高分子化學(xué)潘祖仁版課后習(xí)題答案解析

1、第一章 緒論思考題1 .舉例說(shuō)明單體、單體單元、結(jié)構(gòu)單元、重復(fù)單元、鏈節(jié)等名詞的含義，以及它們之間的相互關(guān)系和區(qū)別。答：合成聚合物的原料稱(chēng)做單體，如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯，縮聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和對(duì)苯二甲酸等。在聚合過(guò)程中，單體往往轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)單元的形式，進(jìn)入大分子鏈，高分子由許多結(jié)構(gòu)單元重復(fù)鍵接而成。在烯類(lèi)加聚物中，單體單元、結(jié)構(gòu)單元、重復(fù)單元相同，與單體的元素組成也相同，但電子結(jié)構(gòu)卻有變化。在縮聚物中，不采用單體單元術(shù)語(yǔ)，因?yàn)榭s聚時(shí)部分原子縮合成低分子副產(chǎn)物析出，結(jié)構(gòu)單元的元素組成不再與單體相同。如果用 2種單體縮聚成縮聚物，則由2種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成重復(fù)單元。聚合物是指由許多簡(jiǎn)單的

2、結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)鍵接而成的分子量高達(dá)104-10 6的同系物的混合物。聚合度是衡量聚合物分子大小的指標(biāo)。以重復(fù)單元數(shù)為基準(zhǔn)，即聚合物大分子鏈上所含重復(fù)單元數(shù)目的平均值，以DP表示；以結(jié)構(gòu)單元數(shù)為基準(zhǔn)，即聚合物大分子鏈上所含結(jié)構(gòu)單元數(shù)目的平均值，以 式 表示。2 .舉例說(shuō)明低聚物、齊聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子諸名詞的的含義，以及它們之間的關(guān)系和區(qū)別。答：合成高分子多半是由許多結(jié)構(gòu)單元重復(fù)鍵接而成的聚合物。聚合物（polymer ）可以看作是高分子（macromolecule ）的同義詞，也曾使用 large or big molecule 的術(shù)語(yǔ)。從另一角度考慮，大分子可以看作1

3、條大分子鏈，而聚合物則是許多大分子的聚集體。根據(jù)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，但兩者并無(wú)嚴(yán)格的界限，一般低聚物的分子量在幾千以下，而高聚物的分子量總要在萬(wàn)以上。多數(shù)場(chǎng)合，聚合物就代表高聚物，不再標(biāo)明“高” 字。齊聚物指聚合度只有幾幾十的聚合物，屬于低聚物的范疇。低聚物的含義更廣泛一些。3 .寫(xiě)出聚氯乙烯、聚苯乙烯、滌綸、尼龍 -66、聚丁二烯和天然橡膠的結(jié)構(gòu)式（重復(fù)單元）。選擇其常用分子量，計(jì)算聚合度。聚合物結(jié)構(gòu)式（重復(fù)單元）聚氯乙烯-CH 2CHCl- n聚苯乙烯-CH 2CH(CH5)- n滌綸-OCH2CHO OCCHCO-n尼龍66 （聚酰胺-66 ）-NH

4、(CH 2) 6NH CO(CH1 4CO- n聚丁二烯-CH 2CH=CHGH n天然橡膠-CH 2CH=C(CH)CH2- n聚合物分子量/萬(wàn)結(jié)構(gòu)單元分子DP=n特征量/萬(wàn)塑料8002400足夠的聚合度，才能達(dá)到一定聚氯乙烯5159602900強(qiáng)度，弱極性要求較高聚合度。聚苯乙烯1030104(9622885)纖維極性，低聚合度就有足夠的強(qiáng)滌綸60+132=19294120度聚酰胺-66114+112=2265380橡膠非極性，高分子量才賦予高彈順-聚丁二烯25305446005600性和強(qiáng)度(4630-5556)天然橡膠20406829005900(2941-5882)4 .舉例說(shuō)明和區(qū)

5、別：縮聚、聚加成和逐步聚合，加聚、開(kāi)環(huán)聚合和連鎖聚合。答：按單體-聚合物組成結(jié)構(gòu)變化，可將聚合反應(yīng)分成縮聚、加聚、開(kāi)環(huán)聚合三大類(lèi)；而按機(jī)理，可分成逐步聚合和連鎖聚合兩類(lèi)。1)縮聚、聚加成和逐步聚合縮聚是官能團(tuán)單體間多次縮合反應(yīng)的結(jié)果，除了縮聚物為主產(chǎn)物外，還有低分子副產(chǎn)物產(chǎn)生，縮聚物和單體的元素組成并不相同。逐步聚合是無(wú)活性中心，單體中不同官能團(tuán)之間相互反應(yīng)而逐步增長(zhǎng)，每步反應(yīng)的速率和活化能大致相同。大部分縮聚屬于逐步聚合機(jī)理，但兩者不是同義詞。聚加成反應(yīng)是含活潑氫功能基的親核化合物與含親電不飽和功能基的親電化合物之間的聚合。屬于非縮聚的逐步聚合。2)加聚、開(kāi)環(huán)聚合和連鎖聚合加聚是烯類(lèi)單體加成

