高聚物合成技术（材料211）章节课后答案期末题库2024年

高聚物合成技术（材料211）章节课后答案期末题库2024年一、课后答案第一章绪论1.简述高分子化合物的基本概念和特点。高分子化合物，简称高分子，是指相对分子质量很大（通常在104106以上）的化合物，由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。其特点包括：相对分子质量大且具有多分散性。高分子的相对分子质量不是一个确定值，而是一个范围，这是由于聚合过程中难以得到绝对均一的产物。分子链结构复杂。可以是线型、支链型或体型结构，不同的结构赋予高分子不同的性能。例如，线型高分子具有较好的塑性和弹性，而体型高分子则硬度高、脆性大。物理力学性能独特。高分子材料具有较高的强度、良好的弹性、耐磨、耐腐蚀等性能，广泛应用于各个领域。2.说明高聚物合成技术的重要性和应用领域。高聚物合成技术的重要性在于：它是创造新型高分子材料的关键手段，通过改变合成方法、单体种类和聚合条件，可以制备出具有各种特殊性能的高分子材料，满足不同领域的需求。其应用领域广泛：在包装领域，塑料薄膜、塑料瓶等高分子包装材料具有良好的柔韧性、阻隔性和加工性能，用于食品、药品等的包装。在建筑领域，高分子材料如建筑涂料、胶粘剂、塑料门窗等，提高了建筑物的美观性、耐久性和节能性。在电子信息领域，高分子材料用作绝缘材料、半导体材料等，如光刻胶是半导体制造中关键的高分子材料。在医疗领域，医用高分子材料如人工器官、缝合线、药物缓释载体等，为医疗技术的发展提供了支持。第二章自由基聚合1.解释自由基聚合的引发剂种类和引发机理。自由基聚合的引发剂主要有偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂和氧化还原引发体系。偶氮类引发剂，如偶氮二异丁腈（AIBN），在加热时，分子中的N=N键发生均裂，生成两个带有孤电子的自由基，如AIBN分解生成两个异丁腈自由基，引发单体聚合。过氧化物类引发剂，如过氧化二苯甲酰（BPO），在加热或光照下，OO键均裂，产生自由基。BPO分解生成苯甲酰自由基，进而引发单体聚合。氧化还原引发体系，由氧化剂和还原剂组成，通过氧化还原反应产生自由基。例如，过硫酸盐与亚铁盐组成的体系，过硫酸根离子被亚铁离子还原，生成硫酸根自由基和硫酸根离子，引发单体聚合。2.分析影响自由基聚合反应速率和聚合物分子量的因素。影响自由基聚合反应速率的因素：引发剂浓度：反应速率与引发剂浓度的平方根成正比，增加引发剂浓度可提高聚合反应速率，但可能导致聚合物分子量降低。单体浓度：反应速率与单体浓度成正比，提高单体浓度可加快聚合反应速率。温度：温度升高，引发剂分解速率加快，自由基生成速率增加，聚合反应速率加快，但温度过高会使链转移反应加剧，影响聚合物分子量和结构。溶剂：溶剂的性质会影响自由基的活性和链增长反应。某些溶剂可能会与自由基发生链转移反应，降低聚合物分子量。影响聚合物分子量的因素：引发剂浓度：引发剂浓度增加，自由基生成速率加快，链引发反应增多，聚合物分子量降低。单体浓度：单体浓度高，有利于链增长反应，聚合物分子量增加。温度：温度升高，链转移反应加剧，聚合物分子量降低。链转移剂：加入链转移剂，会使聚合物分子量降低，通过调节链转移剂的用量可以控制聚合物的分子量。第三章离子聚合1.比较阳离子聚合和阴离子聚合的特点。阳离子聚合的特点：引发剂为亲电试剂，如质子酸、Lewis酸等，引发活性中心为碳阳离子。聚合反应速率快，通常在低温下进行，以减少链转移反应。对单体有较高的选择性，一般适合于含有推电子基团的烯类单体，如异丁烯等。聚合物分子量分布较宽，反应过程中易发生链转移反应。阴离子聚合的特点：引发剂为亲核试剂，如碱金属、有机金属化合物等，引发活性中心为碳阴离子。聚合反应具有活性聚合的特征，在无终止剂的情况下，活性中心可长时间存在，聚合物分子量可通过单体和引发剂的用量精确控制。对单体的选择性也较高，适合于含有吸电子基团的烯类单体，如苯乙烯、丁二烯等。聚合物分子量分布较窄，可制备嵌段共聚物等特殊结构的聚合物。2.阐述离子聚合的引发体系和聚合机理。阳离子聚合的引发体系：质子酸引发体系，如硫酸、磷酸等，质子与单体反应生成碳阳离子，引发聚合反应。Lewis酸引发体系，如AlCl3、BF3等，需与助引发剂如水、醇等配合使用，形成活性引发络合物，引发单体聚合。