高分子化學(xué)教學(xué)大綱

1、教學(xué)大綱1. 一般信息課程代碼：【110821】課程學(xué)分：【3學(xué)分】總學(xué)時數(shù)：【48】面向?qū)I(yè)：高分子材料、復(fù)合材料、紡織化學(xué)、精細(xì)化工、生物工程、紡織工程等專業(yè)的本科生課程性質(zhì)：【必修】開課院系：材料學(xué)院使用教材：【高分子化學(xué)】，余木火主編，中國紡織出版社，1999年先修課程：【有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)】2. 課程簡介高分子化學(xué)是研究高分子化合物合成和反應(yīng)的一門科學(xué)，是高分子科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它以無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)等四大化學(xué)為基礎(chǔ)，同時也為后繼的專業(yè)課程打下必要的理論基礎(chǔ)。課程主要學(xué)習(xí)有關(guān)高分子化合物的基本概念，高分子化合物合成的基本原理、反應(yīng)動力學(xué)、聚合

2、方法，以及合成高分子和天然高分子的化學(xué)反應(yīng)等內(nèi)容。并在如下幾方面進(jìn)行探索：l 在教學(xué)中將在課堂教學(xué)、課外活動及高分子化學(xué)教學(xué)網(wǎng)頁上對高分子科學(xué)的研究前沿及其研究熱點(diǎn)進(jìn)行深入潛出的介紹，使同學(xué)們能通過本課程的學(xué)習(xí)了解高分子科學(xué)的研究動態(tài)。l 作為工科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程教學(xué)中將對高分子工業(yè)及其產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行深入潛出的介紹，使同學(xué)們建立以經(jīng)濟(jì)的角度考慮材料工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的基本思考方式。l 教學(xué)中將通過多種多樣的教學(xué)方式，在專業(yè)上培養(yǎng)同學(xué)們牢固地掌握高分子化學(xué)的基礎(chǔ)知識，學(xué)會提出問題、分析問題和解決問題的思路和方法，提高解決問題的能力。l 對部分同學(xué)將結(jié)合材料學(xué)院的科學(xué)研究以及開放實(shí)驗(yàn)室開始進(jìn)行科學(xué)

3、改造，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新能力和高分子科學(xué)研究的能力。3. 選課建議 該課程要求學(xué)生已熟練掌握有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)知識，建議本科二年級以上選修。 4教學(xué)大綱教 學(xué) 大 綱一、 課程內(nèi)容第一章 緒論 （4學(xué)時）1.1 高分子的基本概念1.2 高分子化合物合成方法分類及比較1.3 聚合物的分類及命名1.4 相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布1.5 高分子科學(xué)和工業(yè)的發(fā)展簡史（自學(xué)）基本要求：【掌握內(nèi)容】1.高分子基本概念：l 單體、高分子、聚合物、低聚物l 結(jié)構(gòu)單元、重復(fù)單元、單體單元、鏈節(jié)、主鏈、側(cè)鏈、端基、側(cè)基l 聚合度、相對分子質(zhì)量l 聚合物結(jié)構(gòu)多分散相l(xiāng) 高分子化合物的特性及其相關(guān)結(jié)構(gòu)2.高分子化合

4、物合成方法分類；連鎖聚合、逐步聚合的比較、高分子化學(xué)反應(yīng)。3.聚合物的分類 按聚合物的來源分類 按聚合物的性能分類 按聚合物主鏈結(jié)構(gòu)分類 按反應(yīng)分類 按聚合物分子鏈形狀分類4. 常用聚合物的命名、來源、結(jié)構(gòu)特征【熟悉內(nèi)容】1.系統(tǒng)命名法2.聚合物相對分子質(zhì)量及其分布3.高分子化學(xué)發(fā)展歷史4.聚合物相對分子質(zhì)量及其分布對聚合物性能的影響【討論內(nèi)容】1. 高分子化學(xué)與有機(jī)化學(xué)的關(guān)系，特別是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與高分子合成反應(yīng)的關(guān)系（相同點(diǎn)和不同點(diǎn)）；2. 結(jié)合高分子科學(xué)的前沿研究課題，討論高分子化學(xué)科學(xué)的發(fā)展方向；3. 結(jié)合高分子工業(yè)現(xiàn)狀，討論目前哪些地方?jīng)]有使用高分子材料、為何不用、是否可能被高分子材料

