2025年聚合工藝考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列聚合反應(yīng)中，屬于逐步聚合的是（）。A.乙烯的自由基聚合B.苯乙烯的陰離子聚合C.己二酸與己二胺的縮聚反應(yīng)D.異戊二烯的配位聚合2.乳液聚合中，乳化劑的主要作用是（）。A.提高反應(yīng)溫度B.降低單體與水的界面張力，形成膠束C.直接參與鏈增長(zhǎng)反應(yīng)D.終止自由基鏈反應(yīng)3.自由基聚合中，引發(fā)劑分解速率常數(shù)（kd）隨溫度升高而（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減4.懸浮聚合中，分散劑的主要作用是（）。A.調(diào)節(jié)聚合物分子量B.防止單體液滴聚并C.提高反應(yīng)速率D.降低體系粘度5.縮聚反應(yīng)中，若官能團(tuán)摩爾比r=0.95，反應(yīng)程度p=0.98，則數(shù)均聚合度Xn為（）。A.19B.38C.57D.766.本體聚合的主要缺點(diǎn)是（）。A.產(chǎn)物純度低B.反應(yīng)熱不易導(dǎo)出，易局部過(guò)熱C.聚合速率慢D.需大量溶劑，后處理復(fù)雜7.離子聚合中，活性中心的存在形式主要取決于（）。A.單體濃度B.溶劑的極性和溫度C.引發(fā)劑用量D.聚合時(shí)間8.為提高自由基聚合產(chǎn)物的分子量，可采取的措施是（）。A.提高引發(fā)劑濃度B.降低單體濃度C.加入鏈轉(zhuǎn)移劑D.降低反應(yīng)溫度9.乳液聚合的典型特征是（）。A.聚合速率與引發(fā)劑濃度無(wú)關(guān)B.聚合速率和分子量可同時(shí)提高C.反應(yīng)體系粘度高，散熱困難D.產(chǎn)物分子量分布寬10.配位聚合中，Ziegler-Natta催化劑的主催化劑通常是（）。A.過(guò)渡金屬鹵化物（如TiCl4）B.烷基鋁化合物（如AlEt3）C.過(guò)硫酸鹽D.偶氮二異丁腈（AIBN）二、填空題（每空1分，共20分）1.自由基聚合的基元反應(yīng)包括______、______和______。2.縮聚反應(yīng)的分子量控制方法主要有______和______。3.乳液聚合的三個(gè)階段是______、______和______。4.懸浮聚合的分散介質(zhì)是______，分散劑可分為_(kāi)_____（如聚乙烯醇）和______（如碳酸鈣）兩類。5.離子聚合中，陽(yáng)離子聚合的引發(fā)劑通常為_(kāi)_____（如H2SO4），陰離子聚合的引發(fā)劑通常為_(kāi)_____（如n-BuLi）。6.聚合度的影響因素包括______、______、______和______（任寫(xiě)四個(gè)）。7.凝膠效應(yīng)（自動(dòng)加速現(xiàn)象）發(fā)生的主要原因是______，導(dǎo)致______速率下降而______速率基本不變。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.比較本體聚合與溶液聚合的優(yōu)缺點(diǎn)。2.簡(jiǎn)述乳液聚合中膠束成核、水相成核和液滴成核的區(qū)別。3.自由基聚合中，為什么溫度升高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物分子量降低？4.縮聚反應(yīng)中，為什么需要嚴(yán)格控制官能團(tuán)摩爾比？5.配位聚合與自由基聚合的主要區(qū)別有哪些？四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某自由基聚合體系中，單體濃度[M]=5mol/L，引發(fā)劑濃度[I]=0.01mol/L，引發(fā)劑分解速率常數(shù)kd=2×10-6s-1，鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)kp=1×103L/(mol·s)，鏈終止速率常數(shù)kt=2×107L/(mol·s)，引發(fā)效率f=0.8。假設(shè)為雙基終止，求聚合初期的聚合速率Rp和動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)ν（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。2.己二酸與己二胺進(jìn)行縮聚反應(yīng)，初始時(shí)兩種單體的物質(zhì)的量均為2mol，反應(yīng)過(guò)程中己二酸的轉(zhuǎn)化率為99%。若體系中無(wú)單官能團(tuán)物質(zhì)，求反應(yīng)程度p、官能團(tuán)摩爾比r以及數(shù)均分子量Mn（己二酸分子量146，己二胺分子量116，端基忽略不計(jì)）。五、綜合分析題（20分）某工廠采用乳液聚合法生產(chǎn)丁苯橡膠，生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)單體轉(zhuǎn)化率偏低（目標(biāo)轉(zhuǎn)化率95%，實(shí)際僅85%），且產(chǎn)物分子量分布較寬。請(qǐng)分析可能的原因，并提出至少3項(xiàng)改進(jìn)措施。