(2)-材料专业《高分子化学》教学大纲

《高分子化学》教学大纲SyllabusofPolymerChemistry【课程编号】241713448【课程类别】专业选修课程【总学时数】32【周学时数】2【学分数】2【先修课程】有机化学、物理化学【课程责任教授】牛余忠【适用专业】材料化学一、课程简介《高分子化学》是针对材料化学专业开设的专业选修课程，是研究高聚物的各种合成方法和化学反应机理的学科，与高分子材料的分子设计、合成工艺、改性方法、实际应用等都有非常密切的联系。该课程主要以聚合反应机理和动力学为主线，研究高分子化合物的合成反应原理、反应动力学、聚合方法，以及聚合物的化学反应等内容，解决聚合速率、平均聚合度、聚合物微结构、共聚物组成等的影响因素和如何控制的工程问题。二、课程任务根据材料化学专业人才培养方案，本课程对毕业要求指标点的支撑任务如下：1.支撑毕业要求指标点1.3：能够将自然科学、工程基础、高分子材料与工程相关知识和数学模型方法用于推演、分析材料制备、加工和应用中的复杂工程问题。2.支撑毕业要求指标点2.2：能基于自然科学和工程科学的基本原理和数学模型方法，正确表达材料结构和性能及工程应用中的复杂工程问题。3.支撑毕业要求指标点4.1：能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析材料制备、结构与性能以及工程应用中的复杂工程问题的解决方案。三、课程目标及教学方法要求根据本课程的任务，结合具体教学内容，制定了支撑相关毕业要求达成的课程目标，课程目标与毕业要求指标点的支撑关系见表1。课程目标达成的教学方法要求见表2。本课程的课程目标具体如下：课程目标1：能够运用聚合反应机理、实施方法及聚合物的化学反应等相关知识，推演和分析材料制备和使用过程中的复杂工程问题。课程目标2：能够推导聚合动力学、聚合度及共聚物组成的相关数学模型，表达材料结构和性能及工程应用中的复杂工程问题。课程目标3：能够运用高分子化学基本原理，并借助文献研究，分析材料制备、结构与性能以及工程应用中的复杂工程问题的解决方案。表1课程目标对毕业要求的支撑关系矩阵（课程对毕业要求指标点支撑达成情况评价的依据）毕业要求毕业要求指标点课程目标1课程目标2课程目标31-工程知识1.3能够将自然科学、工程基础、材料与工程相关知识和数学模型方法用于推演、分析材料制备、加工和应用中的复杂工程问题。M2-问题分析2.2能基于自然科学和工程科学的基本原理和数学模型方法，正确表达材料结构和性能及工程应用中的复杂工程问题。H4-研究4.1能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析材料制备、结构与性能以及工程应用中的复杂工程问题的解决方案。M表2课程目标达成的教学方法要求课程目标教学方法要求课程目标1（支撑毕业要求指标点1.3）以具体聚合反应为引导，能推出聚合反应的机理，借助网络线上资源和课程平台，并与实验课相结合，可以明辨具体实施方法的重要环节，通过实际案例能把课堂知识与聚合和应用过程关联起来，分析出可能出现的复杂工程问题。课程目标2（支撑毕业要求指标点2.2）从高分子结构和性能的联系出发，能推导出动力学和聚合度的数学模型，借助图表、实例、课堂讨论，能够表述材料结构、性能及应用中的复杂工程问题。课程目标3（支撑毕业要求指标点4.1）通过多媒体教学方法结合实际工业案例，借助文献研究，运用高分子化学基本原理，思考可能涉及的工程问题，调研和分析复杂工程问题的解决方案。四、教学内容、要求和学时分配(一)第一章绪论学时：2（支撑课程目标1、2）教学内容：知识点要求：1.高分子的基本概念2.聚合物的分类和命名3.聚合反应4.分子量及其分布5.大分子微结构6.线形、支链形和交联形大分子7.高分子化学发展简史能力要求：1.会针对具体的不同聚合物，描述高分子化合物的基本概念及聚合物的分类和命名。2.能根据聚合物结构特点界定聚合反应的类型。3.能推算和应用分子量及其分布公式，能从理论上计算聚合物的分子量及其分布。4.具有分辨大分子的微结构和宏观结构的能力。5.从高分子化学发展简史了解研究方法和思路。重点：高分子的基本概念难点：聚合反应的分类讨论主题：1.基于高分子结构和性质讨论能否用蒸馏的方法提纯高分子化合物。2.讨论如何用实验测定一未知单体的聚合反应是以逐步聚合，还是连锁聚合机理进行的。