(2)-材料專業(yè)《高分子化學》教學大綱

《高分子化學》教學大綱SyllabusofPolymerChemistry【課程編號】241713448【課程類別】專業(yè)選修課程【總學時數(shù)】32【周學時數(shù)】2【學分數(shù)】2【先修課程】有機化學、物理化學【課程責任教授】牛余忠【適用專業(yè)】材料化學一、課程簡介《高分子化學》是針對材料化學專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課程，是研究高聚物的各種合成方法和化學反應(yīng)機理的學科，與高分子材料的分子設(shè)計、合成工藝、改性方法、實際應(yīng)用等都有非常密切的聯(lián)系。該課程主要以聚合反應(yīng)機理和動力學為主線，研究高分子化合物的合成反應(yīng)原理、反應(yīng)動力學、聚合方法，以及聚合物的化學反應(yīng)等內(nèi)容，解決聚合速率、平均聚合度、聚合物微結(jié)構(gòu)、共聚物組成等的影響因素和如何控制的工程問題。二、課程任務(wù)根據(jù)材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)方案，本課程對畢業(yè)要求指標點的支撐任務(wù)如下：1.支撐畢業(yè)要求指標點1.3：能夠?qū)⒆匀豢茖W、工程基礎(chǔ)、高分子材料與工程相關(guān)知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析材料制備、加工和應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。2.支撐畢業(yè)要求指標點2.2：能基于自然科學和工程科學的基本原理和數(shù)學模型方法，正確表達材料結(jié)構(gòu)和性能及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。3.支撐畢業(yè)要求指標點4.1：能夠基于科學原理，通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析材料制備、結(jié)構(gòu)與性能以及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題的解決方案。三、課程目標及教學方法要求根據(jù)本課程的任務(wù)，結(jié)合具體教學內(nèi)容，制定了支撐相關(guān)畢業(yè)要求達成的課程目標，課程目標與畢業(yè)要求指標點的支撐關(guān)系見表1。課程目標達成的教學方法要求見表2。本課程的課程目標具體如下：課程目標1：能夠運用聚合反應(yīng)機理、實施方法及聚合物的化學反應(yīng)等相關(guān)知識，推演和分析材料制備和使用過程中的復(fù)雜工程問題。課程目標2：能夠推導聚合動力學、聚合度及共聚物組成的相關(guān)數(shù)學模型，表達材料結(jié)構(gòu)和性能及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。課程目標3：能夠運用高分子化學基本原理，并借助文獻研究，分析材料制備、結(jié)構(gòu)與性能以及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題的解決方案。表1課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系矩陣（課程對畢業(yè)要求指標點支撐達成情況評價的依據(jù)）畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點課程目標1課程目標2課程目標31-工程知識1.3能夠?qū)⒆匀豢茖W、工程基礎(chǔ)、材料與工程相關(guān)知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析材料制備、加工和應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。M2-問題分析2.2能基于自然科學和工程科學的基本原理和數(shù)學模型方法，正確表達材料結(jié)構(gòu)和性能及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。H4-研究4.1能夠基于科學原理，通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析材料制備、結(jié)構(gòu)與性能以及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題的解決方案。