5、代替？建立金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料特性的概念。第二章逐步聚合反應(yīng) （8學(xué)時）2.1 逐步聚合反應(yīng)的分類2.2 官能團(tuán)的反應(yīng)活性2.3 線形逐步聚合反應(yīng)的機(jī)理2.4 線形逐步聚合反應(yīng)動力學(xué)2.5 線形逐步聚合反應(yīng)的相對分子質(zhì)量控制2.6 線形聚合反應(yīng)中的相對分子質(zhì)量分布2.7 體型逐步聚合2.8 交聯(lián)反應(yīng)和凝膠點(diǎn)2.9 逐步聚合實(shí)施方法及其主要聚合物介紹基本要求：【掌握內(nèi)容】1 逐步聚合的基本概念：官能團(tuán)、官能度、線形縮聚、反應(yīng)程度、當(dāng)量系數(shù)、摩爾分?jǐn)?shù)體型縮聚、無規(guī)預(yù)聚物、結(jié)構(gòu)預(yù)聚物、凝膠化作用、凝膠點(diǎn)2 逐步聚合反應(yīng)的分類及典型聚合物的命名3 逐步聚合反應(yīng)的特征4 逐步聚合官能團(tuán)等活性理

6、論5 線形逐步聚合反應(yīng)的聚合度及聚合度控制6 體型聚合物反應(yīng)7 Carothers法計(jì)算體型逐步聚合反應(yīng)的凝膠點(diǎn)8 逐步聚合與連鎖聚合的比較9 逐步聚合實(shí)施方法及其重要聚合物的介紹【熟悉內(nèi)容】1. 線形逐步聚合動力學(xué)2. 相對分子質(zhì)量分布3. 影響聚合反應(yīng)動力學(xué)方程的因素4. 統(tǒng)計(jì)法計(jì)算體型逐步聚合反應(yīng)凝膠點(diǎn)5. 逐步共聚合6. 共聚反應(yīng)的類型【討論的內(nèi)容】1. 結(jié)合高性能聚合物的發(fā)展，討論芳環(huán)、雜環(huán)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)在合成高性能聚合物材料中的地位與作用。重溫有機(jī)化學(xué)，大膽設(shè)想新型聚合物產(chǎn)品及其合成反應(yīng)。2. 結(jié)合PET生產(chǎn)工程，建立大規(guī)模生產(chǎn)聚合物的工程概念、生產(chǎn)成本概念、大規(guī)模經(jīng)濟(jì)概念。第三章

7、自由基聚合 （10學(xué)時）31 自由基化學(xué)及單體的聚合能力32 自由基聚合機(jī)理33 鏈引發(fā)反應(yīng)34 聚合反應(yīng)動力學(xué)35 相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布36 鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)、阻聚反應(yīng)及阻聚劑37 自由基聚合實(shí)施方法及其重要產(chǎn)品介紹基本要求：【掌握內(nèi)容】自由基化學(xué)自由基結(jié)構(gòu)、活性及其化學(xué)反應(yīng)自由基聚合的基本概念：聚合熵、聚合焓、聚合上限溫度引發(fā)劑半衰期、殘留分率、引發(fā)效率、誘導(dǎo)效應(yīng)、籠蔽效應(yīng)自動加速現(xiàn)象、凝膠效應(yīng)、沉淀效應(yīng)動力學(xué)鏈長、相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑、阻聚現(xiàn)象和緩聚現(xiàn)象單體聚合能力：熱力學(xué)(E, S,T,P)；動力學(xué)（空間效應(yīng)-聚合能力,電子效應(yīng)-聚合類型）自由基聚合的基元反應(yīng)及特征常用引發(fā)劑的種類和

8、符號、引發(fā)劑分解反應(yīng)式、引發(fā)劑分解速率的表征方法(四個參數(shù))、引發(fā)劑選擇原則自由基聚合動力學(xué)：聚合初期：三個假設(shè)、四個條件、反應(yīng)級數(shù)的變化、影響速率的四因素(M,I,T,P)；聚合中后期反應(yīng)速率的研究：自動加速現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及理論分析；聚合反應(yīng)類型相對分子質(zhì)量：動力學(xué)鏈長的計(jì)算、聚合度及影響其的四因素(M,I,T,P)鏈轉(zhuǎn)移：鏈轉(zhuǎn)移類型、聚合度、動力學(xué)分析自由基聚合的四種實(shí)施方法【熟悉內(nèi)容】1. 熱、光、輻射聚合2. 聚合反應(yīng)速率常數(shù)的測定3. 聚合動力學(xué)研究方法4. 自由基聚合的相對分子質(zhì)量分布【討論內(nèi)容】1. 活性自由基聚合，2. 高分子工業(yè)與石油工業(yè)，3. 高分子工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈4. 乳液聚合

