《聚合物表征》试卷及答案

第 1 页 北京化工大学北京化工大学 20072007 20082008 学年第一学期学年第一学期 聚合物表征聚合物表征 期末考试试卷期末考试试卷 一 一 选择题 下面每个选择题中有一个或多个正确答案 每题 2 分 共 40 分 1 最早发现 X 射线的人是 D A 傅立叶 B 布拉格 C 劳厄 D 伦琴 2 中红外光谱的波数范围是指 B A 4000 13000cm 1 B 400 4000 cm 1 C 6000 13000 cm 1 D 0 400cm 1 3 在聚对苯二甲酸乙二醇酯 PET 的 DSC 曲线图中 介于玻璃化温度和熔点之间有时会 出现一放热峰 产生此峰对应的结构变化是 C A 晶型转变 B 僵化的分子链段开始运动 C 冷结晶 D 不完善晶区熔融 4 红外光谱图解析的基本的要素是 A B C A 峰的位置 B 峰的强度 C 峰的形状 D 峰的朝向 5 动态力学分析仪可以进行 A B C D 等多种扫描模式的实验 A 温度 B 时间 C 频率 D 应变 6 聚合物的平衡熔点总是 B 其测定到的熔点 A 低于 B 高于 C 等于 7 GPC 谱图的横坐标如果以 保留体积 表示 保留体积 的含义是 C A 分子链体积 B 流体力学体积 C 泵输送的流动相溶剂的体积 D 抽取样品的量 8 可用 A 和 B 等方法测定聚合物结晶度 A X 射线衍射 XRD B 差示量热扫描 DSC C GPC D 毛细管流变仪 9 GPC 仪器中正确的连接是 A A 泵 进样器 色谱柱 检测器 B 进样器 泵 色谱柱 检测器 C 进样器 色谱柱 泵 检测器 D 泵 进样器 检测器 色谱柱 10 采用 D 可同时获知粘合剂固化后的玻璃化温度及模量 A DTA B TGA C DSC D DMTA 11 将聚合物链插入无机纳米粘土的层间 形成的纳米插层结构 导致 XRD 谱图上相应的衍 射峰如何移动 A A 向低角度移动 B 向高角度移动 C 不发生移动 12 红外光谱实验中所使用的载体是 C A 玻璃片 B 透明体 C 溴化钾晶体 D 水 13 做一次 DSC 实验需要的样品量大约是 A A 3mg B 3g C 30g D 300g 14 一种聚和物材料的熔融指数值越高 说明其熔体 B A 流动性越差 B 流动性越好 C 越容易发生交联 D 越容易发生降解 15 差热扫描量热仪 DSC 测量的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的 热流率差 它反映了样品 C 的变化率 A 内能 B 自由能 C 焓 D 温度 第 2 页 16 热塑性聚合物材料在发生玻璃化转变时 其储能模量通常随着温度的上升而 B 随着 频率的增加而 A A 上升 B 下降 C 先升后降 D 先降后升 17 从动态热机械分析 DMTA 的温度谱可得到的信息有 A B C D A 动态模量 B 损耗角正切 C 玻璃化温度 D 次级转变温度 18 人们经常用带加热台的 C 显微镜直接观测聚合物液晶转变温度 A 相差 B 电子 C 偏光 D 原子力 19 X 射线衍射可用于分析结晶性聚合物的 A B C D A 结晶度 B 微晶取向 C 晶粒平均尺寸 D 不同晶型 20 布拉格衍射公式的正确表达方式是 B A dsin B 2dsin C dsin2 D dsin 2 21 聚合物相对分子质量分布系数的表达式是 D A Mn Mw B Mn Mv C Mv Mw D Mw Mn 22 聚合物红外光谱的普带源于 A 振动对同频率红外光的吸收 A 分子 B 核外电子 C 质子 D 原子核 23 可用 C D 表征聚合物热稳定性 A 差热分析 B DMTA C 转矩流变仪 D 热失重 24 环氧树脂固化过程可用 A B C 表征 A DSC B DMTA C FTIR XRD 25 表征聚合物分子化学结构的方法有 A B C D A 红外光谱 B 紫外光谱 A 拉曼光谱 D 核磁共振 26 取相同量的 CaCO3 分别在 N2 Air 和 CO2 气氛下做 TG 曲线 失重温度最低的是 C 失重温度最高的是 A A N 气氛 B Air 气氛 C CO2 气氛 D 完全一样 27 红外光谱图纵坐标为 AD 横坐标为 BC A 吸光度 B 波长 C 波数 D 透光度 28 将聚合物链插入无机纳米粘土的层间 