高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)

前言

第二版前言20世紀(jì)30年代，HStaudinger發(fā)表了劃時(shí)代的“論聚合”，建立了高分子學(xué)說(shuō)，70多年來(lái)，以WHCarothers、KZigler、GNatta、PJFlory等為代表的科學(xué)家們?cè)诟叻肿涌茖W(xué)方面做出了杰出的貢獻(xiàn)，與此同時(shí)，廣大科技工作者為高分子科學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。迄今為止，高分子學(xué)科已發(fā)展成比較完整的科學(xué)體系，即“高分子科學(xué)與工程”。它既是一門新興的基礎(chǔ)學(xué)科，也是直接面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合的近代學(xué)科，且已滲透到各個(gè)工業(yè)部門和科技領(lǐng)域，成為影響一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平的重要因素之一。高分子化學(xué)與物理則是高分子科學(xué)與工程的理論基礎(chǔ)，而高分子工程，包括聚合反應(yīng)工程、高分子加工成型工藝，是高分子科學(xué)與生產(chǎn)、應(yīng)用之間的橋梁。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)理工科的本科教學(xué)有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。一方面，大學(xué)教育為了適應(yīng)培養(yǎng)大量高素質(zhì)人才的需要，強(qiáng)化了計(jì)算機(jī)、外語(yǔ)和大學(xué)體育的教學(xué)，同時(shí)增加了人文、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及法律方面的課程。這就需要學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握更多的知識(shí)，往往以縮短專業(yè)基礎(chǔ)或?qū)I(yè)課學(xué)時(shí)來(lái)緩解學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，所以為了保證專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課的教學(xué)質(zhì)量，除了不斷地提高相關(guān)教師的教學(xué)水平和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性外，對(duì)教材進(jìn)行改革是必不可少的舉措；另一方面，由于高分子對(duì)各個(gè)工業(yè)部門和科技領(lǐng)域的滲透作用已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，所以在中國(guó)現(xiàn)行的本科專業(yè)中，如“化學(xué)”、“應(yīng)用化學(xué)”、“材料化學(xué)”、“材料物理”、“復(fù)合材料”、“化學(xué)工程與工藝”、“林產(chǎn)化工”、“輕化工程”、“包裝工程”、“紡織工程”、“生物工程”、“制藥工程”、“環(huán)境工程”以及“生物科學(xué)”、“生物技術(shù)”、“水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”等許多非高分子專業(yè)的必修課和選修課的教學(xué)中已經(jīng)安排了或?qū)⒁才乓恍┯嘘P(guān)高分子方面的課程，授課學(xué)時(shí)一般從32～96學(xué)時(shí)不等，側(cè)重點(diǎn)也有所不同。根據(jù)這樣的發(fā)展趨勢(shì)和南京工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、常州大學(xué)、鹽城工學(xué)院等院校多年來(lái)對(duì)于各種專業(yè)教授高分子化學(xué)與物理相關(guān)課程的教學(xué)講義和積累的經(jīng)驗(yàn)，編寫(xiě)了這本教材。教材的編寫(xiě)中，注意突出以下幾點(diǎn)。①精簡(jiǎn)了《高分子化學(xué)》和《高分子物理》中的重復(fù)部分，并在高分子化學(xué)和高分子物理內(nèi)容上力求均衡和貫穿。②注重系統(tǒng)地闡述現(xiàn)代高分子科學(xué)已成熟的基本概念、基本知識(shí)、基本原理和基本測(cè)試方法。對(duì)涉及高分子科學(xué)的研究前沿的理論、測(cè)試方法以及高分子的新品種介紹等內(nèi)容只是點(diǎn)到為止，用以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不作太多的討論和介紹。期望學(xué)生能夠在聚合反應(yīng)工程、高分子加工成型工藝、現(xiàn)代測(cè)試方法等后繼專業(yè)課程及研究生課程中或通過(guò)自學(xué)而學(xué)習(xí)到這些內(nèi)容，本教材只是為其奠定基礎(chǔ)。③凡是涉及諸如高分子的合成原理、鏈結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)、聚集態(tài)及高分子性質(zhì)等基礎(chǔ)內(nèi)容的章節(jié)確保其完整性和系統(tǒng)性，便于不同專業(yè)的教師授課時(shí)進(jìn)行取舍，與此同時(shí)更注意前后章節(jié)之間的銜接性及邏輯關(guān)系，便于記憶和溫習(xí)。縱觀高分子學(xué)科的發(fā)展歷史，再?gòu)母叻肿拥幕A(chǔ)理論用于科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的思維過(guò)程來(lái)看，“高分子化學(xué)”和“高分子物理”從來(lái)就不是截然分開(kāi)的。作為一種嘗試，本教材試圖對(duì)“高分子化學(xué)”和“高分子物理”的基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行糅合和精簡(jiǎn)，成為一體。但是在實(shí)際的編寫(xiě)過(guò)程中深深地感覺(jué)到這是一件非常困難的事情。令人欣慰的是本教材自2005年出版以來(lái)深受各個(gè)層次(博士、碩士及各類本科專業(yè))師生們的厚愛(ài)和其他讀者的歡迎，已有6次印刷。另從收集的各方面信息來(lái)看，廣大讀者也是褒遠(yuǎn)大于貶，給編者以極大的鼓勵(lì)和鞭策，為此而再版。根據(jù)大多數(shù)讀者的意見(jiàn)，編者在第二版的編寫(xiě)中主要作了下述努力：首先，在保留第一版特色的基礎(chǔ)上對(duì)篇幅略作刪減；其次，在調(diào)整了第一版許多不足之處的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)了章節(jié)之間的銜接性；第三，編寫(xiě)了《高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題解》，作為本教材的配套參考教材。本書(shū)共分11章。第1章緒論和第10章高分子溶液基本性質(zhì)由魏無(wú)際教授編寫(xiě)，并對(duì)全書(shū)進(jìn)行了統(tǒng)稿和定稿。第2章縮聚及其他逐步聚合反應(yīng)由關(guān)建寧教授編寫(xiě)。第3章自由基聚合反應(yīng)由李堅(jiān)教授編寫(xiě)。第4章離子型聚合和配位聚合和第6章高分子的化學(xué)反應(yīng)由江國(guó)棟老師編寫(xiě)，并由江國(guó)棟老師對(duì)全書(shū)進(jìn)行了校對(duì)和整理。第5章共聚合反應(yīng)由崔益華教授編寫(xiě)，并對(duì)第1～6章進(jìn)行了統(tǒng)稿。第9章高分子固體的基本力學(xué)性質(zhì)由潘力佳老師編寫(xiě)。第11章高分子的電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)基本性質(zhì)由魯鋼老師編寫(xiě)。第7章高分子的結(jié)構(gòu)和第8章高分子的分子運(yùn)動(dòng)、力學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變由俞強(qiáng)教授編寫(xiě)，并對(duì)第7～11章進(jìn)行了統(tǒng)稿。本書(shū)是在參考了國(guó)內(nèi)外眾多優(yōu)秀的高分子教科書(shū)和著作的基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成的，對(duì)這些作者深表敬意和感謝。在第二版的編寫(xiě)中，盡管編者作出了努力，但是由于水平有限，仍可能有不足之處，敬請(qǐng)讀者及時(shí)指正。編者2011年6月

