《高分子化學(xué)》教材從合成樹脂及塑料、合成橡膠、合成纖維等高分子的生產(chǎn)、改性及應(yīng)用的要求出發(fā),系統(tǒng)介紹從單體原料到聚合物產(chǎn)品的各類聚合反應(yīng)機理,重點講授各類聚合反應(yīng)的動力學(xué)特征和聚合產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)調(diào)控原理。
本教材在保持縮聚和自由基聚合相關(guān)內(nèi)容科學(xué)性和系統(tǒng)性的同時,對離子聚合、配位聚合、開環(huán)聚合及高分子反應(yīng)等章節(jié)內(nèi)容進行梳理,厘清各反應(yīng)機理、反應(yīng)動力學(xué)特征、代表性聚合物的結(jié)構(gòu)控制方法和措施等,并結(jié)合這幾類聚合反應(yīng)近十幾年的研究進展與理論發(fā)展及完善情況,介紹各類典型聚合物的合成、性能及應(yīng)用,理論聯(lián)系實際,以加深學(xué)生對高分子化學(xué)基礎(chǔ)理論的全面理解和掌握。
針對高分子化學(xué)領(lǐng)域日新月異的發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合課程相關(guān)的基礎(chǔ)概念、基本原理、反應(yīng)機理與高分子材料的實際應(yīng)用及發(fā)展前景,對內(nèi)容進行適度更新和系統(tǒng)優(yōu)化。
每章后提供20余道習(xí)題,掃描二維碼可獲取100余頁習(xí)題解析和答案,方便教學(xué)使用。
本書是高等學(xué)校高分子材料與工程、化學(xué)化工等專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生教材,也可供相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和技術(shù)人員參考。
李悅生,天津大學(xué) 教授。
2005年,“國家杰出青年基金”獲得者,結(jié)題時評為“特優(yōu)”
2005年,中國科學(xué)院-拜耳青年科學(xué)家獎
2007年,國務(wù)院政府特殊津貼
2008年,吉林省有特殊貢獻的專家
2009年,中國科學(xué)院-朱李月華優(yōu)秀教師獎
2011年,中國石油與化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(省部級),科技進步一等獎
1999年,中國科學(xué)院“百人計劃”獲得者
先后承擔(dān)國家杰出青年基金項目(2005年)、國家973項目課題1項、國家863項目課題1項、國家自然科學(xué)基金重點項目3項、國家自然科學(xué)基金重大項目課題1項。現(xiàn)任天津大學(xué)學(xué)術(shù)委員會和學(xué)位委員會委員、天津大學(xué)學(xué)學(xué)位委員會第四分委會主席、“高分子學(xué)報”等雜志編委等。
主要研究領(lǐng)域:高分子材料合成新方法:過渡金屬催化聚合、活性/可控自由基聚合、有機分子催化聚合等;拓樸結(jié)構(gòu)高分子合成與性能:超支化高分子、星型高分子、嵌段與接枝高分子;由生物資源合成高分子材料。
第1章緒論
1.1高分子的基本概念 001
1.2高分子的分類和命名 003
1.2.1高分子的分類 003
1.2.2高分子的命名 004
1.3聚合反應(yīng) 007
1.3.1按單體和聚合物在組成與結(jié)構(gòu)上的變化分類 007
1.3.2按聚合反應(yīng)機理分類 008
1.4聚合物分子量及其分布 009
1.4.1平均分子量 010
1.4.2分子量分布 012
1.5大分子微結(jié)構(gòu) 013
1.5.1序列結(jié)構(gòu) 013
1.5.2立體異構(gòu) 014
