第二章高分子材料的制备反应(三)

书中部分思考题参考答案第二章高分子材料共混改性1. 什么是相容性，以什么作为判断依据？是指共混无各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力，其一般以是否能够产生热力学相互溶解为判据。

2. 反应性共混体系的概念以及反应机理是什么？是指在不相容或相容性较差的共混体系中加入（或就地形成）反应性高分子材料，在混合过程中（例如挤出过程）与共混高分子材料的官能团之间在相界面上发生反应，使体系相容性得到改善，起到增容剂的作用。

3•高分子材料体系其相态行为有哪几种形式，各自有什么特点，并举例加以说明。

（1）具有上临界混溶温度UCST,超过此温度,体系完全相容,为热力学稳定的均相体系；低于此温度为部分相容，在一定的组成范围内产生相分离。

如:天然橡胶-丁苯橡胶。

（2）具有下临界混溶温度LCST，低于此温度，体系完全相容,高于此温度为部分相容。

如:聚苯乙烯-聚甲基乙烯基醚、聚己内酯-苯乙烯/丙烯腈共聚物。

（3）同时出现上临界混溶温度UCST和下临界混溶温度LCST，如苯乙烯/ 丙烯腈共聚物-丁腈橡胶等共混体系。

（4）UCST和LCST相互交叠，形成封闭的两相区（5）多重UCST 和LCST4. 什么是相逆转，它与旋节分离的区别表现在哪些方面？相逆转（高分子材料A或高分子材料B从分散相到连续相的转变称为相逆转）也可产生两相并连续的形态结构。

（1）SD起始于均相的、混溶的体系，经过冷却而进入旋节区而产生相分离，相逆转主要是在不混溶共混物体系中形态结构的变化。

（2）SD可发生于任意浓度，而相逆转仅限于较高的浓度范围（3）SD产生的相畴尺寸微细，而相逆转导致较粗大的相畴，5. 相容性的表征方法有哪些，试举例加以说明。

玻璃化转变法、红外光谱法、差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC）膨胀计法、介电松弛法、热重分析、热裂解气相色谱等。

玻璃化转变法：若两种高分子材料组分相容，共混物为均相体系就只有一个玻璃化温度，完全不溶，就有两个玻璃化温度，部分相容介于前两者之间。

高分子材料的自由基聚合反应动力学高分子材料是一类重要的工程材料，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纤维等。