（二）第二章逐步聚合反应学时：6（支撑课程目标1、2、3）教学内容：知识点要求：1.逐步聚合反应的分类2.官能团的反应活性3.线形逐步聚合反应的机理4.线形逐步聚合反应动力学5.线形逐步聚合反应的相对分子质量控制6.体型逐步聚合7.交联反应和凝胶点8.逐步聚合实施方法及其主要聚合物介绍能力要求：1.会辨别逐步聚合反应。2.能解释官能团等活性理论，了解其偏差和应用范围。3.能推演线形逐步聚合反应的机理，并能在实际案例中应用。4.会推导线形逐步聚合反应动力学，控制线形逐步聚合反应的相对分子质量。5.能够依据反应的机理过程，界定体型逐步聚合和交联反应的体系。6.能推导凝胶点计算公式，并能够在实际反应中分析、推演和预测。7.能归纳聚合实施方法及其主要聚合物的工艺路线及影响因素。重点：线形缩聚机理及重要缩聚物难点：线形聚合动力学，体型缩聚的凝胶点计算讨论主题：1.缩聚反应平衡常数主要由何因素决定，试讨论在不同平衡常数范围内影响缩聚物分子量的主要因素。2.讨论在尼龙-6和尼龙-66生产中为什么要加入醋酸或己二酸作为分子量控制剂？在涤纶数树脂生产中时采用什么措施控制分子量的？（三）第三章自由基聚合学时：6（支撑课程目标1、2、3）教学内容：知识点要求：1.单体对聚合机理的选择性2.自由基聚合机理、引发剂、自动加速效应3.聚合反应动力学、相对分子质量4.链转移反应、聚合度5.阻聚和缓聚6.活性自由基聚合能力要求：1.会判断单体对聚合机理的选择性，判断单体对聚合机理的选择。2.运用自由基聚合机理、引发剂引发机理和自动加速效应表达聚合过程中的工程问题。3.能推导和应用聚合反应动力学，并应用于初步推断聚合物的分子量。4.能依据链转移的机理及其与分子量的关系式判断链转移反应对聚合度的影响。5.能根据物质对聚合速率的影响区分阻聚和缓聚。6.能够推衍及应用活性自由基聚合的原理。重点：自由基聚合机理难点：自动加速现象产生的原因及其对聚合反应的影响讨论主题：1.在自由基聚合反应中，何种条件下会出现反应自动加速现象，试讨论其产生的原因。2.试讨论自由基聚合反应中温度对聚合反应速率的影响。第四章自由基共聚合学时：4（支撑课程目标2、3）教学内容：知识点要求：1.均聚和共聚的概念，共聚物的命名及研究共聚的意义2.共聚物组成方程的推导3.共聚反应的类型4.二元共聚物微结构和链段序列结构5.Q-e方程6.主要共聚物的合成方法能力要求：1.能够根据单体的种类辨别均聚反应和共聚反应，描述共聚物的命名及研究共聚的意义。2.能够推导和应用共聚物组成方程，并在实际案例中应用。3.会根据竞聚率区别共聚反应的类型。4.能够推导和应用二元共聚物微结构、链段序列结构和Q-e方程。5.会归纳主要共聚物的合成路线。重点：共聚物组成方程难点：共聚反应类型的判断讨论主题：1.在生产聚丙烯腈苯乙烯共聚物（AS树脂）时，所采用的丙烯腈(M1)和苯乙烯(M2)的投料重量比为24:76。在采用的聚合条件下，此共聚体系的竞聚率r1=0.04，r2=0.40。如果在生产中采用单体一次投料的聚合工艺，并在高转化率下才停止反应，试讨论所得共聚物组成的均匀性。（五）第五章聚合方法学时：4（支撑课程目标1、3）教学内容：知识点要求：1.本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合的定义、基本组分、聚合场所、特点。2.典型的本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合关键问题及解决办法。能力要求：1.能够界定和分析本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合的定义、基本组分、聚合场所、特点。2.能够识别和提出典型的本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合关键问题及解决办法。重点：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合的反应特点及关键问题难点：乳液聚合机理讨论主题：1.讨论ABS树脂是由哪些单体合成的？有几种合成方法？这种树脂的基本特性是什么？（六）第六章离子聚合学时：4（支撑课程目标1、2、3）教学内容：知识点要求：1.阴、阳离子聚合的单体与引发剂及其相互间的匹配关系2.离子聚合的机理3.离子聚合动力学和聚合度4.