1.6線形、支鏈形和交聯(lián)聚合物 015
1.7凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與熱轉(zhuǎn)變 016
1.8高分子材料的力學(xué)性能 017
1.9高分子化學(xué)發(fā)展簡史 018
本章綱要 021
習(xí)題 022
第2章逐步聚合與縮合聚合
2.1逐步聚合概述 024
2.1.1逐步聚合定義與分類 024
2.1.2縮聚反應(yīng)特點 025
2.1.3逐步加成聚合 026
2.1.4氧化偶聯(lián)聚合 028
2.2縮聚反應(yīng) 028
2.2.1單體的官能團與官能度 028
2.2.2縮合反應(yīng)與縮聚反應(yīng) 029
2.2.3縮聚反應(yīng)類型 031
2.2.4縮聚反應(yīng)的成環(huán)傾向 033
2.3線形縮聚反應(yīng)機理 035
2.3.1縮聚反應(yīng)的逐步特性 035
2.3.2縮聚反應(yīng)的可逆性 036
2.3.3縮聚中的副反應(yīng) 037
2.4線形縮聚反應(yīng)動力學(xué) 038
2.4.1官能團等活性概念 038
2.4.2不可逆線形縮聚動力學(xué) 040
2.4.3可逆平衡線形縮聚反應(yīng)動力學(xué) 044
2.5線形縮聚物的聚合度 045
2.5.1反應(yīng)程度和平衡常數(shù)對聚合度的影響 045
2.5.2官能團數(shù)比對聚合度的影響 047
2.6線形縮聚物的聚合度分布 049
2.6.1聚合度分布函數(shù) 049
2.6.2聚合度分布指數(shù) 050
2.7體形逐步縮聚 051
2.7.1體形逐步聚合與凝膠點 051
2.7.2Carothers方程預(yù)測凝膠點 051
2.7.3統(tǒng)計學(xué)方法預(yù)測凝膠點 053
2.7.4凝膠點的實驗測定 055
2.7.5無規(guī)預(yù)聚物 056
2.7.6結(jié)構(gòu)預(yù)聚物 059
2.8縮聚反應(yīng)實施方法 062
2.8.1熔融縮聚 062
2.8.2溶液縮聚 063
2.8.3界面縮聚 063
2.8.4固相縮聚 065
2.9線形逐步聚合物 065
2.9.1聚酯 066
2.9.2聚酰胺 068
2.9.3聚碳酸酯 071
2.9.4聚氨酯與聚脲 072
2.9.5聚苯醚與聚苯硫醚 074
2.9.6聚芳醚酮與聚芳醚砜 076
2.9.7聚酰亞胺和梯形聚合物 079
本章綱要 083
習(xí)題 084
第3章自由基聚合
3.1鏈?zhǔn)骄酆细攀?087
3.2烯類單體的聚合機理 088
3.2.1鏈?zhǔn)骄酆蠁误w 088
3.2.2烯類單體對聚合機理的選擇性 089
3.3鏈?zhǔn)骄酆系姆磻?yīng)熱力學(xué) 092
3.3.1聚合熱 093
3.3.2聚合反應(yīng)的上限溫度 095
3.3.3壓力對聚合-解聚平衡的影響 097
3.4自由基聚合機理 097
3.4.1鏈引發(fā) 098
3.4.2鏈增長 099
3.4.3鏈終止 100
3.4.4鏈轉(zhuǎn)移 101
3.5引發(fā)劑與引發(fā)反應(yīng) 103
3.5.1引發(fā)劑種類 103
3.5.2引發(fā)劑分解動力學(xué) 107
3.5.3引發(fā)效率 109
3.5.4引發(fā)劑的選擇 110
3.6其他引發(fā)反應(yīng) 111
3.6.1熱引發(fā)聚合 111
3.6.2光引發(fā)聚合 112
3.6.3輻射與等離子體引發(fā)聚合 114
3.7聚合反應(yīng)速率 115
3.7.1聚合動力學(xué)研究方法 116
3.7.2聚合初期的微觀動力學(xué) 117
3.7.3凝膠效應(yīng)和聚合宏觀動力學(xué) 121
3.8平均聚合度和鏈轉(zhuǎn)移 124
