高分子物理与化学课程教学大纲.docx
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高分子物理与化学课程教学大纲
《高分子物理与化学》课程教学大纲
（Polymer Physics&Chemistry）
学时数:
48其中：
实验学时：
0课外学时：
0
学分数：
3
课程类型：
专业任选课
适用专业：
材料化学专业
执笔者：
（姓名叶秀芳职称讲师）
审核人：
（姓名袁毅桦、职称教授、职务院长）
编写日期：
2013年9月
一、课程简介
高分子物理与化学是研究高分子化合物合成、反应及其结构与性能之间关系的一门学科，其主要内容包括高分子化学与高分子物理的基本概念；各种类型聚合反应的机理、动力学研究、影响因素及实施方法；聚合物间的化学反应特征、类型和应用；聚合物的多层次结构特点、研究模型介绍；高分子的分子运动特点及主要物理、机械性能的基本概念、基本理论和基本研究方法；高分子固体、溶液的性质及相应的表征方法；高分子的电、热及光学性质等内容。
二、课程的性质、目的和任务
高分子物理与化学是研究高分子化合物合成、反应及其结构与性能之间关系的一门科学，高分子物理课程的学习对象是材料化学专业学生，该课程是材料化学专业高分子材料方向的专业课程。
其主要任务是使学生掌握聚合反应原理，合成方法，聚合物的多层次结构、分子运动及主要物理、机械性能的基本概念、基本理论和基本研究方法，为从事高分子设计、改性、加工，应用奠定基础。
通过高分子物理与化学课程的学习，使学生掌握和运用所学的有关基础理论、基本知识与有关公式，加深对基本内容的理解，培养分析与解决实际问题的能力，指导进行大分子设计、聚合物的加工、改性及应用等工作，培养学生严谨的科学态度和创新精神，为以后从事高分子研究、教学、生产的能力培养打下理论基础。
在学习过程中，除了要牢固掌握本学科成熟的基础理论，同时需要更多的了解学科前沿，一方面通过课堂教学了解高分子物理与化学的基本内容，另一方面，要重视参考书和参考资料的阅读，扩大知识面。
三、课程的教学基本要求
（一）高分子学科基本概念
掌握高分子学科的基本概念、高分子的定义、分类和命名，高分子合成反应的分类，高分子材料结构与性能的关系。
（二）缩聚及其他逐步聚合反应
了解官能团的反应活性，聚合物化学反应的类型及其机理，掌握线型逐步聚合反应的机理及其反应动力学，了解体型逐步聚合反应，知道聚合反应的实施方法。
（三）自由基聚合反应
了解自由基聚合单体的聚合能力，掌握自由基聚合反应机理，理解聚合反应动力学，了解链转移反应。
（四）离子型聚合和配位聚合
了解离子聚合特征，掌握无无链终止聚合的意义，了解阳离子聚合机理；掌握聚合物的立构规整性，了解配位聚合的单体和引发剂，理解配位聚合反应机理。
（五）共聚合反应
了解共聚物类型和命名，掌握二元共聚物的组成方程，了解共聚方程和竞聚率以及共聚反应类型，了解分子结构与反应性能的关系。
（六）聚合物的化学反应
了解聚合物化学反应特性及影响因素，掌握相似聚合度的化学转变及应用：
聚乙酸乙烯酯醇解和聚乙烯醇缩醛化、离子交换树脂，理解聚合度变大的化学转变：
交联、接枝和嵌段共聚的机理。
（七）高分子的结构
掌握高分子链结构的组成、构造与构象，理解晶体与溶液中的高分子构象，了解高分子链的构象统计方法。
掌握聚合物的晶体、非晶体、液晶结构的特点以及高分子合金的相容性与形态，理解液晶态的表征方法与聚合物取向机理，了解液晶的相关晶形。
（八）大分子的热运动、力学状态及其转变
掌握聚合物分子运动的特点、玻璃化转变定义与影响因素、结晶热力学理论、高聚物结晶行为；理解玻璃化转变理论，了解结晶动力学，掌握聚合物的粘弹性现象、时温等效原理。
理解念弹性的数学描述，了解粘弹性的研究方法以及动态力学谱的应用。
（九）高分子固体的力学性质
掌握聚合物的塑性和屈服概念、脆性和韧性断裂概念、聚合物的增强与增韧途径，理解聚合物断裂理论；了解聚合物驱服判据；掌握橡胶橡胶粘弹性形变类型、力学行为描述物理量、力学行为影响因素；理解橡胶弹性的热力学分析；了解橡胶弹性的统计理论、唯象理论、热塑性弹性体。
