《高分子化學與物理》課程教學大綱

1、高分子化學與物理教學大綱課程編號：B03010300課程名稱： 高分子化學與物理英文名稱： Polymer Chemistry and Physics課程性質： 專業(yè)基礎課學時/學分：72/4.5考核方式：閉卷選用教材： 1.高分子化學，潘祖仁編著，化學工業(yè)出版社，2011年2.高分子物理學，吳其曄、張萍、楊文君、林潤雄編著，高等教育出版社，2011年先修課程： 無機化學、有機化學、物理化學適用專業(yè)及層次：包裝工程、安全工程、材料學 本科一、課程目標通過本課程的學習，使學生具備下列能力：高分子化學方面1. 能夠準確理解自由基聚合、逐步聚合、離子聚合、配位聚合的基本原理，以聚合反應機理、聚合產物

2、結構、聚合實施方法為主線，以鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉移、動力學鏈長、分子量分布、反應程度、官能度、凝膠點、Ziegler-Natta催化劑、等規(guī)度、聚合方式等基本概念為理論依據(jù)。2. 能夠運用高分子化學原理解決高分子合成方面的問題。3. 能夠把握自由基聚合、逐步聚合的基本原理，掌握幾個主要的聚合反應實施方法，了解離子聚合和配位聚合的基本知識。4. 能夠理解聚合反應對聚合物結構的影響，了解聚合物老化、降解機理。高分子物理方面：5. 能夠準確理解并掌握高分子物理的基本概念，充分認識高分子鏈的長鏈結構特征和復雜的多層次結構，了解高分子特殊的分子運動形式和力學狀態(tài)變化。6. 能夠系統(tǒng)闡述高分子材料

3、結構與性能之間的內在聯(lián)系以及高分子分子運動規(guī)律，為后續(xù)的高分子成型加工工藝、聚合反應工程等專業(yè)課打下堅實的理論基礎。7. 能夠依據(jù)高分子材料結構與性能之間的關系，對滿足特定性能要求的高分子材料進行分子結構設計，為研究開發(fā)新型高分子材料及高分子材料的改性打下基礎。8. 能夠了解科學研究的思路和方法，建立起對高分子科學的深厚興趣。二、課程目標與畢業(yè)要求的對應關系畢業(yè)要求指標點課程目標1.工程知識1-4. 具有從事高分子材料工程工作所需的高分子材料合成與加工的專業(yè)知識及能力教學目標1教學目標3教學目標5教學目標63.設計/開發(fā)解決方案3-1具備開展高分子材料合成與改性、成型與加工的設計能力教學目標2

4、教學目標3教學目標74. 研究4-2能夠基于專業(yè)理論，根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設計可行實驗方案。教學目標2教學目標7教學目標84-3能夠采用科學的實驗方法，安全的開展實驗，正確采集、整理實驗數(shù)據(jù)，對實驗結果進行關聯(lián)，分析和解釋獲得合理有效的結論。教學目標2教學目標3教學目標6教學目標7三、教學基本內容高分子化學篇第一章 連鎖聚合反應（支撐課程目標 1、2、3、8）（16 學時）1.1 緒論1.2 自由基聚合反應1.3 離子型聚合與配位聚合1.4 共聚合反應要求學生 掌握高分子化合物的基本概念、命名和分類。掌握自由基聚合反應的基元反應的機理、產物特征。掌握自由基聚合引發(fā)劑的結構、引發(fā)機理。掌

5、握自由基聚合速率和產物分子量的影響因素。掌握聚合物的立構現(xiàn)象、等規(guī)度、定向聚合概念及Ziegler-Natta引發(fā)體系。理解離子型聚合的單體與引發(fā)劑的匹配關系、活性聚合及活性聚合物和反應機理。了解離子型聚合與配位聚合的特點及其意義。了解共聚物類型、結構與性能的關系。了解共聚物組成與單體組成的關系、竟聚率的意義。第二章 逐步聚合反應（支撐課程目標 1、2、3、8）（10 學時）2.1 基本概念2.2 線型縮聚反應2.3 體型縮聚反應2.4 縮聚反應的實施方法2.5 重要的線型、體型縮聚物要求學生 掌握逐步聚合的特點及反應程度、官能度、官能團等活性概念、凝膠現(xiàn)象、凝膠點、界面縮聚等概念。了解幾種典