9、的進(jìn)展、環(huán)境保護(hù)、高分子納米材料。第四章離子型聚合 （4學(xué)時）4.1 離子型聚合與自由基聚合的比較4.2 活性陰離子聚合反應(yīng)4.3 陽離子聚合反應(yīng)及活性陽離子聚合4.4 基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合基本要求：【掌握內(nèi)容】1. 離子聚合基本概念：陰離子聚合、陽離子聚合、活性聚合、異構(gòu)化聚合2. 離子聚合的特征和聚合機(jī)理3. 離子聚合的典型單體4. 離子聚合的引發(fā)劑、引發(fā)劑的引發(fā)反應(yīng)5. 離子聚合速率的因素6. 原子或基團(tuán)重排的陽離子異構(gòu)化聚合7. 活性聚合的條件及動力學(xué)8. 典型聚合物的合成及活性聚合在高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用【討論內(nèi)容】1. 通過活性陽離子聚合的發(fā)現(xiàn)過程，說明科學(xué)發(fā)現(xiàn)并不是高不攀，鼓勵同學(xué)們大膽

10、想象、培養(yǎng)創(chuàng)新能力：從有機(jī)化學(xué)反應(yīng)出發(fā)，尋找是否還有新的化學(xué)反應(yīng)可以合成高分子新品種。第五章 配位聚合 （4學(xué)時）5.1 聚合物的立體異構(gòu)5.2 配位聚合與定向聚合5.3 Ziegler-Natta催化劑5.4 乙烯和丙烯配位聚合5.5 二烯烴的配位聚合5.6 Ziegler-Natta催化劑的發(fā)展基本要求：【掌握內(nèi)容】1. 配位聚合基本概念： 配位聚合、絡(luò)合聚合、定向聚合、立構(gòu)規(guī)整形聚合物、Ziegler-Natta催化劑、單金屬機(jī)理、雙金屬機(jī)理2. 聚a-烯烴、聚二烯烴的立體異構(gòu)式3. Ziegler-Natta催化劑的組成、性質(zhì)及配位聚合催化劑聚合機(jī)理4. 乙烯和丙烯配位聚合的催化劑、聚

11、合生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性【熟悉內(nèi)容】1. 單金屬、雙金屬機(jī)理內(nèi)容；影響Ziegler-Natta催化劑活性的因素2. Ziegler-Natta催化劑的發(fā)現(xiàn)及其對聚烯烴合成的貢獻(xiàn)3. 聚合物的立構(gòu)規(guī)整性與聚合物性能之間的關(guān)系；立構(gòu)規(guī)整度的測定【討論內(nèi)容】1 茂金屬催化劑的結(jié)構(gòu)、特性；及其意義，再次說明有機(jī)化學(xué)知識在高分子科學(xué)與工業(yè)中的重要性。2 稀土催化劑第六章 開環(huán)聚合 （2學(xué)時）6.1 概述6.2 環(huán)醚的聚合6.3 內(nèi)酯的聚合6.4 環(huán)酰胺6.5 N-羧基a-氨基酸酐6.6 其它有機(jī)雜環(huán)單體的聚合6.7 環(huán)烯烴的異位聚合6.8 無機(jī)或部分有機(jī)環(huán)狀單體的聚合6.9 開環(huán)聚合主要產(chǎn)品介紹基本要