6、聚合的結(jié)果，無(wú)副產(chǎn)物產(chǎn)生，加聚物與單體的元素組成相同。連鎖聚合由鏈轉(zhuǎn)移、增長(zhǎng)、終止等基元反應(yīng)組成，其活化能和速率常數(shù)各不相同。多數(shù)烯類(lèi)單體的加聚反應(yīng)屬于連鎖聚合機(jī)理。環(huán)狀單體-鍵斷裂后而聚合成線(xiàn)形聚合物的反應(yīng)稱(chēng)作開(kāi)環(huán)聚合。近年來(lái)，開(kāi)環(huán)聚合有了較大的發(fā)展，可另列一類(lèi)，與縮聚和加聚并列。開(kāi)環(huán)聚合物與單體組成相同，無(wú)副產(chǎn)物產(chǎn)生，類(lèi)似加聚；多數(shù)開(kāi)環(huán)聚合物屬于雜鏈聚合物，類(lèi)似縮聚物。5.寫(xiě)出下列單體的聚合反應(yīng)式，以及單體、聚合物的名稱(chēng)。a. CH2=CHFb. CH2=C(CH3)2 c. HO(CH2)5COOH d.產(chǎn)-產(chǎn)e. NH2(CH2)6NH + HOOC(CH 2)4COOHCH2-O答：

7、序號(hào)單體聚合物aCH=CHFM乙烯-CH 2-CHF- n 聚氟乙烯bCH=C(CH)2 異丁烯-CHI-C(CH3)2- n 聚異丁烯cHO(CH)5COOH -羥基己酸-O(CH)5CO- n 聚己內(nèi)酯dCHCHCHO 丁氧環(huán)L-CHCHCHO- n聚氧三亞甲基eNH(CH2)6NH 己二胺 +HOOCgH,COO出二酸-NH（CH 2）eNHCO（CH4CO-卜 n 聚己二酰己二胺（聚酰胺-66，尼龍66）6 .按分子式寫(xiě)出聚合物和單體名稱(chēng)以及聚合反應(yīng)式。屬于加聚、縮聚還是開(kāi)環(huán)聚合，連鎖聚合還是逐步聚合a. 1CH2=C(CH3)2nb. =NH(CH2)6NHCO(CH 2)4COn答

8、：c. iNH(CH 2)5co后d.CH2c(CH3)=CHCH2n序號(hào)單體聚合物加聚、縮聚或開(kāi)環(huán)聚合連鎖、逐步聚合aCH=C(CH)2 異丁烯聚異丁烯加聚連鎖bNH(CH2)6NH2 己二胺、HOOC(GHCOO出二酸聚已二酰己二胺，尼龍66縮聚逐步cNH(CH)5CO己內(nèi)酰胺1尼龍6開(kāi)環(huán)逐步（水或酸作催化劑）或連鎖（堿作催化劑）dCH=C(CH)-CH=CH異戊二烯聚異戊二烯加聚連鎖7 .寫(xiě)出下列聚合物的單體分子式和常用的聚合反應(yīng)式：聚丙烯睛、天然橡膠、丁苯橡膠、聚甲醛、聚苯醴、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷。答：聚丙烯睛：丙烯睛 CH=CHCN天然橡膠：異戊二烯 CH=C（CH）-CH=C

9、H-丁苯橡膠：丁二烯 +苯乙烯 CH=CH-CH=CHCH=CH-GH5-聚甲醛：甲醛CHOCH3CH3- OH +O2 - O | n聚苯L 2, 6二甲基苯酚ch3、ch3聚四氟乙烯：四氟乙烯 CE=CF-2CH3ICl-Si-ClI聚二甲基硅氧烷：二甲基硅氧烷CH3CH3H2O-HCl 一 O-Si fnCH38 .舉例說(shuō)明和區(qū)別線(xiàn)形結(jié)構(gòu)和體形結(jié)構(gòu)、熱塑性聚合物和熱固性聚合物、非晶態(tài)聚合物和結(jié)晶聚合物。答：線(xiàn)形和支鏈大分子依靠分子間力聚集成聚合物，聚合物受熱時(shí)，克服了分子間力，塑化或熔融；冷卻 后，又凝聚成固態(tài)聚合物。受熱塑化和冷卻固化可以反復(fù)可逆進(jìn)行，這種熱行為特稱(chēng)做熱塑性。但大分子

10、間力過(guò)大（強(qiáng)氫鍵）的線(xiàn)形聚合物，如纖維素，在熱分解溫度以下，不能塑化，也就不具備熱塑性。帶有潛在官能團(tuán)的線(xiàn)形或支鏈大分子受熱后，在塑化的同時(shí)，交聯(lián)成體形聚合物，冷卻后固化。以后受熱 不能再塑化變形，這一熱行為特稱(chēng)做熱固性。但已經(jīng)交聯(lián)的聚合物不能在稱(chēng)做熱固性。聚氯乙烯，生橡膠，硝化纖維：線(xiàn)形，熱塑性纖維素：線(xiàn)形，不能塑化，熱分解酚醛塑料模制品，硬橡皮：交聯(lián)，已經(jīng)固化，不再塑化9 .舉例說(shuō)明橡膠、纖維、塑料的結(jié)構(gòu) -性能特征和主要差別。答：現(xiàn)舉纖維、橡膠、塑料幾例及其聚合度、熱轉(zhuǎn)變溫度、分子特性、聚集態(tài)、機(jī)械性能等主要特征列于 下表。聚合物聚合度Tg/ CTm/C分子特性聚集態(tài)機(jī)械性能纖維滌綸90