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.A4.B5.B6.B7.B8.D9.B10.A二、填空題1.鏈引發(fā)；鏈增長(zhǎng)；鏈終止2.控制官能團(tuán)摩爾比；加入單官能團(tuán)物質(zhì)3.成核期（增速期）；恒速期；降速期4.水；水溶性高分子；無(wú)機(jī)粉末5.質(zhì)子酸或Lewis酸；堿金屬或有機(jī)金屬化合物6.引發(fā)劑濃度；單體濃度；溫度；鏈轉(zhuǎn)移劑用量（其他合理答案亦可）7.體系粘度增大，自由基擴(kuò)散受阻；鏈終止；鏈增長(zhǎng)三、簡(jiǎn)答題1.本體聚合：優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物純度高、工藝簡(jiǎn)單、無(wú)溶劑污染；缺點(diǎn)是反應(yīng)熱難導(dǎo)出，易局部過(guò)熱導(dǎo)致凝膠效應(yīng)，分子量分布寬，甚至暴聚。溶液聚合：優(yōu)點(diǎn)是溶劑可帶走反應(yīng)熱，體系粘度低，易控制；缺點(diǎn)是溶劑需回收，產(chǎn)物純度低（殘留溶劑），聚合速率和分子量較低（溶劑可能引發(fā)鏈轉(zhuǎn)移）。2.膠束成核：自由基由水相進(jìn)入膠束引發(fā)聚合，是乳液聚合的主要成核方式（適用于難溶于水的單體）；水相成核：水溶性較大的單體在水相中形成齊聚物自由基，當(dāng)達(dá)到臨界鏈長(zhǎng)后沉淀并吸附乳化劑形成膠粒（如醋酸乙烯酯）；液滴成核：?jiǎn)误w液滴直接捕獲自由基引發(fā)聚合（僅當(dāng)單體液滴表面吸附足夠乳化劑且液滴尺寸很小時(shí)可能發(fā)生）。3.溫度升高時(shí)，引發(fā)劑分解速率kd增大，自由基濃度[M·]增加，導(dǎo)致鏈終止速率（與[M·]2成正比）增速快于鏈增長(zhǎng)速率（與[M·]成正比）；同時(shí)，溫度升高使鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)加?。ㄈ缦騿误w、溶劑的鏈轉(zhuǎn)移），導(dǎo)致分子量降低。4.縮聚反應(yīng)的數(shù)均聚合度Xn=（1+r）/(1+r-2rp)（r≤1），當(dāng)r偏離1時(shí)，Xn顯著下降。若官能團(tuán)摩爾比不平衡（如r<1），過(guò)量的單官能團(tuán)單體將封閉分子鏈，限制分子量增長(zhǎng)；嚴(yán)格控制r=1（或接近1）可使Xn最大化，滿足材料性能要求（如尼龍的高強(qiáng)度需高聚合度）。5.配位聚合：使用Ziegler-Natta等催化劑，活性中心為配位離子，可控制聚合物立構(gòu)規(guī)整性（如等規(guī)聚丙烯），分子量高且分布窄；自由基聚合：活性中心為自由基，無(wú)立構(gòu)控制能力（產(chǎn)物多為無(wú)規(guī)），分子量分布較寬，易受溫度、鏈轉(zhuǎn)移劑影響。四、計(jì)算題1.聚合速率Rp=kp[M](fkd[I]/kt)?代入數(shù)據(jù)：Rp=1×103×5×(0.8×2×10??×0.01/2×10?)?=5×103×(8×10?1?)?=5×103×2.83×10??≈1.4×10?3mol/(L·s)動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)ν=Rp/(2fkd[I])（雙基終止）ν=(1.4×10?3)/(2×0.8×2×10??×0.01)=1.4×10?3/(3.2×10??)=4.38×10?≈4.4×10?2.初始官能團(tuán)數(shù)：己二酸（-COOH）=2×2=4mol，己二胺（-NH2）=2×2=4mol，故r=1。反應(yīng)程度p=轉(zhuǎn)化率=0.99（因己二酸轉(zhuǎn)化率99%，且r=1，故p=0.99）。數(shù)均聚合度Xn=1/(1-p)=1/(1-0.99)=100。重復(fù)單元分子量=己二酸（146）+己二胺（116）-2H2O（2×18）=146+116-36=226。數(shù)均分子量Mn=Xn×重復(fù)單元分子量=100×226=22600。五、綜合分析題可能原因：①乳化劑用量不足：膠束數(shù)量少，成核位點(diǎn)不足，單體轉(zhuǎn)化率低；乳化效果差，單體液滴易聚并，反應(yīng)面積減小。②引發(fā)劑濃度偏低或分解速率慢（如溫度過(guò)低）：自由基生成量少，鏈引發(fā)速率低，單體轉(zhuǎn)化不徹底。③單體水溶性過(guò)高（如丁二烯含少量水）：部分單體溶解于水相，未被膠束捕獲，導(dǎo)致有效反應(yīng)單體減少。④反應(yīng)溫度波動(dòng)大：低溫時(shí)引發(fā)劑分解慢，高溫時(shí)可能導(dǎo)致乳化劑失效（如非離子型乳化劑濁點(diǎn)被突破），膠粒聚并。⑤攪拌速率不當(dāng)：攪拌過(guò)慢導(dǎo)致單體分散不均，局部濃度低；過(guò)快則可能破壞膠粒結(jié)構(gòu)，引發(fā)凝聚。改進(jìn)措施：①調(diào)整乳化劑用量：增加陰離子型乳化劑（如十二烷基硫酸鈉）與非離子型乳化劑（如OP-10）的復(fù)配比例，提高膠束穩(wěn)定性和數(shù)量。②優(yōu)化引發(fā)體系：改用氧化-還原引發(fā)劑（如過(guò)硫酸鉀-亞硫酸氫鈉），降低反