高分子化学与高分子物理综合实验
高分子材料的化学和物理性质
高分子材料的化学和物理性质高分子材料是一类具有特殊性质和应用价值的化学材料，它们通常是由重复单元构成的大分子，有着十分复杂的结构和多种功能。
在现代工业、医学、农业等领域中，广泛应用于各种领域中，是一种非常重要的材料。
高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质表现在两个方面：其一是基础化学性质，包括构成元素、原子价、化学键的类型等；其二是高分子分子结构和性质之间的关系。
高分子材料的构成元素主要是碳、氢、氧、氮等元素，其中碳和氢的比例最高，这使得高分子材料具有了很高的稳定性和化学惰性。
而由此所形成的非极性高分子的亲水性较低，故表面本身具有的粘性和换能功较大。
高分子材料的原子（分子）价数，是高分子材料的结构和性质之间的重要关系基础，特别是对于它们的物理性质有着重要影响。
其中，材料的原子价数越大，它与其它原子、离子相互结合能力就越大，其物质的力学稳定性也就更强。
而材料的原子价数越小，由此形成的键能越小，就更容易被热或光线破坏。
高分子材料的化学键类型为共价键和离子键，其中，共价键属于共享电子对，包括单键、双键、三键等，具有稳定的结构和物理性质；离子键属于不同原子间电子转移形成的强化学键，具有高的凝结热和强的结构稳定性，但它们化学稳定性差，较易水解，交联性小，因此会对材料的化学性质产生较大的影响。
高分子材料的分子结构和性质之间的关系，是高分子材料化学性质研究的重点之一。
高分子分子结构的多样性制约了高分子材料的性能与用途，而这一特性又与材料的原子价数和化学键相关。
高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质主要包括力学性质、热力学性质、电学性质和光学性质。
高分子材料的力学性质是指这类材料在承受外力时所产生的反应。
它通常表现为弹性、塑性和黏弹性等，而其中最为重要的是强度、韧度和硬度。
高分子材料的热力学性质是指高分子材料物质在热力学条件下的行为。
热力学性质包括热膨胀系数、热导率、比热等，高分子材料的这些性质直接影响着高分子材料的应用。
微型高分子科学综合实验设计——MMA与4-VP共聚物的合成与表征
维普资讯
ＣＨ ３ ＡＢ ＩＮ
一
Ｎ
／
Ｌ￣ ＩＩ３
Ｌ． ３ Ｈ
御
４ 实验步 骤 ４ １ 单体 和 引发剂 的精 制 ． ４ 乙烯 基 吡啶 ： 固体 Ｎ Ｏ ． 加 ａ Ｈ减压 蒸馏 以除去 阻聚剂 ， 无 色透 明 液体 。此 液 体 放置 几 天 得
管 、 泡器 。加入 ５ ｇＡ Ｂ 室 温通 氮 ｌ ， 鼓 ｍ ＩＮ， ｈ 搅拌 升温 至 ６ ￣ 。在 该温 度 下继续 搅拌 ， 系变 ０Ｃ 体
粘， 直至无法搅拌时 ， 停止反应 。依次用无水 乙醇、 乙醚反复洗涤数次 以除去体 系中的过量单
体 。所 得共 聚 物放 入真 空 干燥器 中室 温 干燥 。
４ ６
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４ ３ 共聚物 的季胺 化 改性 ．
称取 １ 共聚物， ｇ 溶于 ６ Ｌ硝基 甲烷 中， ｍ 然后 与 ３ Ｌ正溴辛烷于 ７ ￣ 下反应。冷却后 ｍ ０Ｃ
用 过量 的 乙醚分 离 出产 物 ， 用 乙醇溶解 。用 乙醚 、 再 乙醇反 复进 行 ３次 提 纯 ， 后 在 室温 下 真 然 空 干燥 ， 即得 吡 啶盐 型聚合 物 。
４ ４ 吡 啶盐 型聚合 物 的性 能表 征 与检测 ．
采用流延薄膜法制膜。将聚合物溶于乙醇 ， 在玻璃板上均匀涂膜后 ， 置于真空干燥箱 中干 燥 。制得的样品用红外光谱分析法 （Ｒ 、 Ｉ ） Ｘ射线衍射法（ Ｒ ） 示差扫描量热分析法（ Ｓ ） ＸＤ 、 Ｄ Ｃ 进 行结 构 和性 能表 征 ， 拉力 机 上 测 试拉 伸 强 度 ； 于 硝 基 甲烷 ， 膜 ， 水 中浸 泡 ４ ｈ 测 其 在 溶 涂 在 ０，