阳离子聚合机理：引发剂产生的活性中心与单体发生亲电加成反应，生成碳阳离子，碳阳离子不断与单体加成，进行链增长反应，同时可能发生链转移和链终止反应。阴离子聚合的引发体系：碱金属引发体系，如金属钠、钾等，通过电子转移引发单体聚合。有机金属化合物引发体系，如丁基锂等，直接与单体反应生成碳阴离子，引发聚合反应。阴离子聚合机理：引发剂产生的碳阴离子与单体发生亲核加成反应，生成新的碳阴离子，进行链增长反应，在无终止剂存在时，活性链可长时间存在，可进行嵌段聚合等反应。第四章配位聚合1.说明ZieglerNatta催化剂的组成和作用。ZieglerNatta催化剂由主催化剂和助催化剂组成。主催化剂通常是过渡金属化合物，如TiCl4、TiCl3等，具有空的d轨道，可与单体分子发生配位作用。助催化剂一般是有机金属化合物，如AlEt3、Al(iBu)3等，其作用是与主催化剂反应，形成活性中心，活化主催化剂，使其能够引发单体聚合。ZieglerNatta催化剂的作用是：通过主催化剂和助催化剂的协同作用，使单体在活性中心上进行配位插入聚合反应，能够定向聚合，制备出具有特定立构规整性的聚合物，如等规聚丙烯、顺式1,4聚丁二烯等。2.讨论配位聚合的特点和应用。配位聚合的特点：能够制备立构规整的聚合物，产物具有优异的物理力学性能，如等规聚丙烯具有较高的结晶度、强度和刚性。聚合反应条件温和，反应速率较快，可通过调节催化剂的组成和聚合条件来控制聚合物的分子量和分子量分布。对单体的选择性较高，不同的催化剂体系适用于不同的单体。配位聚合的应用：在塑料工业中，制备等规聚丙烯、高密度聚乙烯等高性能塑料，广泛应用于包装、汽车、建筑等领域。在橡胶工业中，制备顺式1,4聚丁二烯、丁基橡胶等合成橡胶，用于轮胎、橡胶制品等的生产。第五章逐步聚合1.阐述逐步聚合反应的特点和分类。逐步聚合反应的特点：反应是通过功能基之间的反应逐步进行的，每一步反应的活化能大致相同，反应速率较慢。聚合过程中，体系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成，中间产物任何两分子间都能反应。反应初期，大部分单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物，随后反应在低聚物之间进行，分子量随反应时间的延长逐步增大，聚合物分子量分布较宽。逐步聚合反应的分类：按反应机理分类，可分为缩聚反应和加聚反应。缩聚反应在聚合过程中有小分子副产物生成，如聚酯化反应生成水；加聚反应没有小分子副产物生成，如聚氨酯的合成。按参加反应的单体种类分类，可分为均缩聚、混缩聚和共缩聚。均缩聚是由一种单体进行的缩聚反应，如ω羟基酸的缩聚；混缩聚是由两种单体进行的缩聚反应，且每种单体只含一种功能基，如二元酸与二元醇的缩聚；共缩聚是在均缩聚或混缩聚体系中加入第三单体进行的缩聚反应，可改变聚合物的性能。2.分析影响缩聚反应聚合度的因素和控制方法。影响缩聚反应聚合度的因素：反应程度：聚合度与反应程度成正比，反应程度越高，聚合度越大。官能团的摩尔比：对于等摩尔比的二元酸和二元醇缩聚，聚合度较高；当官能团摩尔比偏离1时，聚合度降低。平衡常数：对于可逆缩聚反应，平衡常数对聚合度有重要影响。平衡常数较小的缩聚反应，若不及时除去小分子副产物，聚合度会受到限制。控制缩聚反应聚合度的方法：控制反应程度：延长反应时间，提高反应程度，可增加聚合度，但反应时间过长可能导致副反应发生。控制官能团的摩尔比：精确控制二元酸和二元醇等单体的摩尔比为1，可提高聚合度。及时除去小分子副产物：对于可逆缩聚反应，采用减压、加热、通入惰性气体等方法及时除去小分子副产物，使平衡向聚合方向移动，提高聚合度。二、期末题库（一）选择题1.下列属于高分子化合物的是（）A.乙醇B.葡萄糖C.聚乙烯D.乙酸乙酯答案：C2.自由基聚合的引发剂之一是（）A.氢氧化钠B.偶氮二异丁腈C.氯化钠D.乙醇答案：B3.阳离子聚合的引发剂通常是（）A.亲核试剂B.亲电试剂C.中性试剂D.以上都不是答案：B4.ZieglerNatta催化剂的主催化剂是（）A.有机金属化合物B.质子酸C.过渡金属化合物D.碱金属答案：C5.下列属于缩聚反应的是（）A.乙烯的自由基聚合B.异丁烯的阳离子聚合C.二元酸与二元醇的反应D.苯乙烯的阴离子聚合答案：C（二）填空题1.