高分子物理课程展示-浙江大学高分子系
高分子物理浙江大学Introdu
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Crystalline polymers Invariably do not form perfect crystalline materials but instead are semicrystalline with both crystalline and amorphous regions. The crystalline phase of such polymers are characterized by their melting temperature (Tm).
Thermoplastics (plastics)
Linear or branched polymers which can be melted
upon the application of heat. (Largest proportion of
the polymers used in industry.)
Polymer Physics
高分子物理
徐君庭，沈烈
Teachers 任课教师
• 徐君庭
– 高分子大楼419; 87953164 – xujt@
• 沈烈
– 高分子大楼310; 87953712 – shenlie@
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Books and references
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Physical Structure
Linear polymers may be represented by a chain with two ends.
Branched polymers have side chains, or branches, of significant length which are bonded to the main chain at branch points, and are characterized in terms of the number and size of the branches. Polymers with well-controlled modes of branching: comblike polymers, star polymers, dendrimers, etc.
2024年高分子物理课件
2024年高分子物理课件一、教学内容本课件依据《高分子物理》教材第四章“高分子链的结构与性质”展开，详细内容包括：4.1节高分子链的构造与形态，4.2节高分子链的柔性与刚性，4.3节高分子链的缠结与解缠结，以及4.4节高分子链的力学性能。
二、教学目标1. 理解并掌握高分子链的基本结构、形态及性质；2. 学会分析高分子链的柔性与刚性的影响因素，理解其与高分子材料性能的关系；3. 了解高分子链缠结与解缠结现象，及其在高分子材料加工中的应用。
三、教学难点与重点教学难点：高分子链的柔性与刚性的判断，高分子链缠结与解缠结现象的理解。
教学重点：高分子链的结构与性质的关系，以及这些性质对高分子材料性能的影响。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件，高分子模型；2. 学具：笔记本电脑，高分子物理教材。
五、教学过程1. 导入：通过展示日常生活中常见的高分子材料，引发学生对高分子物理性质的思考，导入新课；2. 新课内容：（1）介绍高分子链的基本构造与形态，通过模型展示，加深学生的理解；（2）讲解高分子链的柔性与刚性的影响因素，结合例题进行分析；（3）阐述高分子链的缠结与解缠结现象，通过实践情景引入，解释其在高分子材料加工中的应用；（4）分析高分子链的力学性能，引导学生思考其与实际应用的联系。
3. 随堂练习：针对新课内容，设计练习题，巩固所学知识；六、板书设计1. 高分子链的结构与性质；2. 高分子链的柔性与刚性；3. 高分子链的缠结与解缠结；4. 高分子链的力学性能。
七、作业设计1. 作业题目：（1）简述高分子链的基本构造与形态；（2）分析高分子链柔性与刚性的影响因素；（3）解释高分子链缠结与解缠结现象及其在高分子材料加工中的应用。
2. 答案：（1）见教材4.1节；（2）见教材4.2节；（3）见教材4.3节。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对高分子链的结构与性质的理解程度，以及教学方法的有效性；2. 拓展延伸：鼓励学生课后查阅资料，了解高分子物理在高分子材料领域的最新研究进展，提高学生的科学素养。
高分子物理(浙江大学) 3 高分子溶液 Polymer Solutionsppt课件
溶胀度＝溶胀后溶胀体总 体积/溶胀前高分子体积
(W1 W2 )
Q 1
2
W2
2
B. Unal, R. C. Hedden,
Polymer, 47, 8173 (2006)
W1 ——溶胀体内溶剂的重量 W2 ——溶胀体内聚合物的重量 1 ——溶剂的密度 2 ——溶胀前聚合物的密度
Q ——溶胀度
HDPE( Tm＝135C), T> 120C in decalin sPP(Tm＝134 C) and iPP(Tm＝170C) T>130C, in decalin.
7
Polar crystalline polymers
Can be dissolved at room temperature!
M 11 22
Hexane Neoprene rubber Acetone
14.9 18.9 20.4
Undissolvable Undissolvable
Dissolvable
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溶度参数的测定
(1)小分子溶剂的溶度参数由Clapeyron-Clausius 公式计算：
①先求得Hv(摩尔蒸发热)
Polymer Physics
高分子物理
3 Polymer Solutions
高分子溶液
.
