《高分子材料的稳定与降解》教学大纲.docx

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《高分子材料的稳定与降解》教学大纲

《高分子材料的稳定与降解》教学大纲

一、课程基本信息

课程名称（中、英文）：

《高分子材料的稳定与降解》

（StabilizationandDegradationofPolymerMaterials）

课程号（代码）：

300011030

课程类别：

选修课

学时：

48学分：

3

二、教学目的及要求

高分子材料的降解是高分子在光、氧、热和生物等外界条件的作用下，内部分子结构发生变化，导致其物理化学性质和力学性能逐渐变差的过程，是材料不可避免的客观规律。

高分子材料的降解及其稳定化是高分子材料科学中一个日益受到重视的课题。

从应用的角度，研究高分子材料降解的机理和规律，并利用其保持某些高分子材料在使用过程中的稳定，或促进某些高分子材料在使用过程中或使用后的降解，对于高分子材料充分发挥效率，节约能源，保护环境，都是非常有益的。

本课程主要讲授各类高分子材料在实际应用过程中降解的机理、规律及检测手段等基本知识、基本概念和重要研究方法等，同时涉及高分子材料及制品的稳定与降解在工业、农业、航天、环境及医药等众多领域中的应用。

本课程涵盖了高分子材料在加工、贮存和使用、再生利用等过程中涉及稳定与降解的多个方面的问题。

使学生认识高分子材料降解的本质、规律，以及不同材料的稳定与降解在各个领域的实际应用。

对毕业要求及其分指标点支撑情况：

（1）毕业要求1，分指标点1.4和1.5；

（2）毕业要求2，分指标点2.1，2.2,2.3，2.4和2.5；

（3）毕业要求3，分指标点3.1,3.3和3.4；

（4）毕业要求6，分指标点6.1和6.2；

三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）

第一章绪论（2学时）

简要介绍高分子材料降解的定义，导致其降解的因素，并简要介绍高分子材料的稳定化、高分子材料的再生及可降解高分子材料的基本概念。

使学生对本课程的学习内容和学习方法建立整体概念。

要点：

课程学习的目的、方法、要求

高分子材料降解的定义、特点

导致高分子材料降解的内外因

高分子材料稳定化的必要性和可能性

高分子材料的再生和可降解高分子材料简介

第二章高分子材料降解与稳定化的基本原理（7学时）

介绍热、光、氧、臭氧、生物等诸多环境因素造成高分子材料降解的机理。

使学生对各种因素引起高分子材料降解的机理有系统、深刻的认识。

1、热降解及其稳定化（1学时）

要点：

热降解的定义和领域

热降解的不同类型和机理

热降解的稳定化

四个量子数的物理意义

2、热氧降解及其稳定化（2学时）

要点：

热氧降解的定义和领域

热氧降解的机理

热自动氧化反应及其意义

热氧降解的稳定剂及稳定方法

3、光降解、光氧降解及其稳定化（2学时）

要点：

光降解及光交联机理

光氧降解机理

光降解和光氧降解的稳定化方法及稳定剂

可光降解高分子材料

4、臭氧降解及其稳定化（1学时）

要点：

臭氧与高分子材料的作用

臭氧降解的防护

5、生物降解及其稳定化（1学时）

