《高分子化学期末试卷》涉及了高分子化学的基础知识,主要涵盖了聚合反应的分类、聚合物的结构与性质、聚合机理以及聚合反应控制等多个方面。以下是对这些知识点的详细阐述:
1. 聚合反应类型:根据单体和聚合物在组成和构造上的变化,聚合反应分为缩聚反应和加聚反应。缩聚反应是单体之间通过逐步失去小分子(如水、醇等)形成高分子,而加聚反应则是单体直接连接形成高分子,不产生副产物。
2. 聚合机理:聚合反应按照机理可分为连锁聚合和逐步聚合。连锁聚合如自由基聚合,其特点是反应快速且连续,单体转化为聚合物的过程一步完成;逐步聚合则包括逐步加成聚合和开环聚合,反应速率较慢,可以通过增加反应时间来提高聚合度。
3. 聚合物基本单元:以聚乙烯为例,其构造单元是乙烯单元,也称为单体单元、重复单元或链节。无定形高聚物的物理状态和力学性质随温度变化,其中Tg(玻璃化温度)表示材料从硬脆转变为橡胶状的转变点,Tf(黏流温度)是聚合物流动开始的温度,而对于结晶高聚物,Tm(熔点)是晶体结构熔化的温度,这些参数对于评估聚合物的耐热性至关重要。
4. 聚合物的结构与反应类型:单体的结构决定其可能的聚合方式。例如,氯乙烯适合自由基聚合,异丁烯适合阳离子聚合,丙烯可选择配位聚合,甲基丙烯酸甲酯则既可自由基聚合也可阴离子聚合。苯乙烯因其共轭结构,可进行自由基、阳离子和阴离子聚合。
5. 聚合反应控制:自由基聚合中,转化率随时间增加,而缩聚反应的转化率与时间无关,但延长反应时间可提高聚合度。在自由基聚合中,提高分子量可通过降低聚合温度或减小引发剂浓度;引发剂的选择也会影响聚合过程,如本体聚合通常选用油溶性引发剂,乳液聚合则选用水溶性引发剂。
6. 影响聚合速率的因素:单体浓度、引发剂浓度、聚合温度和引发剂分解活化能都对聚合速率有显著影响。引发剂损耗可能因诱导分解和笼蔽效应导致。
7. 微观聚合动力学方程:建立该方程时,假设所有链节活性相同、系统处于稳态、聚合度很大且忽略链转移反应的影响。
8. 自动加速现象和凝胶效应:在本体聚合中,随着转化率提高,可能出现聚合速率自动加速的现象,这可能是由于链终止受到玻璃化温度或熔点的影响。凝胶效应是指在高转化率下,聚合物体系黏度显著增加,导致聚合速率加快,通常发生在苯乙烯等聚合物的本体聚合初期。
以上知识点反映了高分子化学的基本概念和重要原理,是理解和研究高分子材料性质、合成方法以及性能调控的关键。在学习过程中,掌握这些知识有助于深入理解高分子科学的本质。