1
Importance to study polymer solutions
研究高分子溶液的意义
Dilute solution Theoretical study
Chain conformation Molecular weight Radius of gyration
Semi-dilute solution
浙大高分子学科专业课及教材
以下是浙江大学高分子学科的一些专业课程及相应的教材推荐：
1. 高分子化学
- 课程内容：高分子化学的基本概念、原理和应用、高分子合成方法、高分子结构与性能等。
- 推荐教材：《高分子化学和物理导论》（作者：阎宗坤、张金凤）
2. 高聚物物理化学
- 课程内容：高分子在溶液中的物理化学行为、高分子溶液的流变学、相分离现象、高分子结晶行为等。
- 推荐教材：《高聚物物理化学》（作者：郑立平、楼同龙）
3. 高分子材料
- 课程内容：高分子材料的基本概念、种类、制备方法、性能和应用等。
- 推荐教材：《高分子材料》（作者：祁华明）
4. 高分子表征技术
- 课程内容：高分子材料结构表征的基本原理和常用方法，包括热分析技术、光谱学方法等。
- 推荐教材：《高分子物理实验》（作者：阎宗坤、钱旺）
5. 高分子加工技术
- 课程内容：高分子材料加工的基本原理和常用方法，包括挤出、注塑、吹膜、复合等。
- 推荐教材：《高分子材料加工技术》（作者：祁华明）
请注意，教材的推荐可能有所变化，建议在选课前咨询浙江大学高分子科学与工程学院或相关教师，以获取最新的课程信息和教材推荐。
《高分子物理》ppt课件
高分子链形态与结晶
高分子链的形态
高分子链可以呈现线型、支化型、 交联型等多种形态。不同形态的 高分子链具有不同的物理性质和
用途。
高分子的结晶
高分子在特定条件下能够形成结 晶态，即分子链在空间中呈现有 序的排列。结晶态的高分子通常 具有较高的力学性能和热稳定性。
结晶的影响因素
影响高分子结晶的因素包括温度、 压力、时间以及高分子的化学结 构和规整性等。通过控制这些因 素，可以调控高分子的结晶行为
高分子链构象与柔性
高分子链的构象
高分子链的构象是指链上原子或 基团在空间的排列方式。不同的 构象会导致高分子链呈现不同的
形态和性质。
高分子链的柔性
高分子链的柔性是指链能够改变其 构象的能力。柔性好的高分子链容 易改变其形态，从而表现出较好的 弹性和可塑性。
影响柔性的因素
影响高分子链柔性的因素包括链的 化学结构、温度、外力等。例如， 含有较多单键的高分子链通常具有 较好的柔性。
松弛行为
高分子材料在恒定应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。松弛行为反映了 材料内部结构的调整和分子链的运动。
增强机制：纤维增强、填料增强等
纤维增强机制
通过向高分子基体中加入纤维（如玻璃纤维、碳纤维等），提 高材料的力学性能。纤维的加入可以显著提高材料的拉伸强度、 模量和韧性等。
填料增强机制
向高分子材料中加入适量的填料（如碳酸钙、滑石粉等），可 以改善材料的加工性能、降低成本并提高某些力学性能。填料 的种类、形状和含量对增强效果有显著影响。
研究高分子在溶液中的形态、高 分子液晶、高分子膜等。
高分子溶液性质
研究高分子溶液的粘度、扩散、 沉降、凝胶化等性质。
高分子固体性质
第三章聚电解质及其溶液性质-浙江大学高分子科学与工程学系
统计热力学理论：
三十年代发展起来，以瑞士 Kuhn 和美国 P.J.Flory为 代表，该理论是以统计和统计物理理论为基础。
标度理论：
从六十年代开始，七十年代末形成，由法国P.G.deGennes 和英国 Edwards 创造的 “Scaling Concepts in Polymer Physics” (1979)，该理论则以固体物理理论为 基础。
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(1) 临界交叠浓度低
24
6
（2）聚电解质溶液有散射峰出现，散射强度与浓度 的 c1/2成正比
（3）与中性高分子相比，聚电解质溶液的临界浓度 到缠结浓度之间的范围非常宽
