高等高分子教案

高等高分子化学与物理（50h）
主要内容
高分子科学概况及发展进程
高分子合成原理（缩和聚合、自由基聚合、离子型聚合、共聚合四大类合成反应及其实施方法）
高分子链结构(进程结构和远程结构)
高分子聚集态结构（聚集态、晶态、非晶态、取向态、共混结构、超分子聚集态）
高聚物的转变与松弛（分子运动特征、玻璃划转变）
高聚物的高弹性和粘弹性
高聚物流体的流变性（粘性流动和弹性效应及其表征）
高分子材料的力学特征（应力应变、断裂与强度）
高分子溶液(溶解特性、溶液的多分散性、依数性、热力学性质)
高聚物的电、光、透气及粘合性能
主要参考文献
第一部分（基础）1-5
第二部分（基本教材）1-2
第三部分（扩展与提高）1-6
第四部分（相关读物）1-14
第五部分（期刊、杂志）1-8（中文1-6，英文1-2）
第六部分（2000年以后相关的新书）
高分子
1、定义：分子量＜105为高分子
分子量在104~106为大分子
2、命名：
（1）单体名称前冠以“聚”：聚乙烯、聚氯乙烯……
（2）原料简名后缀以“树脂”：苯酚+甲醛→酚醛树脂尿素+甲醛→脲醛树脂
（3）以聚合物的结构单元的化学结构特征命名：聚酰胺、聚酯、聚氨酯……
（4）商品名称或外文缩写名称：
高聚物的分类
高聚物的分类有四种方法：
1按分子链分为直链、支链
2按性能和用途分类
3按反应类型分为加聚和缩聚
4按电性分（阴、阳、非离子）
由于聚合物主要是作为材料来使用，故按上述第二种分类最具有实际意义，可分为四类：1橡胶（或弹性体）：是指常温下形变可恢复的材料，在很小的外力作用下，它可以产生很大的形变（达1000%），外力去掉后能迅速恢复原状。

最典型的是硫化的天然橡胶。

2塑料：是指在外力作用下发生形变，外力去掉后不能完全恢复或不恢复的材料。

这种材料被破坏时既可表现出韧性，也可表现出脆性。

实际中，塑料是以合成树脂为基体，添加各种助剂和填料而制成的材料，按其受热时行为的不同又可分为热塑性塑料和热固性塑料。

前者受热后软化或熔化，冷却后定型，且此过程反复进行；后者是首次受热即塑化或软化，一旦加工成型后再受热（有一定限度）也不软化了。

3纤维：分子在牵伸方向上是有序排列，在这一方向上拉伸强度高，受力时形变较小，一般只有百分之几到百分之二十，纤维的力学性能在0~150℃范围内比较稳定。

注：塑料、橡胶、纤维被誉为三大合成材料，其间有时很难严格区分，例如：聚氯乙烯是典型的塑料，但也可抽成纤维，若适量添加增塑剂，又可制成类似橡胶的软制品。

又如聚酰胺、聚对苯甲酸乙二酯，既是很好的纤维材料，也可作工程塑料。

4功能高分子：主链或侧链带有反应性官能团，并具有可逆或不可逆的物理性质或化学活性的一类具有特殊功能的高分子。

按功能不同大致可分为：（1）化学功能高分子（离子交换树脂，高分子试剂，高分子催化剂，固定化酶等）；（2）吸附与分离功能高分子（各种分离树脂和各种分离气体和液体的膜材料）：（3）光功能高分子（感光树脂）；（4）电功能高分子（高分子电池，静电复印，全息记录材料，压电与热电高分子，驻极体等）；（5）生物功能高分子（人工生物体软硬组织，高分子药物及药物载体）。

高分子科学概况
1、高分子化学：主要研究由低分子化合物合成高分子化合物的化学反应原理。

2、高分子物理：主要研究高分子的结构特征及其加工性能和实用性的关系，结构与性能的
表征方法。

3、高分子工程学：主要研究高分子材料及制品进行工业化生产和应用的工程学以及各种生
产过程的模拟优化问题。

4、高分子生物学：高分子与生物化学交叉的新学科（目前正处于交叉形成阶段）。

关系：前两者是后两者的基础，3是形成较晚的学科之一，其研究水平是现阶段某个国家高分子工业发展水平的重要标志之一。

4是目前形成最晚的分支之一，其研究水平是现阶段某个国家高分子技术和生物学技术发达程度的重要标志之一。

高分子科学的学科背景
高分子科学自上世纪20~30年代作为一门独立的学科初步形成以来，已经走了近80年的发展历程。

（1）在学科领域上，由惟一的高分子化学学科逐步发展为多分支学科的完整的学科体系目前包括：高分子化学，高分子物理，高分子工程学，高分子生物学（98年以后）。

（2）在学术内涵上，由仅是高分子化合物的合成研究，拖长出高分子链及其聚集态结构，聚合物成型及其结构控制研究以及不断推出的功能性高分子新材料。

（3）在社会影响上，由当初仅是对新奇化合物的学术兴趣，发展到当今成为高分子产业的相关理论基础，并推动着高分子新产业形成及发展，其研究成果直接或间接地渗透到了国民经济及人类日常生活的各个领域，构成了人类社会文明的重要组成部分。