（十）高分子溶液的性质
掌握高分子溶液的聚合物溶解理论、高分子溶液的相平衡、共混聚合物的相分离热力学。
理解柔性链高分子溶液的热力学性质。
了解平均场理论、Flory-Krigbaum稀溶液理论、相分离动力学、聚合物浓溶液。
（十一）高分子的电、热及光学性质
掌握聚合物导电性能、介电性能、热性能、光学性能、表面与界面性能基本概念。
理解聚合物导电、导热、光吸收与发射等现象背后的机理，了解具有各种功能性聚合物的应用与发展。
四、教学手段与方法
本课程以课堂教学为主，其中，新内容讲授42课时，讨论课4课时、习题课2课时。
教学方式主要有以下几种：
1、课堂讲解、讲授．
2、课堂讨论
3、布置阅读与自由阅读
五、考核方式与成绩评定
（一）考核方式
主要考核学生的高分子化学的基础知识与一般技能，形式可多种多样，力求做到科学化、标准化、简单化。
最后给分，参照下列四个方面：
1、课程考试
2、时、期中测验
3、作业（包括课堂笔记、讨论）
（二）成绩评定
最后成绩一般是期末考试占70%，平时成绩（含测验、作业等成绩）占30%，本课程为“考试”科目，成绩及格者获3学分。
六、课程的教学内容、重点和难点
第一章 绪论
一、高分子科学的建立和发展
二、高分子的定义、分类和命名
三、高分子的特性
（一）、聚合反应类别
（二）、高分子的化学结构
（三）、高分子的多分散性
（四）、高分子材料的结构与性能
重点：
高分子的命名规则,高分子的结构特征。
难点：
高分子的多分散性
第二章缩聚及其他逐步聚合反应
一、概述
（一）、聚合反应的类型及特点
（二）、逐步聚合反应的单体和类型
二、官能团的反应活性
（一）、官能团的等活性概念
（二）、缩聚反应的逐步性和可逆性
三、线形逐步聚合反应的机理
（一）、线形缩聚物的形成条件
（二）、反应程度和聚合度
四、线型逐步聚合反应动力学
（一）、平衡逐步聚合动力学
（二）、影响缩聚平衡的因素、平衡常数和聚合度
五、体型逐步聚合反应
（一）、体形缩聚的特点
（二）、凝胶点及其预测
（四）、高分子材料的结构与性能
重点：
线型缩聚反应机理、动力学与连锁聚合反应的不同;线型缩聚分子量的控制;体积缩聚凝胶点的控制及其Carothers方程的应用。
难点：
体积缩聚凝胶点的控制。
第三章自由基聚合反应
一、自由基聚合单体
（一）、聚合热力学
（二）、聚合动力学
二、自由基聚合反应机理
（一）、基元反应
（二）、反应特征
三、链引发反应
（一）、引发剂的类型及反应
（二）、引发剂分解动力学
（三）、引发效率
（四）、引发剂的选择
四、聚合反应动力学
五、链转移反应
（一）、链转移反应的类型
（二）、链转移反应与聚合度
（三）、各种类型的链转移反应
（四）、阻聚与缓聚
六、自由基聚合实施方法
（一）、本体聚合
（二）、溶液聚合
（三）、悬浮聚合
（四）、乳液聚合
重点：
自由基链式聚合基元反应;聚合反应动力学的聚合速率和平均聚合度的影响因素;聚合反应速率方程;自动加速效应及其控制办法.
难点：
聚合反应速率方程;自动加速效应及其控制办法.
第四章离子型聚合和配位聚合
一、阴离子聚合
（一）、离子聚合与自由基聚合反应的比较
（二）、阴离子聚合
1、特征
2、单体
3、链终止聚合
二、阳离子聚合
（一）、阳离子聚合的单体
（二）、阳离子聚合的机理
1、概述
2、机理
三、配位聚合
（一）、聚合物的立构规整性
（二）、立构规整性的测定
（三）、单体和引发剂
（四）、配位聚合反应机理
重点：
离子聚合机理;无链终止聚合;离子聚合应用.
难点：
无链终止聚合;
第五章共聚合反应
一、共聚合反应与共聚物
（一）、共聚合反应
（二）、共聚物类型和命名
二、共聚合方程
（一）、自由基共聚合反应机理
（二）、自由基共聚合共聚合方程
三、共聚物组成及竞聚率测定
（一）、竞聚率
（二）、共聚曲线
（三）、共聚物组分的控制
四、单体和自由基的活性、Q-e概念
（一）、单体和自由基的活性
（二）、Q-e概念
五、离子共聚合
（一）、阳离子型共聚
（二）、阴离子型共聚
重点：
共聚物组成;共聚方程；分子结构与反应性能的关系
难点：
共聚物曲线;共聚方程.
