高分子化學教程（簡體書）

《高分子化學教程》可作為應用技術型高等院校高分子專業本科生或具有化學背景非高分子專業研究生的教學用書，也可作為從事高分子生產的技術人員以及其他涉及高分子科學領域的研究人員的參考用書。

自20世紀20年代Staudinger創建高分子學說以來，高分子科學已經歷了近百年的發展而成為一門獨立的學科，內容包括高分子化學、高分子物理、高分子工藝。由於聚合物產量大、品種多、應用廣、經濟效益高，因而現代高分子工業發展迅速。隨著與生物學、醫學、資訊科學等多學科的日益交叉滲透，高分子科學為近代社會和科學技術的發展做出了巨大的貢獻，在人類生活和社會發展中所起的作用越來越大。現在全球每年生產約2億噸的聚合物，以滿足全世界60億左右人口的各種需要，人類對聚合物的需求量還將繼續上升。相應地，社會對高分子專業人才的需求日趨增加，學生對高分子科學的興趣也越來越大，因此越來越多的高校開設了高分子方面的專業課程。本書是作為高分子及相關專業的核心課程——高分子化學的教材而編寫。同時，由於高分子化學涉及的領域日益廣泛，許多非高分子專業人才也需要掌握或瞭解高分子化學的基礎知識，本書可作為參考書滿足這部分讀者的實際需要。
高分子化學一直是高分子科學中最為活躍的研究領域，已出現大量令人振奮的新成果，它們反過來又極大地豐富了高分子化學的內涵。目前，高分子化學已發展到可通過聚合物的分子設計，按應用性能的要求“定制”具有指定結構和大小的高分子。作為一本教材，除了強調學科的基本知識框架之外，還應反映本學科發展的前沿。本書吸取了近30年來高分子化學領域的一些最新研究成果，如基團轉移聚合、活性自由基聚合、茂金屬和後過渡金屬單活性中心烯烴聚合引發劑、新型功能高分子等，這些都作為新知識點介紹給讀者。
本書共分11章，各章編寫分工如下：第1章由李青山編寫；第2章由洪偉、張振琳編寫；第3章、第7章由張小舟編寫；第4章、第5章由師奇松編寫；第6章、第8章由李青山、賈宏葛編寫；第9章由孫俊芬編寫；第10章由賈宏葛編寫；第11章由胡玉潔編寫。全書由李青山統稿。
本書是作者在整合了35年高分子化學教學經驗、汲取國內外高分子化學教材之精華的基礎上編寫而成的。編排上力求內容完整、結構嚴謹、層次清晰。但由於編者本身時間有限，不妥之處在所難免，懇請廣大讀者不吝賜教。燕山大學高分子專業博士研究生洪偉、劉軍，碩士研究生左春燕、趙舟、詹彪、關龍龍等參加書稿整理和文獻查閱，在這裏一併表示感謝！
編者
2012年4月

第1章緒論1
1.1高分子科學的發展簡史1
1.2高分子的基本概念3
1.2.1聚合物的含義3
1.2.2幾個重要概念3
1.3高聚物的基本特徵4
1.4高聚物的命名與分類4
1.4.1由一種單體合成的高分子命名4
1.4.2由兩種單體合成的高分子命名5
1.4.3根據商品命名5
1.4.4IUPAC的系統命名法5
1.4.5英文縮寫5
1.5高分子的分類6
1.5.1按照來源分類6
1.5.2按照高分子主鏈結構分類6
1.5.3按照性質和用途分類6
1.6聚合反應的分類6
1.6.1按照單體和聚合物的組成分類6
1.6.2按照反應機理分類6
1.6.3按照單體和聚合物的結構分類7
習題7
第2章逐步聚合10
2.1縮聚反應10
2.1.1縮聚反應的特點10
2.1.2縮聚反應的分類11
2.1.3平衡縮聚反應11
2.2線形縮聚反應13
2.3體型縮聚15
2.3.1凝膠化現象和凝膠點15
2.3.2凝膠點的預測16
2.4逐步聚合的實施方法18
2.4.1熔融聚合18
2.4.2溶液聚合19
2.4.3介面縮聚19
2.4.4固態縮聚19
2.5重要的逐步聚合產品20
2.5.1重要的線形縮聚物20
2.5.2重要的體型縮聚物25
習題29
第3章自由基聚合35
3.1連鎖聚合反應的特徵35
3.2單體的聚合能力36
3.2.1聚合熱力學36
3.2.2單體的聚合能力39
3.3自由基聚合的基元反應41
3.3.1鏈引發反應41
