高分子化学教案

高分子化学教案篇一：高分子化学教案

高分子化学复习资料

第一章绪 论

前 言

第一节 材料科学与工程

一 材料的定义与类别

1 定义：具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。

2 分类

按作用：结构材料、功能材料

按化学组成：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料

按状态：气态、液态、固态

按使用领域：建筑材料、医用材料、电子材料、耐火材料……

二 材料发展史

天然材料→烧结冶炼材料→合成材料→可设计材料→智能材料

三 材料科学与工程

材料科学与工程的四要素：性质、结构与成分、合成与加工、使用性能，它们之间存在着密切关系。

第二节 高分子科学

一 定义及体系

研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的

一门综合性学科。包括高分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。

二 优点

1 原料丰富，经济效益高，不受天然气侯限制

2 品种多，功能全，能适应各种需要

三 发展史

萌芽期 初创期 繁荣期 发展期

十九世纪中叶 → 1909 → 1932→ 1970→ 21世纪

四 我国高分子科学发展现状

五 高分子化学课程要求

【作业】阅读课后高分子化学发展简史

1.1 基本概念

一 高分子

1 名称：macromolecule compound；macromolecule；polymer；high polymer

2 概念的形成

3 定义

(1) 相对分子质量很大

(2) 共价键连接

(3) 相同的化学结构重复多次而成

4 基本特点

(1) 相对分子质量很大

(2) 化学组成比较简单,分子结构有规律性

(3) 分子形态多样:长链线型,三维网状,星型,梯形,环形….

(4) 相对分子质量具有多分散性

(5) 物理性质不同于低分子:高软化点,高强度,高弹性,熔体高黏度

二 高分子化学

高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学

三 单体

能够通过聚合形成聚合物中结构单元的小分子化合物

四 有关组成结构的概念

1重复单元(repeating unit):高分子链中可重复的最小单位（高物：链节）

2结构单元(structural unit):由一种单体分子通过聚合进入重复单元的部分

3单体单元(monomer unit):与单体组成相同,只是电子结构不同的重复单元

4聚合度(degree of polymerization): 重复单元n

定义1：重复单元数

定义2：结构单元数

五 大分子结构式： []n

六 聚合反应方程式：n单体

条件 [重复单元化学式]n +（x小分子）

1.2

聚合反应与聚合物的化学反应 一 聚合反应

1 按单体和聚合物反应前后组成与结构的变化分类（列表对比）

2 按聚合机理与动力学分类（列表对比）

3 其它类型聚合反应

二 聚合物的化学反应

CH2 CH2+ CH3CO2CH3

3O

CH2CH2 OOR=H，维尼纶

R

1.3 聚合物的分类1.4 聚合物的命名1.5 相对分子质量及其分布

1.3 聚合物的分类

一 按来源：天然高分子、合成高分子

二 按用途：塑 料、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、功能高分子

三 按主链结构：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子

四 按反应：加聚物与缩聚物；均聚物与共聚物

五 按分子链形状：线型、支化型、星型、梳型、梯型、交联型

1.4 聚合物的命名

一 按来源或结构命名

均聚物：“聚”+ 单体名称

（加聚）共聚物：“聚”+单体1名称 + 单体2名称。。。

缩聚物：“聚”+ 重复单元名称

二 按结构特征：聚醚、聚酯、聚酰胺。。。

三 商品名称：

1 合称纤维：“。。。+纶”晴纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶

2合成橡胶：“。。。+橡胶”丁苯橡胶、乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶

3合成树脂：“。。。+树脂” 酚醛树脂、醇酸树脂

四 英文缩写名：(表1-1,1-2)

五 系统命名法

1.5 相对分子质量及其分布

一 聚合物的多分散性

二 数均分子量Mn

定义为聚合物中分子量为Mi的分子的数量分数Ni与其分子量Mi乘积的总和

三 重均分子量Mw

定义为聚合物中分子量为Mi的分子所占的重量分数Wi与其分子量Mi的乘积的总和。

四 分子量分布（molecular weight distribution, MWD) d = Mw / Mn

第二章 自由基聚合(radical polymerization)

2.1 单体的聚合能力

聚合能力：

常见聚合单体类型

热力学:方向,限度，?G<0

动力学: 聚合方法 2.1.1 聚合热力学

?G=?H-T?S= ?E+P?V-T?S<0 聚合；=0 达到平衡； >0 解聚

一 聚合热?H=?E+P?V

1 内能变化

?E=?Ef+?ER+?Es+?E’=( Efp - Efm)+( ERp - ERm)+( Esp - Esm)+ ?E’

