高分子科学导论参考答案.doc

资料收集于网络 如有侵权请联系网站 删除 谢谢 第一章 绪论1.在酯化反应中丙三醇、乳酸、均苯四甲酸二酐中分别有几个功能团？OHOHOHCH2-CH-CH2 OHCH(CH3)COOH答：3个、2个、4个2.交联聚合物具有什么样的特性？答：线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体形高分子的过程称为交联。线型聚合物经适度交联后，其力学强度、弹性、尺寸稳定性、耐溶剂性等均有改善。交联聚合物通常没有熔点也不能溶于溶剂，即具有不熔不溶的特点。3.分子量为10000的线形聚乙烯（CH2-CH2）、聚丙烯（CH2-CHCH3）、聚氯乙烯（CH2-CHCl）、聚苯乙烯（CH2-CHC6H5）的聚合度Dp分别为多少？聚乙烯：357，聚丙烯：238，聚氯乙烯：160，聚苯乙烯：964.下列那些聚合物是热塑性的：硫化橡胶，尼龙、酚醛树脂，聚氯乙烯，聚苯乙烯？答：尼龙，聚氯乙烯，聚苯乙烯。5.PBS是丁二醇与丁二酸的缩聚产物，其可能的端基结构是什么？羟基和羧基，即：HO-(.)-OH, HOOC-(.)-COOH, HO-(.)-COOH6.PVA（聚乙烯醇）的结构式如下所示，请按标准命名法加以命名。OH( CH2-CH )n答：聚（1-羟基乙烯）7.谈谈自己对高分子的认识主观题（略）第二章 高分子合成与化学反应1. 端基分别为酰氯（-COCl）和羟基（-OH）的单体可以发生缩聚反应生成聚酯，这个反应放出的小分子副产物是什么？答：氯化氢2. 连锁聚合中包含哪些基元反应？答：包括链引发，链增长，链终止等基元反应，此外还有链转移基元反应。连锁聚合需要活性中心，活性中心可以是自由基“free radical”、阳离子“cation”或阴离子“anion”，因此又可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。以自由基聚合为例：链引发（chain initiation）： I R*链增长（chain propagation）： R* + M RM* RM* + M RM2* RM2* + M RM3* - RM(n-1)* + M RMn*链终止（chain termination）： RMn* 死聚合物3. 偶合终止与歧化终止的聚合产物在分子量上有什么区别？答：偶合终止：大分子的聚合度为链自由基重复单元数的两倍。歧化终止：大分子的聚合度与链自由基的单元数相同。4. 从纤维素制备醋酸纤维素，产物的分子量和聚合度与原料相比有什么样的变化趋势？答：Cellulose (纤维素) Cellulose acetate (醋酸纤维素)：分子量增大，聚合度基本不变。5. A和B是两种内酯单体，如果采用羟基化合物为引发剂开环聚合可以制备端基为羟基的聚合产物。现需要制备两端为A链段，中间为B链段的嵌段共聚物，也称为ABA型三嵌段共聚物，请设计一条合成路线来制备这种共聚物。答：合成路线有多种，例如：a) 以双羟基化合物为引发剂引发B单体聚合得到双端羟基的B预聚物，再以B预聚物为大分子引发剂引发A单体聚合得到ABA型三嵌段共聚物；b) 先以单羟基化合为引发剂引发A单体聚合，再以A预聚物引发B单体聚合得到A888888888B二嵌段预聚物，最后以AB二嵌段预聚物引发A单体聚合得到三嵌段共聚物；c) 分别合成含有不同端基官能团的A、B预聚物，再通过活性官能团的偶联反应制备得到共聚物。6. 简要分析老化与降解之间的关系。答：聚合度变小的化学反应总称为降解反应，包括解聚和无规断链。老化是指聚合物在使用过程中受到各种物理化学因素的影响而造成物理性能的下降。老化过程中的主要反应是降解，但有时一些分子量增加的反应也会造成材料性能的不利变化，例如一些氧化和交联反应等，因此这些反应也归属于老化反应。7. 研究高分子的降解与回收具有什么样的意义？主观题，答题要点如下：一般来说，聚合物的降解都将使得其性能下降，所以在大多数的场合下，特别是加工和使用过程中都需要研究聚合物的降解机理从而抑制聚合物性能的下降。P-高分子材料使用量巨大，已经成为人类社会最重要的材料。但是，高分子材料的化学稳定性使其消费产物对环境造成了巨大的压力。与此同时，高分子材料巨大的使用量还消耗了大量不可再生的化石能源，在一定程度上对全球经济发展造成了重要影响。传统高分子的回收处理方法包括填埋、焚烧和物理回收再生等方法，这些常规方法通常具有非常大的缺陷，仍然存在严重的环境问题，因此迫切需要研究开发高分子可循环利用的绿色方法，从而满足环境保护和可持续发展的需要。降解和解聚反应是高分子分子量降低的反应，通过降解与解聚反应可以将难回收的高分子材料转化为低分子量的化合物，从而加以回收利用。因此，研究高分子的降解与回收问题，开发新型高分子降解与回收技术对于节约能源和环境保护就显得非常必要与重要。8. 简要叙述高分子合成与分子设计的原则。高分子的合成和分子设计应从两个方面来讨论：a) 高分子的性能要求：包括产品的使用要求、环境要求、回收要求等（如在何种领域使用、需要满足何种性能需求、使用的环境条件如何、使用期限如何、使用后如何处理），结合高分子结构与性能的关系，设计合成聚合物的分子结构和聚集态结构；b) 合成方法的可行性：包括原料、合成方法、产品的后处理方法等要符合经济、高效、环保等要求；高分子分子设计主要包括支化、交联、共聚（无规共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚）等，这些方法使聚合物的化学结构或分子链空间结构发生了改变，不仅改变了聚合物的化学性能，还直接对宏观的物理性能，如玻璃化温度、熔点、结晶性能、光学性能、电磁性能等等产生重要的影响。