6、型的線型、體型縮聚物。第三章 聚合反應的實施方法（支撐課程目標 2、3、8）（3 學時）3.1 本體聚合3.2 溶液聚合3.3 懸浮聚合3.4 乳液聚合要求學生了解各種聚合方法的特點。了解懸浮聚合。乳液聚合機理及動力學。第四章 聚合物的化學反應（支撐課程目標 4、8）（3 學時）4.1 概述4.2 聚合物的反應活性及其影響因素4.3 聚合物的老化與防老化要求學生掌握聚合物的化學反應特征。了解聚合物的降解、老化反應及防老化原理。高分子物理篇第五章 高分子的鏈結構和聚集態(tài)結構（支撐課程目標 5、6、7、8）（12 學時）5.1 高分子鏈的近程結構5.2 高分子鏈的遠程結構5.3 高分子的結晶態(tài)結構

7、5.4 高分子的結晶過程5.5 高分子的取向態(tài)結構5.6 高分子的液晶態(tài)結構5.7 共混高分子的織態(tài)結構要求學生 掌握高分子多層次結構的特征、高分子鏈的化學結構特點、高分子鏈的 構象、柔順性、鏈段的概念。理解高分子柔順性的影響因素。理解高分子的結晶形態(tài)、取向、共混態(tài)結構等。了解高分子的晶態(tài)和無定形態(tài)的結構模型。第六章 高分子的分子運動和力學狀態(tài)的轉變（支撐課程目標 5、6、7、8）（6 學時）6.1 高分子熱運動的特點6.2 高分子的玻璃化轉變要求學生掌握大分子熱運動的特點、非晶態(tài)、晶態(tài)和交聯(lián)高分子的力學狀態(tài)轉變及分子運動機理。掌握Tg、Tf、Tm的物理意義。了解Tg、Tf的影響因素。第七章

8、高分子的高彈性、粘彈性及流變性（支撐課程目標 5、6、7、8）（12 學時）7.1 高彈性7.2 黏彈性7.3 高分子的粘性流動7.4 高分子的流動性表征7.5 高分子熔體流動中的彈性效應要求學生掌握高彈性特征和本質和橡膠熱力學方程和交聯(lián)狀態(tài)方程的物理意義。掌握牛頓流體和非牛頓流體的基本特征和流動曲線及影響高分子熔體流動的多種因素。理解粘彈性的現(xiàn)象、特征及力學模型。了解兩個疊加原理及實踐意義。了解高分子熔體的流動機理及彈性流變效應的機理和影響因素。第八章 高分子的力學強度（支撐課程目標 5、6、7、8）（4 學時）8.1 固體高分子的應力-應變曲線類型 8.2 固體高分子的屈服行為8.3 聚合

9、物的斷裂和強度8.4 聚合物的沖擊強度與增韌要求學生掌握非晶態(tài)、晶態(tài)高分子的拉伸行為的特點。.理解高分子的拉伸強度和沖擊強度的影響因素。了解斷裂理論及增韌機理。第九章 高分子的溶液性質及其應用（支撐課程目標 5、6、7、8）（6 學時）9.1 高分子的溶解9.2 高分子溶液熱力學性質9.3 高分子的分子量及其分子量分布的測定要求學生掌握不同類型高分子溶解過程的特點、溶劑的選擇原則、溶解度參數(shù)的概念和應用。理解Flory-Huggins稀溶液理論。了解高分子的分子量及分子量分布的概念及測定方法以及分子量及分子量分布對材料性能的影響。四、教學重點與難點第一章 連鎖聚合反應（支撐課程目標 1、2、3