12、求：【掌握內(nèi)容】1. 環(huán)狀單體的開環(huán)能力，從熱力學(xué)和動力學(xué)角度分析環(huán)狀單體開環(huán)聚合的可能性和難易程度2. 環(huán)醚的開環(huán)聚合，環(huán)氧丙烷和四氫呋喃的開環(huán)聚合3. 開環(huán)聚合主要產(chǎn)品【熟悉內(nèi)容】1. N-羧基a-氨基酸酐2. 其它有機(jī)雜環(huán)單體的聚合3. 環(huán)烯烴的異位聚合4. 自由基開環(huán)聚合【討論內(nèi)容】1 在高分子工業(yè)中為何只有少數(shù)的聚合物通過開環(huán)聚合制備，結(jié)合有機(jī)化學(xué)知識想象新的環(huán)壯單體及其采用開環(huán)聚合的新聚合物第七章 共聚合 （6學(xué)時）7.1 引言7.2 共聚物的組成7.3 共聚物組成和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系7.4 共聚組成方程及共聚物組成曲線的討論7.5 共聚組成的序列結(jié)構(gòu)7.6 自由基共聚及離子型共聚7.7

13、 嵌鍛共聚物及高分子合金基本要求：【掌握內(nèi)容】1. 共聚合基本概念：無規(guī)共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、竟聚率、恒比點(diǎn)、共聚物的分類和命名2. 二元共聚組成微分方程推導(dǎo)及以下兩方程的物理意義及使用場合3. 理想共聚、交替共聚、非理想共聚（有或無恒比點(diǎn)）的定義，根據(jù)竟聚率值判斷兩單體對的共聚類型及共聚組成曲線類型、序列結(jié)構(gòu)4. 共聚組成控制方法5. 單體和自由基活性的表示方法，取代基的共軛效應(yīng)、極性效應(yīng)及位阻效應(yīng)對單體和自由基活性的影響6. Q-e值的物理意義，如何通過Q、e值判斷兩單體的共聚情況，Q-e方程的優(yōu)點(diǎn)與不足7. 自由基共聚與離子型共聚的比較【熟悉內(nèi)容】1. 影響竟聚率的

14、因素和竟聚率測定方法2. 共聚物鏈結(jié)構(gòu)和序列分布3. 多元共聚4. 嵌鍛共聚物及高分子合金的制備方法、性能及應(yīng)用【討論內(nèi)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 聚合物的化學(xué)反應(yīng) (4學(xué)時)81 聚合物的反應(yīng)性及影響因素82 纖維素的反應(yīng)83 聚乙酸乙酯的反應(yīng)84 鹵化反應(yīng)85 芳香烴的取代反應(yīng)86 環(huán)化反應(yīng)87 交聯(lián)反應(yīng)88 接枝共聚物89 嵌段共聚物810 功能高分子811 聚合物的降解、老化及環(huán)?；疽螅骸菊莆諆?nèi)容】1. 聚合物化學(xué)反應(yīng)的基本概念： 幾率效應(yīng)、鄰近基團(tuán)效應(yīng)2. 聚合物與小分子反應(yīng)活性的比較及影響因素3. 典型的聚合物的化學(xué)反應(yīng) 聚乙酸乙酯的反應(yīng) 芳香烴

15、的取代反應(yīng)4. 聚合物交聯(lián)反應(yīng)：橡膠的硫化、飽和聚烯烴的過氧化物交聯(lián)5. 典型聚合物的熱降解反應(yīng)：PMMA, PE, PP, PVC, PS等【熟悉內(nèi)容】1. 纖維素的反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)2. 光致交聯(lián)固化3. 接枝共聚物的合成： 自由基接枝聚合：ABS、HIPS、大分子單體合成接枝共聚物離子型接枝聚合4. 聚合物老化機(jī)理及老化的防止與利用5. 功能高分子的定義及主要種類【討論內(nèi)容】1. 活性聚合等在合成嵌段共聚物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；2. 生物可降解聚合物的制備進(jìn)展；3. 高分子材料與環(huán)保 第九章天然高分子的改性及其利用1. 多糖類高分子2. 橡膠與古塔波膠（杜仲膠）3. 蛋白質(zhì)二、課程內(nèi)容重點(diǎn)、難點(diǎn)、深度和廣度“高分子化學(xué)”重點(diǎn)是自由基聚合和逐步聚合兩章。自由基聚合和逐步聚合分別屬于兩種不同的聚合機(jī)理，即連鎖聚合和逐步聚合，因此具有典型的代表性。另外，自由基聚合的理論比較成熟，且應(yīng)用面廣，無論在理論上還是在應(yīng)用上都有一定的深度和廣度，通過本章的學(xué)習(xí)對連鎖聚