《高分子化学》教学大纲.docx
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《高分子化学》教学大纲
《高分子化学》教学大纲
一、课程基本信息
课程代码
（已开设课程填写）
PSE22500T
课程信息
（仅新开课程填写）
所属
学科
知识
领域
总学时
56
学分
3.5
理论学时
56
实验学时
0
上机学时
0
课程中文名称
高分子化学
课程英文名称
PolymerChemisty
适用专业
高分子材料科学与工程、生物功能材料
开课学期
7学期（大三上）□春季学期秋季学期□小学期
预修课程（名称）
高等数学、普通物理、基础化学、有机化学、物理化学
并修课程（名称）
高分子物理
课程简介
高分子化学课程为北京化工大学本科生高分子材料科学与工程和生物功能材料开设的专业基础课。
本课程是按照2010年高分子材料科学与工程、生物功能材料本科专业的培养方案制定的。
本课程的教学目的是使学生熟练掌握高分子基本概念、基本原理、基本方法，以及高分子化合物的合成反应原理、反应特征和控制方法，具有运用基本原理分析问题和解决问题的能力。
本课程以高分子合成和高分子化学反应为特点，以聚合反应机理为主线，着重介绍了自由基聚合和逐步聚合。
在此基础之上，介绍了离子聚合、配位聚合、共聚合、开环聚合和聚合物的化学反应。
在重点强调各种聚合反应相关的基本概念、基本原理、基本方法的前提下，也跟踪各个分支的发展，体现该领域发展的时代性和先进性。
全书共分以下九章内容：
第一章绪论（4学时）
第二章逐步聚合（8学时）
第三章自由基聚合（12学时）
第四章离子聚合（6学时）
第五章配位聚合（6学时）
第六章开环聚合（2学时）
第七章共聚合（8学时）
第八章聚合反应实施方法（4学时）
第九章聚合物的化学反应（6学时）
建议教材
张兴英主编，程珏，赵京波合编．高分子化学．（第二版）．北京：
化学工业出版社，2012年
参考书
[1]潘祖仁.《高分子化学》.北京：
化工出版社，2011年，第五版；
[2]G.Odian（美国）,《PrinciplesofPolymerization》的中译本，北京：
科学出版社，1987年，第二版；AJOHNWILLY&SONS,INC.,PUBLICATION.2004,FOURTHEDITION.
[3]王槐三，王亚宁，寇晓康.《高分子化学教程》.北京：
科学出版社，2011年，第三版；
[4]潘才元.《高分子化学》.合肥：
中国科技大学出版社，2012年，第二版；
[5]复旦大学高分子科学系集体编写，《高分子化学》,上海：
复旦大学出版社出版，1995年；
[6]林尚安，《高分子化学》，北京：
科学出版社，1998年；
[7]周其凤，胡汉杰.《高分子化学》，北京：
化学工业出版社，2002年。
二、课程教育目标
通过本课程的教学，使学生具备下面的能力：
本门课程将通过教书育人的教学指导思想、准确的教学内容、多种多样的教学方法实现培养高素质人才的目的。
在主观思想能动性上，培养学生喜欢科学、勤于思考、积极进取的精神；在专业知识上，培养学生牢固地掌握高分子化学的基础知识，学会分析问题的思路和方法，提高解决问题的能力。
1、掌握高分子的基本概念，高分子化合物的合成反应原理、反应动力学、热力学、聚合反应实施方法，以及高分子的化学反应等专业基础知识和理论，奠定高分子材料工程基础。
（课程目标1，支撑毕业要求1）
2、掌握高分子的链结构和特征，结合其它课程的分析手段，进行材料工程分析。
（课程目标2，支撑毕业要求2）
3、能够运用高分子制备方法、聚合反应速率、分子量的设计理论，根据实际问题的要求，进行高分子材料的分子结构设计、制备，评价研究路线和设计的可行性。
（课程目标3，支撑毕业要求4）
4、在学习高分子材料反应机理、制备方法的过程中，适当关注高分子材料生产过程对社会、健康、安全、法律及文化的影响。
（课程目标4，支撑毕业要求6）
5、在拓展知识部分，能够通过课后文献查阅、PPT制作，进行课堂陈述发言，清晰、明确地阐述高分子合成相关问题，并与听众进行有效互动、交流。
（课程目标5，支撑毕业要求10）