M表2課程目標達成的教學方法要求課程目標教學方法要求課程目標1（支撐畢業(yè)要求指標點1.3）以具體聚合反應(yīng)為引導，能推出聚合反應(yīng)的機理，借助網(wǎng)絡(luò)線上資源和課程平臺，并與實驗課相結(jié)合，可以明辨具體實施方法的重要環(huán)節(jié)，通過實際案例能把課堂知識與聚合和應(yīng)用過程關(guān)聯(lián)起來，分析出可能出現(xiàn)的復(fù)雜工程問題。課程目標2（支撐畢業(yè)要求指標點2.2）從高分子結(jié)構(gòu)和性能的聯(lián)系出發(fā)，能推導出動力學和聚合度的數(shù)學模型，借助圖表、實例、課堂討論，能夠表述材料結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。課程目標3（支撐畢業(yè)要求指標點4.1）通過多媒體教學方法結(jié)合實際工業(yè)案例，借助文獻研究，運用高分子化學基本原理，思考可能涉及的工程問題，調(diào)研和分析復(fù)雜工程問題的解決方案。四、教學內(nèi)容、要求和學時分配(一)第一章緒論學時：2（支撐課程目標1、2）教學內(nèi)容：知識點要求：1.高分子的基本概念2.聚合物的分類和命名3.聚合反應(yīng)4.分子量及其分布5.大分子微結(jié)構(gòu)6.線形、支鏈形和交聯(lián)形大分子7.高分子化學發(fā)展簡史能力要求：1.會針對具體的不同聚合物，描述高分子化合物的基本概念及聚合物的分類和命名。2.能根據(jù)聚合物結(jié)構(gòu)特點界定聚合反應(yīng)的類型。3.能推算和應(yīng)用分子量及其分布公式，能從理論上計算聚合物的分子量及其分布。4.具有分辨大分子的微結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)的能力。5.從高分子化學發(fā)展簡史了解研究方法和思路。重點：高分子的基本概念難點：聚合反應(yīng)的分類討論主題：1.基于高分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)討論能否用蒸餾的方法提純高分子化合物。2.討論如何用實驗測定一未知單體的聚合反應(yīng)是以逐步聚合，還是連鎖聚合機理進行的。（二）第二章逐步聚合反應(yīng)學時：6（支撐課程目標1、2、3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.逐步聚合反應(yīng)的分類2.官能團的反應(yīng)活性3.線形逐步聚合反應(yīng)的機理4.線形逐步聚合反應(yīng)動力學5.線形逐步聚合反應(yīng)的相對分子質(zhì)量控制6.體型逐步聚合7.交聯(lián)反應(yīng)和凝膠點8.逐步聚合實施方法及其主要聚合物介紹能力要求：1.會辨別逐步聚合反應(yīng)。2.能解釋官能團等活性理論，了解其偏差和應(yīng)用范圍。3.能推演線形逐步聚合反應(yīng)的機理，并能在實際案例中應(yīng)用。4.會推導線形逐步聚合反應(yīng)動力學，控制線形逐步聚合反應(yīng)的相對分子質(zhì)量。5.能夠依據(jù)反應(yīng)的機理過程，界定體型逐步聚合和交聯(lián)反應(yīng)的體系。6.能推導凝膠點計算公式，并能夠在實際反應(yīng)中分析、推演和預(yù)測。7.能歸納聚合實施方法及其主要聚合物的工藝路線及影響因素。重點：線形縮聚機理及重要縮聚物難點：線形聚合動力學，體型縮聚的凝膠點計算討論主題：1.縮聚反應(yīng)平衡常數(shù)主要由何因素決定，試討論在不同平衡常數(shù)范圍內(nèi)影響縮聚物分子量的主要因素。2.討論在尼龍-6和尼龍-66生產(chǎn)中為什么要加入醋酸或己二酸作為分子量控制劑？在滌綸數(shù)樹脂生產(chǎn)中時采用什么措施控制分子量的？（三）第三章自由基聚合學時：6（支撐課程目標1、2、3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.單體對聚合機理的選擇性2.自由基聚合機理、引發(fā)劑、自動加速效應(yīng)3.聚合反應(yīng)動力學、相對分子質(zhì)量4.鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)、聚合度5.阻聚和緩聚6.活性自由基聚合能力要求：1.會判斷單體對聚合機理的選擇性，判斷單體對聚合機理的選擇。2.運用自由基聚合機理、引發(fā)劑引發(fā)機理和自動加速效應(yīng)表達聚合過程中的工程問題。3.能推導和應(yīng)用聚合反應(yīng)動力學，并應(yīng)用于初步推斷聚合物的分子量。4.能依據(jù)鏈轉(zhuǎn)移的機理及其與分子量的關(guān)系式判斷鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)對聚合度的影響。5.能根據(jù)物質(zhì)對聚合速率的影響區(qū)分阻聚和緩聚。6.能夠推衍及應(yīng)用活性自由基聚合的原理。