第三章 高分子结构与性能1. 聚乙烯的齐聚物（聚合度低于10）是什么状态的物质？答：饱和直链烷烃，根据C原子数目的不同可以为气态和液态。2. 高分子的构造（constitution）、构型（configuration）、构象（conformation）分别具有什么含义？答：构造“constitution”即是指聚合物分子链中原子的种类和排列，取代基和端基种类，单体单元排列顺序，支链类型和长度等本身的化学结构信息。构型“configuration”是指分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是化学稳定的，要改变分子的构型必须经过化学键的断裂和重建。构象“conformation”是指分子链中由单键内旋转所形成的原子（或基团）在空间的几何排列图像。3. 高分子的结晶具有什么特点，与小分子相比有何异同？答：聚合物的聚集态结构是指高分子链之间的排列和堆砌结构，也称为超分子结构，是决定聚合物本体性质的主要因素。其中，结晶态与非晶态是聚合物最常见也是重要的聚集态结构。高分子与小分子结晶都是分子的有序排列过程，同样需要经历晶核的形成（nucleation）和晶体生长（growth）的过程。两者的不同之处在于：高分子常见的结晶形态为圆球状晶体，称为“球晶”（spherulite）。一方面，由于高分子的分子量大，分子链长，分子链间的相互作用大，导致高分子链的运动比小分子困难，尤其是对刚性分子链或带庞大侧基的、空间位阻大的分子链，所以，高分子的结晶速度一般比小分子慢；另一方面，由于高分子分子链结构和分子量的不均一性，以及在结晶过程中由于高分子链的运动松驰时间长，分子链的迁移速度慢，使得高分子很难形成结构完整的晶体，也很难得到完全结晶的高分子材料，高分子材料一般以结晶部分与无定形部分共存的状态存在。研究高分子结晶性能的常用方法包括：偏光显微镜（Polarizing microscope, POM）、 X射线衍射（X-Ray diffraction, XRD）、差示量热扫描（Differential Scanning Calorimeter, DSC）等。4. 以下高分子哪些具有顺序异构体，哪些具有立构异构体？聚乙烯（CH2-CH2）、聚丙烯（CH2-CHCH3）、聚苯乙烯（CH2-CHPh）、聚氯乙烯（CH2-CHCl）、聚偏氯乙烯（CH2-CCl2）、聚四氟乙烯（CF2-CF2）。答：顺序异构：聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯立体异构：聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯5. 高分子的力学三态是什么？在不同状态下的高分子具有什么样的特性。答：玻璃态（glass state）、高弹态（rubbery state或high elastic state）、粘流态（viscous state）玻璃态下聚合物链段运动被冻结，只有局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，与无机玻璃相似；高弹态下链段运动得以充分发展，形变发生突变，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复；粘流态下聚合物链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆。6. 高分子的溶解过程有什么样的特点？影响高分子溶解性能的主要因素有哪些？答：聚合物的溶解是一个缓慢过程，包括两个阶段。首先是溶胀“swelling”，由于聚合物链与溶剂分子大小相差悬殊，溶剂分子向聚合物渗透快，而聚合物分子向溶剂扩散慢，结果溶剂分子向聚合物分子链间的空隙渗入，使之体积胀大，但整个分子链还不能做扩散运动，因而无法完全溶解；当溶胀过程达到一定程度后，随着溶剂分子的不断渗入，聚合物分子链间的空隙增大，加之渗入的溶剂分子还能使高分子链溶剂化，从而削弱了高分子链间的相互作用，使链段运动性不断增加，直至脱离其他链段的相互作用，转入溶解“dissolution”。7. 简要叙述粘流温度Tf、熔点Tm、热分解温度Td之间的大小关系对聚合物熔融加工的影响。答：由于晶区限制了形变，因此在晶区熔融之前，聚合物整体表现不出高弹态。能否观察到高弹态取决于非晶区的Tf是否大于晶区的Tm。若TmTf，则当晶区熔融后，非晶区已进入粘流态，不呈现高弹态；若TmTf 时才进入粘流态。如果TdTm或Tf中较高者，则聚合物可以进行正常的热塑性加工；反之，聚合物在进入粘流态之前已发生热分解，则无法直接进行热塑性加工。第四章 高分子的分析与表征1. 为什么要对高分子进行表征与分析？主观题，答题要点：对高分子进行表征与分析是可以对高分子的分子结构与性能加以详细了解，从而指导高分子的合成、使用与回收处理。2. 如何理解平均分子量的概念，高分子的分子量对性能有何重要影响？