高分子化学教案

1《高分子化学》教案2第一章绪论【课时安排】前言1学时1.1基本概念1学时1.2聚合反应与聚合物的化学反应1学时1.3聚合物的分类1学时1.4聚合物的命名1学时1.5相对分子质量及其分布1学时总计6学时【掌握内容】1.高分子基本概念：单体、高分子、聚合物、低聚物、结构单元、重复单元、单体单元、链节、主链、侧链、端基、侧基、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。3.从不同角度对聚合物进行分类。4.常用聚合物的命名、来源、结构特征。5.聚合物相对分子质量及其分布。【熟悉内容】1.系统命名法。2.典型聚合物的名称、符号及重复单元。【了解内容】1.高分子化学发展历史。2.聚合物相对分子质量及其分布对聚合物性能的影响。【教学难点】1.结构单元、重复单元、单体单元、链节的辨析。2.加成聚合与缩合聚合的区别与联系；连锁聚合与逐步聚合的区别与联系。【教学目标】1.掌握高分子化学相关基本概念。2.能对几对重要概念进行辨析。3.能按规范写出正确的聚合物名称、分子式、聚合反应式。4.树立对高分子化学学科正确的认识观。前言【教学内容】第一节材料科学与工程一材料的定义与类别二材料发展史三材料科学与工程第二节高分子科学一定义及体系二优点三发展史四我国高分子科学发展现状五高分子化学课程要求【教学重点】高分子科学定义及体系3【教学难点】【教学目标】了解材料科学与工程、高分子科学体系范畴，了解高分子化学发展简史【教学手段】课堂讲授，辅以多媒体幻灯图片【教学过程】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1.1基本概念【教学内容】一高分子二高分子化学三单体四有关组成结构的概念五大分子结构式六聚合反应方程式：【教学重点】高分子、结构单元、重复单元、单体单元、链节等概念，聚合反应式的书写【教学难点】结构单元、重复单元、单体单元的辨析【教学目标】1掌握高分子、结构单元、重复单元、单体单元、链节、聚合度等概念的区别与联系2能正确写出具体聚合物的结构式与反应式【教学手段】课堂讲授，辅以多媒体幻灯图片及实例4【教学过程】一高分子1名称：macromoleculecompound；macromolecule；polymer；highpolymer2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(repeatingunit):高分子链中可重复的最小单位（高物：链节）2结构单元(structuralunit):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(monomerunit):与单体组成相同,只是电子结构不同的重复单元4聚合度(degreeofpolymerization):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：[重复单元化学式]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）书写规范：注意遵守有机化学反应规则、端基、侧基1.2聚合反应与聚合物的化学反应【教学内容】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2按聚合机理与动力学分类3其它类型聚合反应二聚合物的化学反应【教学重点】加成聚合与缩合聚合的区别与联系；连锁聚合与逐步聚合的区别与联系【教学难点】对加成聚合与缩合聚合、连锁聚合与逐步聚合的辨析【教学目标】1掌握加成聚合与缩合聚合、连锁聚合与逐步聚合的区别与联系2能从不同分类角度对一具体反应进行分类【教学手段】课堂讲授，辅以具体例【教学过程】5一聚合反应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）加聚反应缩聚反应additionpolymerizationcondensationpolymerization定义单体通过相互加成形成聚合物（加聚物）的反应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2按聚合机理与动力学分类（列表对比）连锁聚合（链式聚合）逐步聚合英文chainpolymerizationsteppolymerization机理活性中心多种（R.,R+,R-）与单体作用（单体之间不反应）无通过单体官能团间反应基元反应引发,增长,终止,转移无动力学单体转化率-时间相对分子质量-时间任一瞬间组成单体,高分子,微量引发剂(中间产物不稳定)相对分子质量递增的一系列中间产物)3其它类型聚合反应二聚合物的化学反应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【教学内容】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【教学重点】聚合物的命名、相对分子质量及其分布【教学难点】【教学目标】1掌握聚合物的命名规则；掌握相对分子质量及其分布的定义2能正确对具体大分子进行正确分类、命名。