3.8.1無鏈轉(zhuǎn)移時的平均聚合度 124
3.8.2有鏈轉(zhuǎn)移時的平均聚合度 125
3.9聚合度分布 130
3.9.1歧化終止時的聚合度分布 130
3.9.2偶合終止時的聚合度分布 131
3.10阻聚與緩聚 133
3.10.1阻聚劑類型及阻聚機理 134
3.10.2烯丙基單體的自阻聚作用 136
3.10.3阻聚效率和阻聚常數(shù) 136
3.10.4阻聚劑在自由基聚合動力學(xué)參數(shù)測定中的應(yīng)用 137
3.11“活性 可控”自由基聚合 139
3.11.1活性聚合的概念 139
3.11.2實現(xiàn)“活性 可控”自由基聚合的策略 139
3.11.3原子轉(zhuǎn)移自由基聚合 141
3.11.4可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合 142
3.11.5氮氧自由基調(diào)控聚合 143
3.11.6“活性 可控”自由基聚合的應(yīng)用 144
本章綱要 145
習(xí)題 147
第4章自由基共聚合
4.1自由基共聚合概述 151
4.1.1共聚物的類型 151
4.1.2共聚物的命名 153
4.1.3研究共聚合的意義 154
4.2二元共聚物的組成 155
4.2.1共聚物組成微分方程 155
4.2.2共聚物組成曲線 161
4.2.3轉(zhuǎn)化率對共聚物組成的影響 164
4.3共聚物微結(jié)構(gòu)和鏈段分布 169
4.4多元共聚 171
4.5競聚率的測定及影響因素 174
4.5.1競聚率的測定 174
4.5.2競聚率的影響因素 178
4.6單體和自由基的活性 180
4.6.1單體的相對活性 180
4.6.2自由基的活性 181
4.6.3取代基對單體活性和自由基活性的影響 181
4.7Q-e概念 184
4.8共聚合反應(yīng)速率 186
4.8.1化學(xué)控制鏈終止 186
4.8.2擴散控制鏈終止 187
本章綱要 188
習(xí)題 190
第5章自由基聚合實施方法
5.1聚合實施方法概述 193
5.2本體聚合 195
5.2.1體系組成與聚合特征 195
5.2.2本體聚合的應(yīng)用 195
5.3溶液聚合 198
5.3.1自由基溶液聚合 198
5.3.2工業(yè)自由基溶液聚合 199
5.4懸浮聚合 201
5.4.1懸浮聚合概述 201
5.4.2懸浮聚合體系 201
5.4.3懸浮聚合的成粒過程 202
5.4.4微懸浮聚合 205
5.4.5懸浮聚合工藝 206
5.5乳液聚合 207
5.5.1乳液聚合概述 207
5.5.2乳液聚合體系組成 207
5.5.3乳液形成機制 209
5.5.4乳液聚合機理 211
5.5.5乳液聚合動力學(xué) 214
5.5.6乳液聚合相關(guān)方法 216
本章綱要 220
習(xí)題 221
第6章陰離子聚合
6.1陰離子聚合概述 223
6.2碳陰離子的形成、結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性 224
6.3陰離子聚合的烯類單體 225
6.4引發(fā)劑與鏈引發(fā)反應(yīng) 228
6.4.1電子轉(zhuǎn)移引發(fā) 228
6.4.2陰離子引發(fā) 230
6.4.3中性Lewis堿引發(fā) 233
6.4.4單體和引發(fā)劑的匹配性 233
6.5鏈增長反應(yīng)及其影響因素 234
6.6鏈終止反應(yīng) 236
6.7鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng) 238
6.8活性陰離子聚合 240
6.8.1活性陰離子聚合特征 240
6.8.2活性陰離子聚合動力學(xué) 242
6.9陰離子聚合的影響因素 243
6.10陰離子聚合的立體選擇性 248