答：高分子不是由单一分子量的化合物所组成，即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成。这种高分子的分子量不均一的特性，就称为分子量的多分散性。因此一般测得的高分子的分子量都是平均分子量，聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同。高分子的平均分子量包括数均分子量、重均分子量、Z均分子量和年均分子量。一般来说：1）Mz Mw Mv Mn，Mv略低于Mw2）Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大3）Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw影响较大4）一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能，还需要了解分子量多分散性的程度，分子量分布通常以分子量分布指数表示：即重均分子量与数均分子量的比值，Mw/Mn。平均分子量与分子量分布对高分子材料性能有重要影响。高聚物的分子量只有达到某数值后，才能表现出一定的物理性能。但当大到某程度后，分子量再增加，除其它性能继续再增加外，机械强度变化不大。由于随着分子量的增加，聚合物分子间的作用力也相应增加，使聚合物高温流动粘度也增加，这给加工成型带来一定的困难。因此，聚合物的分子量大小，应兼顾使用和加工两方面的要求。不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布。3. 下图为聚乳酸的红外谱图和结构式，试分析主要吸收的归属。答：2900cm-1为-CH3吸收峰，1735cm-1为酯基中羰基吸收峰，1000cm-11300cm-1内的两个吸收峰为-C-O-C-吸收峰。4. 测定高分子分子量的常用方法有哪些？每种方法所测定得到的分子量分别是什么？其中那种方法可以测定分子量分布？答：常用方法包括：粘度法Intrinsic viscosity（粘均分子量），光散射法LALLS（重均分子量），凝胶渗透色谱GPC（重均、数均分子量与分子量分布）。此外还有冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压渗透法（均为数均分子量）和飞行时间质谱、体积排斥色谱（可同时得到重均与数均分子量及分子量分布）。5. 使用Mark-Houwink方程计算高分子粘均分子量时常数K和a受什么条件的影响？答：受溶剂性质及高分子本身构象的影响，溶剂不同、测试温度不同，K值及a值就不同。6. 通过核磁分析，可以得到高分子哪些方面的信息？答：用核磁可以确定高分子中化学基团的种类和数目，还可以测定分子量、端基分析、了解结构单元的连接方式、结构异构等。7. Tensile strength 和 elongation at breaking 是表征高分子哪种性能的指标？答：抗张强度是衡量材料抵抗拉伸破坏的能力。断裂伸长率是衡量材料的脆韧的能力。二者都反映了材料的力学性能。8. 测定高分子玻璃化转变温度的方法有哪些？各有什么特点？答：Tg的测定方法：利用比容，线膨胀系数，折光率，比热容，动态力学损耗，DSC等。DSC：玻璃化转变是一种类似于二级转变的转变，它与具有相变结晶或熔融之类的一级转变不同，是二级热力学函数，有dH/dt的不连续变化，因此在热谱图上出现基线的偏移。从分子运动观点来看，玻璃化转变与非晶聚合物或结晶聚合物的非晶部分中分子链段的微布朗运动有关，在玻璃化温度以下，运动基本冻结，到达Tg后，运动活泼，热容量变大，基线向吸热一侧移动。玻璃化转变温度的确定是基于在DSC曲线上基线的偏移，出现一个台阶，一般用曲线前沿切线与基线的交点来确定Tg。其余方法均是利用物质在Tg附近性能发生急剧变化来进行测定。9. 研究高分子的流变性能有什么意义？答：对聚合物流变性能的研究了了解可以指导聚合反应的设计，以制得加工性能优良的聚合物；研究聚合物的流变性能对评定聚合物的加工性能、分析加工过程、正确选择加工工艺条件、指导配方设计均有重要意义；对设计加工机械和模具有指导作用。10. 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）有什么异同？透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像， 投射到荧光屏上或照相底片上进行观察。透射电镜的分辨率为0.10.2nm，放大倍数为几万几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50100nm）。利用TEM可以观测高分子聚合物及其复合材料的微观结构，形状及分布。从而进一步了解微观结构对材料性能的影响。扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示样品物体表面的立体构像，可摄制成照片。测试前需要在表面喷镀薄层金膜，以增加二波电子数。扫描电镜能观察较大的组织表面结构，样品图像富有立体感。用SEM可以观察聚合物表面形态；聚合物多相体系填充体系表面的相分离尺寸及相分离图案形状；聚合物断面的断裂特征；纳米材料断面中纳米尺度分散相的尺寸及均匀程度等有关信息。第五章 热塑性聚合物1. 