10 3 Ce / C * 10 4
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（4）聚电解质溶液的渗透压比中性高分子高几个 数量级
聚电解质溶液的渗透压 ①不电离的大分子溶液
本章内容
第三章 聚电解质及其溶液性质
联系方式：.2 聚电解质概述 3.3 聚电解质特点 3.4 聚电解质溶液理论 3.5 聚电解质应用
de Gennes,P.-G Scaling
1
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本章内容
3.1 溶液性质－新知识 3.2 聚电解质概述 3.3 聚电解质特点 3.4 聚电解质溶液理论 3.5 聚电解质应用
油漆
稀溶液 发生交叠 亚浓溶液
c<c*
c=c*
c>c*
溶液相转化多孔膜
热致相转化 TIPS(PP、 PVDF)
凝胶和冻胶
孤立的高分子线团逐渐靠近成为线团堆积时的浓度 9
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本章内容
3.1 溶液性质－新知识 3.2 聚电解质概述 3.3 聚电解质特点 3.4 聚电解质溶液理论 3.5 聚电解质应用
《高分子物理》课程电子教案
《高分子物理》课程教学大纲英文名称： Polymer Physics课程类别：学科基础课学时：64学分：4适用专业：高分子材料与工程一、本课程的性质、任务高分子物理课程包括：高聚物的结构、高高分子物理学是高分子材料与工程专业的基础课。
通过本门课程的学习，要求学生对高分子的合成、加工、应用、改性等具有全面的了解。
并使学生重点掌握结构、性能及两者之间关系的一些基本概念、必要的知识、分析测试方法、一定的计算能力，从而为专业课的学习打下理论基础，并为高分子材料的合成、加工、选材、应用、改性、性能测试等提供理论依据，进而指导生产实践。
高分子物理课程教学包括理论教学和实验教学。
结合本门课程的实验，对学生进行相关的基本训练，培养学生分析问题和解决问题的实际工作能力。
总之，通过本门课程的学习及实验为后续专业课的学习提供必备的基础知识。
二、本课程的基本要求本课程包括高分子的链结构和聚集态机构、高分子的溶液性质、高分子的运动和高分子力学性能和电性能四大部分。
通过学习，要使学生对教学内容达到“了解”、“认识和理解”、“掌握”和“熟练掌握”层次要求。
即通过学习要求学生对基本分析方法、各种测试方法、各种实验的基本原理、高分子尺寸表示方法及其推导要全面了解。
对高聚物的结晶结构模型、非晶态结构、液晶结构、织态结构有明确的认识和理解。
掌握高聚物的各种力学状态、力学行为、各种性能曲线的详细分析和典型推导。
熟练掌握高聚物结构、性能及两者之间相互关系的基本概念、必要的知识。
熟练掌握高聚物的各种特征温度、测定方法。
三、讲授内容1 高分子链的结构1.1 概论1.1.1 高分子科学的诞生与发展1.I.2 高分子结构的特点I.1.3 高分子结构的内容1.2 高分子链的近程结构1.2.1 结构单元的化学组成1.2.2 键接结构1.2.3 支化与交联1.2.4 共聚物的结构1.2.5 高分子链的构型1.3 高分子链的远程结构1.3.1 高分子的大小1.3.2 高分子涟的内旋转构象1.3.3 高分子链的柔顺性1.4 高分子链的构象统计1.4.1 均方末端距的几何计算法1.4.2 均方末端距的统计计算法.1.4.3 高分子链柔顺性的表征.1.4.4 高分子链的均方旋转半径.2 高分子的聚集态结构2.1 高聚物分子间的作用2.1.1 范德华力与氢链.2.1.2 内聚能密度2.2 高聚物结晶的形态和结构2.2.1 高聚物结晶的形态学2.2.2 高分子在结晶中的构象和晶胞.