內(nèi)容概要

本教材是在第一版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改完善。全書(shū)共分為11章，第1章緒論；第2章縮聚及其他逐步聚合反應(yīng)；第3章自由基聚合反應(yīng)；第4章離子型聚合和配位聚合；第5章共聚合反應(yīng)；第6章高分子的化學(xué)反應(yīng)；第7章高分子的結(jié)構(gòu)；第8章高分子的分子運(yùn)動(dòng)、力學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變；第9章高分子固體的基本力學(xué)性質(zhì)；第10章高分子溶液的基本性質(zhì)；第11章高分子電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)的基本性質(zhì)。各章獨(dú)立性相對(duì)較強(qiáng)，各專業(yè)在講授時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行增減。
根據(jù)大多數(shù)讀者的意見(jiàn)，編者在第二版的編寫(xiě)中主要作了下述努力：首先，在保留第一版特色的基礎(chǔ)上對(duì)篇幅略作了進(jìn)一步的減少；其次，在調(diào)整了第一版許多不足之處的基礎(chǔ)上進(jìn)一步地加強(qiáng)了章節(jié)之間的銜接性；第三，編寫(xiě)了《高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題解》，作為本教材的配套參考教材。
本書(shū)適合作為各類非高分子專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課或選修課教材，也可作為高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)教科書(shū)，還適合于作為非高分子專業(yè)的廣大工程技術(shù)人員自學(xué)入門教材或參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章　緒論
　1.1　高分子科學(xué)的建立和發(fā)展
　1.1.1　高分子科學(xué)的發(fā)展歷史
　1.1.2　高分子科學(xué)體系及發(fā)展趨勢(shì)
　1.2　高分子化合物的基本概念
　1.2.1　高分子、大分子、聚合物和高聚物
　1.2.2　高分子的分子量及其多分散性
　1.3　高分子的分類與命名
　1.3.1　高分子的分類
　1.3.2　高分子的命名
　1.3.3　高分子結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)及英文縮寫(xiě)
　1.4　高分子合成反應(yīng)的分類
　1.4.1　按元素組成和結(jié)構(gòu)變化關(guān)系分類
　1.4.2　按反應(yīng)機(jī)理分類
　1.5　高分子的結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)及其性能特點(diǎn)
　1.5.1　高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　1.5.2　高分子的物理狀態(tài)
　習(xí)題
第2章　縮聚及其他逐步聚合反應(yīng)
　2.1　聚合反應(yīng)類型及特點(diǎn)
　2.2　縮聚反應(yīng)
　2.2.1　縮聚反應(yīng)的單體和類型
　2.2.2　官能度、官能度體系及等活性理論
　2.2.3　縮聚反應(yīng)的逐步性和可逆性
　2.3　線型縮聚反應(yīng)
　2.3.1　線型縮聚物的形成條件
　2.3.2　反應(yīng)程度和聚合度
　2.3.3　線型縮聚反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
　2.3.4　影響縮聚平衡的因素、平衡常數(shù)與聚合度
　2.4　線型縮聚的分子量的控制及分子量分布
　2.4.1　縮聚分子量的控制
　2.4.2　線型縮聚高分子分子量分布
　2.5　體型縮聚反應(yīng)
　2.5.1　體型縮聚反應(yīng)的歷程和特點(diǎn)
　2.5.2　凝膠點(diǎn)及其預(yù)測(cè)
　2.6　其他逐步聚合反應(yīng)簡(jiǎn)介
　2.6.1　逐步加成聚合——聚氨酯的制備
　2.6.2　Diels?Alder聚合
　2.6.3　氧化偶合聚合
　2.7　縮聚的實(shí)施方法
　2.7.1　熔融縮聚
　2.7.2　溶液縮聚
　2.7.3　界面縮聚
　2.7.4　固相縮聚
