高分子科学基础

高分子科学经过60多年的发展，已成为一门独立的学科，它是高分子合成材料工业的理论基础。近年来，高分子合成材料发展迅猛，不仅产量大，而且品种极其繁多。特别是高功能性材料更是异军突起，这是高分子科学与有机合成化学、凝聚态物理学、生物学、医学、微电子技术等众多学科相互结合的成果。随着高分子工业在国民经济中的地位的提高，高分子科学理论也得到更快、更深入的发展，已日趋完善。
由于高分子科学在国民经济建设和科学技术方面的重要作用，为适应21世纪教学体系和课程内容改革，我们在原“高分子导论”课程的基础上，参考了最近国内外许多高分子方面的教科书和高分子科学研究新成果的资料，根据教学要求和学时规定而编写了这本《高分子科学基础》。本书内容包括高分子物理、高分子合成化学和高分子加工三大部分，是一本适合高校化学与化工专业本科或专科学生学习高分子科学的教科书，也是报考高分子专业研究生的重要参考书。同时，本书亦可供从事高分子生产的技术人员和应用高分子材料的其他领域研究人员使用。
本书着重高分子的基础理论知识介绍，希望用较短的学时，能让学生对高分子科学的内容有个较系统、全面的了解。因而，在章节安排上，本着由本至表的原则，稍偏重高分子物理部分，并首先介绍一根高分子链的结构，再讨论它们聚集在一起的结构，最后阐述具有这些结构的物质应表现出的性能。高分子合成化学部分着重介绍理论成熟、应用最广的自由基聚合和缩聚反应，其他类型聚合则做简单介绍。高分子成型加工部分主要介绍了塑料、橡胶和纤维的成型，加工则未做过多描述。
本书共分9章，第一章绪论，主要讲述高分子的定义、高分子材料的命名和分类，并简单介绍高分子科学的发展史；第二章高分子的链结构、分子量和分子量分布，该章着重介绍构成一根高分子链的原子或基团的连接方式和在空间的形态，简介高分子稀溶液理论，高分子分子量和分子量分布的定义及测定方法；第三章高分子的聚集态结构，该章主要阐述高分子的晶态结构模型、高分子晶体的形态、结晶速度和结晶度，高分子非晶态结构模型，高分子取向态结构，高分子液晶的结构及应用，高分子浓溶液和高分子合金；第四章高分子物质的性能，简述了高分子物质的热运动特性，着重讨论高分子玻璃化转变温度的影响因素，高分子物质的流变学和力学性能，简介了高分子物质的电学性能；第五章与第六章为高分子化合物的合成反应，第五章和第六章分别描述各类连锁加聚反应和各类逐步聚合反应的机理、特点和实施方法，并介绍了几种重要的典型聚合物的工业生产方法、性能和应用；第七章高分子化学反应，讨论高分子官能团变换反应与应用，接枝、嵌段、交联聚合的方法，高分子降解反应的类型和防御方法以及绿色高分子概念；第八章功能高分子，介绍离子交换树脂和离子交换膜、高分子试剂和高分子催化剂、光敏高分子和导电高分子、生物医用高分子的主要优点、合成方法和用途；第九章高分子成型加工，简介塑料、橡胶、纤维的成型原理和方法。每章附习题和主要参考文献。
在力求内容系统性和新颖性的同时，考虑到学时和学生今后从事的专业不同，而将全书分为两部分，一部分为教材主体，另一部分不作授课内容，仅供自学或参考用，亦不出这些内容的习题。这部分内容为：高分子聚集态结构的研究方法、高分子黏度的测定方法、测定聚合物黏弹性的实验方法；黏弹性的力学模型和介电松弛谱；高分子的新聚合法——原子转移聚合、基团转移聚合、开环异位聚合；功能高分子。前两者是对主体部分的进一步充实，后两者则是尚未形成系统理论体系，但体现了高分子发展方向，具有重要理论和应用价值的内容。这部分内容除功能高分子自成一章外，其余分散在相关章节中，以保持全书章节安排的条理性。这部分对于对高分子专业感兴趣或将报考高分子专业研究生的学生是很有必要的。
本书承蒙程时院士(第一章到第三章)、薛奇教授(第四章)、余学海教授(第五章到第八章)、杨昌正教授(第九章)、林承毅教授和朱育平副教授(第三章第七节)给予精心审阅，提出许多宝贵的修改意见，使本书避免了许多安排不当和失误，在此表示衷心感谢。
由于时间的仓促，水平有限，本书难免在内容安排和文字表达上出现不足和错误，恳请读者和同行们不吝指教。

编者
2003年6月

本书系统地介绍了高分子科学这一学科的各方面基础知识。本书主要介绍高分子物理、高分子合成化学和高分子加工三大部分，结合了许多国内外高分子科学研究的新成果，按教学要求和学时规定进行了编写，同时注重了理论知识的阐述和实用技术的介绍。