高分子的侧基对材料的刚性有很大的影响，试根据高分子结构比较四大通用塑料PE、PP、PS和PVC刚性的大小顺序？答：刚性顺序：PVCPSPPPE，侧基体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差，刚性越强。侧基极性越大，相互作用越强，内旋转越困难，柔顺性越差，刚性越强。2. LDPE（低密度聚乙烯）、HDPE（高密度聚乙烯）、LLDPE（线性低密度聚乙烯）在空间拓扑结构上有何不同，其对材料性能的影响是怎样的？答：根据合成方法的不同（包括：自由基聚合Free radical polymerization；配位聚合Coordinate polymerization；气相聚合Gas phase polymerization等），聚乙烯的链结构也存在较大差异，从而对材料性能产生重要影响。HDPE又称低压聚乙烯，分子结构中支链很少，近似于线型，分子链排列紧密规整，材料具有较高的密度和结晶性，因而在宏观物理性能上表现为强度与刚性等机械强度高，但柔韧性一般、易脆、易老化等。LDPE又称高压聚乙烯，其分子结构中含有无规长支链，妨碍了分子链的整齐排布，分子间的排列较疏松。因此材料的密度较低、透明性好、柔韧性好、耐应力开裂，但相应的刚性和强度较低，易变形。LLDPE是一种含有大量短支链的聚乙烯，结构类似于梳状支化，支化程度介于HDPE和LDPE之间，因而性能上兼具有二者的优点。3. 不同立构规整度的聚丙烯（PP）性能有何差异？答：全同立构和间同立构的有序结构使聚合物链段更容易紧密排列，形成结晶结构，即所谓的等规立构PP。与无规PP相比，等规PP具有更高的强度，气体与有机小分子更难渗透，因而具有更好的耐腐蚀、耐溶剂性以及气密性，熔点也有所升高。无规PP则不能结晶，是一种橡胶状的弹性体。4. 常见的聚苯乙烯（PS）品种有哪些？答：聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯（GPPS）.聚苯乙烯.可发性聚苯乙烯（EPS).高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。5. ABS共聚物树脂的单体有哪些，这些单体各赋予了ABS什么样的特性？答：单体有：丙烯腈（acrylonitrile）、丁二烯（butadiene）、苯乙烯（styrene）。1,4-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性；丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质；苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度。6. PVC中的氯原子对材料的性能产生了哪些影响？答：使PVC具有了难燃性，高强度，强的耐腐蚀能力。7. 常用的热塑性加工方法有哪些？分别适合加工什么产品？答：加工热塑性塑料常用的方法有挤出（extrusion）、注塑（injection molding）、压塑（compress molding）、吹塑（blow molding）等。挤出适合加工热塑性塑料及橡胶；注塑适合加工热塑性塑料及部分热固性塑料；吹塑适合苯乙烯聚合物、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯和其他热塑性塑料。第六章 工程塑料1. 什么样的材料称为“工程塑料”？答：工程塑料是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。2. 聚己二酰己二胺和聚己内酰胺分别称为“尼龙66”和“尼龙6”。以下两种聚酰胺对应的尼龙分别为？-NH-(CH2)5-NH-CO-(CH2)8-CO-，-NH-(CH2)11-CO-答：尼龙510，尼龙12尼龙的命名要根据其聚合过程中单体二胺和二酸上碳原子的数量来命名。因此通过戊二胺（6个碳）和癸二酸（10个碳）缩聚而成的尼龙产品命名为尼龙610（二胺中碳原子数在前，二酸中碳原子数在后）。而由十二内酰胺开环聚合制备得到的尼龙由于其单体只有一种化合物，因此被命名为尼龙12。3. 从高分子单元结构的角度分析PET与PBT熔点的差别。答：与PET相比，PBT结构单元中的亚甲基数目从2个增加到4个，因而分子链的刚性降低，熔点相对较低。4. 三大“有机玻璃”是哪3种聚合物？为什么这些聚合物适合用作光学材料？答：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）；聚碳酸酯(PC)；聚苯乙烯（PS）。PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯，俗称亚克力（acrylic），透光度大约能达到92，而且有较好的耐候能力，广泛应用于热塑型标识牌、飞机挡风玻璃、浴缸等。PC：聚碳酸酯，高熔点透明的碳酸酯类聚合物，其中应用最广泛，用量最大的为双酚A（bisphenol A）碳酸酯，透光率达到93%，聚碳酸酯制品可用于玻璃窗、装置设备、标识牌、可回收塑料瓶、太阳能集电器、商务机器、电子产品等领域，此外在压缩光盘（CD）中也有广泛应用；PS：聚苯乙烯，普通聚苯乙烯（GPPS）的侧苯基的空间排列为无规结构，即无规聚苯乙烯，使得材料具有很高的透明性。