高分子材料的制备主要依靠聚合反应，其中自由基聚合反应是最常用的方法之一。

了解高分子材料的自由基聚合反应动力学是实现高性能高分子材料的关键。

自由基聚合反应是通过自由基间的链式传递反应来实现高分子物质的形成。

这个过程包括引发、链增长和链传递三个阶段。

首先是引发步骤，当外部因素，如热、光、辐射等作用于起始物质时，可以产生自由基。

这些自由基具有高度反应性，会引发聚合反应。

然后是链增长步骤，起始物质中的自由基可以与单体分子发生反应，将单体分子加入到聚合链的末端，使聚合链得到延长。

最后是链传递步骤，聚合链中的自由基可以与其他自由基发生反应，导致链的断裂或交联，从而影响聚合过程。

在高分子材料的自由基聚合反应过程中，动力学参数对于控制聚合反应的速度和分子量分布至关重要。

其中，聚合反应速率常数（kp）和转移速率常数（kt）是反映反应速率的重要参数。

聚合反应速率常数是指在特定条件下，自由基与单体之间发生反应的速率常数。

转移速率常数是指自由基与其他基团之间转移反应的速率常数。

这两个参数的大小直接影响聚合物的分子量增长速率和分子量分布。

动力学模型是研究高分子材料自由基聚合反应动力学的重要工具。

根据反应过程的特点，常用的动力学模型有糖分级数动力学模型、时段动力学模型、可逆转移模型等。

这些模型可以通过数学公式来描述聚合反应过程中自由基浓度、聚合物分子量等参数的变化规律。

了解自由基聚合反应的动力学特点有助于优化聚合反应条件，提高聚合物的质量和性能。

一方面，可以通过调节引发剂的浓度或类型来改变聚合反应速率，控制聚合物的分子量分布。

另一方面，可以通过调节反应温度和环境条件来控制转移反应的发生，从而影响聚合物的结构和性能。

此外，了解自由基聚合反应的动力学特点还有助于预测聚合过程中可能产生的副反应和副产物。

例如，聚合过程中可能发生分支反应，导致聚合物结构的分岔和交联。

高分子材料制备技术作业指导书第1章引言 (4)1.1 高分子材料概述 (4)1.2 制备技术简介 (4)第2章高分子合成基本原理 (5)2.1 高分子合成方法 (5)2.1.1 加聚反应 (5)2.1.2 缩聚反应 (5)2.1.3 模板聚合 (5)2.1.4 原子转移自由基聚合 (5)2.2 高分子聚合反应 (5)2.2.1 自由基聚合 (5)2.2.2 离子聚合 (6)2.2.3 配位聚合 (6)2.2.4 缩聚反应 (6)2.3 高分子结构及其功能 (6)2.3.1 高分子链结构 (6)2.3.2 高分子结晶性 (6)2.3.3 高分子取向 (6)2.3.4 高分子复合材料 (6)2.3.5 高分子功能材料 (6)第3章均相聚合反应 (7)3.1 溶液聚合 (7)3.1.1 原理 (7)3.1.2 操作步骤 (7)3.1.3 注意事项 (7)3.2 乳液聚合 (7)3.2.1 原理 (7)3.2.2 操作步骤 (7)3.2.3 注意事项 (7)3.3 悬浮聚合 (7)3.3.1 原理 (8)3.3.2 操作步骤 (8)3.3.3 注意事项 (8)第4章非均相聚合反应 (8)4.1 本体聚合 (8)4.1.1 概述 (8)4.1.2 基本原理 (8)4.1.3 实验操作 (8)4.2 熔融聚合 (8)4.2.1 概述 (8)4.2.2 基本原理 (9)4.3 水相聚合 (9)4.3.1 概述 (9)4.3.2 基本原理 (9)4.3.3 实验操作 (9)第5章高分子材料添加剂 (9)5.1 稳定剂 (9)5.1.1 光稳定剂 (9)5.1.2 热稳定剂 (10)5.1.3 抗氧化剂 (10)5.2 填充剂 (10)5.2.1 无机填充剂 (10)5.2.2 有机填充剂 (10)5.3 润滑剂 (10)5.3.1 外润滑剂 (10)5.3.2 内润滑剂 (10)5.4 阻燃剂 (10)5.4.1 无机阻燃剂 (10)5.4.2 有机阻燃剂 (11)第6章热塑性高分子材料制备 (11)6.1 热塑性塑料概述 (11)6.2 聚乙烯制备 (11)6.2.1 制备方法 (11)6.2.2 工艺流程 (11)6.2.3 影响因素 (11)6.3 聚丙烯制备 (11)6.3.1 制备方法 (12)6.3.2 工艺流程 (12)6.3.3 影响因素 (12)6.4 聚氯乙烯制备 (12)6.4.1 制备方法 (12)6.4.2 工艺流程 (12)6.4.3 影响因素 (12)第7章热固性高分子材料制备 (13)7.1 热固性塑料概述 (13)7.2 酚醛树脂制备 (13)7.2.1 原料选择与配比 (13)7.2.2 缩合反应 (13)7.2.3 凝胶化与固化 (13)7.2.4 后处理 (13)7.3 环氧树脂制备 (13)7.3.1 原料选择与配比 (13)7.3.2 开环聚合 (13)7.3.3 固化 (14)7.4 不饱和聚酯树脂制备 (14)7.4.1 原料选择与配比 (14)7.4.2 酯化反应 (14)7.4.3 固化 (14)7.4.4 后处理 (14)第8章橡胶材料制备 (14)8.1 天然橡胶 (14)8.1.1 橡胶树种植与采集 (14)8.1.2 天然橡胶的制备 (14)8.1.3 天然橡胶的性质与应用 (14)8.2 合成橡胶 (14)8.2.1 丁苯橡胶 (14)8.2.2 顺丁橡胶 (15)8.2.3 丁腈橡胶 (15)8.2.4 氯丁橡胶 (15)8.3 硫化橡胶 (15)8.3.1 硫化橡胶的制备原理 (15)8.3.2 硫化橡胶的配方设计 (15)8.3.3 硫化橡胶的功能评价 (15)8.3.4 硫化橡胶的应用 (15)8.4 特种橡胶 (15)8.4.1 硅橡胶 (15)8.4.2 氟橡胶 (15)8.4.3 聚氨酯橡胶 (15)8.4.4 氯磺化聚乙烯橡胶 (15)8.4.5 热塑性弹性体橡胶 (15)第9章复合材料制备 (15)9.1 复合材料概述 (16)9.2 纤维增强复合材料 (16)9.2.1 纤维的选择 (16)9.2.2 基体材料 (16)9.2.3 制备工艺 (16)9.3 层状复合材料 (16)9.3.1 层状复合材料的结构 (16)9.3.2 制备工艺 (16)9.4 颗粒增强复合材料 (17)9.4.1 颗粒的选择 (17)9.4.2 制备工艺 (17)第10章功能性高分子材料制备 (17)10.1 功能性高分子概述 (17)10.1.1 功能性高分子的定义与分类 (17)10.1.2 功能性高分子的基本性质与特点 (17)10.1.3 功能性高分子的应用领域 (17)10.2.1 导电高分子材料的类型与结构 (17)10.2.2 导电高分子材料的制备方法 (17)10.2.3 导电高分子材料的应用实例 (17)10.3 磁性高分子材料 (17)10.3.1 磁性高分子材料的结构与分类 (18)10.3.2 磁性高分子材料的制备技术 (18)10.3.3 磁性高分子材料的应用研究 (18)10.4 光学活性高分子材料 (18)10.4.1 光学活性高分子材料的特性与分类 (18)10.4.2 光学活性高分子材料的制备方法 (18)10.4.3 光学活性高分子材料的应用领域 (18)10.5 生物医用高分子材料 (18)10.5.1 生物医用高分子材料的特性与要求 (18)10.5.2 生物医用高分子材料的分类与选用 (18)10.5.3 生物医用高分子材料的制备与加工技术 (18)10.5.4 生物医用高分子材料的应用实例 (18)第1章引言1.1 高分子材料概述高分子材料是一类由相对分子质量较高的化合物构成的材料，具有独特的物理、化学及生物学功能。