重點：自由基聚合機理難點：自動加速現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及其對聚合反應(yīng)的影響討論主題：1.在自由基聚合反應(yīng)中，何種條件下會出現(xiàn)反應(yīng)自動加速現(xiàn)象，試討論其產(chǎn)生的原因。2.試討論自由基聚合反應(yīng)中溫度對聚合反應(yīng)速率的影響。第四章自由基共聚合學時：4（支撐課程目標2、3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.均聚和共聚的概念，共聚物的命名及研究共聚的意義2.共聚物組成方程的推導3.共聚反應(yīng)的類型4.二元共聚物微結(jié)構(gòu)和鏈段序列結(jié)構(gòu)5.Q-e方程6.主要共聚物的合成方法能力要求：1.能夠根據(jù)單體的種類辨別均聚反應(yīng)和共聚反應(yīng)，描述共聚物的命名及研究共聚的意義。2.能夠推導和應(yīng)用共聚物組成方程，并在實際案例中應(yīng)用。3.會根據(jù)競聚率區(qū)別共聚反應(yīng)的類型。4.能夠推導和應(yīng)用二元共聚物微結(jié)構(gòu)、鏈段序列結(jié)構(gòu)和Q-e方程。5.會歸納主要共聚物的合成路線。重點：共聚物組成方程難點：共聚反應(yīng)類型的判斷討論主題：1.在生產(chǎn)聚丙烯腈苯乙烯共聚物（AS樹脂）時，所采用的丙烯腈(M1)和苯乙烯(M2)的投料重量比為24:76。在采用的聚合條件下，此共聚體系的競聚率r1=0.04，r2=0.40。如果在生產(chǎn)中采用單體一次投料的聚合工藝，并在高轉(zhuǎn)化率下才停止反應(yīng)，試討論所得共聚物組成的均勻性。（五）第五章聚合方法學時：4（支撐課程目標1、3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合的定義、基本組分、聚合場所、特點。2.典型的本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合關(guān)鍵問題及解決辦法。能力要求：1.能夠界定和分析本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合的定義、基本組分、聚合場所、特點。2.能夠識別和提出典型的本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合關(guān)鍵問題及解決辦法。重點：本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合的反應(yīng)特點及關(guān)鍵問題難點：乳液聚合機理討論主題：1.討論ABS樹脂是由哪些單體合成的？有幾種合成方法？這種樹脂的基本特性是什么？（六）第六章離子聚合學時：4（支撐課程目標1、2、3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.陰、陽離子聚合的單體與引發(fā)劑及其相互間的匹配關(guān)系2.離子聚合的機理3.離子聚合動力學和聚合度4.離子聚合的應(yīng)用能力要求：1.會判斷陰、陽離子聚合的單體與引發(fā)劑及其相互間的匹配關(guān)系，并用于實際合成中引發(fā)劑的選擇。2.能夠推斷離子聚合的機理，并應(yīng)用于具體合成中。3.能夠推導和應(yīng)用離子聚合動力學和聚合度方程式，能推演和分析離子聚合過程。4.能夠列舉離子共聚單體及產(chǎn)物。5.會歸納離子聚合的應(yīng)用范圍。重點：離子聚合動力學和聚合度的推導難點：離子聚合機理的推導討論主題：1.分別討論進行陰離子，陽離子聚合時，控制聚合反應(yīng)速度和聚合物分子量的主要方法。2.在離子聚合反應(yīng)過程中，能否出現(xiàn)自動加速效應(yīng)。（七）第七章配位聚合學時：4（支撐課程目標1、3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.聚合物的立體異構(gòu)現(xiàn)象2.Zegler-Natta引發(fā)劑：組成、溶解性能、反應(yīng)、組分對聚丙烯等規(guī)度和聚合活性的影響；引發(fā)劑體系的發(fā)展3.丙烯的配位聚合：丙烯配位聚合反應(yīng)歷程、丙烯配位聚合的定向機理；4.茂金屬引發(fā)劑5.常見的配位聚合物品種能力要求：1.會描述聚合物的立體異構(gòu)現(xiàn)象，建立聚合物的結(jié)構(gòu)和性能的有機聯(lián)系。2.能夠解釋Ziegler-Natta引發(fā)劑的組成、溶解性能、反應(yīng)、組分對聚丙烯等規(guī)度和聚合活性的影響；會描述引發(fā)劑體系的發(fā)展。3.能夠推演丙烯的配位聚合：丙烯配位聚合反應(yīng)歷程、丙烯配位聚合的定向機理；4.能根據(jù)茂金屬引發(fā)劑的特點確定其應(yīng)用范圍。5.能夠歸納常見的配位聚合物的聚合工藝特點，并用于表達配位聚合中的工程問題。