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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- 高分子 物理 化学 课程 教学大纲