高分子材料的制备和应用技术高分子材料是由许多长链分子聚合而成的材料，常用于制造塑料、橡胶、纤维等。

在现代化生产和生活中，高分子材料扮演着重要的角色，成为了许多工业产品和消费品的材料基础。

本文将从制备和应用技术两个方面对高分子材料进行探讨。

一、高分子材料的制备技术1. 合成聚合反应高分子材料的制备通常采取化学合成的方法，即通过聚合反应将小分子化合物转化为长链分子。

其中，最常用的聚合反应有自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合和离子交联聚合等。

自由基聚合是一种广泛使用的聚合反应，定量控制好单体转换率可得到高分子材料。

在自由基聚合中，过氧化物、过氧化叔丁酮、有机过硫酸盐、自由基引发剂等都是可以用来引发聚合反应的反应物。

但自由基聚合反应的缺陷之一是当高分子长度达到一定程度时会形成链转移剂，终止聚合反应。

阴离子聚合是依靠阴离子的化学亲和力在反应体系中引发聚合反应，它的缺点是协同加和现象；当有多个单体参与时，容易在反应体系中同时加和，使得所得的高分子材料乱序无序。

与之相对的是阳离子聚合，可得到较规整的高分子链长。

这是因为阳离子被认为更容易限制反应，防止过早链转移和聚合，同时具有一定的反应快速性，是制备高分子材料的好选择。

离子交联聚合是在两种具有亲和性的离子交互作用下生成的高分子材料。

例如，凝胶剂网络可以通过离子交联得到高分子材料，选择合适的单体和催化剂可以控制凝胶剂网络的结构和性质，也是一种常用的高分子材料制备方法。

2. 物理制备法物理制备是一种利用物理过程制备高分子材料的方法，不包括加化学反应产生高分子的反应过程。

这种方法可以保留分子的完整性和特殊的物理性质，并且不会出现化学反应的副反应。

物理制备法可以分为三类：熔融混合、电泳纺丝和原子力显微镜等。

熔融混合是利用分子间的热力作用将高分子材料混合形成异质物，其过程通常在高温下完成。

电泳纺丝是一种消除带电粒子异动性的技术，在离子性高分子铸造过程中，通过施加电场使带电高分子分子链在电场中的运动，从而产生各种各样的纳米结构。

高分子材料的制备方法
高分子材料的制备方法通常包括以下几个步骤：
1.原料选择：选择适合制备目标高分子材料的合适原料，通常包括单体、溶剂、稀释剂等。

单体选择要考虑其结构、反应特性和物性等因素。

2.预处理：将原料进行预处理，例如通过溶解、过滤等方法去除杂质，提高原料的纯度。

3.聚合反应：将适量的单体和催化剂等加入反应容器中，并控制合适的温度、反应时间和反应条件，使单体发生聚合反应，形成高分子链。

反应过程中要注意聚合反应的副反应的控制和氧气、水分的排除。

4.混合、加工：将聚合得到的高分子链与其他添加剂（例如填料、增塑剂等）进行充分混合，以获得所需的材料性能。

5.成型加工：根据高分子材料的用途需求，将材料进行成型加工。

常见的成型加工方法包括挤出、注塑、吹塑、压延、热压等。

6.热处理：对成型后的高分子材料进行热处理，以提高材料的稳定性和性能。

7.表面处理：对需要的高分子材料进行表面处理，如涂覆、镀金、氧化等，以改
变材料的表面性质。

除了上述步骤，还要注意在制备过程中控制适当的工艺参数，如温度、压力、反应时间等，以保证高分子材料的质量和性能。

《高分子材料导论》思考题第一章材料科学概述1．试从不同角度把材料进行分类，并阐述三大材料的特性。

按化学组成分类：金属材料无机材料.有机材料（高分子材料）按状态分类:气态。

固态：单晶.多晶.非晶.复合材料.液态按材料作用分类:结构材料，功能材料按使用领域分类：电子材料。

耐火材料。

医用材料。

耐蚀材料。

建筑材料三大材料：（1）金属材料富于展性和延性，有良好的导电及导热性、较高的强度及耐冲击性。

（2）无机材料一般硬度大、性脆、强度高、抗化学腐蚀、对电和热的绝缘性好。

（3）高分子材料的一般特点是质轻、耐腐蚀、绝缘性好、易于成型加工，但强度、耐磨性及使用寿命较差。

2．说出材料、材料工艺过程的定义。

材料——具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。

由化学物质或原料转变成适用于一定用场的材料，其转变过程称为材料化过程或材料工艺过程。

3．原子之间或分子之间的结合键一般有哪些形式？试论述各种结合键的特点。

离子键：无方向性，键能较大。

由离子键构成的材料具有结构稳定、熔点高、硬度大、膨胀系数小的特点。

共价键：具有方向性和饱和性两个基本特点。

键能较大，由共价结合而形成的材料一般都是绝缘体。

金属键：无饱和性和方向性。

具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电、导热性能。

4．何为非晶态结构？非晶态结构材料有何共同特点？原子排列近程有序而远程无序的结构称为非晶态结构或无定形结构，非晶态结构又称玻璃态结构。

共同特点是：结构长程无序，物理性质一般是各向同性的；没有固定的熔点，而是一个依冷却速度而改变的转变温度范围；塑性形变一般较大，导热率和热膨胀性都比较小。

5．材料的特征性能主要哪些方面？热学、力学、电学、磁学、光学、化学等性能6．什么是材料的功能物性？材料的功能物性包括哪些方面？功能物性，是指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。

包括：1热电转换性能2光－热转换性能3光－电转换性能4力－电转换性能5磁－光转换性能6电－光转换性能7声－光转换性能7．材料工艺与材料结构及性能有何关系？材料工艺，包括材料合成工艺及材料加工工艺，影响材料的组织结构，因而对材料的性能有显著的影响。

高分子材料基础及加工流变学第一章材料科学概述材料(Materials)具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质称为材料。

材料化过程(Material Process)由化学物质或原料转变成适于一定用场的材料，这一转变过程称为材料化过程（材料工艺过程）.材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。

大多数的物质需通过一定的工艺过程才能转化为材料.材料可由一种物质或若干种物质构成.同一种物质,由于制备或加工方法不同,可成为用途不同—不同类型的材料.材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。

材料是全球新技术革命的四大标志之一:新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术未来新一代材料主要表现在：a. 既是结构材料又具有多种功能的材料；b. 具有感知、自我调节和反馈等能力的智能型材料c. 制作和废弃过程中尽可能减少污染的绿色材料；d. 充分利用自然资源，能循环作用的可再生材料；e. 少维修或不维修的长寿命材料。

第二章高分子材料的制备反应结构单元有时也称为单体单元 (Monomer unit)、重复单元 (Repeating unit)、链节 (Chain element)n 表示重复单元数，也称为链节数，在此等于聚合度,聚合度（Degree of polymerization）是衡量高分子大小的一个指标均聚物（Homopolymer）：只含有一种重复单元的聚合物。

共聚物（Copolymer）：含有两种以上重复单元的聚合物。

高分子化合物的基本特征:1.高分子的溶液性质——难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段2.溶液粘度比同浓度的小分子高得多3.分子之间的作用力大,只有液态和固态,不能汽化4.高分子固态具有多种力学性质高分子材料的组成和成型加工:1.在成型加工过程中，物料的形态、结构都会发生显著变化，从而改变材料的性能。