形成的纳米层间结构 导致 XRD 普图上相应的衍射峰 如何移动 A A 向低角度移动 B 向高角度移动 C 不发生移动 29 填充了油和炭黑的乙丙橡胶样品的 TG 曲线 在 N2 气氛中出现两段失重 切换成 Air 气氛后 继续加热又出现最后一段失重 这三段失重从低温到高温依次对应 D A 乙丙橡胶 油 炭黑 B 油 炭黑 乙丙橡胶 C 炭黑 乙丙橡胶 油 D 油 乙丙 橡胶 炭黑 第 3 页 1 1 分别用文字 谱图或示意图分别说明利用分别用文字 谱图或示意图分别说明利用 XRDXRD 和和 DSCDSC 方法测定聚合物材料结晶方法测定聚合物材料结晶 度的原理及步骤 度的原理及步骤 1 1 DSCDSC 原理 结晶性聚合物熔融时 只有结晶部分发生变化 因此熔融热实际上就是 破坏结晶结构所需的热量 即熔融热和结晶度是成正比的 其中 Xc 试样结晶度 Hf 试样熔融热 cal g 或 cal mol H0 结晶度为 100 的相同聚合物的熔融热 cal g 或 cal mol H0有三个来源 1 查文献 2 外推法得到 取一组已知结晶度 用其它方法测得 样品 将熔融热对结晶度作 图 为一直线 外推到结晶度为100 得到 H0 3 用100 结晶样品直接测定其熔融热焓 2 2 X X 射线衍射射线衍射 如图所示 结晶聚合物的衍射图中 基线以上的峰被认为是非晶散射与结晶衍 射之和 在确立扣除了非晶散射线后 便可得到结晶部分的衍射峰 用衍射峰面积 除以基线以上总面积 就得到结晶度指数 Xc 100 0 H H Xc f SaSc Sc Xc Sa Sc I 2 第 4 页 2 2 画出一个含有 画出一个含有 20 增塑剂增塑剂 DOP 和和 30 无机填料无机填料 SiO2的的 PVC 样品的热失重 样品的热失重 TG 曲线 曲线 并对曲线各段进行相应的文字说明 并对曲线各段进行相应的文字说明 W 1 图中第一段失重为 20 增塑剂 DOP 2 第二段为主体树脂 PVC 失重 又分成两段 第一段为 PVC 中脱出 HCl 第二段为 PVC 的主链发生断裂 3 第三段为样品中残留的无机填料 SiO2的平台 3 3 写出聚合物材料作红外光谱实验中的三种样品制备的方法 并说明各种方法适写出聚合物材料作红外光谱实验中的三种样品制备的方法 并说明各种方法适 用于哪种类型的样品 用于哪种类型的样品 溶液注膜法溶液注膜法 1 适用于可溶于某种易挥发溶剂的聚合物 试样较多时 选择某种易挥发溶剂将其溶解 配成一定浓度的溶 液 再将适量溶液倒入干净的表面皿中 待溶剂充分挥发后 剥 下聚合物膜 溶液注膜法溶液注膜法 2 适用于可溶于某种易挥发溶剂的聚合物 选择某种易挥发溶剂将其溶解 配成一定浓度的溶液 用洁净工 具蘸取少量溶液 点滴在溴化钾晶体片上 使溶剂充分挥发 溴化钾压片法 溴化钾压片法 适用于粉体聚合物 如 由热固性材料制成的聚合物粉末 将少量粉体试样到玛瑙研钵中 再取溴化钾粉末适量到研钵中 经研磨混合后 取该混合物适量填入专用模具 利用压制工具 将粉体混合物压制成片 溶液涂膜法 溶液涂膜法 适用于粘稠物或液体 用洁净工具蘸取少量试样 将其适量涂抹在溴化钾晶体片上 200 T C PVC DOP HCl 80 100 SiO2 X1 X2 X3 30 第 5 页 4 4 写出凝胶渗透色谱 写出凝胶渗透色谱 GPCGPC 中校正曲线的建立步骤 普适校正的应用条件及原 中校正曲线的建立步骤 普适校正的应用条件及原 理 理 1 校正曲线建立方法 取一系列已知分子质量的窄分布标样 一般多于 10 个 配置成聚合物溶液 流 经色谱柱 记录标样的出峰时间 通过曲线回归得到校正曲线 在有机物中最常 使用的标准样品就是阴离子聚合得到的聚苯乙烯 PS 2 普适校正的应用条件当被测聚合物与标样具有不相同的化学组成 化学结构 及组装结构时 需要使用普适校正 3 普适校正的原理 对于相同的分子流体力学体积 在同一个保留时间流出 既两种柔性高分子链 的流体力学体积相等 其数学表达式为 n 1M1 n 2M2 依据 Mark Houwink 方程 n KM K1M1 1 1 K2M2 2 1 K 值与聚合物种类 相对分子质量范围 分子链形状 溶剂种类及实验温度等 多种因素有关 许多聚合物手册和文献上会给出不同实验条件下的具体数值 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 