-1-《高分子化學》課程教學大綱一、高分子化學基本概念與分類(1)高分子化學是一門研究高分子材料結(jié)構(gòu)、性能、合成以及應用的科學。高分子化合物是由許多重復的單體單元通過化學反應連接而成的長鏈分子，其分子量通常在數(shù)千到數(shù)百萬之間。這些高分子化合物在自然界和工業(yè)中都非常普遍，如蛋白質(zhì)、纖維素、橡膠、塑料等。高分子化學的研究涉及從分子結(jié)構(gòu)到宏觀性能的多個層次，對于理解高分子材料的特性和開發(fā)新型高分子材料具有重要意義。(2)高分子化合物的分類可以根據(jù)不同的標準進行。首先，按來源可以分為天然高分子和合成高分子。天然高分子包括纖維素、蛋白質(zhì)、核酸等，它們主要來源于生物體。合成高分子則是通過化學合成方法制得的，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。其次，按結(jié)構(gòu)特點可以分為線形高分子、支鏈高分子和交聯(lián)高分子。線形高分子是由單鏈分子組成的，支鏈高分子則在其主鏈上帶有分支，而交聯(lián)高分子則是通過化學鍵將多個高分子鏈連接在一起。最后，按應用領(lǐng)域可以分為通用高分子材料和特殊功能高分子材料。通用高分子材料如聚乙烯、聚丙烯等廣泛應用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，而特殊功能高分子材料如導電高分子、智能高分子等則具有特定的功能性。(3)在高分子化學中，了解高分子鏈的結(jié)構(gòu)對其性能的預測和控制至關(guān)重要。高分子鏈的結(jié)構(gòu)主要包括鏈的長度、分子量分布、支鏈結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)等。鏈的長度和分子量分布直接影響高分子的強度、韌性、溶解性等性能。支鏈的存在可以提高高分子的柔韌性，而交聯(lián)結(jié)構(gòu)則可以提高其耐熱性和耐溶劑性。此外，高分子鏈的立體構(gòu)型也會影響其性能，如順式和反式構(gòu)型會影響分子的對稱性和結(jié)晶性。因此，深入研究高分子鏈的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系對于高分子材料的設(shè)計與開發(fā)具有重要意義。二、高分子鏈結(jié)構(gòu)與性能(1)高分子鏈的結(jié)構(gòu)對其性能的影響是多方面的。以聚乙烯為例，其分子鏈主要由碳碳單鍵組成，具有線性結(jié)構(gòu)。聚乙烯的密度約為0.95g/cm3，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)約為-120℃，熔點(Tm)約為130℃。通過引入支鏈，如聚乙烯-聚丙烯共聚物，可以顯著提高其沖擊強度和韌性，這是因為支鏈的存在減少了分子鏈之間的相互作用，從而降低了分子鏈的剛性。例如，聚乙烯-聚丙烯共聚物的沖擊強度可以提高到約40kJ/m2，遠高于純聚乙烯的沖擊強度。此外，通過交聯(lián)反應，如使用過氧化物交聯(lián)聚乙烯，可以進一步提高其耐熱性和耐溶劑性，交聯(lián)密度越高，這些性能也越顯著。(2)高分子鏈的結(jié)晶度和取向?qū)Σ牧系男阅芤灿酗@著影響。結(jié)晶度高的材料通常具有較高的強度和硬度，而較低的結(jié)晶度則賦予材料較好的柔韌性和耐沖擊性。例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的結(jié)晶度可達60%以上，因此具有較高的強度和剛度，常用于飲料瓶和薄膜制造。而聚乳酸(PLA)的結(jié)晶度通常低于30%，使其具有良好的生物降解性和柔韌性，適用于包裝材料和生物醫(yī)學領(lǐng)域。在取向方面，通過拉伸等加工手段可以使高分子鏈沿特定方向排列，從而提高材料的力學性能。例如，聚丙烯(PP)在拉伸取向后，其強度可以提升至未取向時的數(shù)倍。(3)高分子鏈的構(gòu)象熵和分子量分布對材料的流動性和加工性能同樣重要。構(gòu)象熵是高分子鏈在溶液中自由旋轉(zhuǎn)的能力，它決定了材料的流動性和加工性。例如，聚丙烯酰胺(PAM)的構(gòu)象熵較高，因此在溶液中具有良好的流動性和成膜性，常用于水處理和造紙工業(yè)。分子量分布對材料的性能也有顯著影響。窄分子量分布的高分子材料通常具有更均勻的性能，而寬分子量分布則可能導致性能的不均勻。以聚苯乙烯(PS)為例，其分子量分布較寬時，材料的透明度和機械性能會受到影響。通過控制分子量分布，可以精確調(diào)控材料的性能，如通過共聚合或接枝共聚等方法，可以制備出具有特定性能的高分子材料。三、高分子合成與加工技術(shù)(1)高分子合成技術(shù)是制備高分子材料的基礎(chǔ)。常見的合成方法包括自由基聚合、陽離子聚合、陰離子聚合和配位聚合等。自由基聚合是最常用的方法之一，如通過引發(fā)劑引發(fā)單體分子發(fā)生鏈式反應，形成長鏈高分子。例如，乙烯通過自由基聚合可以合成聚乙烯。此外，陽離子聚合在合成聚酯、聚酰胺等材料中應用廣泛，其特點是聚合反應速度快，產(chǎn)物分子量分布窄。陰離子聚合則常用于合成聚硅氧烷、聚苯乙烯等材料。(2)高分子加工技術(shù)是將合成的高分子材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的關(guān)鍵步驟。常見的加工方法包括熱塑性加工和熱固性加工。熱塑性加工包括擠出、注塑、吹塑等，適用于聚乙烯、聚丙烯等材料。通過加熱使高分子材料熔融，然后通過模具成型，冷卻固化后得到最終產(chǎn)品。熱固性加工則包括壓制成型、模壓成型等，適用于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等材料。這些加工方法可以實現(xiàn)復雜形狀和尺寸的制品生產(chǎn)。(3)高分子材料的加工過程中，表面處理技術(shù)也是至關(guān)重要的。表面處理可以改善材料的表面性能，如提高其親水性、親油性、耐磨性等。常見的表面處理方法包括等離子體處理、紫外線照