6.11陰離子聚合的工業(yè)應(yīng)用 250
本章綱要 252
習(xí)題 253
第7章陽離子聚合
7.1陽離子聚合概述 255
7.2陽離子聚合單體 256
7.3陽離子聚合引發(fā)體系 258
7.3.1質(zhì)子酸引發(fā)陽離子聚合 258
7.3.2質(zhì)子給體 強Lewis酸引發(fā)陽離子聚合 261
7.3.3碳陽離子給體 強Lewis酸引發(fā)陽離子聚合 263
7.4陽離子異構(gòu)化聚合 265
7.5陽離子聚合機理與動力學(xué) 267
7.6陽離子聚合的主要影響因素 270
7.7典型陽離子聚合的引發(fā)體系 273
7.7.1烷基乙烯基醚的引發(fā)體系 273
7.7.2異丁烯的引發(fā)劑 277
7.7.3苯乙烯及其衍生物的引發(fā)劑 278
7.7.4α-甲基苯乙烯的引發(fā)劑 280
7.8陽離子共聚 281
7.9陽離子聚合的工業(yè)應(yīng)用 283
本章綱要 284
習(xí)題 286
第8章配位聚合
8.1配位聚合概述 289
8.2配位聚合的基本原理 291
8.3配位聚合的基元反應(yīng)及影響因素 293
8.3.1配位聚合的基元反應(yīng) 293
8.3.2配位催化劑的失活 294
8.3.3配位聚合的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng) 296
8.3.4配位聚合的支化機理 298
8.4配位聚合的立體化學(xué) 300
8.4.1同分異構(gòu) 300
8.4.2立體異構(gòu) 301
8.4.3立構(gòu)規(guī)整性聚合物 302
8.4.4配位聚合的立構(gòu)選擇性控制機理 306
8.5Ziegler-Natta催化劑 307
8.5.1雙組分Ziegler-Natta催化劑 308
8.5.2三組分Ziegler-Natta催化劑 312
8.5.3負(fù)載型Ziegler-Natta催化劑 313
8.6Phillips鉻系催化劑 315
8.7茂金屬催化烯烴聚合 317
8.7.1茂金屬催化劑 317
8.7.2茂金屬的活化 319
8.7.3茂金屬催化聚合的立構(gòu)選擇性 320
8.8共軛二烯的配位聚合 321
8.8.1合成橡膠 321
8.8.2共軛二烯聚合的Ziegler-Natta催化劑 322
8.8.3共軛二烯聚合的π-烯丙基金屬催化體系 325
本章綱要 327
習(xí)題 329
第9章開環(huán)聚合
9.1開環(huán)聚合概述 331
9.2環(huán)狀單體的可聚合性 332
9.2.1環(huán)大小對環(huán)張力和聚合能力的影響 332
9.2.2取代基對開環(huán)聚合能力的影響 334
9.2.3雜原子對開環(huán)聚合能力的影響 335
9.3環(huán)醚的陰離子開環(huán)聚合 336
9.3.1環(huán)氧乙烷陰離子開環(huán)聚合的機理和動力學(xué) 336
9.3.2聚醚型表面活性劑的合成原理 337
9.3.3環(huán)氧丙烷陰離子開環(huán)聚合的機理和動力學(xué) 338
9.4環(huán)醚的陽離子開環(huán)聚合 340
9.4.1氧雜環(huán)丁烷和四氫呋喃的陽離子開環(huán)聚合 340
9.4.2環(huán)醚的陽離子開環(huán)聚合機理 341
9.4.3環(huán)醚陽離子開環(huán)聚合的動力學(xué) 343
9.4.4羰基化合物和三氧六環(huán)的陽離子開環(huán)聚合 346
9.5環(huán)酯的開環(huán)聚合 348
9.5.1環(huán)酯的陽離子開環(huán)聚合 348
9.5.2環(huán)酯的陰離子開環(huán)聚合 349
9.5.3Lewis Pair催化開環(huán)聚合 351
9.5.4配位開環(huán)聚合 353