11、12069258極性晶態(tài)高強(qiáng)高模量尼龍-66508050265強(qiáng)極性晶態(tài)高強(qiáng)高模量1橡 膠順丁橡膠5000-108-非極性高彈態(tài)低強(qiáng)高彈性硅橡膠50001 萬(wàn)-123-40非極性高彈態(tài)低強(qiáng)高彈性塑料聚乙烯15001 萬(wàn)-125130非極性晶態(tài)中強(qiáng)低模量聚氯乙烯600160081-極性玻璃態(tài)中強(qiáng)中模量纖維需要有較高的拉伸強(qiáng)度和高模量，并希望有較高的熱轉(zhuǎn)變溫度，因此多選用帶有極性基團(tuán)（尤其是能 夠形成氫鍵）而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高分子，使聚集成晶態(tài)，有足夠高的熔點(diǎn)，便于燙熨。強(qiáng)極性或氫鍵可以造成 較大的分子間力，因此，較低的聚合度或分子量就足以產(chǎn)生較大的強(qiáng)度和模量。橡膠的性能要求是高彈性，多選用非極性高分子

12、，分子鏈柔順，呈非晶型高彈態(tài)，特征是分子量或聚合度很高，玻璃化溫度很低。塑料性能要求介于纖維和橡膠之間，種類(lèi)繁多，從接近纖維的硬塑料（如聚氯乙烯，也可拉成纖維）到接近橡膠的軟塑料（如聚乙烯，玻璃化溫度極低，類(lèi)似橡膠）都有。低密度聚乙烯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)晶度高，才有較高的熔點(diǎn)（130 C）;較高的聚合度或分子量才能保證聚乙烯的強(qiáng)度。等規(guī)聚丙烯結(jié)晶度高，熔點(diǎn)高（175C）,強(qiáng)度也高，已經(jīng)進(jìn)入工程塑料的范圍。聚氯乙烯含有極性的氯原子，強(qiáng)度中等；但屬于非晶型的玻璃態(tài)，玻璃化溫度較低。使用范圍受到限制。10 .什么叫玻璃化溫度橡膠和塑料的玻璃化溫度有何區(qū)別聚合物的熔點(diǎn)有什么特征答：玻璃化溫度及熔點(diǎn)是最重要的熱

13、轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化溫度是聚合物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)的熱轉(zhuǎn)變溫度。受外力作用，玻璃態(tài)時(shí)的形變較小，而高彈態(tài)時(shí)的形變較大，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)就是玻璃化溫度， 可用膨脹計(jì)或熱機(jī)械曲線(xiàn)儀進(jìn)行測(cè)定。玻璃化溫度是非晶態(tài)塑料 （如聚氯乙烯、聚苯乙烯等）的使用上限溫度，是橡膠（如順丁橡膠、天然橡膠等）的使用下限溫度。引入極性基團(tuán)、位阻較大的芳雜環(huán)和交聯(lián)是提高玻璃化溫度的三大途徑。變點(diǎn)是晶態(tài)轉(zhuǎn)變成熔體的熱轉(zhuǎn)變溫度。高分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般聚合物很難結(jié)晶完全，因此往往有一熔融范 圍。熔點(diǎn)是晶態(tài)聚合物的使用上限溫度。規(guī)整的微結(jié)構(gòu)、適當(dāng)極性基團(tuán)的引入都有利于結(jié)晶，如低密度聚 乙烯、等規(guī)聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺 -66等。在聚合物合成階

14、段，除平均分子量和分布外，玻璃化溫度和熔點(diǎn)往往是需要表征的重要參數(shù)。計(jì)算題1.求下列混合物的數(shù)均分子量、質(zhì)均分子量和分子量分布指數(shù)。a、組分 A:質(zhì)量=10g ,分子量=30 000 ; b、組分 B:質(zhì)量=5g ,分子量=70 000 ;c、組分C:質(zhì)量=1g ,分子量=100 000解：數(shù)均分子量m ni M imiM n nini(mi / M i)10 5 110/30000 5/70000 1/10000038576質(zhì)均分子量m,MmiWiMi10 30000 5 70000 1 10000010 5 146876分子量分布指數(shù)M w / M n =46876/38576 =2.等質(zhì)

15、量的聚合物A和聚合物B共混，計(jì)算共混物的 Mn和Mw聚合物 A : M n =35,000,Mw =90,000 ；聚合物B:M n=15,000,M w =300,000解:MwMn2mm mMA MBm.M wa m.M wb2m21000195000第2章縮聚與逐步聚合計(jì)算題1 .通過(guò)堿滴定法和紅外光譜法，同時(shí)測(cè)得g聚己二酰己二胺試樣中含有10-3mol竣基。根據(jù)這一數(shù)據(jù),計(jì)算得數(shù)均分子量為8520。計(jì)算時(shí)需作什么假定如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的可靠性如該假定不可靠，怎樣由實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定正確的值解：Mnmi,mi 21.3g，M n Ni21.385203)2.5*10 3Ni 2.5*103上述計(jì)