化 学实 验 （ ｉ ｏｃｌ ｃ ｅ ｃｌ ｘ ｅｉ ｎ ） 不仅 具 有显著 的经济 效益 ， 有 很好 的教 学 效果 和 ｍ ｃ ｓａ ｈ ｍｉ ｐ ｒ ｔ ， ｒ ｅ ａｅ ｍｅ 还
高分子化学与物理(2、缩聚及其它逐步聚合反应)
+ (2n-1)H 2 O
2.2.2 缩聚反应的特点
缩聚物有特征结构官能团；有低分子副产物（Byproduct)； 缩聚物的分子量不是单体分子量的整数倍。
College of Chemical 聚 反 Wuhan 的 单 体 2.2.3 缩 Engineering, 应 Textile University
说明：单体的官能度与官能团数目不是完全一致。 单体的官能度大于或等于2时才能进行聚合反应。 （p22 表2-3）
College of Chemical Engineering, Wuhan Textile University
④官能团等活性概念（p22）
羧酸大小 （x） 1 2 3 nH（CH2）xCOOH K×104 22.1 15.3 7.5 羧酸大小 nH（CH2）xCOOH （x） K×104 5 6 7 7.4 7.5 7.4
超支化高分子
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树枝型高分子
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2.4.2 凝胶化现象及凝胶点的测定
凝胶化现象 聚合物的交联化是以聚合过程中的凝胶化现象为标记。
+ (2n-1)H 2 O
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按聚合机理或动力学可分为：
连锁聚合（Chain Polymerization）：
活性中心（Active Center）引发单体，迅速连锁增长。 自由基聚合 活性中心不同 阳离子聚合
高分子化学与物理-3-自由基聚合反应-B
乳液聚合的主要成分及其作用
乳液聚合体系的主要组分有：单体、分 散介质（主要是水）、引发剂和乳化剂。单 体一般不溶或微溶于水。 注意：引发剂为水溶性！引发剂的分解 温度决定聚合温度。
乳化剂的作用
乳化剂，乳液聚合体系的重要成分。它可
以使互不相溶的油(单体)-水转变为稳定的、难
以分层的乳液。
它通常是一些兼有亲水的极性基团和疏水
M v 1/ 2 1/ 2 2 fkd kt I kp
动力学链长公式：
速率常数与温度的关系式：
k Ae
E RT
1 1 E p Ed Et Ap 2 2 ] k exp[ 1/2 RT Ad At
综合活化 能为负值
温度升高，k值变小，亦即动力学链长或 聚合度下降。
数均聚合度：单体的消耗速率与大分子的生
成速率之比
Rp 单体消耗速率 Xn 大分子生成速率 Rt +Rtr
则当终止机理为偶合终止时： X n 2v
忽略链转移
C、D分别 为偶合、
为歧化终止时:
Xn v
v 偶合、歧化终止共存时： X n 歧化终止 C 2 D 的百分数
温度对聚合度的影响
第五节 自动加速现象
R p k M I
1/ 2
单体浓度下降， 聚合速率下降
孰是孰非？
单体浓度下降， 聚合速率却加快？
聚合程度提高将导致： 体系黏度增大
链增长 反应 小分子单体扩散 不受影响，增长 速率kp变动不大
链自由基与 单体接触
链自由基与 链自由基接 触
链终止 反应
链自由基运动手 足，双基终止困 难，kt显著下降 聚合速率加快， 分子量迅速增加
高分子物理和高分子化学的区别
高分子物理和高分子化学的区别高分子物理与高分子化学是两个相关但又不同的学科领域。
尽管它们都涉及研究高分子材料，但它们的研究方向和方法有所不同。
高分子物理主要关注高分子材料的物理性质和行为。
它涉及到高分子材料的结构、力学性能、热学性质、电学性质、光学性质等方面的研究。
通过对高分子材料的物理性质进行分析和实验研究，高分子物理学家可以揭示高分子材料的内部结构和性能之间的关系，从而为高分子材料的设计、合成和应用提供理论依据。
与高分子物理不同，高分子化学更注重高分子材料的合成、结构和化学性质。
