高分子合成化学教学大纲

高分子合成化学教学大纲 《高分子合成化学》教学大纲 课程名称:高分子合成化学 Polymer Synthesis Chemistry 54 编写日期:2003年1月 一、课程目的与教学基本要求 课程目的:目前品类繁多的各种合成高分子制品年总量已逾亿吨，合成高分子质和量的巨大发展，已改变了整个化学工业的结构和分布，深刻地影响着现代社会生活的方方面面。70年代中期高分子科学便形成了自己的理论体系和实验方法及成型加工工艺。近20年来，高分子科学与环境科学、生命科学、能源科学、材料科学和信息科学等关系密切，并不断加深。因此，这样一门高分子科学是现代化学的重要组成部分，学生需要学习、掌握高分子科学的基础理论及各种高聚物的制备及应用等知识，为他们今后进行高分子科学研究或从事高分子材料生产工作打下坚实基础，这是本课程的目的。 教学基本要求:牢固掌握自由基聚合、离子聚合、配位聚合、大分子反应、共聚合反应等的反应动力学、产物分子量及分布、聚合原理等内容，一般掌握重要工业化合高分子的合成方法、工艺条件及制品性质、用途等。对重要单体合成、其它聚合反应、功能高分子等内容作一般了解。 二、课程内容 高分子合成化学课程分为十个专题讲授，共54学时，教学进度安排如下表: 4学时 1.1 高分子化学与工业发展简史 1.2 高分子的定义、分类和命名 (1) 高分子科学的基本概念 (2) 聚合物的分类 (3) 聚合物的命名 1.3 聚合物的平均分子量和分子量分布 (1) 平均分子量的定义 (2) 多分散性和分子量分布 1.4 聚合物结构 (1) 高分子链的化学结构与构型(一级结构) 链节的化学组成与结构 链节的构型 高分子链称中链节序列、支化和交联 (2) 高分子链的构象(二级结构) (3) 聚合物的聚态结构(三级结构)概念 1.5 聚合反应分类 9学时 2.1 自由基聚合反应的单体 (1) 单体的类型 (2) 单体聚合机理判断 2.2 自由基聚合机理 (1) 自由基聚合基元反应 链引发 链增长 链转移 链终止 (2) 自由基聚合反应特征 2.3 自由基聚合反应的引发剂及引发作用 引发剂的种类 (1) (2) 引发剂分解动力学 (3) 引发效率 笼蔽效应 诱导分解 引发剂的选择 (4) (5) 其它引发聚合反应 热引发聚合 光引发聚合 辐射引发聚合 2.4 自由基聚合反应动力学 (1) 微观聚合反应动力学方程 (2) 温度对聚合速率的影响 2.5 分子量和链转移反应 (1) 动力学链长 (2) 动力学链长与聚合度关系 (3) 温度对聚合度的影响 (4) 链转移反应对聚合度的影响 (5) 链转移反应的应用 2.6 阻聚和缓聚 (1) 阻聚剂和缓聚剂 (2) 烯丙基单体的自阻聚作用 2.7 自由基聚合宏观动力学和自加速作用 (1) 凝胶效应——自加速作用 (2) 聚合过程速率变化类型曲线 2.8 聚合反应实施办法 (1) 本体聚合 (2) 溶液聚合 (3) 悬浮聚合 (4) 乳液聚合 2.9 由自由基聚合反应合成的几种聚合物 (1) 聚苯乙烯的合成 聚苯乙烯的性质、用途 单体合成 聚苯乙烯合成方法 (2) 聚甲基丙稀甲酯的合成 聚甲基丙稀甲酯的性质、用途 单体合成 有机玻璃合成 (3) 聚乙酸乙烯酯的合成 单体合成 乙酸乙烯酯乳液聚合及其应用 乙酸乙烯酯溶液聚合 (4) 聚氯乙稀的合成 聚合物性质、用途 单体合成 氯乙烯的聚合 氯乙烯聚合工程中的链转移反应 (5) 高压(低密度)聚乙烯合成 链转移反应 影响聚合反应因素 (6) 聚丙烯酸的合成 聚丙烯腈的合成 (7) (8) 聚丙烯酰胺的合成 第三章 自由基共聚合 4学时 3.1 概述 3.2 共聚反应历程及共聚合方程式 (1) 共聚合反应历程 (2) 竟聚率 (3) 共聚合方程式 3.3 共聚物组成曲线及共聚物组成控制 (1) 各种类型共聚曲线 (2) 转化率与共聚物组成关系 (3) 单体、共聚物组成与转化率曲线 (4) 共聚物组成控制方法 3.4 Q-e方程 3.5 丁苯橡胶的合成 3.6 乙烯-乙酸乙烯酯共聚合 3.7 丙稀酸酯乳液共聚合 第四章 离子聚合 7学时 4.1 离子聚合与自由基聚合比较 4.2 阳离子聚合 (1) 阳离子聚合单体 (2) 阳离子聚合催化剂 质子酸 Lewis酸 正碳离子源 双金属卤化物 卤素 4.3 异丁烯阳离子聚合 (1) 单体合成 (2) 聚合反应机理 (3) 温度对异丁烯聚合影响 (4) 异丁烯齐聚反应及应用 (5) 丁基橡胶 4.4 假阳离子聚合 4.5 蒎烯阳离子聚合 AlCl催化体系聚合 (1)3 (2) AlCl/SbCl催化体系聚合 33 4.6 阴离子聚合 (1) 阴离子聚合单体 阴离子聚合引发体系 (2) 碱金属 芳烃-碱金属络合物 烷基碱金属 金属胺 强碱 (3)引发剂与单体活性匹配关系 4.7 丙稀腈阴离子聚合 4.8 苯乙烯阴离子聚合 4.9 甲基丙烯酸甲酯定向阴离子聚合 4.10 活性聚合及其应用 (1) 阳离子活性聚合 (2) 阴离子活性聚合 (3) 自由基活性聚合 (4)活性聚合应用 单分散性聚合物合成 嵌放共聚物合成 4.11 离子型共聚合 第五章 Zieglar-Natla催化剂和配位聚合 4学时 5.1 概述 5.2 Zieglar-Natla催化剂 (1) 催化剂类型 (2) Zieglar-Natla催化剂性质及反应 (3) 第三组分作用 (4) Zieglar-Natla高效催化剂 (5) 均相Zieglar-Natla催化剂 5.3 Zieglar-Natla催化剂聚合机理 (1) 双金属机理 (2) 单金属机理 5.4 乙烯配位聚合 5.5 丙稀配位聚合 5.6 乙丙橡胶合成 5.7 顺丁橡胶合成 5.8 合成天然橡胶 第六章 缩合聚合反应 9学时 6.1 逐步聚合与链锁聚合比较 6.2 缩聚反应分类 6.3 缩聚反应热力学 (1) 线型缩聚反应的平衡问题 (2) 反应程度与平均聚合度 反应程度 反应程度与平均聚合度关系 (3) 平衡常数与平均聚合度关系 6.4 线型缩聚产物分子量控制 6.5 线型缩聚反应的限制因素 6.6 缩聚反应动力学 (1) 不可逆条件下缩聚动力学 可逆缩聚动力学 (2) 6.7 体型缩聚 (1) 凝胶化现象 (2) 凝胶点予测 6.8 缩聚反应方法 (1) 熔融缩聚 (2) 溶液缩聚 (3) 界面缩聚 6.9 聚酰胺合成 (1) 尼龙6 (2) 尼龙7 (3) 尼龙66 (4) 尼龙1010 (5) 芳香族聚酰胺 6.10 聚芳砜 6.11 苯酚甲醛(酚醛)树脂合成 (1) 苯酚与甲醛的反应 (2) 酚醛树脂的工业合成 (3) 酚醛树脂的性质及用途 (4) 苯酚衍生物的反应 6.12 尿素甲醛树脂合成 6.13 三聚腈胺甲醛树脂合成 6.14 环氧树脂合成 (1) 环氧树脂的生成原理及其结构 (2) 工业合成方法 (3) 影响因素 (4) 环氧树脂固化及固化剂 (5) 环氧树脂性质与用途 6.15 聚酯的合成 (1) 聚碳酸酯 (2) 不饱和聚酯 (3) 聚对笨二甲酸乙二醇酯(涤纶) 酯交换法 直接缩聚法 环氧乙烷法 6.16 聚氨酯的合成 (1) 异氰酸酯的合成 (2) 异氰酸酯的反应 (3) 多羟基化合物 (4)聚氨酯的合成及产物用途 6.17 逐步聚合新进展 1)( 活性单体的反应 相转移催化的应用 (2) (3) 活性烯类化合物的反应 第七章 开环聚合 6学时 7.1 概述 开环聚合单体及活性 7.2 环醚的开环聚合 (1) 环醚阳离子开环聚合 环氧乙烷开环聚合 3.3-双(氯甲基)环丁氧烷开环聚合 (2) 环醚阴离子开环聚合 聚合特征 交换反应 链转移 (3) 环醚的配位开环聚合 7.3 环缩醛的聚合 7.4 环酰胺的聚合 (1) 己内酰胺水解缩合 (2) 