离子聚合的应用能力要求：1.会判断阴、阳离子聚合的单体与引发剂及其相互间的匹配关系，并用于实际合成中引发剂的选择。2.能够推断离子聚合的机理，并应用于具体合成中。3.能够推导和应用离子聚合动力学和聚合度方程式，能推演和分析离子聚合过程。4.能够列举离子共聚单体及产物。5.会归纳离子聚合的应用范围。重点：离子聚合动力学和聚合度的推导难点：离子聚合机理的推导讨论主题：1.分别讨论进行阴离子，阳离子聚合时，控制聚合反应速度和聚合物分子量的主要方法。2.在离子聚合反应过程中，能否出现自动加速效应。（七）第七章配位聚合学时：4（支撑课程目标1、3）教学内容：知识点要求：1.聚合物的立体异构现象2.Zegler-Natta引发剂：组成、溶解性能、反应、组分对聚丙烯等规度和聚合活性的影响；引发剂体系的发展3.丙烯的配位聚合：丙烯配位聚合反应历程、丙烯配位聚合的定向机理；4.茂金属引发剂5.常见的配位聚合物品种能力要求：1.会描述聚合物的立体异构现象，建立聚合物的结构和性能的有机联系。2.能够解释Ziegler-Natta引发剂的组成、溶解性能、反应、组分对聚丙烯等规度和聚合活性的影响；会描述引发剂体系的发展。3.能够推演丙烯的配位聚合：丙烯配位聚合反应历程、丙烯配位聚合的定向机理；4.能根据茂金属引发剂的特点确定其应用范围。5.能够归纳常见的配位聚合物的聚合工艺特点，并用于表达配位聚合中的工程问题。重点：Ziegler-Natta引发剂难点：丙烯配位聚合反应历程讨论主题：1.α-烯烃和二烯烃的配位聚合，在选用Ziegler-Natta引发剂时有哪些不同？除过渡金属种类外，还需考虑哪些问题。（八）第九章聚合物的化学反应学时：2（支撑课程目标1，3）教学内容：知识点要求：1.聚合物的基团反应2.接枝、嵌段、扩链、交联3.降解与老化能力要求：1.能够依据聚合物化学反应特征解释聚合物的基团反应。2.会描述接枝、嵌段、扩链、交联反应的条件、机理及特点，并应用于高分子材的实际制备和应用中。3.能依据降解与老化的原理解释生活中的现象。重点：聚合物的基团反应、接枝、嵌段难点：降解的原理及抗老化的途径讨论主题:1.讨论有些聚合物老化后龟裂变粘，有些则发脆变硬的原因。五、教材与学习资源1.教材潘祖仁主编.《高分子化学》（第五版），北京：化学工业出版社出版，2011.2.参考书目[1]贾红兵主编.《高分子化学导读与题解》，北京：化学工业出版社，2009.[2]韩哲文主编.《高分子化学》，上海：华东理工大学出版社，1996.[3]焦书科主编.《高分子化学习题与解答》，北京：化学工业出版社，2004．[4]GeorgeOdian.PrinciplesofPolymerization.Fourthedition,JohnWiley&Sons,Inc.2004.3.教学资源网站[1]浙江大学《高分子化学》国家精品课/video/?b0fdea5b1b0c7c9b991756.shtml[2]北京化工大学《高分子化学》中国大学MOOC/course/preview/BUCT-1002981003/?tid=1003182007[3]鲁东大学《高分子化学》山东联盟/courseHome/2004243#teachTeam六、课程考核（一）课程考核方法为了易于课程目标的达成评价，要求考试考核内容针对课程目标设计。本课程考核采用分课程目标对应的模块化考核方法。课程考核及各模块的命题须经课程责任教授、专业负责人、学院教学指导委员会根据《高分子材料与工程专业考试命题质量分析及合理性评价审核表》，就考核内容是否体现能力要素考核、与课程目标要求的能力要素一致性、与教学内容相匹配度等进行审核。各模块考核成绩评价对应课程目标达成情况，各课程目标达成的期望值设定为0.7，课程总成绩与各课程目标的权重及组成如表3所示。表3课程目标的权重课程目标1模块课程目标2模块课程目标3模块课程总成绩100分（二）课程目标考核具体要求和评分标准1.课程目标1课程目标1采用期末考试的卷面考核方法，期末考试中模块1的相应试题对应本课程目标。考核点和考核评分标准如表4所示。表4课程目标1考核点和评分标准考核点评分标准权重90-10080-8970-7960-690-59优良中及格不及格A.聚合机理的推演和分析能力熟练掌握缩聚、自由基聚合、离子聚合和配位聚合的聚合机理，全面并灵活应用于推演和分析加聚和缩聚反应中的复杂体系的相关问题。