高分子化学家致力于研究如何通过不同的合成方法和反应条件来制备具有特定结构和性能的高分子材料。
他们关注高分子材料的分子结构、官能团的引入、交联度、分子量等方面的变化对材料性能的影响。
通过对高分子材料的化学性质进行分析和实验研究，高分子化学家可以改变材料的性能，以满足特定的应用需求。
在实际应用中，高分子物理和高分子化学经常相互结合，共同推动高分子材料的研究和发展。
高分子材料的物理性质和化学性质之间存在密切的关联，二者相互影响。
例如，高分子材料的分子结构和分子量对其力学性能、热学性质以及导电性能等有重要影响。
因此，高分子物理和高分子化学的研究结果可以相互参考，互相验证，以获得更全面和准确的材料性能描述。
高分子物理和高分子化学还在不同的实验方法和表征技术上有所不同。
高分子物理学家通常使用一些物理手段，如拉伸实验、动态力学分析、热重分析等来研究材料的物理性质。
而高分子化学家则更多地使用化学手段，如聚合反应、官能团修饰、质谱分析等来研究材料的化学性质。
通过综合应用这些实验方法和技术，可以全面地了解高分子材料的性质和行为。
高分子物理和高分子化学是两个相互关联但又有所区别的学科领域。
高分子物理关注高分子材料的物理性质和行为，而高分子化学则关注高分子材料的合成、结构和化学性质。
尽管存在差异，但两者的研究成果相互映衬，共同促进了高分子材料的发展与应用。
《高分子材料与工程专业综合性实验》教学大纲
《高分子材料与工程专业综合性实验》教学大纲一、基本信息课程代码：实验课程名称：专业综合性实验英文名称：ComprehensiveExperiments课程总学时：64总学分:2 实验学时:64适用对象：高分子材料与工程专业二、实验课程的性质与任务《综合实验》是一门独立的实验课程。
学生经过本科前二年“无机化学实验、有机化学实验、物理化学实验、分析化学实验、高分子化学实验及高分子物理实验”的课程训练，学习了“高分子化学、高分子物理及高分子材料加工”等基本理论，掌握了基本实验知识、实验技能，以及简单的综合实验、设计实验技能的基础上，所开设的一门专业综合实验课程。
三、实验教学目的与要求该课程与科学研究或产品开发等实际应用有机地结合起来，其目的在于将学过的理论知识与实验知识及技能融会贯通，进一步培养学生文献检索、资料搜集整理、实验设计、实际操作等实践能力,特别是综合运用知识和创新的能力；同时培养学生的学习兴趣以及解决科研实际问题的能力。
四、考核办法和成绩评定标准考查,根据学生的实验预习报告、实验纪律、实验动手能力及实验报告结果，进行综合评定。
五、实验指导书（小四黑体）自定实验内容及参考浙江大学、南京大学、北京大学、兰州大学主编，《综合化学实验》，高等教育出版社，2001年六、实验项目、内容与要求（小四黑体）实验一高温硫化硅橡胶的制备与性能实验类型：综合实验实验学时：32每组人数：2实验目的和要求：1 .掌握原料的选择，填料的选择，硫化剂的选择2 .掌握加工工艺的选择，工艺条件优化3 .掌握产品性能的表征如硫化时间、硬度、拉伸强度、冲击强度教学方法：课堂讲述、自行设计实验方案、动手操作实验内容提要：通过自行设计硫化硅橡胶的配方，选择合适的原料和填料，探讨不同硫化剂的选择。
根据配方调整加工工艺，通过单因素和正交试验设计进行工艺条件优化。
对所制备的产品进行各种性能的测试，包括硫化时间、硬度、拉伸强度、冲击强度、撕裂强度等测试。
高分子化学与物理总结
3.单体单元：（与单体具有相同的化学组成，只是电子结构不同的原子组合。
）4.结构单元：（构成高分子主链，并决定主链结构的最小的原子组合。
）5.重复结构单元：（主链上化学组成相同的最小原子组合，有时简称为重复单元或链节。
）1.体型缩聚：多官能单体参加反应，能形成非线性的多支链产物，支化的大分子有可能进一步交联成体型结构的产物，这种凡能形成体型结构缩聚物的缩聚反应，称为体型缩聚。
2.凝胶现象：体型缩聚反应在聚合过程中一般表现为反应体系的黏度在聚合初期逐渐增大，当反应进行一定程度后，黏度突然急剧增大，体系转变为具有弹性的凝胶状物质，这一现象称为凝胶化或凝胶现象。