第六章聚合物的化学反应
一、聚合物化学反应的特征及影响因素
（一）、聚合物化学反应特征
（二）、影响大分子链上官能团反应能力的物理因素
（三）、影响聚合物反应的化学因素
二、聚合物的官能团反应
（一）、纤维素的反应
（二）、芳环取代反应
（三）、聚乙酸乙烯酯的反应
（四）、氯化反应
三、聚合物的交联和接枝
（一）、橡胶的硫化
（二）、聚烯烃交联
（三）、辐射交联
（四）、低聚物树脂的交联固化
（五）、接枝反应
四、大分子的扩链反应
（一）、环氧类端基聚合物
（二）、异睛酸酯类端基聚合物
（三）、羧基类端基聚合物
（四）、羟基类端基聚合物
五、大分子的降解和老化
（一）、热、机械、氧化、化学、生物、光降解
（二）、大分子的老化
重点：
各种聚合物反应的特征、影响因素及其应用;
难点：
各种聚合物反应的特点及应用.
第七章高分子的结构
一、组成与构造
（一）结构单元的化学组成
（二）高分子链的构型
（三）分子构造
（四）共聚物的序列结构
二、构象
1、高分子链的内旋转构象
2、高分子链的柔顺性
3、高分子链的构象统计
4、晶体和溶液中的构象
重点：
构型、构象、均方末端距等基本概念，高聚物链结构、温度、外力等因素对高聚
物柔性的影响，以及完全伸直链、自由结合链、自由旋转链的均方末端距的计算。
难点：
高分子链构象的概念、统计以及均方末端距的计算。
一、晶态结构
（一）晶体结构的基本概念
（二）聚合物的晶体结构
（三）聚合物的结晶形态
（四）晶态聚合物的结构模型
（五）结晶度和微晶尺寸
二、非晶态结构
（一）无规线团模型
（二）局部有序模型
三、液晶态
（一）液晶的化学结构
（二）液晶的晶型
（三）分子结构对液晶行为的影响
（四）液晶的表征
四、聚合物的取向结构
（一）取向机理
（二）取向度
五、高分子合金的形态结构
（一）相容性
（二）形态
重点：
晶体结构的基本概念；各种结晶形态和形成条件；高分子的晶态、非晶态结构；液晶的特性和应用；高分子合金的概念、相容性和组分含量与织态结构的关系。
难点：
结晶度及其测定方法；非晶态结构；液晶态结构及其表征与特点；非相容高分子
合金的增容方法和相容性表征。
第八章大分子的热运动、力学状态及其转变
一、聚合物分子运动的特点
（一）运动单元的多重性
（二）分子运动的时间、温度依赖性
二、聚合物的力学状态和热转变
（一）非晶态聚合物的温度-形变曲线
（二）分子运动的时间、温度依赖性
三、聚合物的玻璃化转变
（一）玻璃化转变现象
（二）玻璃化转变温度的测定
（三）玻璃化转变理论
（四）影响玻璃化转变温度的因素
四、结晶聚合物的熔融——结晶热力学
（一）熔融过程与熔点
（二）影响熔点的因素
五、聚合物的粘流转变和流动行为
（一）聚合物粘性流动的机理
（二）粘流温度
（三）聚合物的流动曲线
六、聚合物熔体粘度
（一）聚合物熔体粘度的测定
（二）聚合物熔体粘度的影响因素
七、聚合物熔体的弹性效应
（一）法向应力效应
（二）挤出物膨大
（三）不稳定流动和熔体破裂现象
八、拉伸粘度和动态粘度
（一）拉伸流动和拉伸粘度
（二）动态粘度
重点：
聚合物分子运动特点，Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体积理论；聚合物的熔融过程，影响聚合物Tm的因素；聚合物的粘流转变和流动行为；非晶共高聚物、结晶高聚物的温度-形变曲线以及分子量对温度-形变曲线的影响；
难点：
聚合物温度-形变曲线、玻璃化转变温度及其影响因素、聚合物流动曲线、聚合物熔体粘度测定方法原理。
第九章高分子固体的力学性质
一、玻璃态和晶态高分子的力学性质
（一）、描述力学性质的基本物理量
（二）、高分子材料的应力-应变及其曲线图
二、高分子材料的屈服及判据
（一）屈服判据
（二）剪切带的结构形态
三、高分子材料的破坏和理论强度
（一）脆性断裂和韧性断裂
（二）聚合物的强度
（三）断裂理论
（四）影响聚合物强度的因素和增强
四、高分子弹性体的力学性质
（一）高弹性的分子结构特点
（二）高弹形变的热力学分析
（三）橡胶弹性的统计理论
（四）影响弹性体性能的因素
五、高分子的粘弹性
（一）粘弹性现象
（二）粘弹性的数学描述