高分子化合物的相对分子质量通常在________以上。答案：1042.自由基聚合的引发剂主要有偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂和________。答案：氧化还原引发体系3.阴离子聚合具有________聚合的特征，可精确控制聚合物分子量。答案：活性4.配位聚合能够制备________规整的聚合物。答案：立构5.逐步聚合反应按反应机理可分为缩聚反应和________。答案：加聚反应（三）简答题1.简述自由基聚合的链终止方式。自由基聚合的链终止方式主要有偶合终止和歧化终止。偶合终止：两个链自由基的独电子相互结合形成共价键，生成一个高分子量的聚合物分子。例如，两个自由基活性链相互结合，使链终止。偶合终止后，聚合物分子的聚合度是两个链自由基聚合度之和，聚合物分子链两端均为引发剂残基。歧化终止：一个链自由基从另一个链自由基上夺取一个氢原子，使自身终止，同时使另一个链自由基也终止。歧化终止后，生成两个聚合物分子，一个分子的端基为饱和基团，另一个分子的端基为不饱和基团，聚合物分子的聚合度与链自由基的聚合度相同。2.说明离子聚合与自由基聚合的主要区别。引发剂种类：自由基聚合的引发剂为易产生自由基的物质，如偶氮类、过氧化物类引发剂；离子聚合的引发剂为亲电试剂（阳离子聚合）或亲核试剂（阴离子聚合），如质子酸、Lewis酸、碱金属、有机金属化合物等。活性中心：自由基聚合的活性中心是自由基；阳离子聚合的活性中心是碳阳离子，阴离子聚合的活性中心是碳阴离子。单体选择性：自由基聚合对单体的选择性相对较低，多种烯类单体均可进行自由基聚合；阳离子聚合适合于含有推电子基团的烯类单体，阴离子聚合适合于含有吸电子基团的烯类单体。聚合反应温度：自由基聚合反应温度一般较高；阳离子聚合通常在低温下进行，以减少链转移反应；阴离子聚合反应温度也较低，且部分阴离子聚合可在室温下进行。聚合机理：自由基聚合通过链引发、链增长、链终止和链转移等基元反应进行；离子聚合的链增长反应是通过活性中心与单体的离子型加成反应进行，阴离子聚合具有活性聚合的特征，在无终止剂时活性中心可长时间存在。（四）论述题1.论述高聚物合成技术在现代材料科学中的重要地位和发展趋势。高聚物合成技术在现代材料科学中具有极其重要的地位：创造多样化的材料：通过不同的合成技术，如自由基聚合、离子聚合、配位聚合和逐步聚合等，可以制备出具有各种结构和性能的高分子材料。例如，通过自由基聚合制备的聚乙烯、聚丙烯等通用塑料，广泛应用于包装、建筑等领域；通过配位聚合制备的等规聚丙烯、顺式1,4聚丁二烯等高性能材料，在汽车、橡胶制品等方面发挥重要作用。满足特殊需求：随着科技的发展，对材料的性能提出了特殊要求，高聚物合成技术能够满足这些需求。在电子信息领域，合成具有特定电学性能的高分子材料用于半导体制造、电子器件封装等；在医疗领域，合成具有生物相容性、可降解性的医用高分子材料，如人工器官、药物缓释载体等。推动产业发展：高聚物合成技术的发展推动了塑料、橡胶、纤维等高分子材料产业的蓬勃发展，形成了庞大的产业链，为经济发展做出了重要贡献。高聚物合成技术的发展趋势：绿色合成：随着环保意识的增强，开发绿色、可持续的高聚物合成技术成为趋势。采用无毒、无害的单体和引发剂，减少有机溶剂的使用，开发水相聚合、熔融聚合等绿色聚合方法。高性能化：不断提高高分子材料的性能，如强度、耐热性、耐腐蚀性等。通过分子设计和合成方法的创新，制备具有特殊结构的高分子材料，如纳米复合材料、超支化聚合物等。功能化：赋予高分子材料更多的功能，如智能响应性、自修复性、光电性能等。例如，合成能够响应温度、pH值等外界刺激的智能高分子材料，用于传感器、药物控释等领域。精确合成：实现对聚合物结构的精确控制，包括分子量、分子量分布、链结构、立构规整性等。利用活性聚合、可控聚合等技术，制备结构精确的高分子材料，满足高端应用的需求。2.分析影响逐步聚合反应产物分子量的因素及提高分子量的措施。影响逐步聚合反应产物分子量的因素：反应程度：反应程度是影响分子量的关键因素。逐步聚合反应中，分子量随反应程度的增加而增大。只有当反应程度很高时，才能获得高分子量的产物。例如，在聚酯化反应中，若反应程度较低，产物主要是低聚物，随着反应的进行，反应程度提高，分子量逐渐增大。官能团的摩尔比：对于二元酸与二元醇等进行的缩聚反应，官能团的摩尔比接近1时，有利于形成高分