重點：Ziegler-Natta引發(fā)劑難點：丙烯配位聚合反應(yīng)歷程討論主題：1.α-烯烴和二烯烴的配位聚合，在選用Ziegler-Natta引發(fā)劑時有哪些不同？除過渡金屬種類外，還需考慮哪些問題。（八）第九章聚合物的化學反應(yīng)學時：2（支撐課程目標1，3）教學內(nèi)容：知識點要求：1.聚合物的基團反應(yīng)2.接枝、嵌段、擴鏈、交聯(lián)3.降解與老化能力要求：1.能夠依據(jù)聚合物化學反應(yīng)特征解釋聚合物的基團反應(yīng)。2.會描述接枝、嵌段、擴鏈、交聯(lián)反應(yīng)的條件、機理及特點，并應(yīng)用于高分子材的實際制備和應(yīng)用中。3.能依據(jù)降解與老化的原理解釋生活中的現(xiàn)象。重點：聚合物的基團反應(yīng)、接枝、嵌段難點：降解的原理及抗老化的途徑討論主題:1.討論有些聚合物老化后龜裂變粘，有些則發(fā)脆變硬的原因。五、教材與學習資源1.教材潘祖仁主編.《高分子化學》（第五版），北京：化學工業(yè)出版社出版，2011.2.參考書目[1]賈紅兵主編.《高分子化學導讀與題解》，北京：化學工業(yè)出版社，2009.[2]韓哲文主編.《高分子化學》，上海：華東理工大學出版社，1996.[3]焦書科主編.《高分子化學習題與解答》，北京：化學工業(yè)出版社，2004．[4]GeorgeOdian.PrinciplesofPolymerization.Fourthedition,JohnWiley&Sons,Inc.2004.3.教學資源網(wǎng)站[1]浙江大學《高分子化學》國家精品課/video/?b0fdea5b1b0c7c9b991756.shtml[2]北京化工大學《高分子化學》中國大學MOOC/course/preview/BUCT-1002981003/?tid=1003182007[3]魯東大學《高分子化學》山東聯(lián)盟/courseHome/2004243#teachTeam六、課程考核（一）課程考核方法為了易于課程目標的達成評價，要求考試考核內(nèi)容針對課程目標設(shè)計。本課程考核采用分課程目標對應(yīng)的模塊化考核方法。課程考核及各模塊的命題須經(jīng)課程責任教授、專業(yè)負責人、學院教學指導委員會根據(jù)《高分子材料與工程專業(yè)考試命題質(zhì)量分析及合理性評價審核表》，就考核內(nèi)容是否體現(xiàn)能力要素考核、與課程目標要求的能力要素一致性、與教學內(nèi)容相匹配度等進行審核。各模塊考核成績評價對應(yīng)課程目標達成情況，各課程目標達成的期望值設(shè)定為0.7，課程總成績與各課程目標的權(quán)重及組成如表3所示。表3課程目標的權(quán)重課程目標1模塊課程目標2模塊課程目標3模塊課程總成績100分（二）課程目標考核具體要求和評分標準1.課程目標1課程目標1采用期末考試的卷面考核方法，期末考試中模塊1的相應(yīng)試題對應(yīng)本課程目標?？己它c和考核評分標準如表4所示。表4課程目標1考核點和評分標準考核點評分標準權(quán)重90-10080-8970-7960-690-59優(yōu)良中及格不及格A.聚合機理的推演和分析能力熟練掌握縮聚、自由基聚合、離子聚合和配位聚合的聚合機理，全面并靈活應(yīng)用于推演和分析加聚和縮聚反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。熟練掌握縮聚、自由基聚合、離子聚合和配位聚合的聚合機理，能夠用于推演和分析加聚和縮聚反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。掌握相關(guān)聚合機理，基本能夠用于推演和分析加聚和縮聚反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。基本掌握相關(guān)聚合機理，基本可以用于推演和分析加聚和縮聚反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。不能完整掌握相關(guān)知識和原理，不能正確用于推演和分析。0.7B.聚合實施方法熟練掌握連鎖聚合和逐步聚合的實施方法，全面并靈活應(yīng)用于推演和分析聚合物合成中的復(fù)雜工程問題。熟練掌握連鎖聚合和逐步聚合的實施方法，能夠用于推演和分析聚合物合成中的復(fù)雜工程問題。掌握連鎖聚合和逐步聚合的有關(guān)實施方法，基本能夠用于推演和分析聚合物合成中的復(fù)雜工程問題?；菊莆者B鎖聚合和逐步聚合的有關(guān)實施方法，基本可以用于推演和分析聚合物合成中的復(fù)雜工程問題。不能完整掌握連鎖聚合和逐步聚合的實施方法，不能正確用于推演和分析。0.2C.聚合物的化學反應(yīng)及應(yīng)用熟練掌握聚合物的化學反應(yīng)，全面并靈活應(yīng)用于推演和分析聚合物制備和使用中的復(fù)雜工程問題。