6、能够运用高分子化学的基本概念、基本原理或公式，跟踪并理解高分子材料领域及相关技术的发展趋势与成果，具备终身学习及持续更新专业知识的能力。
（课程目标6，支撑毕业要求12）
三、课程目标与毕业要求指标点对应关系
毕业要求
指标点
课程目标
对毕业要求的贡献度
1.工程知识
1.5掌握专业基础课程及其相关领域的基础理论知识，奠定高分子材料工程基础
课程目标1
H
2.问题分析
2.2掌握高分子材料工程分析的基本方法
课程目标2
M
4.研究
4.3能基于专业理论，根据对象特征，选择研究路线，设计可行的实验方案
课程目标3
M
6.工程与社会
6.4、能客观评价高分子材料生产对社会、健康、安全、法律及文化的影响
课程目标4
L
10.沟通
10.2能够通过设计文稿进行陈述发言，清晰、明确地阐述高分子材料相关问题与研究结论，并与听众进行有效互动、交流。
课程目标5
L
12.终身学习
12.2具备终身学习的知识基础，能跟踪高分子材料领域及相关技术的发展趋势，持续更新专业知识。
课程目标4
H
四、理论教学内容与要求
第一章绪论（4学时）（课程目标1，2）
课程内容：
基本概念
1.1高分子的基本概念
分类和命名
1.2聚合反应分类及比较
1.3聚合物的分类
1.4聚合物的命名
聚合物相对分子质量与性能
1.5相对分子质量和相对分子质量分布
自学内容
高分子科学和工业的发展简史
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
2.聚合反应分类；连锁聚合与逐步聚合的比较
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
【扩展与提高内容】
1.高分子化学与四大化学的关系
2.描述高分子化学是什么
3.想象高分子化学今后能引起兴趣或有重大突破的发展方向
第二章逐步聚合反应（8学时）（课程目标1，2，4，5）
课程内容：
逐步聚合反应的分类及特征
2.1逐步聚合反应的分类
2.2官能团的反应活性
线形逐步聚合
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平衡分析
2.6线形逐步聚合反应的相对分子质量控制
2.7线形聚合反应中的相对分子质量分布
体型逐步聚合
2.8体型逐步聚合
2.9交联反应和凝胶点
逐步共聚合
2.10逐步共聚反应
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.典型体型聚合物的合成反应
7.Carothers法计算体型逐步聚合反应的凝胶点
8.线形逐步聚合与体型逐步聚合的比较
9.逐步聚合与连锁聚合的比较
【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
【扩展与提高内容】
1.逐步聚合在合成高性能聚合物材料中的地位与作用
第三章自由基聚合（12学时）（课程目标1，2，3，4，5，6）
课程内容：
聚合反应热力学
3.1单体的聚合能力
聚合机理
3.2自由基聚合机理
引发剂
3.3链引发反应
动力学
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
自学内容
自学内容1通用单体的来源
自学内容2自由基聚合的进展
基本要求：
【掌握内容】
1.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
2.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）
3.自由基聚合的基元反应及特征
4.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
5.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）；聚合中后期的反应速率的研究：
自动加速现象产生的原因及理论分析；
聚合反应类型
6.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）
