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《蘭州文理學院學報》2017年第6期

[摘要]高分子化學課程是高分子材料與化工專業的專業基礎課，涵蓋內容多，需要合理安排教學，運用其他課程知識，用學生容易接受的實例解釋理論問題，能夠增強學生學習的興趣，達到較好的講授效果。

[關鍵詞]高分子化學；教學；實例

高分子化學課程是高分子材料與化工專業的專業基礎課，是研究高分子化合物的合成原理和化學反應的科學。學生應具備一定的無機化學、有機化學、物理化學和概率論與數理統計知識才能學好該課程。國內高校多采用潘祖仁先生主編的國家級優秀教材高分子化學[1-2]，對這門課的掌握程度，影響后續課程的學習。因此學生一般比較重視[3]。但對于初學者來說，認為該課程的內容較多，比較分散，系統性不強，有些知識點理解不透。

1高分子化學的課程特點

高分子化學主要介紹高分子的合成原理及高分子的化學反應，合成原理以聚合反應動力學為主線，衍生到聚合速率和分子量，而這二個指標正是工業生產控制的主要工藝參數，再通過聚合理論方程，討論溫度、介質、單體、引發劑等對聚合的影響。對于連鎖聚合，每一種聚合機理都有特殊的引發體系，因此引發劑或引發體系也是高分子化學的重點內容之一。最后一章，聚合物的化學反應，主要介紹聚合物化學反應特征、聚合物的基團反應及接枝、擴鏈、交聯、降解和老化，提出促使降解或防止老化的途徑。有學者總結高分子化學課程有“五多”的特點，即內容多、概念多、頭緒多、關系多和數學推導多[4]。該課程專業理論性強，概念復雜，抽象難懂，一定程度上影響了學生的學習興趣[5]。

2課程知識點淺析

該課程序論中，除了介紹高分子化合物的基本概念、命名、發展歷程及結構方面的基本知識外，重點介紹分子量。高分子的分子量大且具有一定的分布是高分子化合物的主要特點，其作為材料的力學性能主要由分子量及其分布決定。該部分內容介紹，需使學生明白高分子的分子量與小分子的相對分子質量的區別。縮合和逐步聚合反應中，首先通過二種雙官能團單體參與的線形縮聚過程示例，第一步反應，得到二聚體，第二步反應可以得到三聚體、四聚體，此時體系中含有一、二、三、四聚體的分子，第三步聚合，體系中可能含有八、七、六、五、四等聚體，假若反應就此終結，體系中產物的聚合度不同，由此使同學們很容易理解聚合反應得到的產物即聚合物，分子量存在一定的分布。同時自然引入官能團等活性概念，才能從紛亂的聚合反應中抽取出本質特征，用一個速率常數描述同種官能團的反應特征。在課程體系中，活性中心等活性概念是高分子化學的基本思想，因此要借助實驗數據進行例證，分子碰撞理論進行闡釋。還需要明晰N0和N的含義。有二個相同的羥基，肯定體系中存在另一個分子含有二個羧基，因此平均每個分子鏈含有一種基團；對于均縮聚，更是如此。這點一定讓同學理解，因為后面的理論方程推導要不斷用到。另外，反應程度p是一個非常重要的概念和度量，定義為參與反應的基團數(N0－N)占起始基團數N0的分數[2]，代表某種基團的轉化率，反映了聚合反應的反應進程。縮聚反應中產物分子量分布，Flory利用統計法，根據等活性概念假設，以雙官能團單體均縮聚為例，形成x-聚體每個鍵的成鍵幾率為p，分子末端一個不成鍵幾率為(1-p)，推導了線形縮聚的分子量分布關系[2]。實質上，每一個鍵的成鍵幾率不同，按照反應程度概念，應該是隨著聚合度增大，p增大，為了處理簡便，等同化，根據乘法原理，即得x-聚體的數量分布函數。后面自由基聚合、共聚合、離子聚合和配位聚合，都屬于連鎖或鏈式聚合機理，聚合一般都包含鏈引發、鏈增長、鏈終止和鏈轉移幾個基元反應。首先，要有活性中心的形成，進行鏈引發反應；正是根據其活性中心的不同，將其分為以上自由基聚合、離子聚合等。