这些聚合物由于主链结构有序性较低，为无定形的非晶聚合物，透明性和光学性能非常好，因此可用于光学材料。5. 试分析均聚甲醛和共聚甲醛结构与性能的差异。答：共聚甲醛与均聚甲醛相比，其含有环氧乙烷的结构单元，比甲醛的结构单元多了一个亚甲基，因而链段的柔韧性有所增加、刚性有所下降。但聚合物中氧含量有所降低，因此热稳定性比均聚甲醛有明显提高。6. 分别写出聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮的英文名称与缩写，并列举出这几类工程塑料的特性。答：聚苯醚：Polyphenylene oxide PPO；聚苯硫醚：Polyphenylene sulfide PPS；聚酰亚胺：Polyimide PI； 聚醚醚酮：poly(ether-ether-ketone)；PEEK；相关特性略（详见讲义）。这些聚合物分子主链中都含有大量刚性的苯环结构，因此具有较高的机械性能（强度、模量等）和耐热性能。7. 聚硅氧烷俗称为硅胶，其特性和应用领域是什么？答：聚硅氧烷（Polysiloxane），也叫硅树脂（Silicone），是一类以重复的Si-O键为主链，硅原子上直接连接有机基团的聚合物，具有其它聚合物不具备的综合的电、化学以及力学性能。这类聚合物具有很多独特的性能，包括较高的热氧化稳定性和热稳定性、低的介电损耗、独特的流变和应力/应变行为、良好的耐溶剂和耐腐蚀性、流变行为对温度不敏感、良好的阻燃性燃性、剪切稳定性、高的抗压性能以及低的表面张力等等。聚硅氧烷具有特别宽的温度使用范围，可以在-120200甚至300oC的温度范围内保持良好的性能，第七章 热固性树脂1. 热固性树脂与热塑性塑料的定义分别是什么？答：热塑性塑料（thermoplastic）：线性或支化高聚物，可以多次反复地在加热条件下软化，而在冷却条件下凝固为固体；热固性树脂(thermosetting resin)：指在加热、加压下或在固化剂、紫外光等作用下，进行化学反应，交联固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂。这种树脂在固化前一般为分子量不高的固体或粘稠液体，在成型过程前能软化或流动，具有可塑性。一经固化，再加压加热也不可能再度软化或流动。2. 在酯化反应中，伯醇和仲醇哪个的反应活性大？答：伯醇的反应活性大，因为伯醇的位阻小，易于进攻碳正离子形成中间产物。3. 家装污染中的甲醛的主要来源是什么？答：家装材料中大量使用的热固性树脂如酚醛树脂等。由于其在固化过程中需要预聚物与甲醛反应，板材中残留的和未参与反应的甲醛在使用过程中会逐渐向周围环境释放，是形成室内空气中甲醛的主体。4. 醇酸树脂固化的机理有哪些？答：大多数醇酸树脂都是在不饱和酸如油酸的存在下，由双官能团的醇与羧酸缩聚制得。在氧的存在下，这些醇酸树脂中的不饱和双键可以进一步反应形成交联。在酯化反应中，伯醇比仲醇具有更高的反应活性，因此在适当的温度条件下，甘油的两个伯羟基先与二酸反应得到的线性预聚物，而当温度升高后，预聚物中残留的仲羟基将继续发生反应将线形的分子链交联。5. 环氧树脂可以与酚醛树脂共聚交联固化，试分析其机理如何？答：酚醛树脂中的酚羟基的活性较高，在弱碱性甚至是无催化剂条件下都可与环氧基顺利反应，从而形成更复杂的交联结构。6. 聚氨酯是通过逐步聚合制备的聚合物，其反应基团与反应机理是什么？如何调控聚氨酯材料性能？答：反应基团：二异氰酸酯，最为广泛使用的二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯（TDI, H3CC6H3(NCO)2）。二醇HO(RO)nH： 端羟基的低分子量聚酯和聚醚，分别称为聚酯多元醇和聚醚多元醇。产物最终的交联程度则由反应中加入的三元醇（如甘油）的量来控制。因此通过预聚物、多元醇、二异氰酸酯的化学结构的控制即可实现对聚氨酯最终性能的调控。第八章 纤维1. 什么样的材料称为纤维？答：纤维是一种长径比不低于100:1，具有一定柔顺性和强度的线性物，是用以制造纺织品的基础原料。2. 与天然纤维、人造纤维相比，合成纤维的优势是什么？答：纤维分为天然纤维（natural fiber）和化学纤维（chemical fiber）两大类，其中化学纤维又分为人造纤维（rayon）和合成纤维（synthetic fiber）。天然纤维与人造纤维的原料均来自于天然的动植物资源，而合成纤维来源于石油化工产品，因此具有原料易得、加工简单、结构与性能多样。3. 试比较“熔体纺丝”、“湿法纺丝”、“干法纺丝”之间的相同与不同之处？答：纺丝是化学纤维生产过程中的关键工序，改变纺丝的工艺条件，可在较大范围内调节纤维的结构，从而相应地改变所得纤维的物理机械性能。熔体纺丝法是将纺丝熔体经螺杆挤压机由纺丝泵定量压出喷丝孔，使其成细流状射入空气中，并在纺丝甬道中冷却成丝。熔体纺丝法的主要特点是卷绕速度高，不需要溶剂和沉淀剂，设备简单，工艺流程短，是一种经济、方便和效率高的成形方法。但喷丝头孔数相对较少。溶液纺丝法包括湿法纺丝与干法纺丝。湿法纺丝是将溶液法制得的纺丝熔液从喷丝头的细孔中压出呈细流状，然后在凝固液中固化成丝。由于丝条凝固慢，所以湿法纺丝的纺丝速度较低，而喷丝板的孔数较熔体纺丝多。湿法纺丝的特点是工艺流程复杂，投次大、纺丝速度低，生产成本较高。