高分子化学 教学大纲.docx

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高分子化学教学大纲

教学大纲

1.一般信息

课程代码：

【110821】

课程学分：

【3学分】

总学时数：

【48】

面向专业：

高分子材料、复合材料、纺织化学、精细化工、生物工程、纺织工程等专业的本科生

课程性质：

【必修】

开课院系：

材料学院

使用教材：

【高分子化学】，余木火主编，中国纺织出版社，1999年

先修课程：

【有机化学、物理化学】

2.课程简介

高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学，是高分子科学与工程专业学生必修的一门专业基础课。

它以无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等四大化学为基础，同时也为后继的专业课程打下必要的理论基础。

课程主要学习有关高分子化合物的基本概念，高分子化合物合成的基本原理、反应动力学、聚合方法，以及合成高分子和天然高分子的化学反应等内容。

并在如下几方面进行探索：

●在教学中将在课堂教学、课外活动及高分子化学教学网页上对高分子科学的研究前沿及其研究热点进行深入潜出的介绍，使同学们能通过本课程的学习了解高分子科学的研究动态。

●作为工科学生的专业基础课，在课程教学中将对高分子工业及其产业经济进行深入潜出的介绍，使同学们建立以经济的角度考虑材料工业生产技术的基本思考方式。

●教学中将通过多种多样的教学方式，在专业上培养同学们牢固地掌握高分子化学的基础知识，学会提出问题、分析问题和解决问题的思路和方法，提高解决问题的能力。

●对部分同学将结合材料学院的科学研究以及开放实验室开始进行科学改造，培养同学们的创新能力和高分子科学研究的能力。

3.选课建议

该课程要求学生已熟练掌握有机化学、物理化学知识，建议本科二年级以上选修。

4．教学大纲

教学大纲

一、课程内容

第一章绪论（4学时）

1.1高分子的基本概念

1.2高分子化合物合成方法分类及比较

1.3聚合物的分类及命名

1.4相对分子质量和相对分子质量分布

1.5高分子科学和工业的发展简史（自学）

基本要求：

【掌握内容】

1.高分子基本概念：

●单体、高分子、聚合物、低聚物

●结构单元、重复单元、单体单元、链节、主链、侧链、端基、侧基

●聚合度、相对分子质量

●聚合物结构多分散相

●高分子化合物的特性及其相关结构

2.高分子化合物合成方法分类；连锁聚合、逐步聚合的比较、高分子化学反应。

3.聚合物的分类

按聚合物的来源分类

按聚合物的性能分类

按聚合物主链结构分类

按反应分类

按聚合物分子链形状分类

4.常用聚合物的命名、来源、结构特征

【熟悉内容】

1.系统命名法

2.聚合物相对分子质量及其分布

3.高分子化学发展历史

4.聚合物相对分子质量及其分布对聚合物性能的影响

【讨论内容】

1.高分子化学与有机化学的关系，特别是有机化学反应与高分子合成反应的关系（相同点和不同点）；

2.结合高分子科学的前沿研究课题，讨论高分子化学科学的发展方向；

3.结合高分子工业现状，讨论目前哪些地方没有使用高分子材料、为何不用、是否可能被高分子材料代替？

建立金属材料、无机材料、高分子材料特性的概念。

第二章  逐步聚合反应（8学时）

2.1逐步聚合反应的分类

2.2官能团的反应活性

2.3线形逐步聚合反应的机理

2.4线形逐步聚合反应动力学

2.5线形逐步聚合反应的相对分子质量控制

2.6线形聚合反应中的相对分子质量分布

2.7体型逐步聚合

2.8交联反应和凝胶点

2.9逐步聚合实施方法及其主要聚合物介绍

基本要求：

【掌握内容】

1．逐步聚合的基本概念：

官能团、官能度、线形缩聚、反应程度、当量系数、摩尔分数

体型缩聚、无规预聚物、结构预聚物、凝胶化作用、凝胶点

2．逐步聚合反应的分类及典型聚合物的命名

3．逐步聚合反应的特征

4．逐步聚合官能团等活性理论

5．线形逐步聚合反应的聚合度及聚合度控制

6．体型聚合物反应

7．Carothers法计算体型逐步聚合反应的凝胶点