7.链转移：
链转移类型、聚合度、动力学分析
【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
5.通用单体来源
6.自由基聚合进展。
【扩展与提高内容】
1.论述假设条件在动力学公式推导中的作用，条件的变化对公式的影响
2.活性自由基聚合进展情况，如何实现活性自由基聚合，发展前景如何
第四章离子型聚合（6学时）（课程目标1，3，6）
课程内容：
离子聚合分类及特征
4.1离子型聚合与自由基聚合的比较
聚合机理、引发剂、动力学、典型聚合物
4.2阳离子聚合反应
4.3阴离子聚合反应
自学内容
自学内容1其它的阳离子聚合引发体系
自学内容2其它的阴离子聚合引发体系
自学内容3其它的活性聚合
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.阴、阳离子聚合的特征和聚合机理
3.阴、阳离子聚合的典型单体
4.阴、阳离子聚合的引发剂、引发剂的引发反应
5.影响阴、阳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.阴离子活性聚合的条件及动力学
8.典型聚合物的合成
【熟悉内容】
1.自由基聚合与离子聚合的比较
2.假阳离子聚合
3.阴离子聚合的立体构型
4.链重排的阳离子异构化聚合
5.阳离子绝对速率常数的测定
6.阴离子聚合的氢转移反应
7.阴、阳离子聚合应用的其它引发剂和引发体系
8.其它的活性聚合体系
【扩展与提高内容】
1.阴离子聚合与其它活性聚合的区别
2.活性聚合在分子设计中的应用前景
第五章配位聚合（6学时）（课程目标1，6）
课程内容：
配位聚合简介
5.1聚合物的立体异构
5.2配位聚合与定向聚合
催化剂
5.3Ziegler-Natta催化剂
主要配位聚合物的工业实施
5.4丙烯配位聚合
5.5二烯烃的配位聚合
自学内容
Ziegler-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催化剂的组成及性质
4.配位聚合催化剂的发展
5.丙烯配位聚合的催化剂
【熟悉内容】
1.立构规整度的测定
2.单金属、双金属机理内容
3.影响Ziegler-Natta催化剂活性的因素
4.对映体的立构选择性聚合
5.Ziegler-Natta催化剂的发现及其对聚烯烃合成的贡献
【扩展与提高内容】
1.茂金属催化剂的结构，用茂金属催化剂合成的主要工业化聚合物
2.聚合物的立构规整性与聚合物性能之间的关系
第六章开环聚合（2学时）（课程目标1，6）
课程内容：
热力学和动力学分析
6.1概述
离子型开环聚合
6.2环醚的聚合
6.3内酯的聚合
6.4环酰胺
6.5N-羧基α-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
其它开环聚合
6.9共聚反应
6.10自由基开环聚合反应
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
【熟悉内容】
1.环醚的聚合
2.内酯的聚合
3.环酰胺
4.N-羧基α-氨基酸酐
5.其它有机杂环单体的聚合
6.环烯烃的异位聚合
7.共聚反应
8.自由基开环聚合
【扩展与提高内容】
1.热力学分析与动力学分析在高分子化学中的应用
第七章共聚合（8学时）（课程目标1，3，6）
课程内容：
共聚合基本概念、共聚物分类和命名
7.1引言
共聚物组成及控制
7.2共聚物的组成
7.3共聚物组成和转化率的关系
影响共聚组成的因素
7.4共聚组成方程的讨论
共聚物的序列结构
7.5共聚组成的序列结构
自由基共聚与离子型共聚
7.6自由基共聚
7.7离子型共聚
自学内容
高分子合金
共聚物组成的统计微分方程
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
2.共聚物的分类和命名
3.二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