3.凝胶点：出现凝胶现象时的反应程度（临界反应程度）称为凝胶点。
17. 转化率：已转化为聚合物的单体量占起始单体量的百分数18. 反应程度：参加反应的官能团数目与起始官能团数目的比值偶合终止：两个大分子自由基相互结合生成一个大分子的终止方式，称为偶合终止。
歧化终止：歧化终止两个大分子自由基相互间反应，生成两个大分子的终止方式，称为歧化终止。
链转移反应：链转移反应是指在聚合过程中，链自由基可能从单体、引发剂、溶剂或大分子上夺取一个原子（大多数为氢原子）而终止，而失去一个原子的分子则成为新的自由基，并能继续进行反应形成新的活性自由基链，使聚合反应继续进行。
引发剂效率：用于引发聚合的引发剂量占引发剂分解总量的百分率。
诱导分解：自由基（包括初级自由基、单体自由基、链自由基）向引发剂分子的链转移反应。
笼蔽效应：引发剂分解产生的初级自由基在与单体反应生成单体自由基之前，发生了副反应而失活这种效应称为笼蔽效应。
诱导效应:有机分子中引入一原子或基团后，使分子中成键电子云密度分布发生变化，从而使化学键发生极化的现象，称为诱导效应6.异构化聚合：阳离子聚合中由于碳正离子的不稳定，异构成更稳定的结构，发生所谓的异构化反应。
若异构化反应比链增长更快，则进行异构化聚合。
高分子合成实验（精品pdf）
《综合化学实验(一)》补充实验讲义实验G 无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球及离子交换树脂的制备、表征和应用 （参见王尊本主编《综合化学实验》（第二版）pp318-322。
实验三十九 悬浮聚合法制备聚苯乙烯微球及离子交换树脂的制备、表征和应用。
科学出版社， 2007）（一）前 言参见王尊本主编《综合化学实验》（第二版）pp318-322有关内容。
（二）实 验 目 的1）进一步学习和掌握高分子化学知识，掌握单体纯化、无皂乳液聚合的操作过程。
2）学习高分子物理知识，了解动态光散射法的原理及其在高分子研究中的运用。
3）了解离子交换树脂制备的基本方法。
（三）实 验 原 理离子交换树脂的外观一般为颗粒状的，因此可以利用悬浮或者乳液聚合的方法来制备。
参见王尊本主编《综合化学实验》（第二版）pp318-322有关内容。
用传统工艺合成得到的离子交换树脂颗粒大、粒径分布宽、内扩散影响大、交换容量小。
为了克服这些缺点，可以采用乳液聚合法合成出粒径较小的苯乙烯-二乙烯苯共聚合微球, 并在此基础上合成亚微米离子交换树脂。
无皂乳液聚合是一种在传统乳液聚合的基础上发展起来的新型聚合方法，聚合体系中一般不含乳化剂。
制得的微球粒径小于1 μm ，粒径分布窄，表面比较洁净，交换容量大。
（四）动态光散射法基本原理动态光散射法（Dynamic Light Scattering ，DLS ），也称光子相关光谱（Photon Correlation Spectroscopy ，PCS ）或者准弹性光散射（quasi-elastic scattering ），是通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种方法。
DLS 方法测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。
1. 动态光散射仪器的结构和测量原理动态光散射仪器的结构原理图如下：光在传播时若碰到颗粒，一部分光会被吸收，一部分会被散射掉。
高分子化学实验指导书
高分子化学实验指导书福州大学材料科学与工程学院高分子材料工程系2006.7目录实验一膨胀计法测定甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应速率实验二苯乙烯的悬浮聚合实验三溶液聚合法制备聚醋酸乙烯酯实验四聚乙烯醇缩醛（维尼纶）的制备实验五醋酸乙烯酯的乳液聚合实验一 膨胀计法测定甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应速率一、实验目的1、掌握膨胀计的使用方法。