2.当选择某种高分子材料时，不仅要考虑其潜在的优越性能，还必须考虑其成型加工工艺的可能性和难易。

高分子材料的制备与性能调控随着科学技术的不断发展，高分子材料的研究和应用变得越来越重要。

高分子材料是一类由重复单元组成的大分子化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、纤维、涂料、医学器械等。

本文将探讨高分子材料的制备方法以及如何调控其性能。

一、高分子材料的制备方法高分子材料的制备方法可以分为合成法和加工法两种。

（一）合成法合成法是指通过化学反应将单体反应成高分子材料。

其中常见的合成方法包括聚合反应和共聚反应。

聚合反应是指将单体通过化学反应，通过共价键的形式将它们连接起来，形成高分子链。

常见的聚合反应有自由基聚合反应、阴离子聚合反应、阳离子聚合反应和离子聚合反应等。

通过调整反应条件和选择适合的催化剂，可以控制高分子材料的分子量、分子量分布和化学结构，从而调控其性能。

共聚反应是指将两种或多种不同的单体同时进行聚合反应。

共聚反应可以获得具有多元功能的高分子材料。

例如，合成具有耐高温性、耐溶剂性能的共聚酯材料，可以通过将含有不饱和键的单体与含有芳香环的单体共聚来实现。

（二）加工法加工法是指通过物理或机械手段将已经合成的高分子材料加工成所需的形状和结构。

加工法包括熔融加工、溶液加工、胶体加工和压延加工等。

熔融加工是指将高分子材料加热至熔点，然后通过模具成型，形成所需的形状。

熔融加工常用于塑料制品的生产，如各类容器、管道等。

溶液加工是指将高分子材料溶解于合适的溶剂中，通过蒸发或冷却将溶剂去除，得到固态的高分子材料。

溶液加工可制备薄膜、纤维和涂层等。

胶体加工是将高分子材料溶胶或胶体溶液通过各种加工手段形成固态材料。

胶体加工常用于制备表面粗糙和多孔结构的高分子材料。

压延加工是指通过将高分子材料置于两个辊子之间进行加压，使其形成所需的形状和结构。

压延加工常用于制备塑料薄膜和纤维板等。

二、高分子材料的性能调控高分子材料的性能取决于其化学结构、分子量和分子量分布等因素。

通过调控这些因素，可以改变材料的力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。

高分子材料的制备和性能调控高分子材料是一类具有巨大潜力的材料，它们具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在各个领域都有广泛的应用。

然而，要充分发挥高分子材料的优势，就需要对其制备和性能进行精确的调控。

一、高分子材料的制备方法高分子材料的制备方法多种多样，包括聚合法、溶液法、熔融法等。

其中，聚合法是最常用的制备方法之一。

聚合法通过将单体分子进行聚合反应，形成高分子链结构。

这种方法可以控制高分子的分子量和分子结构，从而调控材料的性能。

溶液法则是通过将高分子溶解在溶剂中，然后通过溶剂的蒸发或者其他方法使高分子重新凝聚成固体材料。

熔融法则是将高分子加热至熔融状态，然后通过冷却使其重新凝固成固体材料。

这些制备方法可以根据不同的需求选择合适的方法进行制备。

二、高分子材料的性能调控高分子材料的性能调控是实现材料优化的关键。

通过调控高分子的分子结构和组成，可以改变材料的力学性能、热学性能、电学性能等。

例如，通过改变高分子的交联程度和分子量，可以调控材料的硬度和强度。

通过引入不同的功能基团，可以使高分子具有特殊的化学性质，如耐腐蚀性、抗菌性等。

此外，还可以通过控制高分子的晶型和分子排列方式，调控材料的热学性能和电学性能。

这些性能调控手段可以根据具体的应用需求进行选择和设计。

三、高分子材料的应用领域高分子材料在各个领域都有广泛的应用。

在汽车工业中，高分子材料被用于制造轻量化零部件，以提高汽车的燃油效率。

在电子工业中，高分子材料被用于制造电子设备的绝缘层、封装材料等，以提高电子设备的性能和可靠性。

在医疗领域中，高分子材料被用于制造人工关节、医疗器械等，以改善患者的生活质量。

在环保领域中，高分子材料被用于制造可降解塑料、污水处理材料等，以减少对环境的污染。

这些应用领域的不断拓展，推动了高分子材料的制备和性能调控的研究。

四、高分子材料的发展趋势随着科技的进步和社会的发展，对高分子材料的需求越来越高。

未来，高分子材料的发展趋势将主要集中在以下几个方面。