， 2.3 高分子的聚集态结构模型2.3.I 高聚物的晶态结构模型2.3.2 高聚物的非晶态结构模型.2.4 高聚物的结晶过程2.4.1 高分子结构与结晶能力.2.4.2 结晶速度及其测定方法2.4.3 Avrami方程用于高聚物的结晶过程..2.4.4 结晶速度与温度的关系2.4.5 影响结晶速度的其他因素2.5 结晶对高聚物物理机械性能的影响“2.5.1 结晶度概念及其测定方法2.5.2 结晶度大小对高聚物性能的影响2.5.3 结晶高聚物的加工条件—结构—性质的互相作用 2.5.4 分子量等因素对结晶高聚物的聚集态结核2.6 结晶热力学...”2.6.1 结晶高聚物的熔融与熔点2.6.2 结晶温度对熔点的影响2.6.3 晶片厚度与熔点的关系2.6.4 拉伸对高聚物熔点的影响2.7 高聚物的取向态结构2.7.1 高聚物的取向现象2.7.2 高聚物的取向机理2.7.3 取向度及其测定方法2.7.4 取向研究的应用2.8 高聚物的液晶态结构2.8.1 液晶态的结构2.8.2 高分子液晶的结构和性质2.8.3 高分子液晶的应用2.9 高分子合金的形态结构2.9.1 高分子混合物的溉念2.9.2 高分子的相容性2.9.3 共混高聚物聚集态的主要特点2.9.4 非均相多组分聚合物的织态结构2.9.5 共混高聚物的聚集态结构对性能的影响’.3 高分子的溶液性质3.1 高聚物的溶解3.1.1 高聚物溶解过程的特点3.1.2 高聚物溶解过程的热力学解释 3.1.3 溶剂的选择3.2 高分子溶液的热力学性质.3.2.1 Flory-Huggins高分子溶液理论 3.2.2 Flory温区(θ温度)的提出3.3 高分子浓溶液3.3.1 高聚物的增塑3.3.2 纺丝液3.3.3 凝胶和冻胶3.4 共混聚合物的溶混性3.5 高分子溶液的流体力学性质3.5.1 高分子在溶液中的扩散3.5.2 高分子在溶液中的粘性流动4 高聚物的分子量4.1 高聚物分子量的统计意义4.1.1 平均分子量4.1.2 平均分子量与分布函数4.1.3 分子量分布宽度4.2 高聚物分子量的测定.4.2.1 端基分析4.2.2 沸点升高和冰点降低.‘4.2.3 膜渗透压4.2.5 光散射4.2.6 小角激光光散射(LALLS)4.2.7 超速离心沉降4.2.8 粘度4.2.9 凝胶色谱5 高聚物的分子量分布5.1 分子量分布的表示方法5.1.1 图解表示5.1.2 分布函数5.2 基于相平衡的分级方法5.2.I 高分子溶液的相分离5.2.3 分级实验方法5.2.4 数据处理5.3 凝胶色谱法5.3.1 基本原理5.3.2 仪器5.3.3 载体和色谱柱5.3.4 高效凝胶色谱5.4 凝胶色谱的特殊应用5.4.1 凝胶色谱与小角激光光散射联用5.4.2 高聚物长链支化度的测定5.4.3 共聚构组成分布与分子量分布的测定6 高聚物的分子运动6.1 高聚物的分子热运动6.1.1 高分子热运动的主要特点6.1.2 高聚物的力学状态和热转变6.1.3 高聚物的次级松弛6.2 高聚物的玻璃化转变6.2.1 玻璃化转变现象和玻璃化温度的测量 6.2.2 玻璃化转变理论6.2.3 玻璃化温度的影响因素及调节途径6.2.4 玻璃化转变的多维性6.3 高聚物的粘性流动6.3.1 高聚物粘性流动的特点6.3.2 影响粘流温度的因素6.3.3 聚合物熔体的切粘度6.3.4 剪切粘度的测量方法6.3.5 高聚物熔体的流动曲线6.3.6 加工条件对高聚物熔体剪切粘度的影响6.3.7 高聚物分子结构因素对剪切粘度的影响6.3.8 剪切流动的法向应力和高聚物熔体的弹性效应6.3.9 拉伸粘度7 高聚物的力学性质7.1 玻璃态和结晶态高聚物的力学性质7.1.2 描述力学性质的基本物理量7.1.2 几种常用的力学性能指标7.1.3 几类高聚物的拉伸行为7.1.4 高聚物的屈服7.1.5 高聚物的破坏和理论强度7.1.6 影响高聚物实际强度的因素7.2 高弹态高聚物的力学件质7.2.1 橡胶的使用温度范围..7.2.2 高弹性的特点7.2.3 橡胶弹性的热力学分析7.2.4 橡胶弹性的统计理论7.2.5 内能对橡胶弹性的贡献7.2.6 橡胶弹性与交联网结构的关系7.2.7 橡胶的极限性质7.3 高聚物的力学松弛7.3.1 高聚物的力学松弛现象7.3.2 粘弹性的力学模型7.3.3 粘弹性与时间、温度的关系——时温等效原理7.3.4 Boltzmann叠加原理7.3.5 测定高聚物粘弹性的实验方法7.3.6 高聚物的松弛转变及其分子机理8 聚合物的电学性质8.1 高聚物的极化及介电常数8.2 高聚物的介电损耗8.3 高聚物的导电性8.4 高聚物的介电击穿8.5 高聚物的静电现象四、实践性环节1．作业：讲授完两部分教学内容后，进行一次习题课，讲授完每一章的教学内容后，留一次作业题。
