。 多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合机 理。环状单体 -键断裂后而聚合成线形聚合物的反应称作开环聚合。 近年 来,开环聚合有了较大的发展,可另列一类,与缩聚和加聚并列。开 环聚合物与单体组成相同,无副产物产生,类似加聚;多数开环聚合 物属于杂链聚合物,类似缩聚物。5. 写出下列单体的聚合反应式,以及单体、聚合物的名称。a. CH2=CHF b .
7、 CH2=C(CH3 2 c. HO(CH2 5COOH e. NH2(CH2 6NH + HOOC(CH2 4COOHCH 2-CH 2 CH 2-O | |d.答:序号 单体 聚合物a CH 2=CHF氟乙烯 -CH2-CHF-n 聚氟乙烯b CH 2=C(CH3 2异丁烯 -CH2-C(CH3 2-n 聚异丁烯c HO(CH2 5COOH -羟基己酸-O(CH2 5CO-n 聚己内酯d CH 2CH 2CH 2O 丁氧环 - -CH2CH 2CH 2O-n 聚氧三亚甲基e NH 2(CH2 6NH 己二胺 +HOOC(CH2 4COOH -NH(CH2 6NHCO(CH2 4CO-n 聚
8、己二酰己二胺(聚酰胺 -66, 尼龙 66己二酸6. 按分子式写出聚合物和单体名称以及聚合反应式。属于加聚、缩 聚还是开环聚合,连锁聚合还是逐步聚合?答: a. CH2=C(CH3 2n b. NH(CH2 6NHCO(CH2 4COn c. NH(CH2 5COn d. CH2C(CH3=CHCH2n 序号 单体 聚合物 加聚、缩聚 或开环聚合 连锁、逐步 聚合a CH 2=C(CH3 2异丁烯 聚异丁烯 加聚 连锁b NH 2(CH2 6NH 2己二 胺、HOOC(CH2 4COOH 己二酸 聚已二酰己二胺,尼龙66缩聚 逐步c NH(CH2 5CO 己内酰 胺 尼龙 6 开环 逐步(水或
9、 酸作催化 剂或连锁 (碱作催化 剂d CH 2=C(CH3-CH=CH2异戊二烯聚异戊二烯 加聚 连锁7. 写出下列聚合物的单体分子式和常用的聚合反应式:聚丙烯腈、 天然橡胶、丁苯橡胶、聚甲醛、聚苯醚、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧 烷。答:聚丙烯腈:丙烯腈 CH 2=CHCN 天然橡胶:异戊二烯 CH 2=C(CH3-CH=CH2丁苯橡胶:丁二烯 +苯乙烯 CH 2=CH-CH=CH2+CH2=CH-C6H 5 聚甲醛:甲醛 CH 2O聚苯醚:2, 6二甲基苯酚CH 33OHCH 33O n+O2 聚四氟乙烯:四氟乙烯 CF 2=CF2 2聚二甲基硅氧烷:二甲基硅氧烷Cl-Si-Cl CH 3C
10、H 3O-SiCH 3CH 3n8. 举例说明和区别线形结构和体形结构、热塑性聚合物和热固性聚 合物、非晶态聚合物和结晶聚合物。答:线形和支链大分子依靠分子间力聚集成聚合物,聚合物受热时, 克服了分子间力, 塑化或熔融; 冷却后,又凝聚成固态聚合物。受热 塑化和冷却固化可以反复可逆进行, 这种热行为特称做热塑性。 但大 分子间力过大 (强氢键 的线形聚合物,如纤维素,在热分解温度以 下,不能塑化,也就不具备热塑性。带有潜在官能团的线形或支链大分子受热后, 在塑化的同时, 交联成 体形聚合物, 冷却后固化。 以后受热不能再塑化变形, 这一热行为特 称做热固性。但已经交联的聚合物不能在称做热固性。
11、 聚氯乙烯,生橡胶,硝化纤维:线形,热塑性 纤维素:线形,不能塑化,热分解酚醛塑料模制品,硬橡皮:交联,已经固化,不再塑化 9. 举例说明橡胶、纤维、塑料的结构 -性能特征和主要差别。答:现举纤维、 橡胶、 塑料几例及其聚合度、 热转变温度、 分子特性、 聚集态、机械性能等主要特征列于下表。聚合物 聚合 度 Tg/Tm/分子特性聚集态 机械性能纤 维 涤纶 901269 258 极性 晶态 高强高模 量 尼 龙-665080 50 265 强极性晶态 高强高模 量橡 胶 顺 丁橡胶5000 -108- 非极性高弹态 低强高弹 性 硅 橡胶50001万-123-40 非极性高弹态 低强高弹 性塑