16、算時(shí)需假設(shè)：聚己二酰己二胺由二元胺和二元酸反應(yīng)制得，每個(gè)大分子鏈平均只含一個(gè)竣基，且竣基數(shù)和胺基數(shù)相等?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)定大分子鏈端基的。悌口 NH摩爾數(shù)以及大分子的摩爾數(shù)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)的可靠性，如果大分子的摩爾數(shù)等于COOHf口 NH的一半時(shí)，就可假定此假設(shè)的可靠性。用氣相滲透壓法可較準(zhǔn)確地測(cè)定數(shù)均分子量，得到大分子的摩爾數(shù)。堿滴定法測(cè)得竣基基團(tuán)數(shù)、紅外光譜法測(cè)得羥基基團(tuán)數(shù)2 .羥基酸HO-(CH)4-COOHa行線(xiàn)形縮聚，測(cè)得產(chǎn)物的質(zhì)均分子量為18,400 g/mol-1,試計(jì)算：a.竣基已經(jīng)釀化的百分比b.數(shù)均聚合度c.結(jié)構(gòu)單元數(shù)Xn解：已知 Mw 18400,M 0100根據(jù)Xw室和低p得：p=

17、,故已酯化竣基百分?jǐn)?shù)為 %PMwMnP,Mn9251XnMnM0925110092.513 .等摩爾己二胺和己二酸進(jìn)行縮聚，反應(yīng)程度p為，試求數(shù)均聚合度 Xn、DP和數(shù)均分子量 Mn,并作Xn p關(guān)系圖。解:P1 P25102050100200DP=X/215102550100M=113; X=18244583114822783781566811318226188.等摩爾的乙二醇和對(duì)苯二甲酸在280c下封管內(nèi)進(jìn)行縮聚，平衡常數(shù)K=4,求最終Xn。另在排除副產(chǎn)物水的條件下縮聚，欲得 Xn 100,問(wèn)體系中殘留水分有多少解:XnKK 100：pnwnwnw4*104 mol / L9.等摩爾二元醇

18、和二元酸縮聚，另加醋酸。為 p=或時(shí)聚酯的聚合度多少解：假設(shè)二元醇與二元酸的摩爾數(shù)各為1mol,則醋酸的摩爾數(shù)為。Z=2mol, Nb=2mol, Nb 0.015molNar Nb 2Nb,2 2*0.0150.985當(dāng)p=時(shí),0.9851 0.985 2* 0.985* 0.99579.88當(dāng)p=時(shí),Xn1 0.9851 r 2rp1 0.985 2* 0.985* 0.999116.9810.尼龍1010是根據(jù)1010鹽中過(guò)量的癸二酸來(lái)控制分子量,如果要求分子量為20000,問(wèn)1010鹽的酸值應(yīng)該是多少（以 mg KOH/g計(jì)）解：尼龍1010重復(fù)單元的分子量為338,則其結(jié)構(gòu)單元的平均

19、分子量M=169Xn20000118.34169假設(shè)反應(yīng)程度p=1,Xn1 r 2rpr-,r r0.983尼龍1010鹽的結(jié)構(gòu)為:NH+ (CH)NHOOCX CH) 8COO 分子量為 374 o由于癸二酸過(guò)量，假設(shè)Na （癸二胺）=1Nb （癸二酸）=,則M(KOH) 2(1.0173 1) 56 2Na M10103745.18(mgKOH /g1010鹽)11.己內(nèi)酰胺在封管內(nèi)進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合。按1 mol己內(nèi)酰胺計(jì)，加有水、醋酸，測(cè)得產(chǎn)物的端竣基為mmol,端氨基。從端基數(shù)據(jù)，計(jì)算數(shù)均分子量。解：NH（CH）5CO +H2OHO-CO（CH） 5NH-HNH(CH)5CO +CHCOO

20、-HO-CO(CH) 5NH-COCH3MnX 1 113 17 0.0198 1 0.0023 43 0.01755762.2 鄰苯二甲酸酊與甘ni0.0198油或季戊四醇縮聚，兩種基團(tuán)數(shù)相等，試求:a.平均官能度 b. 按Carothers法求凝膠點(diǎn)c.按統(tǒng)計(jì)法求凝膠點(diǎn)解：a、平均官能度:1)甘油：f2.42)季戊四醇:1- 2.67b、Carothers法:1)甘油：pc0.8332)季戊四醇:Pcc、Flory統(tǒng)計(jì)法:1)甘油：pcr2)季戊四醇:Pc2.420.7492.671/2r (f 2)0.703,r 1,11/2r r (f 2)0.577,r 1,116. AA BR備混

21、合體系進(jìn)行縮聚，NAkNkq A3中A基團(tuán)數(shù)占混合物中 A總數(shù)（）的10%試求p=時(shí)的X n以及X = 200時(shí)的p。 n解：N0=Nb0=, A3中A基團(tuán)數(shù)占混合物中 A總數(shù)（）的10%,則備中A基團(tuán)數(shù)為，A3的分子數(shù)為 mol。NA2=;N3=；NB2=NAfANBfB NC fcNa NbNc1.5 1.35 0.12.034Xn2 pf當(dāng)P=時(shí)，Xn2 0.97 2.03474Xn 200時(shí)，Xn22 pf22 2.034pp=18.制備醇酸樹(shù)脂的配方為季戊四醇、鄰苯二甲酸酊、丙三竣酸 C3H (COOH 3,問(wèn)能否不產(chǎn)生凝膠而反應(yīng)完全解：根據(jù)配方可知醇過(guò)量。-2 (0.5 2 0.4