8．逐步聚合与连锁聚合的比较

9．逐步聚合实施方法及其重要聚合物的介绍

【熟悉内容】

1.线形逐步聚合动力学

2.相对分子质量分布

3.影响聚合反应动力学方程的因素

4.统计法计算体型逐步聚合反应凝胶点

5.逐步共聚合

6.共聚反应的类型

【讨论的内容】

1.结合高性能聚合物的发展，讨论芳环、杂环有机化学反应在合成高性能聚合物材料中的地位与作用。

重温有机化学，大胆设想新型聚合物产品及其合成反应。

2.结合PET生产工程，建立大规模生产聚合物的工程概念、生产成本概念、大规模经济概念。

第三章自由基聚合（10学时）

3．1自由基化学及单体的聚合能力

3．2自由基聚合机理

3．3链引发反应

3．4聚合反应动力学

3．5相对分子质量和相对分子质量分布

3．6链转移反应、阻聚反应及阻聚剂

3．7自由基聚合实施方法及其重要产品介绍

基本要求：

【掌握内容】

自由基化学

自由基结构、活性及其化学反应

自由基聚合的基本概念：

聚合熵、聚合焓、聚合上限温度

引发剂半衰期、残留分率、引发效率、诱导效应、笼蔽效应

自动加速现象、凝胶效应、沉淀效应

动力学链长、相对分子质量调节剂、阻聚现象和缓聚现象

单体聚合能力：

热力学（△E,△S,T,P）；

动力学（空间效应-聚合能力,电子效应-聚合类型）

自由基聚合的基元反应及特征

常用引发剂的种类和符号、引发剂分解反应式、引发剂分解速率的表征方法（四个参数）、引发剂选择原则

自由基聚合动力学：

聚合初期：

三个假设、四个条件、反应级数的变化、影响速率的四因素（M,I,T,P）；聚合中后期反应速率的研究：

自动加速现象产生的原因及理论分析；

聚合反应类型

相对分子质量：

动力学链长的计算、聚合度及影响其的四因素（M,I,T,P）

链转移：

链转移类型、聚合度、动力学分析

自由基聚合的四种实施方法

【熟悉内容】

1.热、光、辐射聚合

2.聚合反应速率常数的测定

3.聚合动力学研究方法

4.自由基聚合的相对分子质量分布

【讨论内容】

1.活性自由基聚合，

2.高分子工业与石油工业，

3.高分子工业产业链

4.乳液聚合的进展、环境保护、高分子纳米材料。

第四章   离子型聚合（4学时）

4.1离子型聚合与自由基聚合的比较

4.2活性阴离子聚合反应

4.3阳离子聚合反应及活性阳离子聚合

4.4基团转移聚合

基本要求：

【掌握内容】

1.离子聚合基本概念：

阴离子聚合、阳离子聚合、活性聚合、异构化聚合

2.离子聚合的特征和聚合机理

3.离子聚合的典型单体

4.离子聚合的引发剂、引发剂的引发反应

5.离子聚合速率的因素

6.原子或基团重排的阳离子异构化聚合

7.活性聚合的条件及动力学

8.典型聚合物的合成及活性聚合在高分子结构设计中的应用

【讨论内容】

1.通过活性阳离子聚合的发现过程，说明科学发现并不是高不攀，鼓励同学们大胆想象、培养创新能力：

从有机化学反应出发，寻找是否还有新的化学反应可以合成高分子新品种。

第五章   配位聚合（4学时）

5.1聚合物的立体异构

5.2配位聚合与定向聚合

5.3Ziegler-Natta催化剂

5.4乙烯和丙烯配位聚合

5.5二烯烃的配位聚合

5.6Ziegler-Natta催化剂的发展

基本要求：

【掌握内容】

1.配位聚合基本概念：

配位聚合、络合聚合、定向聚合、立构规整形聚合物、

Ziegler-Natta催化剂、单金属机理、双金属机理

2.聚a-烯烃、聚二烯烃的立体异构式

3.Ziegler-Natta催化剂的组成、性质及配位聚合催化剂聚合机理

4.乙烯和丙烯配位聚合的催化剂、聚合生产工艺及产品结构特性

【熟悉内容】

1.单金属、双金属机理内容；影响Ziegler-Natta催化剂活性的因素

2.Ziegler-Natta催化剂的发现及其对聚烯烃合成的贡献

3.聚合物的立构规整性与聚合物性能之间的关系；立构规整度的测定

【讨论内容】

1茂金属催化剂的结构、特性；及其意义，再次说明有机化学知识在高分子科学与工业中的重要性。

2稀土催化剂

第六章开环聚合（2学时）

6.1概述

6.2环醚的聚合

6.3内酯的聚合