2、掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理。
3、测定甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应平均聚合速率，并验证聚合速率与单体浓度间的动力学关系。
二、基本原理1、聚合机理甲基丙烯酸甲酯的本体聚合是按自由基聚合反应历程进行的，其活性中心为自由基。
自由基聚合是合成高分子化学中极为重要的反应，其合成产物约占总聚合物的60%、热塑性树脂的80%以上，是许多大品种通用塑料、合成橡胶和某些纤维的合成方法。
甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合反应包括链的引发、链增长和链终止，当体系中含有链转移剂时，还可发生链转移反应。
其聚合历程如下：CO OCO 2CO OCO OCH 2C CH 3COOCH 3CO OCH 2C CH 3COOCH 3CO OCH 2CH 3COOCH 3CH 2C CH 33CO OCH 2CH 3COOCH 3CH 2C CH 33CH 2C CH 3COOCH 3CH 2C CH 332CH 2CCH 3COOCH 3CH 2CH 33CH 2C CH 332CH 2C CH 33CHCH 33H自由基聚合反应通常可采用本体、溶液、悬浮、乳液聚合四种方式实施。
其中，本体聚合是不加其它介质，只有单体本身在引发剂或催化剂、热、光作用下进行的聚合，又称块状聚合。
本体聚合纯度高、工序简单，但随聚合的进行，转化率提高，体系黏度增大，聚合热难以散出，同时长链自由基末端被包裹，扩散困难，自由基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增大而出现自动加速现象，短时间内产生更多的热量，从而引起分子量分布不均，影响产品性能，更为严重的则引起爆聚。
高分子化学和物理
高分子化学和物理高分子化学是研究大分子化合物的化学、结构、性质和合成方法等方面的学科。
它是材料科学和工程领域中十分重要的一门学科，具有广泛的应用前景。
高分子物理是研究高分子材料的物理性质和现象的学科。
高分子物理对于理解高分子材料的结构和性质、控制高分子材料的结构和性质以及开发新的高分子材料等方面都有重要意义。
高分子化合物是由许多重复单元组成的大分子化合物。
高分子材料是由高分子化合物构成的材料。
高分子材料具有许多优良的性质，例如高强度、高韧性、耐磨性、耐化学腐蚀性等，被广泛地应用于汽车、电子、医疗、航空、建筑等领域。
高分子化学是研究高分子化合物的物理、化学和结构等方面的学科。
高分子化学的研究对象包括高分子的合成方法、结构、形态、性质、应用等方面。
高分子的分类方法有许多种，例如按链长分为超分子、超高分子、大分子等；按功能划分为物理性能、化学性质、热力学、动力学等。
高分子的结构也有许多种分类方法，例如按分子量、聚合度、极性等。
高分子的合成方法主要有四种：自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和羧酸聚合。
自由基聚合是最常用的一种，其反应机理是通过光、热或化学作用激发单体分子中的一个自由基，然后它就能够和另一个单体分子中的自由基发生反应，形成一个链长增大一个单体分子的高分子分子。
阳离子聚合和阴离子聚合是在带正离子或带负离子的引聚体存在下，通过捕获共轭共振偶极子或异极子与单体成立活泼质子化合物并释放出引聚学界、产生引聚反应的一种聚合方法。
羧酸聚合是在含有羧酸官能团的单体中，通过官能团的缩合作用发生聚合反应。
高分子的应用非常广泛，既包括常见的聚乙烯、聚丙烯等塑料材料，也包括更加高级的聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚醚酮等高温材料。
这些高分子材料在汽车、电子、医疗、航空、建筑等领域中都有广泛的应用。
高分子材料的结构和形态与其性质有密切关系。
高分子材料的分子结构、平衡结晶结构和非平衡结构（例如玻璃态结构）对材料的力学性能、导电性能、光学性能等都具有重要影响。