182124273033 t min lgM 无机填料 第 6 页 5 5 图为某橡胶与某塑料共混试样的 图为某橡胶与某塑料共混试样的 DMTADMTA 温度谱图 试分析从图中可以得到那些温度谱图 试分析从图中可以得到那些 信息 已知信息 已知T Tg g 橡胶 橡胶 13 13 T Tg g 塑料 塑料 110 110 1 从曲线可以 E 曲线可以看出 该试样的 E 值从 100 到 160 温度范 围内有两个明显的下降过程 第一个过程是由于橡胶相 Tg 的转变引起 E 下降了 1 321 109Pa 第二段则是塑料相 Tg 转变引起 E 下降了 2 478 107Pa 2 从 tan 曲线可以看出 橡胶相的 Tg 12 485 塑料相的 Tg 109 5 而且橡胶的 tan 峰明显高于塑料 说明橡胶发生 Tg 转变时 的内耗较大 内摩擦阻力大 3 从两相 Tg 转变的位置可以看出 共混物中两相的 Tg 与各自纯组分的 Tg 基本一样 变化很小 表明该共混物中两组分的相容性很差 第 7 页 6 6 根据两组分是否相容 二元聚合物共混物可以分为三种类型 即完全相容性 部 分相容性和完全不相容性三种类型的共混物 请用玻璃化转变温度为判断标准 简 述两种高分子材料分别形成上述三种类型的聚合物共混物时 共混物中玻璃化转变 温度如何随组成变化 以及可以运用哪些研究手段来研究共混物的相容性 对于两种聚合物 A 和 B 其玻璃化转变温度为 Tga 和 Tgb 如果两种高分子材料 形成完全相容性聚合物共混物 则共混物只出现单一的随组成变化的 Tg 如果两 种高分子材料形成完全不相容性聚合物共混物 则共混物将出现两个与纯组分相同 或相近的玻璃化转变温度 且不受组成的影响 如果两种高分子材料形成部分相容 性聚合物共混物 则共混物将出现两个玻璃化转变温度 并且随组成的变化二者都 越来越偏离纯组分的玻璃化转变温度 可用 DSC DMTA FTIR NMR 等方法研究聚合物共混物的相容性 7 现有一塑料制品 其主体成分为 现有一塑料制品 其主体成分为 PVC 另外还有增塑剂 另外还有增塑剂 DOP 及无机填料及无机填料 CaCO3 若其它少量 若其它少量 成分忽略不计 采用热失重 成分忽略不计 采用热失重 TG 法测定以上三种成分的含量 试用 法测定以上三种成分的含量 试用 TG 示意图表示该样品在空气示意图表示该样品在空气 气氛下的失重曲线的大致模样 标注关键失重点坐标 并写出以上三组分各自百分含量的表达式 气氛下的失重曲线的大致模样 标注关键失重点坐标 并写出以上三组分各自百分含量的表达式 假定在空气气氛下 假定在空气气氛下 DOP 在在 160 200 C 完成失重 完成失重 PVC 起始分解温为起始分解温为 200 C 在 在 600 C 样品中样品中 有机物全部分解挥发 有机物全部分解挥发 W W DOP 100 X1 PVC X1 X3 CaCO3 X 3 图中 X1 X2 为失重段 是 PVC 的第一段失重 释放 HCl 300 400 500 40 100 T C 20 室温室温 PVC DOP HCl 50 200300400500600700 CaCO3 X1 X2 X3 第 8 页 8 聚乳酸 聚乳酸 PLA 为一种医用聚合物材料 为改善其亲水性 使之以乙二醇 为一种医用聚合物材料 为改善其亲水性 使之以乙二醇 EG HO CH2 CH2 OH 为单体在一定反应条件下通过缩合聚合进行扩链反应 制备嵌段聚合 为单体在一定反应条件下通过缩合聚合进行扩链反应 制备嵌段聚合 物物 PLA PEG 即 即 PLA OCH2CH2 n OH 请选用两种表征方法 请选用两种表征方法 并用示意图和文字说明 反应产物确系扩链聚合产物 并用示意图和文字说明 反应产物确系扩链聚合产物 凝胶色谱法凝胶色谱法 GPC 8 8 分 分 1 嵌段聚合物 PLA PEG 的分子量大于嵌段前聚乳酸 PLA 的分子量 2 在 GPC 谱图中 聚合物分子相对分子质量越大 流体力学体积越大 对应 保 留时间越小 3 GPC 测定接支前和接支后的数均相对分子质量 如上图所示 红外光谱法 红外光谱法 IR 4 4 分 分 因 OCH2CH2 n 链段中醚键的存在 PLA 括链后 所得共聚物的红外光谱将表 现出明显的醚键特征吸收 PL A PLA P