要点：

高分子材料生物降解的类型和机理

影响高分子材料生物降解的因素

生物降解的稳定化

生物降解的利用

第三章高分子材料降解各论（12学时）

根据高分子材料降解的内外因素，结合上一章讲到的各种降解机理，对各大类高分子材料和典型高分子材料材料的降解特性及稳定化方法逐一介绍。

1、聚烯烃（3学时）

要点：

聚烯烃降解的共性

聚乙烯、聚丙烯降解的特点

聚烯烃的稳定化

2、聚氯乙烯（2学时）

要点：

聚氯乙烯降解的特点

聚氯乙烯降解机理的分析

3、聚苯乙烯（1学时）

要点：

聚苯乙烯降解的特点

聚苯乙烯降解的稳定化

4、含氟高分子材料（1学时）

要点：

全氟高分子材料的降解特性

5、甲基丙烯酸酯类高分子材料（1学时）

要点：

甲基丙烯酸酯类高分子材料降解的特点

甲基丙烯酸高级酯降解产物与其结构的关系

6、聚二烯类高分子材料（1学时）

要点：

聚二烯类高分子材料的氧化和臭氧化

典型聚二烯类高分子材料的降解和稳定

7、其它典型高分子材料（3学时）

要点：

聚酯类高分子材料的降解和稳定

聚酰胺类的降解和稳定

聚氨酯的降解和稳定

聚砜类的降解和稳定

其它典型合成高分子材料的降解与稳定

天然高分子材料的降解与稳定

生物基和其它医用高分子材料的稳定与降解

第四章高分子材料在加工过程中的降解（6学时）

高分子材料在加工过程中受多种因素的影响，会发生降解。

典型的是聚氯乙烯。

通常这种情况是不利的，需要针对性地防范。

但也可以利用高分子材料的这一特点，对高分子材料进行加工改性。

1、概述（1学时）

要点：

加工过程中引起高分子材料降解的因素

加工过程中高分子材料降解的评价方法

2、聚氯乙烯和聚甲醛在加工过程中的降解（2学时）

要点：

聚氯乙烯降解的特点

影响聚氯乙烯加工稳定性的因素

聚甲醛在加工过程中的降解

3、可降解聚合物的加工（1学时）

要点：

可降解聚合物加工过程中的注意事项

典型可降解聚合物加工实例

4、降解在加工过程中的应用（2学时）

要点：

降解在加工过程中的应用

天然橡胶的素炼

聚乙烯的交联

接枝和嵌段共聚

第五章高分子材料的稳定剂（3学时）

针对上述各章设计的高分子材料降解的问题，介绍各种类型的高分子材料稳定剂，包括其作用机理，使用特点等等。

1、热稳定剂（1学时）

要点：

热稳定剂的定义、分类

热稳定剂的作用机理

典型的热稳定剂及其特性

热稳定剂的研究进展

2、光稳定剂（1学时）

要点：

光稳定剂的定义、分类

各类热稳定剂的作用机理

典型的光稳定剂及其应用效率

光稳定剂的研发趋势

3、抗氧剂（1学时）

要点：

自动氧化反应机理回顾

抗氧剂的分类和作用机理

高分子材料熔体的稳定

抗氧剂的应用

常用抗氧剂

第六章高分子材料的再生及其稳定化（9学时）

从保护环境、节约资源的角度，介绍废弃高分子材料的降解和再生利用的理念，以及各种高分子材料再生利用的途径。

1、废弃高分子材料的来源及其对环境的危害（1学时）

要点：

废弃高分子材料的特点

废弃高分子材料对环境的危害

废弃高分子材料引起的社会问题

2、废弃高分子材料的收集、分离和再生（1学时）

要点：

废弃高分子材料的收集

废弃高分子材料的鉴别与分选