22、9 3)f 2.2451.21 0.5 0.492，pc =0.89,所以必須控制反應(yīng)程度小于過(guò)不會(huì)產(chǎn)生凝膠。f第三章 自由基聚合 (這章比較重要)思考題2. 下列烯類(lèi)單體適于何種機(jī)理聚合自由基聚合、陽(yáng)離子聚合還是陰離子聚合并說(shuō)明原因。CH2 =CHClCH2=CCl2CH2=CHCNCH2=C(CN)2CH2=CHCH3CH2 =C(CH3) 2CH2=CHC6H5CF2 =CF2 CH 2 =C(CN)COOR CH2 =C(CH3)-CH=CH2答：CH=CHCl:適合自由基聚合，Cl原子的誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子基團(tuán)，但共軻效應(yīng)卻有供電性，兩者相抵后，電子效應(yīng)微弱。CH=CCl2：自由基及陰離

23、子聚合，兩個(gè)吸電子基團(tuán)。CH=CHCN自由基及陰離子聚合，CN為吸電子基團(tuán)，將使雙鍵電子云密度降低，有利于陰離子的進(jìn)攻，對(duì)自由基有共軛穩(wěn)定作用。CH2=C(CN)2 ：陰離子聚合，兩個(gè)吸電子基團(tuán)(CN)。CH=CHCH:配位聚合，甲基(CH)供電性弱，難以進(jìn)行自、陽(yáng)、陰三種聚合，用自由基聚合只能得無(wú)定型蠟狀物低、分子量，用陰離子聚合只能得到低分子量油狀物。CH2=C(CH3) 2 ：陽(yáng)離子聚合，CH3 是供電子基團(tuán)，與雙鍵有超共軛。CH=CH(6H5:三種機(jī)理均可，共軻體系電子容易極化和流力。CF=CF2：自由基聚合，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，但氟原子半徑小，F(xiàn)體積小使四取締啊仍聚合。CH=C(CN)COOR

24、陰離子聚合，取代基為兩個(gè)吸電子基(CN及COOR ,兼有共軻效應(yīng)。CH=C(CH)-CH=CH:三種機(jī)理均可，共軻體系。3. 下列單體能否進(jìn)行自由基聚合，并說(shuō)明原因。CH2=C(C6H5) 2 ClCH=CHCl CH 2=C(CH3 )C2H5 CH 3CH=CHC3HCH2=CHOCOC3 H CH 2=C(CH3)COOCH3 CH 3CH=CHCOO3CHCF 2=CFCl答：CH2=C(C6H5) 2：不能，兩個(gè)苯基取代基位阻大小。ClCH=CHCl不能，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。CH2=C(CH3)C2H5 ：不能，二個(gè)推電子基，只能進(jìn)行陽(yáng)離子聚合。CHCH=CHGH不能，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。CfCHOCO

25、CH醋酸乙烯酯，能，吸電子基團(tuán)。CH=C(CH)COOCH甲基丙烯酸甲酯，能。CHCH=CHCOOCH不能，1, 2雙取代，位阻效應(yīng)。CF=CFCl:能，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，F(xiàn)原子小。計(jì)算題1. 甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行聚合，試由 H 和 S 來(lái)計(jì)算 77、 127、 177、 227時(shí)的平衡單體濃度，從熱力學(xué)上判斷聚合能否正常進(jìn)行。解：由教材P64 上表 3-3 中查得：甲基丙烯酸甲酯H =mol，S =mol k平衡單體濃度：lnMeT=77C=,lnMe*10-3mol/LT=127C =lnMeT=177C =lnMeT=227C =lnMe從熱力學(xué)上判斷,甲基丙烯酸甲酯在77C、127C、177c

26、下可以聚合，在 227上上難以聚合。因?yàn)樵?27 C時(shí)平衡單體濃度較大。時(shí)間/h0DCPtM度 /(molL-1)2. 60 C過(guò)氧化二碳酸二環(huán)己酯在某溶劑中分解，用碘量法測(cè)定不同時(shí)間的殘留引發(fā)劑濃度，數(shù)據(jù)如下,試計(jì)算分解速率常數(shù)（s-1）和半衰期（h）。解：過(guò)氧化二碳酸二環(huán)己酯的分解反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，引發(fā)劑濃度變化與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系為：3 -kdtIo通過(guò)以ln 口上對(duì)t作圖，利用最小二乘法進(jìn)行回歸得一條直線(xiàn)y 0.589x ,斜率為-kd。I得到：kd=*10-4s-10.693豐京期：t1/2 1.176hkd40 c 和 80 c溫度/ c50分解速率常數(shù)/s -110-610-510-5