有關其機理及分子結構的形成，與有機化學中的空間位阻效應、共軛效應有關。聚合動力學與物理化學知識有關，需要同學學前不妨復習下以前學過的有關內容。對于自由基聚合，介紹其英文詞匯為Radical，含有“激進、活潑”之意，故可以作為活性中心，故教材中一般用R•表示，黑點代表單電子。聚合物中單元結構主要在鏈增長階段完成，故鏈增長過程直接影響聚合物分子結構。①鍵接結構。增長過程中，結構單元間的連接存在“頭—尾”、“頭—頭”(或“尾—尾”)兩種可能形式，一般以頭－尾結構為主。原因是以尾－尾連接，活化能大。列舉生活中的實例，如小轎車、“和諧號”動車車頭，都采用流線型，頭部體積較小，阻力較小。微觀上的化學反應也遵循同樣道理。②立體構型。自由基上C為SP2雜化，與單體作用時既可從上方也可從下方進行作用，自由基聚合物分子鏈上取代基在空間的排布是無規的，但從空間位阻考慮，無規結構中，間同結構略占優勢。③幾何構型。雙烯類單體，還存在幾何異構，傾向于形成反式結構，都可以根據空間位阻進行解釋。這樣同學就容易理解高分子結構比較復雜的特性。另外自由基聚合的引發效率，主要是①誘導分解。誘導分解實際上是自由基向引發劑的轉移反應，也就是說，自由基誘使引發劑分解，消耗掉引發劑，作無用功，故使引發效率降低。②籠蔽效應，主要指溶液聚合中，引發劑分子處于溶劑的包圍中而不能發揮作用，可以想象，引發劑分子周圍存在一層層的溶劑分子和單體分子相隔的球形包圍圈(好像籠子一樣)，初級自由基遇到單體，直接作用，形成單體自由基，若遇到溶劑分子，不能作用，被彈回，有可能與下一個初級自由基結合，甚至與溶劑分子結合，使引發劑分子白白消耗，引發效率降低，稱為籠蔽效應。由此派生出單體的活性與濃度、體系粘度和引發劑濃度，都影響引發效率，使同學將知識學通、學活。自由基共聚合中，關于鏈自由基的活性，一般認為帶有共軛取代基的鏈自由基穩定，同學不易理解，以射擊為例，若自由基上存在共軛基團，單電子不再歸屬于某個原子，離域程度大，行蹤不定，這樣用槍瞄準難度增加。單體相當于槍，就不易和它反應，故該類自由基活性差。

若鏈自由基帶有非共軛取代基，其單電子位置固定，活動空間小，容易瞄準擊中，即容易和單體發生反應，該類自由基活性高。烯類單體的離子聚合中，單體適宜于進行陽離子聚合還是陰離子聚合，主要取決于單體的結構，考慮取代基的誘導效應和工軛效應。帶有π-π共軛體系的單體都能進行陰離子聚合。如果取代基具有吸電子性質，更易進行陰離子聚合。因為吸電子基降低雙鍵上電子云密度，有利于陰離子進攻，并使形成的碳陰離子的電子云密度分散而穩定。而具有推電子取代基的烯類單體可進行陽離子聚合，因為推電子取代基增大了雙鍵上電子云密度，有利于陽離子進攻，并使形成的碳陽離子的正電性降低而穩定。苯乙烯，丁二烯等含有共軛體系的單體，由于其π電子云的流動性強，易誘導極化，能進行陽離子、陰離子或自由基聚合。陰離子的活性聚合在理論上和實際應用中具有重要意義，要讓學生明白活性聚合的原因、應用價值。配位聚合，要重新復習下無機化學中的配合物知識，其引發體系中，過渡金屬為中心原子，它提供空軌道，烯類單體作為配體在空軌道上活化、按照一定的方向或方式進行配位、插入到增長鏈中，因此所得產物立構規整度一般較高。聚合物的化學反應，是聚合物改性、擴大聚合物品種的手段之一。接枝、交聯等使聚合物分子量增大，降解、老化使聚合物分子量降低。用鮮活的實例向同學介紹，這樣學生學習時不覺得生硬，便于接受。

3結語

作為一名高校教師，能夠將復雜的原理講解得淺顯易懂，抽象的理論能夠結合現實生活具體化、簡單化，語言生動，課堂氣氛活躍，學生對所講內容有強烈的興趣，這門課程的授課質量才有保證。

參考文獻

[1]王小龍，何乃普，王九思．《高分子化學》教學中有機化學知識的有效利用探索[J]．高分子通報，2009(11)：62-65．

[2]潘祖仁．高分子化學(第五版)[M]．北京：化學工業出版社，2011．

[3]王國建．《高分子化學》課程教學體會點滴[J]．高分子通報，2012(11)：97-100．

[4]陳傳祥．金屬材料工程專業高分子化學教學改革探索[J]．化工高等教育，2007(2)：37-39．

[5]郝智，伍玉嬌，羅筑．高分子化學課程教學改革與實踐初探[J]．高分子通報，2012(5)：116-118．

作者：廖肅然；遲長龍 單位：河南工程學院