普通废弃高分子材料的处理技术

可降解高分子材料的处理技术

3、废弃高分子材料的改性技术（2学时）

要点：

废弃高分子材料的性能特点

稳定剂对再生高分子材料的重要性

相容性技术对高分子材料再生的应用

再生高分子材料的合金化

再生高分子材料的增强、增韧改性

4、典型高分子材料的再生改性（2学时）

要点：

热塑性高分子材料的再生及稳定化

热固性高分子材料的再生及稳定化

5、使高分子材料完全降解的措施（3学时）

要点：

完全降解高分子材料的类型

完全降解高分子材料的合成

可降解高分子材料的研究进展

第七章高分子材料材料的阻燃稳定化（3学时）

从分析高分子材料燃烧特点入手，介绍高分子材料燃烧机理和阻燃措施，同时对常见阻燃剂及其特点进行简要介绍。

1、高分子材料的燃烧机理（1学时）

要点：

高分子材料阻燃的重要性

高分子材料燃烧反应的特点

极限氧指数的概念

2、高分子材料的阻燃机理和方法（2学时）

要点：

高分子材料的阻燃特性和机理

高分子材料阻燃性与分子结构的关系

高分子材料的阻燃措施

绿色阻燃剂的理念及其研究进展

第八章稳定化高分子材料及可降解高分子材料材料的设计与应用（3学时）

介绍高分子材料设计的理念，并初步介绍稳定化高分子材料和可降解高分子材料设计所涉及的一些初步问题。

1、高分子材料分子设计和材料设计的基本理念（0.5学时）

要点：

高分子材料化学、物理结构小结

高分子材料分子设计和材料设计的概念

2、稳定化高分子材料的设计与制备（1.5学时）

要点：

耐氧化高分子材料的设计与制备

耐高温高分子材料的设计与制备

具有预期寿命的高分子材料材料

3、可降解高分子材料的设计与制备（1学时）

要点：

可光降解高分子材料的设计与制备

可生物降解高分子材料（含天然聚合物改性材料和完全合成高分子材料）的设计与制备

四、教材（名称、作者、出版社、出版时间）

《聚合物降解与稳定化》，钟世云、许乾慰、王公善编著，化学工业出版社，2002年12月。

【暂定】

五、主要参考资料

①AbsorbableandBiodegradablePolymers，ShalabyW.Shalaby，CRCPressInc，2003

②PolymerDurability:

Degradation,Stabilization,andLifetimePrediction，RogerL.Clough , NormanC.Billingham, KennethT.Gillen， AmericanChemicalSociety，1996

③FundamentalsofPolymerDegradationandStabilization，N.S.Allen, M.Edge, Springer;1993.

④HandbookofPolymerDegradation,SecondEdition,S.HalimHamid,CRCPress,2000.

⑤PolymerProductsandChemicalProcesses:

Techniques,Analysis,andApplication，RichardA.Pethrick, EliM.Pearce, GennadyE.Zaikov,AppleAcademicPress,2013.