27、3.在甲苯中不同溫度下測(cè)定偶氮二異丁睛的分解速率常數(shù)，數(shù)據(jù)如下，求分解活化能。再求下的半衰期，判斷在這兩溫度下聚合是否有效。解：分解速率常數(shù)、溫度和活化能之間存在下列關(guān)系: kd Ae E/RTln kd ln A Ed /RT ,以lnkd x1/T作圖，斜率為Ed /R,截距為ln A。采用最小二乘分法進(jìn)行回歸，得:ln kd33.93615116/TEd/R15116Ed=*15116=mol當(dāng)t=40 =時(shí)kdexp( 15116/313.15+1n 2 ooo 彼 ht1/ 27323.6 h5.95 1033,936)5.9510 7當(dāng)t=80 =時(shí)kd exp( 15116 /3

28、53.1533,936) 1.4110 4ln 2t1/2 41.36h1.41 10 4以此可見(jiàn)，在40c下聚合時(shí)引發(fā)劑的半衰期太長(zhǎng)，聚合無(wú)效，而在80c下聚合是有效的。6.苯乙烯溶液濃度 molL-1,過(guò)氧類(lèi)引發(fā)劑濃度為10-3molL-1,在60c下聚合，如引發(fā)劑半衰期44h,引發(fā)劑效率f=, kp=145 L(mols) -1 , kt= 107 L(mols) -1,欲達(dá)到 50%專(zhuān)化率，需多長(zhǎng)時(shí)間解：kd0.6934.375 10 6s 1t1/20.01575 h 1a.當(dāng)引發(fā)劑濃度隨時(shí)間不變時(shí):lnfkd 1/21/2.kp() I tktln1 0.50145 (0.8 4.

29、375 107.0 1076一)1/2(4.0 103)1/2t0.693 7 94hr 145 2.236 100.0632b.t1/ 244h,I 隨轉(zhuǎn)化率而變kp管即10/2(1 ekdt/2)dt2.19 10 6t0/2(1e kdt/2)dt170.7h7.過(guò)氧化二苯甲酰引發(fā)某單體聚合的動(dòng)力學(xué)方程為:R,=KpM( fkd/k t) 1/2I 1/2,假定各基元反應(yīng)的速率常數(shù)和f都與轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)，M 0=2 molL -1, I= molL-1極限轉(zhuǎn)化率為10%若保持聚合時(shí)間不變，欲將最終轉(zhuǎn)化率從10%提高到20%,試求:(1) M0增加或降低多少倍(2) I 0增加或降低多少倍I

30、0改變后，聚合速率和聚合度有何變化(3)如果熱引發(fā)或光引發(fā)聚合，應(yīng)該增加或降低聚合溫度Ed、Ep、Et 分別為 124、32 和 8 kJmol，解：(題意有修改)低轉(zhuǎn)化率下聚合動(dòng)力學(xué)方程:Rp kpM fkdkt1/2I1/2ln汕 Mfkd kt1/2I1/2t1/2令k kpfkd kt湍 I1/2 lnI(1 C) L1/2 kt(1)當(dāng)聚合時(shí)間固定時(shí),C與單體初始濃度無(wú)關(guān)，故當(dāng)聚合時(shí)間一定時(shí)，改變M0不改變轉(zhuǎn)化率。(2)當(dāng)其它條件一定時(shí),改變I 0 ，則有:ln -1LlnC11C21/21/2I01 /I02I 20%I 10%4.51 ,即引發(fā)劑濃度增加到倍時(shí)，聚合轉(zhuǎn)化率可以從1

31、0%曾加到20%由于聚合速率Rp1/2Io ，故Io增加到倍時(shí)，Rp增加倍。聚合度XnI01/2,故I 0增加到倍時(shí)，X n下降到原來(lái)。即聚合度下降到原來(lái)的1/ 。(3)引發(fā)劑引發(fā)時(shí),體系的總活化能為:Ed90kJ / mol 2熱引發(fā)聚合的活化能與引發(fā)劑引發(fā)的活化能相比，相當(dāng)或稍大，溫度對(duì)聚合速率的影響與引發(fā)劑引發(fā)相當(dāng),要使聚合速率增大，需增加聚合溫度。光引發(fā)聚合時(shí)，反應(yīng)的活化能如下：E Ep 旦 28kJ/molP 2上式中無(wú)Ed項(xiàng)，聚合活化能很低，溫度對(duì)聚合速率的影響很小，甚至在較低的溫度下也能聚合，所以無(wú)需增加聚合溫度。8.以過(guò)氧化二苯甲酰做引發(fā)劑，苯乙烯聚合各基元反應(yīng)的活化能為Ed

32、123KJ /mol,Ep 32.6KJ /mol,Et 10KJ /mol ,是比較從 50c增至 60c以及從 80c增至90c聚合速率和聚合度的變化。光引發(fā)的情況又如何E Ep 互互 90.1kJ / molp22AeE/RT90100k50Ae 8.314 323.152.725 1015 A7.462 10 15 A,所以2.748同理 k90 2.236k80_ EtEdE E - 34.9kJ/molp 22X 60X50X90X 80k 60k 50k 90.k 80AeE/RT60Ae E/RT50Ae E/RT90Ae e/RT800.6770.7219.以過(guò)氧化二苯甲酰為