一般在短纤维生产时，可采用多孔喷丝头或级装喷丝孔来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。干法纺丝是将溶液纺丝制备的纺丝溶液从喷丝孔中压出，呈细流状，然后在热空气中因溶剂声速挥发而固化成丝。干法纺丝制得的纤维结构紧密，物理机械性能和染色性能较发，纤维质量高。但干法纺丝的投资比湿纺还要大，生产成本高，污染环境。目前用于干纺丝产生的合成纤维较少，仅醋酯纤维和维纶可用此法。4. 天然纤维（Natural fiber）与人造纤维（Rayon）之间存在何种联系？答：天然纤维：指自然界原有的，或从经人工培植的植物中、人工饲养的动物中获得的纤维。人造纤维：是利用自然界的天然高分子化合物纤维素或蛋白质作原料，经过一系列的化学处理与机械加工而制成类似棉花、羊毛、蚕丝一样能够用来纺织的纤维。它是由提纯得到的某些线型天然高分子物为原料，经直接用溶剂溶解或制备成衍生物后用溶剂溶解，之后再经纺丝加工制得的多种化学纤维的统称。5. 试从聚丙烯结构与性能的特点分析丙纶纤维的优点与缺点。答：优点：聚丙烯为线性结构，不含极性基团，丙纶质轻保暖性好，几乎不吸湿，具有较好的耐溶剂性和耐化学腐蚀性。缺点：由于甲基支链结构的存在，丙纶热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损，为此常在丙纶中加入抗老化剂，无极性基团，容易积聚静电。第九章 橡胶1. 橡胶是一类具有何种特性的高分子材料答：橡胶是一类使用温度高于玻璃化转变温度Tg （即高弹态，以便使聚合物链段运动），并且其常规态是非晶态的聚合物。弹性体有记忆功能，也就是说，当它们受外力时能变形，一旦外力移除，它们能恢复其原始未受力的状态。2. 橡胶的硫化是什么过程答：交联过程（cross-linking）3. 橡胶的拉伸诱导结晶对其性能有何种影响答：拉伸时，分子链排列由于取向作用变得规整，由无序排列变为较有序的排列，从而导致结晶。这可以增加材料的强度。4. 试从分子结构上分析为什么丁苯橡胶适用于轮胎胎面胶答：聚1,4-丁二烯分子间力小，分子量高，分子链柔顺性大，结构规整，承受外力时有很高的形变能力，弹性和耐寒性好。由于分子链比较规整，拉伸时可以获得结晶增强，但其加工性较差，抗撕裂强度偏低，抗湿滑性较差，黏着性不好。加入苯乙烯后，增加了聚合物的刚性，从而增加了其强度及耐磨性能。5. 热塑性弹性体具有高弹性的原理是什么？与传统橡胶相比其优势是什么原理：热塑性弹性体TPE主要由在主链上通过形成硬链段的树脂相和软链段的橡胶相，相互牢固组合在一起而成。其中硬段形成物理交联，阻止室温处于高弹态的软段的相互滑移，从而使其具高弹性。优势：由于具有硫化橡胶的物理机械性能和热塑性树脂的工艺加工性能，又不需要经过硫化，简化了生产工艺，且由于可以直接回收再生，环保节能。第十章 涂料与粘合剂1. 涂料与粘合剂的相同与不同之处在于？答：相同点：涂料和粘合剂都是通过界面粘合作用附着于材料表面的物质。不同点：涂料粘附在一个表面，粘合剂用于将两表面粘结在一起。2. 简述几种环保型涂料的优点与缺点。答：水性涂料：水性涂料最大优点在于大大降低了有机溶剂的用量或消除了有机溶剂的存在，更加复合环保要求，施工安全，不可燃、无毒性、无异味，是传统涂料最好的替代品之一。高固体分涂料：高固体分涂料用分子量分布很窄的、官能团含量较多的低分子聚合物为成膜物质，在可施工粘度时含固量可高达5562%。涂装一次即可得到23倍于通常溶剂型涂料的厚度的涂膜，减少了施工次数。同时节约溶剂，减少对环境的污染，而涂膜性能仍能保持较高水平。唯成膜物质的制备难度较大。粉末涂料：是一种新型的不含溶剂100%固体粉末状涂料。具有不用溶剂、无污染、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点。3. 涂料的主要用途有哪些？答：保护功能（protection）：防腐、防水、防油、耐化学品、耐光、耐温等。在物件表面涂以涂料，形成一层保护膜，能够阻止或延迟这些破坏现象的发生和发展，使各种材料的使用寿命延长。装饰功能（decoration）：颜色、光泽、图案和平整性等。不同材质的物件涂上涂料，可得到五光十色、绚丽多彩的外观，起到美化人类生活环境的作用。标识功能（remark）其他功能：包括防污、绝缘、导电、荧光、磁性等功能化应用。4. 从分子结构角度分析为什么环氧树脂、氰基丙烯酸酯树脂是应用广泛的胶粘剂。答：环氧树脂粘合剂：环氧树脂结构中含有脂肪族羟基、醚基和极活泼的环氧基。羟基和醚基都有高度的极性，使环氧树脂分子能与邻界面产生较强的分子间作用力，而环氧基团能与介质表面的游离基团如羟基等活性基团反应形成化学键连接，所以粘合力特别强，应用广泛。氰基丙烯酸酯树脂：氰基具有较强的极性，可以通过氢键与许多材料形成强的分子间作用，且其不需要加固化剂，所以和环氧树脂一样被广泛使用。5. 氯丁橡胶是一类重要的合成橡胶胶粘剂，其分子结构中的氯原子赋予了其哪些重要特性？答：赋予了结晶性大，内聚力强，初粘力强，耐臭氧、日光、水、油和化学试剂，阻燃的特性。第十一章 功能高分子1. 导电功能高分子通常具有什么样的分子结构？这种结构除了赋予材料导电性，同时还可能带来哪些特性？答：导电聚合物通常具有交错的单键与双键，亦称为“共轭”双键。除了导电性还可赋予材料刚性。2. 吸附分离功能高分子的原理是什么？