⑥生物降解高分子材料及其应用，戈进杰编，化学工业出版社，2002年.，

六、成绩评定（注明期末、期中、平时成绩所占的比例，或理论考核、实践考核成绩所占的比例）

课程总成绩中，期末占70%，平时成绩30%。

附录：

毕业要求及分指标点

分指标点

毕业要求1工程知识：

能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。

1.1掌握数学及其相关领域的基础理论知识，能对工程数据进行统计分析，对复杂工程问题进行适当的数学表述。

1.2掌握基础化学及其相关领域的基础理论知识，对一些涉及化学有关的复杂工程问题，有初步分析的能力。

1.3掌握物理及相关自然科学的基础理论知识，能够解释复杂工程中的自然现象。

1.4掌握高分子材料专业基础课程及其相关领域的基础理论知识，并能用于解决高分子材料相关领域复杂工程问题。

1.5掌握高分子材料专业工程基础课程及其相关领域的基础理论知识，并能用于解决高分子材料相关领域复杂工程问题。

毕业要求2：

问题分析：

能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。

2.1能够应用数学基础知识和基本原理，进行高分子材料及相关领域复杂工程问题分析、识别、表达的能力。

2.2能够应用化学基础知识和基本原理，进行高分子材料及相关领域复杂工程问题分析、识别、表达的能力。

2.3能够应用物理及相关自然科学基础知识和基本原理，进行高分子材料及相关领域复杂工程问题分析、识别、表达的能力。

2.4能够应用高分子材料专业基础课程及其相关领域的基础理论知识，识别、表达、并通过文献研究分析高分子材料及相关领域复杂工程问题。

2.5能够应用高分子材料专业工程基础课程及其相关领域的基础理论知识，识别、表达、并通过文献研究分析高分子材料及相关领域复杂工程问题，以获得有效结论。

2.6能够通过多种途经获取知识，研究分析复杂工程问题，并获得有效结论

毕业要求：

（3）设计/开发解决方案：

能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

3.1掌握设计针对高分子材料复杂工程问题解决方案的所必须的专业基础知识。

3.2掌握设计针对高分子材料复杂工程问题解决方案的所必须的工程基本技能知识和工程实践技能。

3.3掌握设计针对高分子材料复杂工程问题解决方案所必须的专业工程基本技能。

3.4熟悉并掌握高分子材料结构与性能的关系和分析检测手段，掌握高分子材料的成型加工方法以及高分子材料的制品设计。

3.5了解高分子材料前沿发展现状和趋势；了解高分子材料工程所涉及的社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。

毕业要求：

（4）研究：

能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.1在掌握自然科学基本原理的基础上，掌握科学的实验方法，进行实验设计、分析和解释数据，并用于解决高分子材料复杂工程问题。

4.2掌握基于科学原理并采用科学方法对高分子材料复杂工程问题进行研究的基本方法和基本理论（数据整理和分析）

4.3培养基于科学原理并采用科学方法对高分子材料复杂工程问题进行研究对实验结果具有整理、归纳和分析的能力。

4.4掌握基于科学原理并采用科学方法对高分子材料复杂工程问题进行物理化学研究，材料结构性能表征、分析测试的技能。

4.5基于科学原理并采用科学方法对高分子材料复杂工程问题进行研究、信息综合有效分析，并获得合理有效结论。

毕业要求：

（5）使用现代工具：

能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

5.1；掌握语言工具；具有计算机应用能力，并能通过网络查阅针对复杂工程问题所需要的资料。

5.2能够选择和使用恰当的技术、资源和工具针对高分子材料复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。

5.3在持续的工程活动中，具备收集、分析、判断、选择国内外相关技术和信息的能力并用来解决工程中遇到的复杂问题。

毕业要求：

（6）工程与社会：

能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

6.1树立可持续发展的工程思想，具有高尚的道德修养和法律知识，理解人与社会，人与自然的关系，树立正确的人生观。

6.2掌握将工程相关背景知识用于工程技术问题分析及解决方案制定的基本知识。

6.3掌握用于工程技术问题分析及解决方案的物理、化学和结构分析测试技能；具有较强的工程实验设计能力，并能对结果进行有效的整理、归纳和分析。

6.4培养评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响的基本能力。

毕业要求：

（7）环境和可持续发展：

能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

7.1具有积极向上的道德修养，对环境、社会可持续发展有正确的认识。

7.2能够理解、分析和评价针对高分子材料复杂工程问题的工程实践对环境的影响。

7.3理解、分析和评价针对高分子材料复杂工程问题的工程实践对社会可持续发展的影响。

毕业要求：

（8）职业规范：

具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。

8.1具有较扎实的人文素质修养和较强的社会责任感。

8.2在高分子材料工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行社会责任。

毕业要求：

（9）个人和团队：

能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。

9.1具备一定的人际交往能力，团队合作精神，能够控制自我并了解、理解他人需求和意愿，在团队中起到一定的协调、管理作用。

9.2在工程实践中，能集中团队的智慧，相互协作，承担个体、团队成员以及负责人的角色。

毕业要求：

（10）沟通：

能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。

并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

10.1具有专业信息交流与沟通的技能，包括报告撰写，设计文档，陈述发言，表达及回应指令。

10.2至少掌握一门对外交流的语言工具，具有专业领域知识发展相关的国际化视野。

10.3具有多学科，跨文化背景下的沟通交流技能及实践。

毕业要求：

（11）项目管理：

理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

11.1理解并掌握工程管理原理的基本原理和方法，并能在多学科环境中应用。

11.2理解并掌握工程中经济决策的基本原理和方法，并能在多学科环境中应用。

毕业要求：

（12）终身学习：

具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

12.1具有积极向上的道德修养，健康的心理素质，自主学习和终身学习的意识。

12.2具有不断提高素养和专业素质学习的能力。

12.3具有较强的适应能力，在实践中不断学习和自我评价。