4.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
5.共聚组成控制方法
6.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
7.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
8.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.共聚物链结构和链段分布
3.多元共聚
4.高分子合金的定义、制备方法、性能及应用
【扩展与提高内容】
1.共聚物改性的主要方法及典型共聚物的突出性能
2.分析形成离子型共聚与自由基共聚异同点的理论基础
第八章聚合方法（4学时）（课程目标1，2，3，4，5，6）
课程内容：
聚合方法简介
8.1引言
连锁聚合实施方法
8.2本体聚合
8.3溶液聚合
8.4悬浮聚合
8.5乳液聚合
逐步聚合实施方法
8.6熔融缩聚
8.7溶液缩聚
8.8界面缩聚
8.9固相缩聚
聚合方法的选择
8.10聚合方法的选择
自学内容
常用聚合物的合成
基本要求：
【掌握内容】
1.各种聚合实施方法的基本组成、特点
2.悬浮聚合与乳液聚合的机理及动力学：
单体及引发剂的溶解性；聚合场所；聚合机理等
【熟悉内容】
1.典型聚合物的聚合实施方法：
MMA的本体聚合；氯乙烯的悬浮聚合；醋酸乙烯的乳液聚合；聚酯的熔融缩聚；酰氯与酰胺的界面缩聚
2.聚合方法的选择
【扩展与提高内容】
1.新聚合方法：
反相悬浮聚合；反相乳液聚合；反相微乳液聚合；反相超微乳液聚合
第九章聚合物的化学反应（6学时）（课程目标1，3，4，5，6）
课程内容：
聚合物化学反应的基本理论
9.1聚合物的反应性及影响因素
聚合度相似的化学转变
9.2纤维素的反应
9.3聚乙酸乙酯的反应
9.4卤化反应
9.5芳香烃的取代反应
9.6环化反应
聚合度变大的化学反应
9.7交联反应
9.8接枝共聚物
9.9嵌段共聚物
聚合度变小的化学反应
9.10聚合物的降解
功能高分子
9.11功能高分子
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.氧化降解、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
【扩展与提高内容】
1.自由基聚合、阳离子聚合、基团转移聚合等在合成嵌段共聚物中的最新进展
2.如何实现活性自由基聚合、活性阳离子聚合、活性阴离子聚合
11.课程互动环节
（1）课前5分钟报告——每个学期安排8-10个课前5分钟报告，具体形式如：
含C-S键的自由基聚合引发剂结构及反应机理（课程目标1，2，3，4，5，6）
C-S键结构化合物的特点及反应活性（课程目标1，2，3，4）
↓
C-S键结构化合物聚合反应（课程目标1，2，3，4）
↓
C-S键化合物引发聚合制备高分子化合物的优缺点（课程目标4，6）
↓
准备PPT，在课堂上进行5分钟演讲，并解答学生问题（课程目标5）
（2）课程小论文环节（课程目标1，2，3，4，5，6）
论文建议题目：
a.从体系组成、反应机理、结构特点和性能等方面比较溶聚丁苯（S-SBR）和乳聚丁苯（E-SBR）；
b.聚丙烯腈及碳纤维的制备及关键技术问题；
c.载体型Z-N催化剂的制备方法和在合成聚合物中的应用；
d.举例说明三种共聚物的工业化制备方法、工艺、共聚组成分析和控制手段；
e.浅谈涤纶的制备、结构与性能和发展方向；
f.连锁聚合和逐步聚合典型聚合物的分子量、分子量分布的特点以及形成原因；
g.高分子化学理论推导中提出的假设的合理性与不足分析；
h.七大橡胶和四大塑料的合成原理、体系组成、聚合方法和性能特点；
i.高分子化学课程体系的几点想法
报告撰写要求：
查阅文献5-10篇，不抄袭；（课程目标1，2，3，4，6）
根据题目特点，从3-4个方面总结归纳，形成综述性报告；（课程目标5，6）
参加人员：
未参加“课前5分钟报告”、“期中考试试卷分析”的同学全部参加，每个人选择一个题目完成。