答：吸附分离功能高分子（adsorption separation functional polymer）是指对某些特定离子或分子具有选择性吸附作用的高分子。通过吸附分离功能高分子与液体或气体中的某些小分子间的各种亲和作用将小分子结合固定于固体材料上。利用对不同小分子吸附的选择性，即可实现复杂物质体系的分离与各种成分的富集与纯化及检测。按吸附机理吸附分离功能高分子可分为化学吸附、物理吸附和亲和吸附高分子。最常用的吸附分离功能高分子是离子交换树脂（ion exchange resin），其聚合物侧基中通常含有离子功能基团（ionic functional group）。3. 高吸水性聚合物的单元结构中通常含有什么特性的基团？为了保持其形状的稳定、避免在水中溶解应引入什么结构？答：高吸水聚合物结构单元中含有大量羟基、羧基等强极性亲水基团。引入交联结构。4. 生物医用高分子必须具有什么样的特性？答：一般来说，生物医用材料需具备以下一些基本特性：首先是无急性毒性、致敏、致炎、致癌和其他不良反应；其次是具有良好的生物力学性能和良好的加工性能；最后，对于体内使用的医用材料，还必须具有良好的组织相容性、血液适应性和适当的生物降解性，所谓适当的生物降解性可从两方面来看，即对于一些长期植入人体内的医用高分子材料要求具有很好的耐生物降解性，不致因发生生物降解而需定期更换；而有些高分子材料植入人体内后，只需在一定时期内发挥作用，在完成其功能后必须从体内去除，如外科手术的缝合线、医用胶粘剂和接骨材料等。5.6. hearing n. 听力；听觉从分子结构分析为什么具有液晶性的高分子常用于高模量高强度纤维？答：液晶通常都是硬的棒状的物质，具有刚性的分子结构。在常见的液晶中，致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等通过一刚性连接单元（X，又称中心桥键）连接组成，因此高分子液晶一般都具有高模量高强度，并且在其相区间温度时的粘度较低，且高度取向，利用这一特性进行纺丝，不仅可以节省能耗而且可以获得高模量高强度的纤维。第十二章 高分子复合材料1. 高分子复合材料与简单的填充材料有什么样的区别？答：高分子复合材料是指高分子与另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合而成的多相材料。高分子复合材料的总体性能应优于各单独组分材料，或在某些方面可能具有独特性能，这种性能变得更好的效应称为复合效应或协效。而简单的填充改性是在聚合物基体中添加与基体在组成和结构上不同的固体添加物，其目的是降低原材料成本，补强或改善加工性能以及增进其它性能等。2. 为什么纳米复合材料具有独特的性质？答：纳米复合材料是一种多相体系，其相尺寸至少有一维在纳米尺度，就可称为纳米复合材料。纳米效应是因为物质的聚集形态发生了变化。当复合材料的分散相达到纳米尺度时，其界面原子占极大比例，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。其独特的表面效应、体积效应和量子尺寸效应使得材料具有非常特殊的力、热、光、电性能。因此当纳米材料与聚合物复合后形成纳米复合材料以后，能改善聚合物的综合性能，赋予其奇特的性能，为聚合物的增韧增强及功能化提供了新的途径。3. 高分子纳米复合材料的制备方法有哪些？答：高分子基纳米复合材料涉及的范围较广，制备方法也多种多样，按具体的制备方法可分为如下几类（1）纳米单元与高分子直接共混：本方法是将制备好的纳米单元与高分子直接共混，可以是溶液、乳液、悬浮液共混，也可以是加热熔融形式共混；（2）在高分子基体中原位生成纳米单元：是利用聚合物特有的官能团对金属离子的络合吸附及基体对反应物运动的空间位阻，或基体提供了纳米级的空间限制，从而原位反应生成纳米复合材料，常用于制备金属、硫化物和氧化物等纳米单元复合高分子的功能复合材料；（3）在纳米单元存在下单体分子原位聚合生成，这种方法主要是指在含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中单体分子原位聚合生成高分子，其关键是保持胶体粒子的稳定性, 使之不易发生团聚；（4）高分子及纳米单元和高分子同时生成。此法包括插层原位聚合制备聚合物基有机-无机纳米复合材料, 蒸发沉积法制备纳米金属- 有机聚合物复合膜及溶胶-凝胶法等。4. 高分子共混体系的相容性可以通过那些表征方法进行研究？答：高分子共混体系的相容性可以通过以下几种方法进行表征：(1) 观察共混物的透光性；(2) 电子显微镜和探针扫描显微镜（TEM, SEM, AFM）观察分散相大小和分布；(3) 测量共混物的玻璃化转变温度的变化，如下图所示。5. 共混体系的分散与分布有什么区别？答：共混体系的分布（distribution）与分散（dispersion）是两种不同的概念：分布指分散相高分子在基体高分子一定范围中的散布情况；分散指分散相的分散程度。不同情况的分散与分布的状态如下图所示： 分布：差 分布：好 分布：差 分布：好 分散：差 分散：差 分散：好 分散：好第十三章 天然高分子1. 线形和环状葡萄糖分子结构中分别有几个手性碳原子？答：线形：4；环状：5。2. 为什么环糊精是一种理想的拟酶宿主分子？