高分子物理浙江大学1高分子的链结构ppt课件
1.1.2 高分子的构造层次
classification of polymer structure
Configuration
chemical composition
链构造
近程构造(一 次构造)
Short range structure
regioisomerism stereoisomerism branching & crosslinking bonding sequence in copolymer
• Prepared by condensation or ring-opening polymerization. • The main chains has polarity. • Advantages：good thermal stability, high strength • Disadvantages：easy to hydrolyze and decompose in alcohol
Polymer structure is the sum of structures at different levels, which contribute to apparent polymer properties.
Polymer structures at different levels are different but correlated!!!
Regulation and improvement of polymer properties can be approached by change of polymer structures at different levels.
• synthesis：
short range structure and long range structure
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聚电解质
———高分子物理课程展示第二小组：田啟锐，陈一夫，徐晗，沈萍
黎永久，葛媛媛，陈狄，姚慧超，刘筱薇
聚电解质
何为聚电解质
聚电解质的结构特点
聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较聚电解质溶液行为的微观机理解释
聚电解质溶液行为的应用
一、何为聚电解质
聚电解质也称高分子电解质，是一类线型或支化的合成和天然水溶性高分子，其结构单元上含有能电离的基团
一、何为聚电解质
按来源分：1、天然聚电解质：壳聚糖、海藻酸钠及经过化学改性的纤维素
2、合成聚电解质：一类指现有的聚电解质, 如聚丙
烯酸、聚苯磺酸钠、聚(4-乙烯基吡啶) 等; 而另
一类指普通非聚电解质高分子材料经改性、引入
粒子型的基团的聚电
解质。
一、何为聚电解质
聚阳离子：如聚胺
聚阴离子：如聚酸
两性聚离子电解质：如蛋白
按所带电荷分
除了线性结构，还有嵌段、接枝、星形、超支化和环状等
拓扑结构。
聚电解质可溶于水或其他极性溶剂，当它溶于水后，链节上的可离解基团中的一部分或大部分电离，放出若干低价离子，高分子本身留下若干离解位而带有与低价离子相反电荷的聚合离子，一
般把低价离子称为反离子。
三、聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较 1、粘度：
一般高聚物溶液的比浓粘度随浓度下降减小，可以Huggins 公式表述：
而在无外加盐时，聚电解质溶液的比浓粘度通常随浓度下降而增大，如图所示：
有外加盐时，聚电解质溶液的比浓粘度明显降低，随着外加盐浓度增大，聚电解质比浓粘度与浓度的依赖关系也逐渐改变。
[][]C
k C
p
2s 'ηηη+=四、聚电解质溶液行为的微观机理解释
