《聚合物表征》试卷及答案

北京化工大学2007——2008学年第一学期

《聚合物表征》期末考试试卷

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

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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．dsinθ=λ B.2dsinθ=λ C.dsin2θ=λ D.dsinθ=2λ

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

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1． 分别用文字、谱图或示意图分别说明利用XRD和DSC方法测定聚合物材料结晶度的原理及步骤。

（1）DSC

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

Xc??Hf其中, Xc ---试样结晶度（%） Hf ---试样熔融热（cal/g或 cal/mol） ΔH0----结晶度为100%的相同聚合物的熔融热（cal/g或 cal/mol）

ΔH0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ΔH0。 3.用100%结晶样品直接测定其熔融热焓。

（2）X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)

I

Sc Sa ?H0?100%Xc?ScSc?Sa

2θ

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2．画出一个含有20%增塑剂DOP和30%无机填料SiO2的PVC样品的热失重（TG）曲线，并对曲线各段进行相应的文字说明。

100 W %

30

X3SiO2 80

X2X1DOP HCl PVC 200 T/°C

(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. 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。

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：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： 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。

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4．写出凝胶渗透色谱（GPC）中校正曲线的建立步骤。普适校正的应用条件及原理。 (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).

lgM7.06.05.04.03.02.01.0182124t/min273033

(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〕= KMα

K1M1 α1+1= K2M2α2+1

K、α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。

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5．图为某橡胶与某塑料共混试样的DMTA温度谱图，试分析从图中可以得到那些信息（已知Tg,橡胶=-13℃，Tg,塑料=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tanδ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tanδ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。

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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PVC，另外还有增塑剂DOP及无机填料CaCO3。若其它少量成分忽略不计，采用热失重（TG）法测定以上三种成分的含量，试用TG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。 （假定在空气气氛下DOP在160--200°C完成失重， PVC起始分解温为200°C，在600°C样品中有机物全部分解挥发） W %

50 X2 X3 100 200 300 400 500 600 700 HCl PVC X1DOP 40

室温 CaCO3 0

DOP %=100 %—X1 % PVC %=X1 %— X3 %

T/°C 300 400 500 CaCO3 %=X 3%

图中（X1%—X2%）为失重段，是PVC的第一段失重（释放HCl）

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8. 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（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，制备嵌段聚合物PLA-PEG（即： PLA-（OCH2CH2）n -OH ）。

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。

PLAmv PLA-PEG t(min) 凝胶色谱法(GPC):（8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（IR）：（4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。

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9．无机粘土微观上呈现纳米级层状周期结构，通过X射线衍射（XRD）低角度的衍射峰可表征其层状周期的存在和周期尺寸。用无机粘土与某种聚合物通过某种工艺制备有机 / 无机“纳米插层”复合物，使聚合物分子链插入层状粘土间隙，构成由聚合物层与粘土层周期交替的 “纳米插层结构”。

请用XRD示意图及布拉格衍射公式说明，表征复合物中存在“纳米插层”的判据。（简化的Bragg衍射公式：2d sinθ=λ）。

d 蒙脱土

聚合物链

dˊ

根据2d sinθ=λ，粘土微观层状结构的层间距d，在XRD图上对应一个衍射峰。设：该衍射峰的峰位为2θ，见图（1）。

形成“纳米插层”结构后，粘土层之间的距离增大到dˊ，在XRD图上仍对应一个衍射峰，设：该衍射峰的峰位为2θˊ，见图（2）。

“纳米插层” XRD判据为粘土周期层的衍射峰向低角度移动：衍射角2θˊ< 2θ 因为：若“纳米插层”结构存在，则dˊ> d

又因λ确定，由2d sinθ=λ可知：sinθˊ< sinθ，于是：2θˊ< 2θ。

cps 曲线（1）

曲线（2）

2θ′ 2θ 2θ(°)

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