推动高分子科学发展的两个重要因素：（1）人类社会及国民经济对高分子新材料的不断需求。

（Langmur等，“单分子吸附理论”与“多元共聚理论”相结合生产超轻、超薄材料）（2）相关学科领域知识的交叉、渗透、融合（如高分子生物學的興趣的興起、交叉，物理學、高分子化學形成高分子物理學；高分子材料的需求→高分子物理學、高分子化學与加工、機械及加工→高分子工程；高分子學、生物學、電子學、醫學→高分子生物學、電子功能聚合物）。

高分子學科前沿領域
(1)高分子化學前沿研究：分子設計与合成，新的聚合反應及聚合方法及實施，始終是
高分子化學研究的前沿領域，當今高分子化學研究的前沿包括以下八個方面：1可
控制反應物的空間立构极其分子量、分子量分佈的可控聚合、活性聚合、生物酶催
化聚合。

2微生物合成、新功能化合物的分子設計与合成。

3高性能（耐高溫、高
強度、高模量）化合物的分子設計与合成）4納米粒子的合成方法。

5各種有機無
機内紮化材料的合成。

6聚合物加工成型過程中的化學反應（反應加工）。

7聚合物
材料的化學改性方法（表面改性、分子改性）。

8基於分子識別和著眼于各種新功能
材料探索而形成的分子有序組裝體系的設計和組裝合成方法而形成的超分子體系
組裝化學。

(2)高分子物理的前沿領域研究：高分子鏈結構研究，聚合物聚集态結構研究以及这种
结构与高分子聚合物作为材料使用时所体现出来的性能、功能之间的关系研究，始
终是高分子物理学研究的前沿领域。

当今高分子物理的前沿研究包括以下四个方
面：1高分子链结构（链构型、构象、支化度、序列结构、交联结构等）、聚剂态结
构（浓溶液、液晶态、晶态、非晶态、多相体系、熔体等）的新观点、新现象、新
的研究方法，对聚集态本质及其变化过程的理论归纳。

2高分子的动态结构研究：
分子链运动及动力学行为、聚剂态的亚稳态结构现象及其变化规律、聚合物流体的
非线性、粘弹性行为等。

3聚合物的界面、表面结构和性质研究，材料力学性质（韧
性、破坏等）的分子运动依据，生物高分子聚集态结构和生命现象的关系、难溶高
分子分子量的表征。

4关于高分子科学的理论研究领域，采用新观点、新模型、新
概念度试验现象进行归纳，在新概念、新理论指导下采用数字、计算机方法解决高
分子科学实验中的实际问题（例如：功能高分子的分子设计、高分子性能材料的分
子设计、实验现象的模拟和理论解释等），现正进行的前沿课题有：高分子亚稳态
行为、高分子序列结构研究、激光闪射技术、原子力显微镜技术。

(3)功能高分子的前沿研究：其主要研究思路：根据国民经济及其他学科发展的需要，
融合高分子物理以及物理学、生命科学、电子学等有关学科的指示，通过分子设计、分子结构对功能的影响规律研究，合成并制备或组装种类繁多、功能奇特的材料或
器件。

1电子功能聚合物及信息技术研究（光电磁功能高分子、高分子液晶显示技
术、电致发光技术、塑料高密度电池、分子器件、非线性光学材料、高密度纪录材
料等）。

2医药功能高分子及卫生保健技术研究（高分子药物、控制药物释放材料、医用材料、医疗诊断材料、人体组织修复材料等）。

3信息高分子的合成及应用技术
（蛋白质、多糖基生物弹性体技术等）。

4各种敏感检测材料，微笑机械材料等。

此
外，除去功能高分子研究外，通用高分子的改性技术，天然高分子的利用及改性技
术，聚合物生物降解技术及聚合物资源的再利用技术，也是高分子科学面临的前
沿课题（如电子聚合、电致发光、智能凝胶、环境治理中的生物技术、分子识别局
和等五大研究）。

(4)高分子工程（聚合反应工程和聚合物成型）前沿研究：1制备新高分子化合物（如
新型塑料、纤维、弹性体、粘合剂等）的前期工业合成技术研究（超高分子量化合
物，嵌段聚合物、接枝聚合物、新合成方法等）。

2聚合物新成型方法、新成型技术
（震动剪切、塑化成型、气辅成型、反应加工成型、特种纤维的纺制、新成纤技术
等）。

3成型工艺过程和聚合物结构控制的工艺技术。

高分子合成原理
2．1基本概念
高分子合成的基本反应类型：。