四、聚电解质溶液行为的微观机理解释
2、渗透压：SPU 是一种带有大量磺酸基
的强聚电解质，随着SPU 溶液浓度降低，
出现溶液渗透压随浓度降低而增大的现
象，这与普通高分子溶液有所不同。
三、聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较 四、聚电解质溶液行为的微观机理解释
三、聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较
四、聚电解质溶液行为的微观机理解释
3、光散射：聚电解质溶液的光散射，通常在有低分子电解质存在
下测定。
由于聚离子的静电相互作用，导致聚离子周围的盐浓度不同于溶液中的平均值，并且随着聚电解质浓度和盐种类的不同而不同。
因而来自有外加盐存在的聚电解质溶液的光散射，应作为多组分体系的光散射加以考虑。
对于含盐的聚电解质溶液，体系中含有聚离子、反离子和可扩散的盐的小分子例子，按照涨落理论，其溶液光散射应为溶液密度涨落τ1，可扩散离子的涨落τ2和聚离子周围盐离子变化τ3之总和：
τ=τ1+τ2+τ3
聚电解质兼有高分子长链和小分子电解质电离的双重结构特征，具有普通高分子所不具备的功能，如增粘，絮凝，静电相互作用等，使之可作增稠剂、分散剂、絮凝剂、乳化剂、悬浮稳定剂、胶粘剂、驱油剂等。
1.絮凝剂
机理：聚电解质在水中解离出正/负电性的电荷，和水中带有相反电荷的粒子中和，并利用其聚合性质使之集中分离。
优点：少量高效，浮渣量少，絮体容易分离，除油和除悬浮物效果好。
和无机絮凝剂结合后不仅降低成本而且提高絮凝能力。
阳离子型聚电解质[PCDM(二甲基二烯丙基氯化铵)-AM）]用于处理造纸废水，与无机絮凝剂复配用于中段废水及脱墨废水处理，达到国家配方标准，蒸煮墨液经二级处理，COD去除率达90%以上，明显优于其它絮凝
剂。
2. 分散剂
机理：聚电解质具有亲水性和亲油性两种相反性质的界面活性剂。
优点：一定长度高分子链可起空间稳定的作用，而且使颗粒表面获得一定量的电荷，阻止颗粒相靠近聚合。
例如：聚丙烯酸分散剂加入后，超细氧化铝悬浮液的流变性能得到显著改善，剪切变稀的特性弱化，且体系分散稳定性好，可得
到粒径分布窄、平均粒径小的氧化铝颗粒。
3.高吸水树脂
机理：一本为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。
吸水前高分子链彼此交联成网状结构，与水接触时水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，电离基团在水中电离，链上同离子之间的静电斥力使高分子链伸展溶胀。
由于电中性的要求，反粒子不能迁移到树脂外部，树脂内外形成离子浓度差而使得水在反渗透作用下进一步进入树脂形成水凝胶。
优点：具有吸收比自身几百到几千倍水的高吸水功能，保水性优良，一旦形成水凝胶，即使加压也很难分离。
例子：通过氧化还原引发剂引发的接枝共聚反应使阴离子型单体丙烯酸（AA）和阳离子型单体三甲基烯丙基氯化铵(TMAAC)在羧甲基壳聚糖（CMCTS）的分子链上接枝共聚，制得两性聚电解质高吸水性树脂。
研究发现，随外部溶液pH变化，溶胀性能在酸性和碱性条件下各有一个最大值，
在等电点处吸滤性相对较低。
参考文献：
【1】《电解质溶液热力学性质的研究进展》苑宏刚 , 周立岱 , 张震斌著《化学工业与工程技术》第27卷第五期
【2】《两性聚电解质溶液的分子热力学模型和分子动力学模拟》冯剑，刘洪来，胡英著《化学学报》
【3】《聚电解质溶液性质的研究》刘愁涛，王廷珍，忻永和，钱锦文著《高分子学报》1980年第二期
【4】《聚电解质研究进展》于立娟著《上海塑料》
【5】《两性聚电解质的合成及在水处理中的应用》冉千平，黄荣华，马俊涛著《油田化学》
【6】《水溶性共轭聚电解质》黄艳琴，范曲立，黄维一著《化学进展》第20卷第4期
【7】《高分子物理（修订版）》何曼君，陈维孝，董西侠编复旦大学出版社
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