Ef------由键能所贡献的内能

ER-----由共振效应所贡献的内能

Es------由空间张力或位阻效应所贡献的内能

?E’----其它因素引起的内能变化

(1) 双键断裂能

CH2=CH2?Ef=εm-εp=609.2-2×351.7=-94.2 kJ.mol-1 （实测值?H=-88.8 kJ.mol-1）

(2)共轭效应增强，|

—?H|减小

(3)位阻效应增强，|—?H|减小

(4)氢键与溶剂化作用增强，|—?H|减小

(5)强电负性取代基的存在使|—?H|增强

(6)需具体综合分析

2 压力影响: 压力增大,有利于聚合物进行 二 聚合熵 ?S=-100～-125 kJ.mol-1

三

聚合温度

1 聚合上限温度 ?G=?H-T?S=0→Tc=?H/?S（不同压力与活度下数值）

→Tc有一系列，对应一系列平衡单体浓度

→常规定[M] e=1mol/L时Tc为聚合上限温度

→Tc=?H0/?S0

2 平衡单体浓度

?Ho

Tc??So?RTln[M]e

四 小结

增强聚合倾向

?S影响不大

?E: 降低共轭效应, 降低位阻效应, 降低氢键与溶剂化作用,增强强电负性取代基

增大压力,降低温度

可解释α-甲基苯乙烯（α-MeSt）的聚合现象

2.1.2 聚合动力学

一 连锁聚合种类与活性中心

根据引发活性种与链增长活性中心的不同，链式聚合反应可分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合等

AA自由基： 2A

ACH2XH?-ACH2B

X

H?-?+ACH2B

X 阳离子 阴离子

ABABA+B-A-B+二 单体对聚合类型的选择及聚合能力

1 取代基对聚合能力的影响(空间效应)

(1)单取代能聚合

(2)双取代一般可以聚合,但基团太大时难以聚合

(3)三、四取代一般不可以聚合，氟取代除外

2 取代基对聚合类型的选择(电子效应)

(1) 取代基的诱导效应

带给电子基团的烯类单体易进行阳离子聚合

带吸电子基团的烯类单体易进行阴离子聚合与自由基

带强给电子基团、强吸电子基团的烯类单体只能分别进行阳离子、阴离子聚合

(2) 取代基的共轭效应：流动性大，易诱导极化，可进行多种机理的聚合反应

(3) 带不同基团的单体进行几种聚合时的排序

取代基-X: -NO2,-CN,-F,-Cl,-COOCH3,-CONH2,-OCOR,-CH=CH2，-C6H5,-CH3,-OR

3 单体共聚能力：与参与共聚的各种单体均有关

2.2 自由基聚合机理 2.2.1 自由基 一 分类与产生

二 活性

1 影响因素：共轭效应大，吸电子诱导效应大，位阻效应强，稳定性强，活性小 2 活性顺序

三 反应：加成反应，氧化还原反应，偶合反应，脱氢反应，消去反应

2.2.2 自由基聚合的基元反应

一 链引发反应（chain initiation） 慢 单体自由基 引发剂引发为例

k I2 I引发活性种，初级自由基，引发自由基

I+H2CICHX2 X

M

二 链增长反应（chain growth） 快

活性高分子链

ICH2+H2CkCH2 XX M

链结构在该步形成：

序列结构→头尾为主

顺反结构→温度升高有利于顺式结构生成

立体结构→无规结构

三 链终止反应（chain termination） 速 稳定大分子 1 双基终止（均相体系，主要方式）

CH

偶合：2CHk

22CHCHCH2

歧化：2CHk2CH

22

+CHCH

PS,PAN偶合为主; PMMA偶合歧化兼有; PVAc歧化为主

问题：kt>>kp, 为何还可得到大分子？ 2 单基终止

四 链转移反应（chain transfer）一定条件下 不同活性的链自由基kCH2CH+SCH22 + S

高分子化学教案篇二：高分子化学教案第1-2章

《高 分 子 化 学》讲义

第一章绪 论

【掌握内容】

1. 基本概念：高分子、单体、聚合物、均聚物、共聚物、结构单元、重复单元、单体单元、

聚合度、相对分子质量等。

2. 聚合反应：加成聚合与缩合聚合；连锁聚合与逐步聚合特点及区别。

3. 高分子的基本特征：高分子的相对分子量、平均分子量的表示方法、多分散性表示方法。

1.1 前 言

一 定义及体系

高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。

高分子科学是研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。

我们的衣、食、住、行等都离不开高分子。塑料、橡胶、纤维、涂料、粘胶剂?几大类高分子材料己广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑、等领域。 二 高分子科学的发展史

高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。 19世纪以前：1920世纪初 ： 20世纪50年代以后：

1.2 基本概念

1. 高分子

英文名称：macromolecule compound；macromolecule；polymer；high polymer

定义：高分子也叫高分子化合物，大分子化合物、大分子、高聚物、聚合物 、聚合物分子等， 是指分子量很高并由多个重复单元以共价键连接的一类化合物.