重点：
高分子材料的应力-应变曲线图；屈服判据；聚合物的强度、韧性和疲劳，断裂强度；粘弹现象及其数学模型；时温等效原理。
难点：
聚合物强度的影响因素、增强方法和增强机理；屈服现象和机理；粘弹性数学模型：
Maxwell模型、Kelvin模型、三元件模型、四元件模型；粘弹性的时温等效原理。
第十章高分子溶液性质
一、聚合物的溶解过程
（一）溶剂的选择原则
（二）溶解度参数
（三）溶剂对聚合物溶解能力的判定
二、高分子稀溶液热力学
（一）Flory—Huggins晶格模型理论
（二）Flory-Krigbaum稀溶液理论
三、聚合物分子量和分子量分布
（一）聚合物分子量的多分散性
（二）聚合物的分子量分布
四、聚合物分子量的测定
（一）数均分子量的测定
（二）重均分子量的测定
（三）粘均分子量的测定
五、凝胶渗透色谱
（一）凝胶渗透色谱工作原理
（二）凝胶渗透色谱实验技术
重点：
高分子溶液、溶度参数的基本概念、求取高聚物溶度参数的实验方法和计算方法；
不同的线型高聚物（结晶、非晶、极性、非极性）的溶解特性和交联高聚物的溶胀；高分子稀溶液的Huggins参数、混合热、混合熵、混合自由能和化学位表达式，聚合物分子量分布。
难点：
Flory—Huggins晶格模型理论；高分子溶液、多组分聚合物相分离机理；θ溶剂、
θ溶液、渗透压的概念，凝胶色谱工作原理。
第十一章高分子的电、热及光学性质
一、聚合物的电性能
二、聚合物的热性能
三、聚合物的光学性能
四、聚合物的表面与界面性能
重点：
聚合物的介电性能、导电以及热性能。
难点：
聚合物的表面与界面性能。
七、课程各教学环节要求
本课程以课堂教学为主，其中，新内容讲授42课时，讨论课4课时、习题课2课时。
（一）、教学方式
1、课堂讲解、讲授．
2、课堂讨论
3、布置阅读与自由阅读
（二）考核要求
主要考核学生的高分子化学的基础知识与一般技能，形式可多种多样，力求做到科学化、标准化、简单化。
最后给分，参照下列四个方面：
1、课程考试
2、时、期中测验
3、作业（包括课堂笔记、讨论）
最后成绩一般是期末考试占70%，平时成绩（含测验、作业等成绩）占30%，本课程为“考试”科目，成绩及格者获3学分。
（三）对学生学习本课程的要求
1．不无故缺课；
2．认真阅读教师布置的教材内容及课外参考书，并按要求完成；
3．按时完成指定的作业并独立做好；
4．按照学校规定参加考试。
八、学时分配
章节
主要内容
各教学环节学时分配
作业
题量
备
注
讲
授
实
验
讨
论
习
题
课
外
其
它
小
计
一
绪论
3
3
2
二
缩聚及其他逐步聚合反应
4
1
1
6
3
三
自由基聚合反应
5
1
6
2
四
离子型聚合和配位聚合
3
3
2
五
共聚合反应
4
4
3
六
聚合物的化学反应
2
2
1
七
高分子的结构
5
1
6
2
八
大分子的热运动、力学状态及其转变
6
6
2
九
高分子固体的力学性质
4
4
1
十
高分子溶液性质
4
4
3
十一
聚合物的电、热及光学性质
2
2
4
1
合计
42
4
2
48
22
九、课程与其它课程的联系
《高分子物理与化学》是“高分子科学与工程”学科的基础性分支学科，该课程以有机化学、大学物理、物理化学等课程为基础，研究高分子化合物合成、反应及其结构与性能之间关系的一门学科，为后续课程《高分子材料》等提供理论基础。
十、先修课程
有机化学、大学物理、物理化学
十一、教材与教学参考书
（一）教材
魏无际、俞强、崔益华等.《高分子化学与物理基础》.北京：
化学工业出版社，2005
（二）教学参考书：
[1]张兴英.《高分子化学》.北京:
中国轻工业出版社，2001年6月
[2]林尚安.《高分子化学》.北京：
科学出版社，1984年
[3]金日光、华幼卿.高分子物理（第二版）.北京：
化学工业出版社，2000
[4]刘凤岐、汤心颐.高分子物理.北京：
高等教育出版社，1995
[5]焦剑、雷渭媛.高聚物结构、性能与测试.北京：
化学工业出版社，2003
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