答：环糊精的内腔疏水（6元环）而外部亲水（羟基）的特性使其可以依据范德华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系。又由于环糊精本身就有酶模型的特性，所以是一种理想的拟酶宿主分子。3. 纤维素与淀粉拥有同样的结构单元D-吡喃葡萄糖，但二者具有完全不同的宏观物理性质，造成这种不同的原因是什么？答：在环状结构的D-葡萄糖中，称为异头碳原子（anomeric carbon）的C1（1号碳原子）由于脱水成环而形成新的手性碳，其羟基也可以有两种不同的排列方式。这两种结构分别称为和-D-吡喃葡萄糖。 以-D-吡喃葡萄糖为单体的纤维素呈线性排列，形成折叠片状结构，羟基较均匀的排列在链外，有利于其紧密接触并形成大分子间或分子内氢键。故纤维素的水溶性不好，而淀粉的结构单元为-构型，由于有未成氢键的羟基而使其具有润湿性。4. 纤维素化学改性的原理是什么？答：纤维素分子结构中含有三个活泼的羟基，是一种多元醇化合物，这些醇羟基可以发生酯化和醚化反应，从而形成纤维素酯和纤维素醚两大纤维素衍生物。5. 葡聚糖（dextran）、壳聚糖（chitosan）的分子结构与淀粉和纤维素有什么区别？各自又具有什么样的特性？答：葡聚糖：是通过1,6糖苷键聚合的聚-D-葡萄糖，而淀粉和纤维素主要是分别通过1,4糖苷键聚合的聚-和 聚-葡萄糖。特性：葡聚糖是一种无定型固体，在水中形成不规则卷曲。可用作药物中血浆体积扩充剂、增稠剂，及乳液稳定剂。壳聚糖：是与纤维素结构相类似的甲壳素经过脱乙酰基得到的物质。特性：脱乙酰基程度(D.D)决定了大分子链上胺基(NH2)含量的多少，脱乙酰度越高，胺基含量越高则亲水越好。胺基的存在使得其具有一定的生物活性，可以结合酸分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖，作为低等动物组织中的纤维成分，兼有高等动物组织的、中胶原质和高等植物中纤维素两者的生理功能。6. 简述蛋白质与尼龙的相同与不同之处。答：相同点：聚合物主链结构单元中均含有酰胺键。不同点：尼龙：聚酰胺俗称尼龙（Nylon），简称PA，分子主链上由重复酰胺基团NHCO 键连。蛋白质：形成蛋白质的单体为不同氨基酸，通过脱水形成的酰胺类大分子化合物。蛋白质的单体一般不成有规律的重复，而是由各种氨基酸构成。而且蛋白质存在一、二、三、四级结构，构型更为复杂多变。7. 蛋白质具有非常高的多样性，试从蛋白质结构的角度分析这种多样性的原因。答：其具有多样性是由于构成蛋白质的氨基酸，氨基酸排列的顺序及数目的多样性（一级结构的多样性），还有蛋白质的二级、三级、四级结构使其更为复杂多变。a） 蛋白质的一级结构：又称为初级结构或化学结构,是指蛋白质分子中,由肽键连接起来的各种氨基酸的排列顺序。b） 蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。蛋白质的二级结构主要依靠氢键来维持结构的稳定性。 c） 蛋白质的三级结构：具有二级结构的肽链,按照一定方式再进一步卷曲、盘绕、折叠成一种看来很不规则,而实际上有一定规律性的三维空间结构,叫做三级结构。这些肽链所以会卷曲、盘绕、折叠,主要是因为肽链的氨基酸侧链之间的相互作用。d） 蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白质分子,通过一些非共价键结合起来,而成为具有生物功能的蛋白质大分子,就是蛋白质的四级结构。构成功能单位的每条肽链,称为亚基。8. 为什么DNA的碱基能够形成相匹配的碱基对？答：因为碱基之间是通过多重氢键作用链接在一起的，而氢键有是具有方向性的，所以使得碱基对之间存在高度选择性。A=T两个氢键，G=C三个氢键。第十四章 超分子聚合物1. 什么是超分子化学？什么是超分子自组装？答：超分子化学是：研究两种以上的化学物种通过分子间作用力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。超分子自组装是分子通过分子间相互作用形成具有有序结构的分子聚集体。2. 在超分子化学中，所涉及的弱相互作用力有哪些？答：范德华力、氢键、疏水作用、配位作用、主客体作用、-堆积作用等。3. 什么是超分子聚合物？简述超分子聚合与传统聚合物有何异同？答：超分子聚合物：简单的说，是指单体分子之间通过如氢键、配位作用、主客体作用、-堆积等弱相互作用结合成长链或网状结构；超分子聚合物应表现出类似传统聚合物的性质，但是超分子是通过非共价键作用，而传统聚合物是通过共价键作用。性能方面，环境响应性是超分子聚合物最大的优点，表现在超分子聚合物的性能可以通过调节温度、改变溶剂、辐照或加入添加剂等方式显著改变。4. 超分子聚合物的优点有哪些？举例说明超分子聚合物的应用？答：优点：a) 合成简单，具有合成上的经济性；将单体分子相混合就可以形成超分子聚合物，不需要苛刻的条件或者其它的反应试剂。这一优点限制了副产物的生成，并且简化了纯化过程。另外，整个合成过程使用的反应试剂使其更具经济性，并且单体一般都具有低的反应活性从而使得超分子聚合物更具环境友好性以及易于回收利用。超分子聚合物通常具有良好的可逆性（Reversibility），以基于氢键的超分子为例，在常温和中性条件下形成超分子结构，而在加热或加入酸性介质条件下则会破坏分子间相互作用，使得超分子得以解聚回收。当环境恢复适宜条件后，又可以重新自组装为超分子