第一章绪论１
第一节高分子科学的基本概念及发展简史１
一、基本概念１
二、高分子科学发展简史１
第二节高分子化合物的分类和命名４
一、分类４
二、命名５
习题与思考题８
参考文献９
第二章高分子的分子链结构、分子量和分子特性１０
第一节高分子链的近程结构１０
一、结构单元的化学组成１０
二、共价键的键长和键角１１
三、键接结构１２
四、高分子链的构型１３
五、支化和交联１４
六、共聚物的序列结构１５
第二节高分子链的远程结构１６
一、小分子的分子内旋转运动１７
二、高分子链的单键内旋转１８
三、高分子链的螺旋结构１９
四、高分子链的柔顺性２１
第三节高分子稀溶液２４
一、高分子的溶解２４
二、溶剂的选择２６
三、高分子溶液的热力学性质２７
第四节高分子的分子量和分子量分布３４
一、平均分子量和分子量分布概念３４
二、分子量测定方法３７
三、分子量分布测定法４３
习题与思考题４７
参考文献４７
第三章高分子的聚集态结构４８
第一节高分子间的作用力４８
一、范德华力４８
二、氢键４９
三、内聚能密度４９
第二节高分子的结晶结构５０
一、高分子晶态结构的特征５０
二、高分子的晶态结构模型５２
三、高分子晶体的形态５４
四、高分子的结晶度与结晶速度５８
第三节聚合物的非晶态结构６１
一、无规线团模型６２
二、折叠链缨状胶束粒子模型６３
第四节高分子的取向态结构６３
一、取向现象６３
二、取向过程与应用６４
三、取向度及其测定方法６５
第五节高分子液晶态结构６５
一、液晶态结构６５
二、高分子液晶的结构与性能６６
三、高分子液晶的应用６８
第六节高分子合金和浓溶液６８
一、高分子共混物——“高分子合金”的结构６８
二、高分子浓溶液７０
第七节高分子聚集态结构的研究方法７３
一、X射线衍射法７３
二、光学显微镜与电子显微镜７７
三、激光光散射法７９
习题与思考题８１
参考文献８２
第四章高分子材料的性能８３
第一节聚合物的分子热运动和热性能８３
一、高分子热运动的特点８３
二、聚合物的力学状态和热转变８４
三、聚合物的玻璃化转变８６
四、高分子的黏性流动９８
五、高分子材料的热性能１０５
第二节高分子的力学性能１０８
一、玻璃态和结晶态聚合物的力学性能１０９
二、高弹性１１４
三、黏弹性１１５
第三节聚合物的电学性能１２６
一、聚合物的极化和介电性能１２６
二、高分子的导电性１３３
三、聚合物的介电击穿１３５
四、聚合物的静电现象１３６
习题与思考题１３７
参考文献１３９
第五章高分子合成(Ⅰ)——连锁加聚反应１４０
第一节高分子化合物的合成反应及连锁加聚反应１４０
一、前言１４０
二、高分子的合成反应原理１４０
三、连锁聚合反应的基本概念１４１
第二节自由基聚合１４４
一、自由基聚合的基本反应１４４
二、自由基聚合反应动力学１５０
三、自由基共聚１５４
四、自由基聚合的实施方法１６０
五、原子转移自由基聚合１６２
第三节离子型聚合与配位定向聚合１６４
一、阳离子聚合反应１６４
二、阴离子聚合１６８
三、离子型共聚１７２
四、定向聚合与ＺｉｅｇｌｅｒＮａｔｔａ型催化剂１７２
第四节基团转移聚合１７５
一、GTP机理１７６
二、GTP的特点１７６
三、基团转移聚合的应用１７８
习题与思考题１７９
参考文献１８０
第六章高分子合成(Ⅱ)——逐步聚合反应１８２
第一节缩聚反应１８２
一、定义与分类１８２
二、线型缩聚反应１８３
三、体型缩聚反应１８７
四、缩聚反应的实施方法１８９
五、几种缩聚产物１９１
第二节聚加成和加成缩合反应１９３
一、聚加成１９３
二、加成缩合反应１９５
第三节开环聚合反应１９６
一、概述１９６
二、环醚的开环聚合１９７
三、内酰胺及内酯的开环聚合１９９
四、环状硅氧烷的开环聚合２００
五、环状缩甲醛的开环聚合２０１
六、Ｎ羧基α氨基酸酐的聚合２０２
七、开环异位聚合２０２
习题与思考题２０３
参考文献２０４
第七章高分子的化学反应２０５
第一节高分子化学反应的分类与特性２０５
一、高分子化学反应类型２０５
二、高分子化学反应的特征２０５
第二节高分子官能团变换反应２０６
一、影响高分子官能团反应能力的因素２０６
二、高分子官能团变换反应的应用２０８
第三节接枝、嵌段和交联反应２１０
一、接枝聚合反应２１０
二、嵌段共聚反应２１３
三、交联反应２１６
第四节高分子的降解反应２１８
一、热降解２１８
二、氧化降解２２１
三、光降解和光氧化２２２
四、机械降解２２４
五、绿色高分子概念２２５
习题与思考题２２６
参考文献２２７
第八章功能高分子２２８
第一节离子交换树脂、离子交换膜及高分子螯合剂２２８
一、离子交换树脂２２８
二、离子交换膜２２９
三、高分子螯合剂２３１
第二节高分子试剂和高分子催化剂２３３
一、高分子试剂２３３
二、高分子催化剂２４３
第三节光敏高分子和导电性高分子２４６
一、光敏高分子２４６
二、导电性高分子２５４
第四节生物医用高分子２５８
一、医用高分子材料２５８
二、高分子药物２６１
参考文献２６３
第九章高分子的成型加工２６５
第一节塑料的成型加工２６５
一、塑料的分类２６５
二、塑料的组成２６５
三、塑料的成型方法２６７
第二节橡胶的加工２７３
一、干胶制品的成型加工２７３
二、胶乳制品的制备２７７
三、其他类型的橡胶及成型加工法２７８
第三节纤维的纺丝与加工２７８
一、形成纤维的方法——纺丝２７９
二、纺织丝的制备２８１
三、加工成布法２８２
习题与思考题２８３
参考文献２８３