　習(xí)題
第3章　自由基聚合反應(yīng)
第4章　離子型聚合和配位聚合
第5章　共聚合反應(yīng)
第6章　高分子的化學(xué)反應(yīng)
第7章　高分子的結(jié)構(gòu)
第8章　高分子的分子運(yùn)動(dòng)、力學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變
第9章　高分子固體的基本力學(xué)性質(zhì)
第10章　高分子溶液的基本性質(zhì)
第11章　高分子電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)的基本性質(zhì)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：由于結(jié)晶高分子中晶區(qū)和非晶區(qū)共存，所以結(jié)晶度對(duì)高分子力學(xué)性能的影響要根據(jù)非晶區(qū)處于玻璃態(tài)和處于高彈態(tài)兩種情況來(lái)討論。當(dāng)非晶區(qū)處于高彈態(tài)時(shí)，隨結(jié)晶度的增加，高分子的彈性模量、硬度、拉伸強(qiáng)度等反映材料剛性的力學(xué)性能指標(biāo)都增大，而反映材料韌性的斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度則下降。當(dāng)非晶區(qū)處于玻璃態(tài)時(shí)，結(jié)晶度的增加對(duì)彈性模量的影響不大，因?yàn)榫B(tài)與非晶態(tài)的模量本來(lái)就十分接近；但是隨結(jié)晶度的增加，高分子變得很脆，拉伸強(qiáng)度因而下降，斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度也表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。結(jié)晶對(duì)高分子力學(xué)性能的影響，還與球晶的大小有密切關(guān)系。大尺寸球晶往往使制品內(nèi)部缺陷增多。脆性增大，力學(xué)性能變差。7.6.2.2光學(xué)性能晶區(qū)內(nèi)分子鏈之間規(guī)整、緊密排列，密度大于非晶區(qū)。物質(zhì)的折射率與密度有關(guān)。由于晶區(qū)和非晶區(qū)的密度不同，它們的折射率也不同。當(dāng)光線通過(guò)結(jié)晶高分子時(shí)，一般不能直接穿過(guò)，而是在晶區(qū)和非晶區(qū)的界面上發(fā)生折射和反射，所以結(jié)晶高分子通常呈乳白色，不透明，例如聚乙烯、尼龍等。而完全非晶的高分子通常都是透明的，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。要改善結(jié)晶高分子的透明性，可以采取下列幾種方法。（1）減小高分子結(jié)晶度通過(guò)減少高分子中晶區(qū)部分的含量，可以減輕光線在相界面上的折射和反射現(xiàn)象，從而增加透明性。但是這種透明性的改善以犧牲材料的力學(xué)性能和熱性能為代價(jià)。（2）晶區(qū)密度和非晶區(qū)密度盡可能接近當(dāng)晶區(qū)密度與非晶區(qū)密度非常接近時(shí)，兩相的折射率基本相同，光線在相界面上幾乎不發(fā)生折射和反射，從而得到透明的結(jié)晶高分子材料。例如聚4-甲基-1-戊烯，它的分子鏈上有一個(gè)較大的側(cè)基，使得結(jié)晶時(shí)分子鏈之間的排列不太緊密，晶區(qū)密度較小，與非晶區(qū)的密度相仿。在各種結(jié)晶高分子中，聚4-甲基-1-戊烯是唯一的透明結(jié)晶高分子。（3）減小晶區(qū)尺寸當(dāng)晶區(qū)的尺寸小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)（400～700nm）時(shí)，光線可以不進(jìn)入晶區(qū)而直接從非晶區(qū)穿過(guò)，這樣在相界面的折射和反射都不發(fā)生，材料可以表現(xiàn)出優(yōu)良的透明性。所以對(duì)于許多結(jié)晶高分子，為了提高其透明性，采用在成型加工過(guò)程中加入成核劑的方法，降低球晶的尺寸，增加透明性和其他性能。

編輯推薦

《高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)(第2版)》是普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材之一。

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