33、引發(fā)劑，在60 c進(jìn)行苯乙烯聚合動(dòng)力學(xué)研究，數(shù)據(jù)如下:a. 60 C苯乙烯的密度為gcm-3; b.引發(fā)劑用量為單體重的 c. Rp= 10-4 mol(Ls) -1; d.聚合度=2460;e.f =; f.自由基壽命=s 。試求kd、 kp、kt,建立三常數(shù)的數(shù)量級(jí)概念，比較M和M 的大小，比較R、解:R、R的大小。0.887 1000M1048.529mol / LI0.887 1000 0.109%3.99524210 3mol /LC/2 DRp ,Xn Rt偶合終止：C=,歧化終止：D=元 246Q2460(0.77/2 0.23) 1512.9Rt4Rp 0.255 101512

34、.91.6855108 mol / L.sMRt1.6855 10 8Rt1.6855 108 0.821.382 10 8mol /LM M 1.685510 82 0.8 3.995 10 32.64 10 6S 1可見(jiàn)，ktkp,但MM?,因此RR;所以可以得到高分子量的聚合物。Rd10-8kd10-6MRp10-5kp102M X 10-8R10-8kt10712.以過(guò)氧化特丁基作引發(fā)劑，60c時(shí)苯乙烯在苯中進(jìn)行溶液聚合，苯乙烯濃度為mol L-1,過(guò)氧化物濃kpRpMM ?0.255 10 48.529 1.382 10 822.163 102(mol/l.s)ktRt2M ?21.

35、6855 10 82 (1.382 10 8)24.41 107 (l /mol.s)度為 L-1,初期引發(fā)速率和聚合速率分別為10-11和10-7 mol (L s) -1 o苯乙烯-苯為理想體系，計(jì)算(fkd)、初期聚合度、初期動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)和聚合度，求由過(guò)氧化物分解所產(chǎn)生的自由基平均要轉(zhuǎn)移幾次，分子 量分布寬度如何計(jì)算時(shí)采用下列數(shù)據(jù):ml-1 ,苯的密度gml-1C= 10-5, C= 10-4, CS= 10-6, 60c下苯乙烯密度為 g解：M=LI=LR 4.0 1011mol/(L.s)R 2fkdI10Ri4.0 10 11fkd 2I 2 0.01Rp1.5 10 7mol /(

36、L.s)104(1 ) 839S 887 9.50mol/L78Rp3750Ri60C,苯乙烯偶合終止占77%,歧化終止占23%若無(wú)鏈轉(zhuǎn)移,(Xn)。C/2 D37500.77/2 0.236097.56若同時(shí)發(fā)生單體、引發(fā)劑和溶劑轉(zhuǎn)移，則按下式計(jì)算:Xn (Xn)CM CIIM6097.562.69 10 458.0 10 53.24 0.016 9.5102.3 10 1.01.0Xn 3717過(guò)氧化物分解產(chǎn)生的自由基平均轉(zhuǎn)移次數(shù)RtrmRrI RrSRktrmMM?ktrsSM?KrI IM ?Ri過(guò)氧化物分解產(chǎn)生的自由基平均轉(zhuǎn)移次數(shù)生(Cm Cs& Ci 里)RiMM(Cm Cs0 C

37、i 叫SM IM54 0.013750(8.0 10 5 3.2 10 4 1.06 9.5、2.3 10 )1.00.39413.按上題制得的聚苯乙烯分子量很高，常加入正丁硫醇（CS=21）調(diào)節(jié)，問(wèn)加多少才能制得分子量為萬(wàn)的R/ mol(Ls) -11015Xn8350555033301317592358聚苯乙烯加入正丁硫醇后，聚合速率有何變化60C,某單體由某引發(fā)劑引發(fā)本體聚合，M= molL-1,聚合速率與數(shù)均聚合度有如下關(guān)系：解：（Xn）。3717Xn48.5 1041041817.3 3717817.321國(guó)15S 4.545 10 mol/L加入正丁硫醇后，聚合速率變化不大。14.

38、聚氯乙烯的分子量為什么與引發(fā)劑溶度無(wú)關(guān)而盡決定于聚合溫度試求40 C ,50 C , 55 C, 60攝氏度下聚氯乙烯的平均聚合度。1,Xn 與引發(fā)劑無(wú)關(guān)，有溫度控制 CmT 40 Cm 125exp（ 30.5 103/8.314 313.15） 1.021 10 3一 1Xn 979 Cm1 一 1 一 1同理可得 t=50 CT=55CT=60C時(shí) Xn= 681 Xn = 573 Xn= 484CMCMCM15.用過(guò)氧化二苯甲酰作引發(fā)劑，苯乙烯在60c下進(jìn)行本體聚合，試計(jì)算鏈引發(fā)、向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移、向單體轉(zhuǎn)移三部分在聚合度倒數(shù)中所占的百分比。對(duì)聚合有何影響計(jì)算時(shí)用下列數(shù)據(jù)：I= molL-

39、1,f=;kd=106s_1,kp=176 L(mol s)-1 ,kt=107 L(mol s)-1 ,(60 )= gml.1, C=; Cm=10-4o解：I=LM=*1000/104=LkpM176 8.532(fkdkt)1/2 I 1/21C/2 D ,=0.85Xn494.5,494.52 (0.8 2.0 10 6 3.6 107 0.04)1/210 4 0.05 04 1.5635 10 38.53偶合終止：C=,歧化終止:D=( = )0Xn179.57%XnCT 543%XnCIL 15%1Xn第4章自由基共聚合思考題1.見(jiàn)書(shū)119頁(yè)2.見(jiàn)書(shū)120121頁(yè)，注意五個(gè)假設(shè)