己内酰胺阴离子聚合 强碱引发聚合 加促进剂的聚合 MC尼龙6合成 7.5 环烯烃的开环聚合 第八章 其它聚合反应 4学时 8.1 异构化聚合 (1) 阳离子异构化聚合 (2) 阴离子异构化聚合 (3) 配位异构化聚合 8.2 偶合聚合 8.3 环化催聚 8.4 开环缩聚 8.5 加成聚合 8.6 脱氢聚合 8.7 代尔斯-奥文德聚合 8.8 梯形聚合 8.9 基团转移聚合 第九章 高分子化学反应 3学时 9.1 高分子化学反应类型及影响因素 9.2 高分子接枝反应 (1) 以大分子引发剂的方法 自由基型接枝共聚 阳离子接枝共聚 阴离子接枝共聚 (2) 向大分子链转移的方法 大分子侧基官能团反应的方法 (3) 9.3 高分子交联反应 (1) 橡胶的硫化 (2) 不饱和聚酯的固化 (3) 饱和高分子的交联 (4) 感光树脂的固化 9.4 高分子降解 (1) 化学降解 (2) 热降解 (3) 氧化降解 9.5 高分子侧基反应 (1) 高分子侧基反应特点 (2) 与小分子反应的差异及其原因 (3) 纤维素的侧基反应 粘胶纤维合成 醋酯纤维合成 硝酸纤维合成 (4) 维尼龙纤维的制备 聚乙酸乙烯酯的水解 聚乙烯醇的缩醛反应 第十章 功能高分子 4学时 10.1 简介 10.2 高分子效应 10.3 功能高分子合成法 10.4 离子交换树脂 10.5 高分子螯合剂 10.6 光活性高分子 10.7 导电高分子 10.8 高分子催化剂 10.9 固定化酶 10.10 高分子试剂 10.11 医药试剂 10.12 高分子药物 10.13 离子交换膜 从总体上讲，本课程教学重点放在二、三、六、九等部分，而每一部分的重 点、难点内容简要说明如下: 第一章 绪论 重点:高分子的定义、命名、结构 难点:高分子结构与命名 第二章 自由基聚合 重点:反应动力学，分子量和链转移反应，常见聚合物合成方法 难点:动力学链长与聚合度关系 第三章 自由基共聚合 重点:竟聚率、共聚合方程式、共聚曲线 难点:竟聚率与共聚曲线关系、共聚物组成控制 第四章 离子聚合 重点:离子聚合特征及与自由基聚合比较、丁基橡胶的合成、活性聚合 难点:假阳离子聚合、定向聚合(阴离子) 第五章 Zieglar-Natla催化剂和配位聚合 重点:Zieglar-Natla催化剂组成和各组分的作用，乙烯、丙烯配位聚合 难点:配位聚合机理 第六章 聚合缩合 重点:反应程度、平衡常数与平均聚合度关系，线型聚合产物分子量控制， 凝胶点予测、聚酯、尼龙、环氧树脂、氨基树脂合成 难点:线型聚合产物分子量控制，缩聚反应方程式 第七章 开环聚合 重点:环醚、环酰胺、环缩醛的开环聚合 难点:开环聚合反应动力学 第八章 其它聚合反应 重点:阴、阳离子异构化聚合，基团转移聚合 第九章 高分子化学反应 重点:接枝反应、交联反应，降解反应，高分子侧基反应 难点:橡胶硫化机理 第十章 功能高分子 重点:功能高分子合成法，离子交换树脂，高分子催化剂，高分子试剂 使用说明 除理论课之外，另开设高分子化学实验及实习课，每章节1,2次作业 主要参考书目 [1] 高分子合成化学(讲义)中山大学化学系高分子教研室编1999 [2]《高分子化学》林尚安、陆耘等编著科学出版社1994 [3]《高分子化学》(第二版)，潘祖仁等编化学工业出版社1997 [4]《高分子化学、物理和应用基础》邓云祥等编高教出版社1997.7 [5]《聚合物化学导论》[美]R.B.西摩著宋家琪译新时代出版社1988 [6]《高分子科学简明教程》夏炎主编科学出版社1987 [7]《高分子合成化学》冯新德著科学出版社1982 [8]《PRINCIPLES OF POLYMERIZATION》GEORGE OPIAN[美] 高分子世界，平郑骅、汪长春编著，复旦大学出版社，2001 [9] [10] 高分子合成原理及工艺学，李克友等编，科学出版社，1999