3.3.2鏈增長反應42
3.3.3鏈終止反應42
3.3.4鏈轉移反應43
3.3.5自由基聚合反應的特徵44
3.4鏈引發反應44
3.4.1引發劑和引發作用44
3.4.2引發劑分解動力學46
3.4.3引發劑的合理選擇48
3.4.4其他引發反應48
3.5聚合反應動力學49
3.5.1概述49
3.5.2聚合動力學研究方法49
3.5.3自由基聚合微觀動力學50
3.5.4動力學方程的偏離52
3.5.5自由基聚合基元反應速率常數53
3.5.6自動加速現象53
3.6相對分子質量和鏈轉移反應55
3.6.1動力學鏈長和聚合度55
3.6.2鏈轉移反應56
3.7影響聚合過程的因素59
3.7.1溫度的影響59
3.7.2壓力的影響60
3.7.3單體濃度的影響60
3.7.4引發劑的影響60
3.7.5單體純度與雜質的影響60
3.8阻聚和緩聚61
3.8.1阻聚劑和阻聚機理61
3.8.2相對分子質量分佈61
3.9自由基聚合反應的特徵62
習題62
第4章離子聚合67
4.1引言67
4.2陽離子聚合67
4.2.1陽離子聚合單體68
4.2.2陽離子聚合引發體系68
4.2.3陽離子聚合反應機理69
4.2.4陽離子聚合反應動力學71
4.2.5陽離子聚合反應的影響因素71
4.2.6陽離子聚合工業應用——聚異丁烯和丁基橡膠72
4.3陰離子聚合73
4.3.1陰離子聚合單體73
4.3.2陰離子聚合反應機理74
4.3.3活性陰離子聚合反應動力學76
4.3.4陰離子聚合反應的影響因素76
4.3.5自由基聚合與離子聚合的比較78
習題78
第5章配位聚合81
5.1聚合物的異構現象81
5.1.1結構異構81
5.1.2立體異構81
5.1.3立構規整聚合物的性質82
5.1.4立構規整度及其測定83
5.2配位聚合的基本概念83
5.3ZieglerNatta引發劑84
5.4α烯烴的配位聚合反應85
5.4.1α烯烴配位聚合的機理85
5.4.2丙烯的配位聚合86
5.4.3乙烯的配位聚合87
5.4.4二烯烴的配位聚合87
5.5配位聚合的新型引發劑體系88
5.5.1茂金屬引發劑88
5.5.2後過渡金屬引發劑89
習題91
第6章開環聚合93
6.1環烷烴開環聚合熱力學93
6.2雜環開環聚合熱力學和動力學94
6.3三元環醚的陰離子開環聚合94
6.3.1環氧乙烷的陰離子開環聚合機理和動力學95
6.3.2聚醚型表面活性劑的合成95
6.3.3環氧丙烷的陰離子開環聚合機理和動力學96
6.4環醚的陽離子開環聚合97
6.4.1概述97
6.4.2丁氧環和四氫呋喃的陽離子開環聚合97
6.5羰基化合物和三氧六環的陽離子聚合98
6.5.1羰基化合物98
6.5.2環縮醛的陽離子開環聚合98
6.6己內醯胺的陰離子開環聚合99
6.6.1概述99
6.6.2己內醯胺陰離子開環聚合機理99
6.7聚矽氧烷（有機矽）101
習題102
第7章共聚合103
7.1共聚合反應的特徵103
7.1.1共聚合反應及分類103
7.1.2共聚物的類型與命名103
7.1.3研究共聚反應的意義104
7.2二元共聚物的組成104
7.2.1共聚物組成質量比微分方程107
7.2.2共聚物組成曲線107
7.2.3共聚物組成與轉化率的關系110
7.2.4共聚物組成控制110
7.3單體和自由基的活性111
7.3.1單體的活性111
7.3.2自由基的活性112
7.3.3取代基對單體活性和自由基活性的影響112
7.4Qe概念113
習題113
第8章功能高分子116
8.1吸附分離功能高分子116
8.1.1概述116
8.1.2吸附分離功能高分子骨架結構的合成116
8.1.3化學吸附功能高分子116
8.1.4物理吸附功能高分子117
8.2高分子試劑與高分子催化劑118
8.2.1概述118
8.2.2高分子試劑與高分子催化劑的優越性118
8.2.3高分子試劑118