2. 重复单元：聚合物中化学组成相同的最小单元，又称重复结构单元(Repeating unit)或链节

(Chain element)。

3. 结构单元：聚合物中以单体结构为基础的原子团。（Structure unit）

4. 单体单元：聚合物中具有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元。（Monomer unit） 5. 单体：带有某种官能团、并具备聚合能力的低分子化合物，或能形成高分子化合物中结构单元的的低分子化合物（Monomer）。

6. 聚合度：重复结构单元数（Degree of polymerization），是衡量高分子大小的一个指标。有两种表示法：

以大分子链中的结构单元数目表示，记作以大分子链中的重复单元数目表示，记作A．由一种结构单元组成的高分子例如：聚苯乙烯 缩写成：

结构单元＝单体单元＝重复单元＝链节

n 表示重复单元数，也称为链节数，在此等于聚合度。 在这里，两种聚合度相等，记作n

由聚合度可计算出高分子的分子量：

式中：M 是高分子的分子量；Mo 是结构单元的分子量

B.由两种结构单元组成的高分子

尼龙-66的合成：己二胺 己二酸

结构单元

结构单元

重复结构单元

此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元，单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子。

结构单元≠重复单元≠单体单元

注意：MO是两种结构单元的平均分子量

7. 均聚物及共聚物：

由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物。

由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共聚物。

1.3 聚合物的命名和分类

1.3.1聚合物的命名

一 按来源命名

均聚物：“聚”+ 单体名称

（加聚）共聚物：“聚”+单体1名称 + 单体2名称。。。 缩聚物：“聚”+ 重复单元名称 二 按结构特征：聚醚、聚酯、聚酰胺…

聚酰胺

聚酯

聚氨酯

聚醚

三 商品名称：

1 合称纤维：“…+纶”晴纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶

2合成橡胶：“…+橡胶”丁苯橡胶、乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶 3合成树脂：“…+树脂” 酚醛树脂、醇酸树脂 四 英文缩写名：见课本(表1-1)第二页 五 系统命名法 命名程序：

1） 确定重复单元结构

2） 排出次级单元（subunit）的次序，两个原则:

A）对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分。

B）连接元素最少的次级单元写在前面给重复单元命名。 3） 在前面加“ 聚”字

1.3.2 聚合物的分类

一 按来源：天然高分子、半天然高分子合成高分子

二 按用途：塑 料、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、功能高分子

通常所说的塑料、橡胶，正是按照Tm和 Tg在室温之上或室温之下划分的。

三 按主链结构：

碳链聚合物：大分子主链完全由碳原子组成

绝大部分烯类、二烯类聚合物属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC 杂链聚合物：大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚

元素有机聚合物：大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子组成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶

1.4 聚合反应与聚合物的化学反应

1 按单体和聚合物反应前后组成与结构的变化分类 （1）加聚反应（Addition Polymerization)

单体加成而聚合起来的反应称为加聚反应，反应产物称为加聚物。其特征是： > 加聚反应往往是烯类单体加成的聚合反应，无官能团结构特征，多是碳链聚合物 > 加聚物的元素组成与其单体相同，仅电子结构有所改变 > 加聚物分子量是单体分子量的整数倍

（2）缩聚反应（Condensation Polymerization）

由多官能团单体通过缩合而消去小分子形成聚合物的反应，兼有缩合出低分子和聚合成高分子的双重含义，反应产物称为缩聚物。其特征是： > 缩聚反应通常是官能团间的聚合反应。 > 反应中有低分子副产物产生，如水、醇、胺等。

> 缩聚物中往往留有官能团的结构特征，如 -OCO- -NHCO-，故大部分缩聚物都是杂链聚合物 > 缩聚物的结构单元比其单体少若干原子，故分子量不再是单体分子量的整数倍 2 按聚合机理与动力学分类

（1）．连锁聚合反应（Chain Polymerization）

也称“链式”反应，反应需要活性中心。反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传递下去，瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时间很短（零点几秒到几秒）。 连锁聚合反应的特征：