10、、8）教學重點 1. 高分子化合物的基本概念、命名和分類。2. 自由基聚合機理及其特征，主要引發(fā)劑種類，自由基聚合反應產物。3. 離子型聚合的單體與引發(fā)劑的匹配關系，活性聚合及活性聚合物，反應機理及特點。4. 聚合物的立構現(xiàn)象、等規(guī)度、定向聚合概念及Ziegler-Natta引發(fā)體系。5. 共聚物類型、結構與性能的關系。6. 共聚物組成與單體組成的關系，競聚率的意義。教學難點1. 自由基聚合機理。2. 動力學鏈長與分子量的關系、自由基聚合產物的分子量分布。3. 共聚物組成與單體組成的關系，競聚率的意義。第二章 逐步聚合反應（支撐課程目標 1、2、3、8）教學重點1. 逐步聚合的特點，反應程度、

11、官能度、官能團等活性概念、凝膠現(xiàn)象、凝膠點、界面縮聚等概念。2. 介紹幾種典型的線型、體型縮聚物。教學難點1. 體型縮聚反應的凝膠點預測。2. 反應程度與分子量的關系。第三章 聚合反應的實施方法（支撐課程目標 2、3、8）教學重點各種聚合方法的特點。教學難點懸浮聚合、乳液聚合機理及動力學。第四章 聚合物的化學反應（支撐課程目標 4、8）教學重點1. 聚合物的化學反應特征。2. 聚合物的降解、老化反應及防老化原理。教學難點1. 聚合物的化學結構對其化學反應的影響。2. 聚合物的降解、老化機理第五章 高分子的鏈結構和聚集態(tài)結構（支撐課程目標 5、6、7、8）教學重點1 高分子鏈的順反異構、旋光異構

12、對高分子性能的影響，共聚物的結構、性能差異，高分子鏈的拓撲結構差異對宏觀性能的影響。2 鍵內旋轉、微構象和宏構象、柔順性。3. 影響柔順性的因素，并能根據(jù)分子結構判斷柔順性的大小。教學難點1 幾何算法、高斯統(tǒng)計法計算幾種均方末端距的假設、計算過程。2 靜態(tài)柔順性與動態(tài)柔順性。第六章 高分子的分子運動和力學狀態(tài)的轉變（支撐課程目標 5、6、7、8）教學重點1 大分子運動的三個特點。2 線型非晶、結晶、交聯(lián)高分子的形變-溫度曲線（t）曲線，相應的力學狀態(tài)及轉變。3 玻璃化轉變的自由體積理論及WLF方程。4 Tg的測量方法及其影響因素。教學難點高分子的次級轉變。第七章 高分子的高彈性、粘彈性及流變性

13、（支撐課程目標 5、6、7、8）教學重點1. 掌握高彈性特征，高彈性的熱力學分析、交聯(lián)狀態(tài)方程的物理意義。2. 粘彈性現(xiàn)象（蠕變、應力松弛、滯后和損耗）、粘彈性的力學模型。3. 兩個重要的疊加原理及實踐意義。4. 牛頓流動定律、非牛頓流體的類型和基本特征和流動曲線及影響高分子熔體流動的多種因素。5. 高分子熔體的流動機理及彈性流變效應的機理和影響因素。教學難點1. 高彈性的熱力學分析、高彈性的本質是熵彈性。2. 高彈模量的推導和物理意義。3. WLF方程的應用、移動因子。4. 假塑性流體的流動機理分析。第八章 高分子的力學強度（支撐課程目標 5、6、7、8）教學重點1 非晶態(tài)、結晶高分子在不同

14、溫度下的拉伸行為。2 高分子的剪切屈服及真應力應變曲線。3 高分子拉伸強度及其影響因素。4 高分子的增韌及銀紋化現(xiàn)象。教學難點1 脆韌轉變及增韌機理。2 測量材料韌性的實驗方法。3 高分子的斷裂理論（裂紋應力集中效應和Griffith理論）。4 增強的方法與機理。第九章 高分子的溶液性質及其應用（支撐課程目標 5、6、7、8）教學重點1 高分子溶解的特點。2 溶劑的選擇原則、溶解度參數(shù)。3 Flory-Huggins稀溶液理論、Huggins參數(shù)、溫度、超額化學位、排斥體積、第二維利系數(shù)A2的概念及物理意義和應用。4 交聯(lián)高分子的溶脹平衡。5 各種分子量的定義及分布寬度系數(shù)、微分分布曲線。6