8.2.4高分子催化劑119
8.3高分子分離功能膜119
8.3.1高分子分離功能膜及其分類120
8.3.2高分子分離膜的分離機理120
8.3.3高分子分離膜聚合物的選擇與大分子設計120
8.3.4膜分離過程121
8.4生物醫用高分子材料122
8.4.1生物醫用高分子材料的範疇及其基本要求122
8.4.2修復性醫用高分子123
8.4.3高分子藥物124
8.5導電高分子124
8.5.1共軛高分子的合成125
8.5.2導電高分子的應用舉例125
習題125
第9章高分子化學反應126
9.1高分子化學反應的特點、影響因素與分類126
9.1.1高分子化學反應的特點126
9.1.2高分子化學反應的影響因素126
9.1.3高分子化學反應的分類127
9.2聚合度相似的化學轉變127
9.3高分子試劑與高分子催化劑128
9.3.1擴鏈反應128
9.3.2嵌段反應128
9.4接枝反應129
9.5交聯反應129
9.6聚合物的降解反應130
習題132
第10章超分子自組裝134
10.1超分子自組裝的定義134
10.2超分子自組裝的研究內容135
10.3超分子自組裝的預期目標135
10.4超分子自組裝的研究價值135
習題136
第11章天然高分子材料137
11.1聚糖137
11.1.1纖維素137
11.1.2澱粉146
11.1.3甲殼素、殼聚糖材料153
11.2天然橡膠158
11.2.1天然橡膠的化學結構158
11.2.2天然橡膠的性能158
11.3木質素159
11.3.1木質素的結構159
11.3.2木質素的物理性質161
11.4蛋白質及多肽163
11.5生漆164
11.6天然無機高分子材料164
習題165
參考文獻166

PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）是聚酯的新型產品。由於它具有較高的阻隔性、防水性、氣密性、抗紫外線性、較好的耐熱性、耐化學性、耐輻射性等，近年來深受世界許多國家的聚酯生產廠商的關注。PEN的聚合研究始於1948年，但一直未能實現工業化生產。進入20世紀90年代後，由於PEN以及主要原料2，6-二甲基萘二甲酸（DNC）合成技術發展實現了工業化生產。美國Amoco已建有年產2.7萬噸DNC裝置並正在新建一個年產4.5萬噸裝置。日本三菱化工也有年產4.7萬噸的裝置。PEN將廣泛地用於碳酸飲料、啤酒、果汁等包裝瓶、工業絲、薄膜、磁帶、藥品包裝及工程塑料等方面，是一種極具開發前景的新型聚酯材料，至2005年年均增長率達35％。
PTT（聚對苯二甲酸丙二醇酯）也是聚酯系列產品中最具發展前景的新成員。它兼具錦綸和滌綸的優點，具有抗汙性、化學穩定性、回彈性和染色性，是一種較理想的紡織用新型熱塑性聚酯材料，是世界各國21世紀重點發展的新材料之一。PTT也是早在1941年美國就已合成了該材料並取得發明專利，但由於1，3-丙二醇（PDO）單體來源困難，未工業化生產。進入20世紀90年代後，隨著世界聚酯的迅速發展以及合成技術提高，Shell公司採用氧乙烷技術路線低成本生產PDO，杜邦公司也開發出利用生物酶催化制備PDO技術。Degusa公司也開發了丙烯醛技術路線制PDO，此外，有以甘油為原料的生化及合成技術制PDO，環氧丙烷法制PDO技術路線。在PTT合成技術方面，PTA直接酯化法更優於DMT酯交換法。PTT纖維制備仍採用熔融紡絲POY、DTY、BCF等技術。PTT的用途廣泛，主要用於工程塑料、體育用品、薄膜以及紡黏織物、地毯及服用纖維等方面，具有極大的市場發展潛力。
為適應大規模、高質量、低成本的常規以及差別化的滌綸長絲、滌綸短纖維產品的需求，聚酯熔體直紡技術也得到了廣泛的應用，與切片紡技術相比每噸纖維生產成本可降低1000～1500元，如滌綸短纖維生產線的單線生產能力經濟規模已由過去50t／d提高到100t／d、150t／d、200t／d。