熟练掌握缩聚、自由基聚合、离子聚合和配位聚合的聚合机理，能够用于推演和分析加聚和缩聚反应中的复杂体系的相关问题。掌握相关聚合机理，基本能够用于推演和分析加聚和缩聚反应中的复杂体系的相关问题。基本掌握相关聚合机理，基本可以用于推演和分析加聚和缩聚反应中的复杂体系的相关问题。不能完整掌握相关知识和原理，不能正确用于推演和分析。0.7B.聚合实施方法熟练掌握连锁聚合和逐步聚合的实施方法，全面并灵活应用于推演和分析聚合物合成中的复杂工程问题。熟练掌握连锁聚合和逐步聚合的实施方法，能够用于推演和分析聚合物合成中的复杂工程问题。掌握连锁聚合和逐步聚合的有关实施方法，基本能够用于推演和分析聚合物合成中的复杂工程问题。基本掌握连锁聚合和逐步聚合的有关实施方法，基本可以用于推演和分析聚合物合成中的复杂工程问题。不能完整掌握连锁聚合和逐步聚合的实施方法，不能正确用于推演和分析。0.2C.聚合物的化学反应及应用熟练掌握聚合物的化学反应，全面并灵活应用于推演和分析聚合物制备和使用中的复杂工程问题。熟练掌握聚合物的化学反应，能够用于推演和分析聚合物制备和使用中的复杂工程问题。掌握相关聚合物的化学反应，基本能够用于推演和分析聚合物制备和使用中的复杂工程问题。基本掌握相关聚合物的化学反应，基本可以用于推演和分析聚合物制备和使用中的复杂工程问题。不能完整掌握聚合物的化学反应，不能正确用于推演和分析。0.12.课程目标2课程目标2采用期末考试的卷面考核方法，期末考试中模块2的相应试题对应本课程目标。考核点和考核评分标准如表5所示。表5课程目标2的考核点和评分标准考核点评分标准权重90-10080-8970-7960-690-59优良中及格不及格A.聚合动力学的推衍及表达熟练推衍缩聚、自由基聚合、离子聚合和配位聚合的聚合动力学方程，全面并灵活用于表达聚合反应中的复杂体系的相关问题。熟练推衍缩聚、自由基聚合、离子聚合和配位聚合的聚合动力学方程，能够用于表达聚合反应中的复杂体系的相关问题。推衍相关缩聚、自由基聚合、离子聚合和配位聚合的聚合动力学方程，基本能够用于表达聚合反应中的复杂体系的相关问题。基本能够推衍相关缩聚、自由基聚合、离子聚合和配位聚合的聚合动力学方程，基本可以用于表达聚合反应中的复杂体系的相关问题。不能推衍聚合动力学方程，不能正确用于表达。0.4B.聚合度的控制熟练推导缩聚、自由基聚合和离子聚合的聚合度表达式，全面灵活运用聚合度的控制方法表达聚合物制备、结构与性能相关复杂工程问题。熟练推导缩聚、自由基聚合和离子聚合的聚合度表达式，能够运用聚合度的控制方法表达聚合物制备、结构与性能相关复杂工程问题。能够推导缩聚、自由基聚合和离子聚合的聚合度表达式，基本能够运用聚合度的控制方法表达聚合物制备、结构与性能相关复杂工程问题。基本能够推导缩聚、自由基聚合和离子聚合的聚合度表达式，基本可以运用聚合度的控制方法表达聚合物制备、结构与性能相关复杂工程问题。不能完整推导相关缩聚、自由基聚合和离子聚合的聚合度表达式，不能正确用于表达。0.4C.共聚物组成的预测及调控熟练推导共聚物组成方程，正确预测及调控共聚物组成，全面并灵活用于表达共聚物结构和性能及工程应用中的复杂工程问题。熟练推导共聚物组成方程，较正确预测及调控共聚物组成，能够用于表达共聚合物结构、性质和使用中的复杂工程问题。推导相关共聚物组成方程，能够预测及调控共聚物组成，基本能够用于表达共聚合物结构、性质和使用中的复杂工程问题。基本能够推导相关共聚物组成方程，可以预测及调控共聚物组成，基本可以用于表达共聚合物结构、性质和使用中的复杂工程问题。不能完整推导相关共聚物组成方程，不能正确预测及调控共聚物组成，不能正确用于表达。0.23.课程目标3课程目标3采用课程论文的方式考核。课程论文要求运用本课程的相关科学原理，通过文献研究，分析高分子材料合成或应用中复杂工程问题，并提出可能解决方案。考核点和考核评分标准如表6所示。表6课程目标3的考核点和评分标准考核点评分标准权重90-10080-8970-7960-690-59优良中及格不及格A.本课程原理运用熟练掌握高分子化学的相关原理，全面并灵活用于分析聚合和使用中的复杂问题的解决方案。熟练掌握高分子化学的相关原理，能够用于分析聚合和使用中的复杂问题的解决方案。掌握高分子化学的相关原理，基本能够用于分析聚合和使用中的复杂问题的解决方案。基本掌握高分子化学的相关原理，基本可以用于分析聚合和使用中的