? 聚合过程由链引发、链增长和链终止几步基元反应组成，各步反应速率和活化能差别很大。 ? 反应体系中只存在单体、聚合物和微量引发剂。 ? 进行连锁聚合反应的单体主要是烯类、二烯类化合物。

根据活性中心不同，连锁聚合反应又分为：自由基聚合；阳离子聚合；阴离子聚合；配位离子聚合。

（2）．逐步聚合（Step Polymerization）

在低分子转变成聚合物的过程中反应是逐步进行的。

? 反应早期, 单体很快转变成二聚体、三聚体、四聚体等中间产物，以后反应在这些低聚体

之间进行聚合；

? 体系由单体和分子量递增的中间产物所组成；

? 大部分的缩聚反应（反应中有低分子副产物生成）都属于逐步聚合； ? 单体通常是含有官能团的化合物；

需要注意：缩聚和逐步聚合、加聚和连锁聚合常常出现混淆情况，将它们等同起来是不对的，这是两种不同范畴的分类方法。

高分子化学教案篇三：高分子化学授课教案

授课教案

第一次课

第一章 绪论

第一节 高分子化学的基本概念

高分子化合物结构，分子量，结构单元，重复单元，聚合度

第二节 聚合物的分类与命名

按性质和用途，按主链结构，按组成的变化分类，根据原料单体命名，商

品名称和英文缩写

作业： 1

第二次课

第一章 绪论

第三节 聚合物的分子量及其分布

平均分子量的意义：数均分子量，重均分子量，粘均分子量，分布曲线。

多分散性和分子量分布

第四节 高分子链的结构形态

作业：2，3，4

第三次课

第二章自由基聚合反应

第一节 概述

单体取代基的电子效应对聚合反应种类的影响。

第二节 自由基聚合的聚烯烃

聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯烯

腈、聚乙酸乙烯酯和聚四氟乙烯的性能及应用。

第三节 自由基聚合反应机理

链引发、链增长、链终止、链转移和阻聚。

作业：2

第四次课

第二章自由基聚合反应

第四节 引发剂和引发作用

引发剂；引发剂的分解速率、半衰期和引发效率；诱导效应和

笼蔽效应

作业：4，9

第五次课

第二章自由基聚合反应

第五节 自由基聚合反应动力学

自由基聚合速率方程的推导；温度对聚合反应速率的影响；自

动加速作用

作业：6，10

第六次课

第二章自由基聚合反应

第六节 平均聚合度和链转移

动力学链长和聚合度；温度对聚合度的影响；链转移和平

均聚合度；向大分子的转移。

第七节 聚合反应的单体

单体的聚合能力；单体结构和聚合物结构。

作业：11，12，13，14

第七次课

第二章自由基聚合反应

第八节 阻聚剂和阻聚作用

阻聚剂和缓聚剂；烯丙基单体的自动阻聚作用。

第九节 聚合反应实施方法

本体聚合；溶液聚合；悬浮聚合；乳液聚合。

作业：17，18，19

第八次课

第三章 离子聚合反应

第一节 正离子聚合和聚异丁烯

正离子聚合的烯类聚合物；催化剂和共催化剂；溶剂；正

离子聚合的机理。

作业：1

第九次课

第三章 离子聚合反应

第二节 负离子聚合的活的高分子

负离子聚合的烯类聚合物；负离子聚合的催化剂和溶剂；

负离子聚合机理；活的高分子。

作业：2，3

第十次课

第三章 离子聚合反应

第三节 离子聚合与自由基聚合的比较

机理、活性中心、单体、引发剂或催化剂、溶剂等的异同。

作业：5

第十一次课

第三章 离子聚合反应

第四节 配位聚合和立体规整聚烯烃

烯类聚合物的立体异构现象及立体异构体；Ziegler- Natta

型催化剂；配位聚合机理；低压聚乙烯。

作业：6

第十二次课

第四章 共聚合反应

第一节 概述

共聚合反应；共聚的意义及分类。

第二节 常见的共聚物

丁苯橡胶；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；ABS树脂；SBS热塑

性弹性体。

作业：1

第十三次课

第四章 共聚合反应

第三节 共聚合方程

二元共聚合方程的推导；竞聚率的意义。

作业：2

第十四次课

第四章 共聚合反应

第四节 共聚合组成曲线

竞聚率组合对共聚反应类型的影响。

作业：3，5，7，8

第十五次课

第四章 共聚合反应

第五节 竞聚率的测定

直线交叉法；简易法。

第六节 影响共聚物组成的因素

单体的结构效应；温度的压力的影响；Q-e 概念。

作业9，11