CH2CHOCCH3OCH3OHCH2CHOH+CH3CO2CH3RCHOCH2CHOCH2CHORR=H，维尼纶6【教学手段】课堂讲授，辅以具体例【教学过程】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（molecularweightdistribution,MWD）d=Mw/Mn7第二章自由基聚合反应(radicalpolymerization)【课时安排】2.1单体的聚合能力2学时2.2自由基聚合机理2学时2.3链引发反应2学时2.4聚合反应动力学2学时2.5相对分子质量2学时2.6链转移反应2学时总计12学时【掌握内容】1.单体聚合能力：热力学(△E,△S,T,P)；动力学（空间效应-聚合能力,电子效应-聚合类型）2.自由基基元反应每步反应特征,自由基聚合反应特征3.常用引发剂的种类和符号,引发剂分解反应式,表征方法(四个参数),引发剂效率,诱导效应,笼蔽效应,引发剂选择原则4.聚合动力学:聚合初期:三个假设,四个条件,反应级数的变化,影响速率的四因素(M,I,T,P)；聚合中后期的反应速率的研究：自动加速现象，凝胶效应，沉淀效应；聚合反应类型5.相对分子质量：动力学链长，聚合度及影响其的四因素(M,I,T,P)，6.链转移:类型,聚合度,动力学分析,阻聚与缓聚【熟悉内容】1.热、光、辐射聚合。2.聚合动力学研究方法。3自由基聚合的相对分子质量分布。【了解内容】1.通用单体来源。2.自由基聚合进展。【教学难点】1.对具体单体聚合热力学与动力学的综合分析2.终止方式的相对比例及其与体系状态的关系3.氧化还原类的反应式；笼蔽效应与诱导效应4.不同条件下反应速率对单体与引发剂浓度的反应级数的推导与分析5.区别聚合反应速率、动力学链长、平均聚合度的影响因素和变化趋势6.向不同转移对象的链转移程度的难易分析【教学目标】1.掌握自由基聚合相关基本概念。2.掌握自由基聚合常见单体、引发剂、阻聚剂、聚合方法。3.达到如下技能：(1)单体聚合能力的判断与类型的选择(2)引发剂的选择及正确书写引发反应式(3)正确书写任一体系的基元反应式(4)根据动力学方程计算各参数,选择适当方法控制反应进程(5)根据相对分子质量方程计算各参数,选择适当方法控制产物结构2.1单体的聚合能力【教学内容】82.1.1聚合热力学一聚合热二聚合熵三聚合温度四小结2.1.2聚合动力学一连锁聚合种类与活性中心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)2取代基对聚合类型的选择(电子效应)3单体共聚能力【教学重点】1影响聚合热的主要因素及其规律2单体对聚合类型的选择及聚合能力【教学难点】1影响聚合热的主要因素及其规律2对具体单体聚合热力学与动力学的综合分析【教学目标】1掌握影响聚合热的主要因素及其规律2掌握取代基对单体聚合类型选择及聚合能力的影响规律3能正确综合分析具体单体的聚合热力学与动力学行为【教学手段】课堂讲授，辅以实例练习【教学过程】聚合能力：化学结构：两个可相互反应官能团常见聚合单体类型两个以上有机官能团单体C=C-X热力学:方向,限度，∆G0R-C=O动力学:聚合方法杂环(O,N,P,S)2.1.1聚合热力学∆G=∆H-T∆S=∆E+P∆V-T∆S0聚合；=0达到平衡；0解聚一聚合热∆H=∆E+P∆V1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-CH2-CH2-∆Ef=εm-εp=609.2-2×351.7=-94.2kJ.mol-1（实测值∆H=-88.8kJ.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9(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～-125kJ.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/∆S02平衡单体浓度eooMRTSHTc]ln[四小结增强聚合倾向内因∆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外因增大压力,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(