五、实践教学内容与要求
详见高分子科学实验教学大纲。
六、课程目标评价方法
毕业要求
指标点
课程目标
评价方法
1工程问题
1.5
课程目标1
作业，考试，互动活动
2问题分析
2.2
课程目标2
作业，考试，互动活动
4研究
4.3
课程目标3
考试，互动活动
6.工程与社会
6.4
课程目标4
互动活动
10.沟通
10.2
课程目标5
互动活动
12终身学习
12.2
课程目标6
作业，互动活动
七、作业/互动活动
作业（课程目标1，2，6）
每周布置和收交作业，每次课后布置2-5道作业题（必做）与1道思考和讨论题（选做）。
作业成绩占本课程总成绩的10%，每个学期选择10次作业成绩高的计入总成绩。
提倡并鼓励与同学讨论作业，但是最终的作业必须是独立完成的，抄袭或复制其他同学的作业将违背学术道德，情节严重者将提请学校学生违纪处理委员会处理。
作业评分标准表
权重
80-100分
60-79分
40-59分
0-39分
基本概念掌握程度
0.4
80%以上的概念清晰
60%以上的概念清晰
40%以上的概念清晰
40%以下的概念清晰
分析问题正确
0.3
选用正确概念、原理、公式分析问题80%以上
选用正确概念、原理、公式分析问题60%以上
选用正确概念、原理、公式分析问题40%以上
选用正确概念、原理、公式分析问题40%以下
公式和计算能力
0.2
计算结果与单位正确
计算结果的数量级或单位有误
计算结果不正确
无计算结果
书写规范、有条理、有逻辑
0.1
书写规范、有条理、有逻辑
书写规范、有条理
书写规范
页面模糊、字迹潦草
备注：
如作业中没有计算要求，则“基本概念掌握程度”一项权重增加至0.5，分析问题增加至0.4。
互动活动（课程目标1，2，3，4，5，6）
互动活动评分标准表
权重
80-100分
60-79分
40-59分
0-39分
资料查阅情况
0.2
查阅内容涉及80%以上的知识点
查阅内容涉及60%以上的知识点
查阅内容涉及40%以上的知识点
查阅内容涉及40%以下的知识点
大分子结构与反应机理特点叙述
0.2
涵盖80%以上内容
涵盖60%以上内容
涵盖40%以上内容
涵盖40%以下内容
运用知识分析问题情况
0.3
能运用80%以上的知识点
能运用60%以上的知识点
能运用40%以上的知识点
能运用40%以下的知识点
表达与沟通
0.2
语言清晰、表达正确
语言清晰、表达基本正确
表达有少量含糊问题
表达有错误
撰写格式规范
0.1
格式规范，条理清晰
格式规范，但缺乏条理
条理不清楚，缺乏条理
格式不规范，文字不通顺
八、考核方式（课程目标1，2，3）
考核分阶段考试和期末考试。
阶段考试包括3次，分别考核：
绪论、自由基聚合、自由基共聚内容；离子聚合、配位聚合；逐步聚合。
阶段考试和期末考试均为闭卷笔试，其中阶段考试为50分钟/次，期末考试时间为2小时。
考试内容中基本概念、基本理论的掌握占50%-70%（课程目标1），运用基本理论知识进行分析或计算占20%-40%（课程目标2，3），理论结合实际占10%-20%（课程目标3）。
九、成绩评定
《高分子物理》课程考核环节
考核环节
建议分数
考核/评价细则
对应的课程目标
作业
10
（1）主要考该同学对每章节知识点的复习、理解和掌握程度
（2）每次作业按10分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩
1、2、4
互动活动
10
（1）考查基于对各知识点的综合理解进行问题分析与提出解决方案的能力、文字表达能力以及团队合作能力
（2）教师根据选题对报告进行评分
2、3、4
阶段考试
20
（1）卷面成绩100分，以三次卷面成绩平均分的20%计入课程总评成绩
（2）全面考核对教学内容的掌握、拓展及应用。
考试题型可包括填空题、选择题、写合成反应题、判断对错题、简答题、计算题和附加题等，但不要求每次考试各题型全部涵盖，可根据考试内容进行选择。
对应课程目标1、目标2和目标3的试题分别为50%、20%和30%。
期末考试
60
（1）卷面成绩100分，以卷面成绩60%计入课程总评成绩
（2
升级会员 