熟練掌握聚合物的化學反應(yīng)，能夠用于推演和分析聚合物制備和使用中的復(fù)雜工程問題。掌握相關(guān)聚合物的化學反應(yīng)，基本能夠用于推演和分析聚合物制備和使用中的復(fù)雜工程問題?；菊莆障嚓P(guān)聚合物的化學反應(yīng)，基本可以用于推演和分析聚合物制備和使用中的復(fù)雜工程問題。不能完整掌握聚合物的化學反應(yīng)，不能正確用于推演和分析。0.12.課程目標2課程目標2采用期末考試的卷面考核方法，期末考試中模塊2的相應(yīng)試題對應(yīng)本課程目標?？己它c和考核評分標準如表5所示。表5課程目標2的考核點和評分標準考核點評分標準權(quán)重90-10080-8970-7960-690-59優(yōu)良中及格不及格A.聚合動力學的推衍及表達熟練推衍縮聚、自由基聚合、離子聚合和配位聚合的聚合動力學方程，全面并靈活用于表達聚合反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。熟練推衍縮聚、自由基聚合、離子聚合和配位聚合的聚合動力學方程，能夠用于表達聚合反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。推衍相關(guān)縮聚、自由基聚合、離子聚合和配位聚合的聚合動力學方程，基本能夠用于表達聚合反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。基本能夠推衍相關(guān)縮聚、自由基聚合、離子聚合和配位聚合的聚合動力學方程，基本可以用于表達聚合反應(yīng)中的復(fù)雜體系的相關(guān)問題。不能推衍聚合動力學方程，不能正確用于表達。0.4B.聚合度的控制熟練推導縮聚、自由基聚合和離子聚合的聚合度表達式，全面靈活運用聚合度的控制方法表達聚合物制備、結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)復(fù)雜工程問題。熟練推導縮聚、自由基聚合和離子聚合的聚合度表達式，能夠運用聚合度的控制方法表達聚合物制備、結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)復(fù)雜工程問題。能夠推導縮聚、自由基聚合和離子聚合的聚合度表達式，基本能夠運用聚合度的控制方法表達聚合物制備、結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)復(fù)雜工程問題?；灸軌蛲茖Эs聚、自由基聚合和離子聚合的聚合度表達式，基本可以運用聚合度的控制方法表達聚合物制備、結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)復(fù)雜工程問題。不能完整推導相關(guān)縮聚、自由基聚合和離子聚合的聚合度表達式，不能正確用于表達。0.4C.共聚物組成的預(yù)測及調(diào)控熟練推導共聚物組成方程，正確預(yù)測及調(diào)控共聚物組成，全面并靈活用于表達共聚物結(jié)構(gòu)和性能及工程應(yīng)用中的復(fù)雜工程問題。熟練推導共聚物組成方程，較正確預(yù)測及調(diào)控共聚物組成，能夠用于表達共聚合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和使用中的復(fù)雜工程問題。推導相關(guān)共聚物組成方程，能夠預(yù)測及調(diào)控共聚物組成，基本能夠用于表達共聚合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和使用中的復(fù)雜工程問題?；灸軌蛲茖嚓P(guān)共聚物組成方程，可以預(yù)測及調(diào)控共聚物組成，基本可以用于表達共聚合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和使用中的復(fù)雜工程問題。不能完整推導相關(guān)共聚物組成方程，不能正確預(yù)測及調(diào)控共聚物組成，不能正確用于表達。0.23.課程目標3課程目標3采用課程論文的方式考核。課程論文要求運用本課程的相關(guān)科學原理，通過文獻研究，分析高分子材料合成或應(yīng)用中復(fù)雜工程問題，并提出可能解決方案?？己它c和考核評分標準如表6所示。表6課程目標3的考核點和評分標準考核點評分標準權(quán)重90-10080-8970-7960-690-59優(yōu)良中及格不及格A.本課程原理運用熟練掌握高分子化學的相關(guān)原理，全面并靈活用于分析聚合和使用中的復(fù)雜問題的解決方案。熟練掌握高分子化學的相關(guān)原理，能夠用于分析聚合和使用中的復(fù)雜問題的解決方案。掌握高分子化學的相關(guān)原理，基本能夠用于分析聚合和使用中的復(fù)雜問題的解決方案?；菊莆崭叻肿踊瘜W的相關(guān)原理，基本可以用于分析聚合和使用中的