题目
从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异: (1)聚丙烯腈与碳纤维; (2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯; (3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶);(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。
从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异: (1)聚丙烯腈与碳纤维; (2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯; (3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶);(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。
题目解答
答案
(1)聚丙烯腈与碳纤维 答:聚丙烯腈取代基的极性大,相互作用力大,分子链内旋转受阻严重,柔顺性很差,硬度和刚性较高;碳纤维是由PAN高温环化、芳构化制得,分子呈梯型结构,导致分子链刚性更大,可作为耐高温的聚合物的增强填料。 (2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯; 答:前者APP分子链结构不规整,不易结晶,用作弹性体;后者IPP分子链结构规整,容易结晶,作为塑料。 (3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶) 答:天然橡胶为顺式结构,分子链间距离较大,不易结晶,柔韧与弹性好,交联后做橡胶材料;杜仲橡胶为反式结构,分子链的结构规整性好,易结晶,是一种比较特殊塑料(比通用塑料软,比橡胶硬) (4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯 答:高密度聚乙烯是线性分子结构,易结晶,密度、熔点、结晶度和硬度等方面均低于低密度聚乙烯;低密度聚乙烯的分子结构的规整度破坏,支化度高,结晶度大大降低;交联聚乙烯是经适度交联,刚性增加,抗形变性好,耐温性和耐溶剂性相应提高。
解析
本题考查聚合物结构与性能的关系，需从分子结构特点（如取代基性质、立构规整性、分子链柔顺性、交联程度等）分析性能差异。核心思路是：
- 取代基极性影响分子间作用力和链段运动；
- 立构规整性决定结晶能力；
- 顺反异构影响分子链排列和结晶倾向；
- 分子结构（线性/支化/交联）决定物理性能（如密度、熔点、耐温性等）。
第（1）题
聚丙烯腈（PAN）与碳纤维
- PAN特点：腈基（-CN）极性强，分子间作用力大，链段内旋转受阻，分子链刚性大，硬度高，但柔顺性差。
- 碳纤维特点：PAN经高温环化、芳构化形成梯型结构，刚性进一步增强，耐高温性能优异，可作为增强材料。
第（2）题
无规立构聚丙烯（APP）与等规立构聚丙烯（IPP）
- APP特点：分子链结构无序，无法形成规整晶格，结晶度低，呈现橡胶弹性。
- IPP特点：分子链高度规整，易结晶，硬度高，适合作塑料。
第（3）题
顺式聚1,4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1,4-异戊二烯（杜仲橡胶）
- 天然橡胶特点：顺式结构使分子链间距大，链段运动灵活，弹性好，交联后成橡胶。
- 杜仲橡胶特点：反式结构排列规整，易结晶，硬度高于橡胶但低于普通塑料。
第（4）题
高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、交联聚乙烯（PE-X）
- HDPE特点：线性结构规整，结晶度高，密度大，熔点高。
- LDPE特点：分子链高度支化，结晶度低，密度小，韧性好。
- PE-X特点：分子链交联形成三维网络，刚性增强，耐温性和耐溶剂性显著提高。