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大连理工大学085602化学工程《879高分子化学及物理之高分子化学

第一章高分子化学概述

高分子化学是一门研究高分子化合物的结构、性能、合成和应用的科学。它涉及从单体到高分子的整个合成过程，以及高分子在各个领域的应用。高分子化合物是由许多重复单元通过化学键连接而成的大分子，它们在自然界和人工合成中都普遍存在。高分子化学的研究对于理解高分子材料的性质和应用具有重要意义。

(1)高分子化学的研究内容主要包括高分子化合物的结构、性能、合成方法和应用等方面。结构研究关注高分子的分子结构、构象、链结构以及聚集态结构等；性能研究则涉及高分子材料的力学性能、热性能、电性能、光学性能等；合成方法研究则包括聚合反应机理、聚合工艺和聚合物的改性等；应用研究则关注高分子材料在各个领域的应用，如塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、复合材料等。

(2)高分子化学的发展历程可以追溯到19世纪末，当时人们发现了天然橡胶和纤维素等高分子化合物。20世纪初，随着合成高分子材料的出现，高分子化学得到了迅速发展。尤其是20世纪中叶以来，随着高分子材料在工业、农业、医药、军事等领域的广泛应用，高分子化学已经成为一门重要的学科。在现代，高分子化学的研究已经扩展到了生物高分子、功能高分子、智能高分子等领域。

(3)高分子化学的研究方法包括实验研究和理论计算。实验研究主要包括合成实验、表征实验和应用实验等。合成实验旨在研究不同单体和聚合反应条件对高分子材料结构和性能的影响；表征实验用于确定高分子的分子量、分子量分布、结构、构象等；应用实验则关注高分子材料在实际应用中的性能表现。理论计算则通过建立高分子材料的分子模型，从理论上预测其性能和结构。随着计算机技术的发展，理论计算在高分子化学研究中扮演着越来越重要的角色。

第二章高分子的组成与结构

(1)高分子化合物的组成主要包括单体、引发剂、链转移剂、终止剂等。单体是聚合反应的基本单元，常见的单体有乙烯、丙烯、苯乙烯等。例如，聚乙烯（PE）是由乙烯单体通过自由基聚合反应得到的高分子材料，其分子式为(C2H4)n，其中n表示重复单元的数量。引发剂用于启动聚合反应，常见的引发剂有过氧化物、自由基引发剂等。如过氧化苯甲酰（BPO）在聚苯乙烯（PS）的合成中起到引发作用。

(2)高分子的结构可以分为化学结构、构象结构和聚集态结构。化学结构是指高分子链中重复单元的化学组成和连接方式，如聚丙烯（PP）的化学结构为(C3H6)n，其重复单元为丙烯单体。构象结构是指高分子链在空间中的排列方式，如聚乙烯的构象结构主要为线形和支链结构。聚集态结构是指高分子材料在宏观尺度上的排列方式，如聚合物薄膜、纤维等。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的聚集态结构为部分取向的纤维结构，这使得PET具有高强度和良好的耐热性。

(3)高分子材料的性能与其组成和结构密切相关。例如，聚乙烯的分子量对其力学性能有显著影响。研究表明，聚乙烯的分子量越大，其拉伸强度和断裂伸长率越高。另外，聚丙烯的结晶度对其热性能有重要影响。结晶度高的聚丙烯具有更高的熔点和热稳定性。在实际应用中，通过调整高分子材料的组成和结构，可以优化其性能。如聚碳酸酯（PC）通过引入不同单体和调节分子量，可以制备出具有不同力学性能和透明度的材料。

第三章高分子的性质

(1)高分子材料的力学性能是衡量其应用价值的重要指标之一。这些性能包括拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和硬度等。以聚丙烯（PP）为例，其拉伸强度通常在30-40MPa之间，断裂伸长率在500%-600%之间。在实际应用中，聚丙烯通过加入增韧剂和填充剂，如碳纤维和玻璃纤维，可以显著提高其冲击强度，使其在低温下仍保持良好的韧性。例如，汽车保险杠和家电外壳常采用这种改性聚丙烯材料。

(2)高分子的热性能与其在工业和日常生活中的应用密切相关。熔点、热稳定性和热导率是衡量高分子热性能的关键参数。以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为例，其熔点约为250℃，热稳定性好，适用于制作饮料瓶、薄膜和纤维。聚氯乙烯（PVC）的熔点约为160℃，具有良好的耐热性和耐化学性，常用于管道、电缆和建筑材料。此外，聚苯乙烯（PS）的热导率较低，约为0.036W/(m·K)，在隔热材料中得到了广泛应用。

(3)高分子材料的电性能也是其应用领域的重要考量因素。电性能包括介电常数、损耗角正切和电导率等。例如，聚四氟乙烯（PTFE）具有极高的介电常数（约2.1）和极低的损耗角正切（小于0.01），在电子、电气和航空航天领域有着广泛的应用。聚酰亚胺（PI）具有优异的耐热性和介电性能，其介电常数为3.0-3.6，损耗角正切小于0.001，适用于高性能电子设备。此外，聚苯硫醚（PPS）的电导率较低，约为10^-15S/m，在防静电和导电材料中具有重要作用。