9.6環(huán)酰胺及含氮雜環(huán)的開環(huán)聚合 355
9.6.1己內(nèi)酰胺的水解聚合 356
9.6.2己內(nèi)酰胺的陰離子聚合 356
9.6.3氮丙啶的開環(huán)聚合 358
9.6.4環(huán)亞胺醚的開環(huán)聚合 359
9.7羧基內(nèi)酸酐的開環(huán)聚合 360
9.7.1O-羧基環(huán)內(nèi)酸酐的開環(huán)聚合 360
9.7.2N-羧基環(huán)內(nèi)酸酐的開環(huán)聚合 361
9.8環(huán)硅氧烷的水解縮合與開環(huán)聚合 363
9.8.1聚硅氧烷的結(jié)構(gòu)與性能 363
9.8.2氯硅烷的水解縮合 363
9.8.3環(huán)硅氧烷的開環(huán)聚合 365
9.8.4聚硅氧烷的改性與應(yīng)用 368
9.9環(huán)烯烴的開環(huán)易位聚合 370
9.10自由基開環(huán)聚合 373
9.10.1乙烯基環(huán)丙烷衍生物的開環(huán)聚合 373
9.10.2環(huán)外甲叉基雜環(huán)化合物的開環(huán)聚合 374
9.11環(huán)膦腈的開環(huán)聚合 376
9.11.1開環(huán)聚合制備聚二氯膦腈中間體 376
9.11.2聚二氯膦腈的取代反應(yīng)和聚膦腈系列聚合物的制備 377
本章綱要 378
習(xí)題 380
第10章高分子的化學(xué)反應(yīng)
10.1高分子反應(yīng)概述 382
10.2高分子反應(yīng)的基本特征 383
10.2.1大分子基團的活性 383
10.2.2物理因素對基團活性的影響 383
10.2.3化學(xué)因素對基團轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響 384
10.3聚合物的基團反應(yīng) 385
10.3.1聚雙烯烴的加成反應(yīng) 385
10.3.2聚烯烴和聚氯乙烯的氯化 387
10.3.3聚醋酸乙烯酯的醇解 388
10.3.4聚(甲基)丙烯酸酯的基團反應(yīng) 388
10.3.5苯環(huán)側(cè)基的取代反應(yīng) 389
10.3.6環(huán)化反應(yīng) 390
10.3.7纖維素的化學(xué)改性 391
10.4反應(yīng)性功能高分子與離子交換樹脂 394
10.4.1功能高分子概述 394
10.4.2反應(yīng)性功能高分子 395
10.4.3離子交換樹脂 395
10.5接枝共聚 397
10.5.1長出支鏈 398
10.5.2嫁接支鏈 399
10.5.3大單體共聚接枝 400
10.5.4鏈轉(zhuǎn)移接枝 401
10.6嵌段共聚 403
10.6.1基于活性聚合的順序加料法 403
10.6.2偶聯(lián)嵌段法 404
10.6.3特殊引發(fā)劑法 404
10.7擴鏈反應(yīng) 405
10.8交聯(lián)反應(yīng) 406
10.8.1雙烯類橡膠的硫化 407
10.8.2過氧化物自由基交聯(lián) 408
10.8.3光交聯(lián)與光固化 409
10.9聚合物的解聚與降解 410
10.9.1聚合物的熱降解 411
10.9.2聚合物的光降解 413
10.9.3聚合物的力化學(xué)降解 414
10.9.4聚合物的水解與生物降解 415
10.10聚合物老化與耐候性 416
10.10.1聚合物的氧化降解 416
10.10.2聚合物的光氧化降解 419
10.10.3聚合物的老化與防老化 421
10.10.4聚合物阻燃 422
本章綱要 423
習(xí)題 425
參考文獻
主要參考文獻 426
縮聚參考文獻 427
自由基聚合參考文獻 427
離子聚合參考文獻 428
配位聚合參考文獻 429
開環(huán)聚合參考文獻 430
高分子反應(yīng)參考文獻 430