6.4环酰胺

6.5N-羧基a-氨基酸酐

6.6其它有机杂环单体的聚合

6.7环烯烃的异位聚合

6.8无机或部分有机环状单体的聚合

6.9开环聚合主要产品介绍

基本要求：

【掌握内容】

1.环状单体的开环能力，从热力学和动力学角度分析环状单体开环聚合的可能性和难易程度

2.环醚的开环聚合，环氧丙烷和四氢呋喃的开环聚合

3.开环聚合主要产品

【熟悉内容】

1.N-羧基a-氨基酸酐

2.其它有机杂环单体的聚合

3.环烯烃的异位聚合

4.自由基开环聚合

【讨论内容】

1．在高分子工业中为何只有少数的聚合物通过开环聚合制备，结合有机化学知识想象新的环壮单体及其采用开环聚合的新聚合物

第七章共聚合（6学时）

7.1引言

7.2共聚物的组成

7.3共聚物组成和转化率的关系

7.4共聚组成方程及共聚物组成曲线的讨论

7.5共聚组成的序列结构

7.6自由基共聚及离子型共聚

7.7嵌锻共聚物及高分子合金 

基本要求：

【掌握内容】

1.共聚合基本概念：

无规共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、竟聚率、恒比点、共聚物的分类和命名

2.二元共聚组成微分方程推导及以下两方程的物理意义及使用场合

3.理想共聚、交替共聚、非理想共聚（有或无恒比点）的定义，根据竟聚率值判断两单体对的共聚类型及共聚组成曲线类型、序列结构

4.共聚组成控制方法

5.单体和自由基活性的表示方法，取代基的共轭效应、极性效应及位阻效应对单体和自由基活性的影响

6.Q-e值的物理意义，如何通过Q、e值判断两单体的共聚情况，Q-e方程的优点与不足

7.自由基共聚与离子型共聚的比较

【熟悉内容】

1.影响竟聚率的因素和竟聚率测定方法

2.共聚物链结构和序列分布

3.多元共聚

4.嵌锻共聚物及高分子合金的制备方法、性能及应用

【讨论内容】

1.共聚物改性的主要方法及典型共聚物的突出性能

第八章 聚合物的化学反应（4学时）

8．1聚合物的反应性及影响因素

8．2纤维素的反应

8．3聚乙酸乙酯的反应

8．4卤化反应

8．5芳香烃的取代反应

8．6环化反应

8．7交联反应

8．8接枝共聚物

8．9嵌段共聚物

8．10功能高分子

8．11聚合物的降解、老化及环保

基本要求：

【掌握内容】

1.聚合物化学反应的基本概念：

几率效应、邻近基团效应

2.聚合物与小分子反应活性的比较及影响因素

3.典型的聚合物的化学反应

聚乙酸乙酯的反应

芳香烃的取代反应

4.聚合物交联反应：

橡胶的硫化、饱和聚烯烃的过氧化物交联

5.典型聚合物的热降解反应：

PMMA,PE,PP,PVC,PS等

【熟悉内容】

1.纤维素的反应、卤化反应、环化反应

2.光致交联固化

3.接枝共聚物的合成：

自由基接枝聚合：

ABS、HIPS、大分子单体合成接枝共聚物

离子型接枝聚合

4.聚合物老化机理及老化的防止与利用

5.功能高分子的定义及主要种类

【讨论内容】

1.活性聚合等在合成嵌段共聚物结构设计中的应用；

2.生物可降解聚合物的制备进展；

3.高分子材料与环保

第九章天然高分子的改性及其利用

1.多糖类高分子

2.橡胶与古塔波胶（杜仲胶）

3.蛋白质

二、课程内容重点、难点、深度和广度

“高分子化学”重点是自由基聚合和逐步聚合两章。

自由基聚合和逐步聚合分别属于两种不同的聚合机理，即连锁聚合和逐步聚合，因此具有典型的代表性。

另外，自由基聚合的理论比较成熟，且应用面广，无论在理论上还是在应用上都有一定的深度和广度，通过本章的学习对连锁聚合的其它章节具有指导作用。

学习难点是自由基共聚合和配位聚合两章，自由基共聚组成的瞬时性比较难理解和想象，自由基多元共聚和配位聚合的研究尚不完善，体现在教学内容上是机理论述深度不够，只能做一般了解。

高分子化学的发展十分迅速，新的聚合方法、聚合反应、聚合物品种等不断出现。

这部分内容，尤其是涉及基本原理、基本方法等的问题，应该根据发展及时地补充到教学内容中来，以扩大教学内容的深度和广度。

三、考试方式

1.考试成绩由平时作业、期中和期末考试组成。

2.高分子化学试验在材料科学试验中记录成绩