40、門(mén)中產(chǎn)】叫1 _陷i%耳=rf=O小蟲(chóng)行-1/2n0 r產(chǎn)0中產(chǎn)LM+2力由丁 I用必f A/JaK 十 人rjz-0,兩單體發(fā)生交替共聚；r ir2越趨7.根據(jù)CL乘積的大小，可以判斷兩種單體交替共聚的傾向。即于0,交替傾向越大。由 。e方程計(jì)算各單體rr2值得:邛限i( j二部】F1n門(mén)口甲蛆內(nèi)燒酸甲命0.250.730.1 S7?內(nèi)烯酸甲酷0.05U 760.08采乙烯力福1()7WA斗米的5.74 x nrU.3251.WX103制酸乙就口山135S.450.49丙襦暗0,020.006上述單體與丁二烯產(chǎn)生交替共聚的次序?yàn)椋厚R來(lái)酸酊 丙烯睛丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸甲酯 醋酸乙烯 苯乙原因

41、：極性效應(yīng)，馬來(lái)酸好的取代基吸電性強(qiáng)，馬來(lái)酸醉與苯乙烯極性相差最大易交替共聚計(jì)算題5一（1） 5（乙始一醋改乙轆曲 F=L68 n=0.230.85r, ”、齊力1祁X09、0被 xO.ll/嘲十2人力十以片 b68xOr89: +2x089x(JJl + O.23xO,ltJ .口)中娛丙端酸甲種I-藻乙茹ri-032 r；=0.46 m尸15%同理司徨gO.lW h =0.2272、甲基丙烯酸甲酯（M）濃度=5mol/L ,5-乙基-2-乙烯基叱咤濃度=imol/L ,競(jìng)聚率：n=,r2=;a、計(jì)算聚合共聚物起始組成（以摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)）,b、求共聚物組成與單體組成相同時(shí)兩單體摩爾配比。解：甲基

42、丙烯酸甲酯（M）濃度為5mol/L , 5-乙基-2-乙烯基叱咤濃度為 1mol/L ,所以fi0 1,f2060 200Fi0ri fifi f222 0.7250 2o oo 2ri fi2 fi f2 2 f2即起始共聚物中，甲基丙烯酸甲酯的摩爾含量為因?yàn)椋瑀ii,2i,此共聚體系為有恒比共聚點(diǎn)的非理想共聚，在恒比共聚點(diǎn)上配料時(shí)，所得的共聚物組成與單體組成相同，有f1fl 2i r20.34rir2所以，兩單體摩爾配比為:Mi 0fi0.34 i7M20f20.66 333、氯乙烯（=）與醋酸乙烯酯（口=）共聚，希望獲得初始共聚物瞬時(shí)組成和85%專(zhuān)化率時(shí)共聚物平均組成為5% （摩爾分?jǐn)?shù)）

43、醋酸乙烯酯，分別求兩單體的初始配比。解：（i）當(dāng)共聚物中醋酸乙烯酯的初始含量為5%寸，將F： 95%,F20 5%帶入下式:Fi0一 2ri fifi”/0 2000ri fi2 fi f2r2 f2fi0 0.92,M10fl0.92兩單體的初始配比為 -11 5M2 0f20.08（2） 85%專(zhuān)化率時(shí)共聚物平均組成為 5%（摩爾分?jǐn)?shù)）醋酸乙烯酯則 F2 0.05F10.9585%, F1f101 C f1f100.15fi0.8075Fi0.605 f10.395,C 1o 2.531f10f10 2.53f11 f10.15解得：f1 0.868,f100.938Mi兩單體的初始配比為

44、M2f10.938469f20.062314、兩單體競(jìng)聚率為1=,2=,摩爾配比=50： 50,對(duì)下列關(guān)系進(jìn)行計(jì)算和作圖：a、殘余單體組成和轉(zhuǎn)化率；b、瞬時(shí)共聚物組成與轉(zhuǎn)化率;c、平均共聚物組成與轉(zhuǎn)化率；d、共聚物組成分布。解：a、殘余單體組成和轉(zhuǎn)化率:r10.9 , r2 0.083f;f；0.5C-f10.0905,1 r1fLf10的關(guān)系圖見(jiàn)圖4-16 。b、瞬時(shí)共聚物組成與轉(zhuǎn)化率:Fi1 f12f1 f22r1 f12 f1f 2c、平均共聚物組成與轉(zhuǎn)化率:Fif10 (1 C)f1r11 n10.0905,f7 f1r2 f220.5212120.520.9 f12(1 C)f10.090.9 f120.9021f10.59io0.5 0.9f1(13f1 0.922 f1(1f1) 0.083(1f1)2d、共聚物組成分布如下表Cf 1FF100圖4-8C-fi-F-F關(guān)系曲線(xiàn)圖第5章聚合方法計(jì)算題-1 , M= , N= 1014/ml ,2.計(jì)算苯乙烯乳液聚合速率和聚合度。已知：60c時(shí)，kp=176 L（mols）1012 (mols) -1解:Rp310 NkpM2Na314103.2 10176 5.04232.34 102 6.023 10XnNkpM3.21014 176 5512 2.56 101.1 10123.比較苯乙烯在60 c下本體聚合和乳