15、滲透壓法、粘度法、GPC測定分子量及分布的基本方法和原理。教學難點1. Flory-Huggins稀溶液理論的假設和公式的推導。2. 滲透壓法測定高分子數(shù)均分子量的原理。五、教學建議進度（學時數(shù)72）第一章 連鎖聚合反應 講課12學時，習題課4學時第二章 逐步聚合反應 講課10學時第三章 聚合反應實施方法 講課3學時第四章 聚合物的化學反應 講課3學時第五章 高分子的鏈結構和聚集態(tài)結構 講課10學時，習題課2學時第六章 高分子的分子運動和轉變 講課6學時第七章 高分子的高彈性、粘彈性及流變性講課10學時，習題課2學時第八章 高分子的機械強度 講課4學時第九章 高分子溶液的性質及其應用 講課6學

16、時課內外時間比例為 1：1六、教學方法1 闡述高分子化學與高分子物理的基本概念與原理，既突出重點也注意知識面拓展，教學與科技前沿結合、與科研實踐結合、與經驗常識結合，啟發(fā)學生思考，力圖闡明高分子科學理論的縱向歷史淵源與沿革，以及與相關學科的橫向聯(lián)系。激發(fā)學生的熱情。2. 采用多媒體課件和傳統(tǒng)教學方法相結合進行教學。3. 每章安排習題課，講解典型習題，促進學生鞏固知識。七、考核方式以期末閉卷考試和平時成績（以學習通中學生的觀看視頻、作業(yè)、測驗、出勤、互動、提問等為主）相結合，以筆試成績?yōu)橹鞯目己朔绞?。八、成績評定方法總評成績 = 平時成績（30%）+期末閉卷考試（70%）評價環(huán)節(jié)評價依據(jù)相應的畢

17、業(yè)要求分值比例，%平時成績（30%）1-4具有從事高分子材料工程工作所需的高分子材料合成與加工的專業(yè)知識及能力。線下作業(yè)、習題答案的正確性。畢業(yè)要求1-430-403-1具備開展高分子材料合成與改性、成型與加工的設計能力。了解常用高分子材料的市場、用途、主要生產商及其工藝路線。線下作業(yè)、習題答案的正確性畢業(yè)要求3-130-404-2能夠基于專業(yè)理論，根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設計可行實驗方案。針對高分子材料的特定應用，以研究報告的形式闡述國內外動態(tài)、原理、工藝路線。畢業(yè)要求4-210-204-3能夠采用科學的實驗方法，安全的開展實驗，正確采集、整理實驗數(shù)據(jù)，對實驗結果進行關聯(lián)，分析和解釋獲得

18、合理有效的結論。深入了解幾種高分子科學常用的表征手段。能夠根據(jù)數(shù)據(jù)圖表做分析判斷。書面報告、線下習題答案的正確性。畢業(yè)要求4-310-20期末考試（70%）1-4. 具有從事高分子材料工程工作所需的高分子材料合成與加工的專業(yè)知識及能力能夠掌握高分子合成的基本原理、高分子材料的基本結構、基本性能特點。畢業(yè)要求1-440-453-1具備開展高分子材料合成與改性、成型與加工的設計能力。掌握主流合成技術，成型工藝參數(shù)對高聚物結構和性能的影響。畢業(yè)要求3-140-454-2能夠基于專業(yè)理論，根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設計可行實驗方案。能夠根據(jù)關鍵性能和工藝要求，合理地選擇合成路線和加工工藝。畢業(yè)要求4-25-104-3能夠采用科學的實驗方法，安全的開展實