高分子科学概论

随着材料科学和技术的飞速发展，高分子材料已成为现代社会生活中不可或缺的材料，在各行各业中发挥着至关重要的作用。许多非高分子类专业的学生、研究人员和生产技术人员，在学习和工作中也经常涉及与高分子科学相关的专业知识。因此，针对非高分子类专业（包括材料、化学化工、纺织服装、轻工、环境、机电、物理类等专业）学生的学习特点，此类教材需对高分子化学、高分子物理和高分子材料的知识要点进行系统介绍，力求使学生在短时间内全面掌握高分子科学的基本概念、机理和规律，培养学生对高分子科学的学习兴趣，并学会解决与高分子相关问题的方法，为进一步的专业学习、研究和工作打下基础。
国内外有关高分子专业的教材很多，如高分子物理、高分子化学、高分子材料成型加工方向，有很多非常经典的教材，适合高分子类专业的学生，内容兼顾广度和深度，但需要的学时很多，不适合于非高分子类专业学生在短时间内的学习。国内外适合于非高分子类专业学生的教材，从内容上可以分为三大类：第一类是以“高分子科学”为主要内容，即主要包括高分子物理和高分子化学的内容，未涉及高分子材料加工、复合材料的内容；第二类是以“高分子材料”为主要内容，即侧重于按高分子材料种类进行分述，在高分子物理和高分子化学方面的内容较为浅显；第三类是高分子科学内容与高分子材料内容并重，一般为“高分子科学与工程”，这类教材往往内容多，难度大，更适合于高分子类专业人员阅读。
部分有一定化学基础且在后续的专业课程学习中需要用到与高分子物理、高分子化学的基本知识以及与各种高分子材料相关概念的非高分子类专业的学生，需要全面学习高分子科学的知识点，作为后续专业课学习的基础。
基于上述，本书综合了高分子物理、高分子化学、高分子材料的关键性内容，编写时侧重于高分子物理和高分子化学的基本概念和理论，结合典型的高分子材料知识，引导读者理解和运用相关概念和理论；根据高分子科学的发展，编入最新的科学方法和进展，强化了与资源环保相关的内容，包括生物质高分子材料、高分子材料回收利用等，并对发展中已经拓展的规律或者已验证不够确切的经验进行更新。书中相关学术和技术术语采用中英文双语，便于读者在学习之后阅读相关拓展资料。
本书共8章。第1章高分子科学简介、第6章高分子运动、第7章高分子材料特性，由张玉梅编写；第2章高分子结构形态和第8章高分子材料分类简介，由张玉梅和张玥共同编写；第3章链式聚合反应，由王彦和张玥编写；第4章逐步聚合和第5章聚合物的化学反应，由王彦编写。
限于编者水平，书中可能存在的纰漏和不足请读者批评指正。

编著者
2023年8月

《高分子科学概论》对高分子化学、高分子物理和高分子材料的知识要点进行了系统介绍，侧重于高分子物理和高分子化学的基本概念和理论，包括高分子的基本概念、高分子各级结构形态、高分子的合成与化学反应、高分子的运动特点和各级转变以及高分子材料的典型特性；在此基础上，以高分子材料的“结构性能应用”为线索，运用合成高分子材料、生物合成高分子材料和高分子复合材料三大类材料中的典型实例，建立起“结构决定性能、性能决定应用”的基本理念，进一步讲解高分子科学中的相关知识点，期望能够做到举一反三，力求夯实学科基础，培养读者对高分子科学的学习兴趣，并学会解决与高分子相关问题的方法，为进一步的专业学习、研究和工作打下基础。本书可作为高等本科、高职高专院校非高分子类专业（包括材料、化学化工、纺织服装、轻工、环境、机电、物理类等专业）学生的教材，也可供相关专业的科技工作者阅读参考。

张玉梅，1970年8月出生。高分子材料学科教授、博士生导师。主要从事纤维成形过程中的结构性能变化、溶液纺丝成型动力学等研究。主持并参加完成国家自然基金、上海市重点基础、重点基础、上海市纳米专项、中国石油化工股份有限公司技术开发等多项课题，发表论文80多篇，其中SCI收录50篇，授权发明专利20多项。作为主要参加人员获得国家科技进步二等奖3项、省市部科技进步奖10项。

第1章高分子科学简介
1.1高分子的认识与发展  1
1.2高分子的定义与分类  3
1.2.1高分子的定义  3
1.2.2高分子的分类  3
1.3高分子的基本结构与命名  4
1.3.1高分子的基本结构  4
1.3.2高分子的命名  5
思考题  7

第2章高分子结构形态
2.1高分子结构形态特点  8
2.2高分子的链结构  9
2.2.1高分子链的近程结构  9
2.2.2高分子链的远程结构  12
2.3高分子的聚集态结构  16
2.3.1高分子的非晶态  17
2.3.2高分子的结晶态  17
2.3.3高分子的取向  23
2.3.4高分子液晶  24
2.4高分子的溶解及其溶液形态  27
2.4.1高分子的溶解  27
2.4.2高分子在溶液中的形态  28
2.4.3平均分子量及其分布的测试方法  29
思考题  32

第3章链式聚合反应
3.1概述  34
3.1.1链式聚合的一般特征  34
3.1.2链式聚合的单体  35
3.2自由基聚合反应  38
3.2.1自由基聚合反应机理  38
3.2.2链引发反应  41
3.2.3自由基聚合动力学  46
3.2.4分子量  48
3.2.5阻聚和缓聚  48
3.3自由基共聚合  51
3.3.1概述  51
3.3.2共聚物组成的微分方程  52
3.3.3影响竞聚率的因素  53
3.3.4共聚产物组成控制  55
3.4离子聚合  55
3.4.1阴离子聚合  55
3.4.2阳离子聚合  58
3.5配位聚合  64
3.5.1Ziegler-Natta引发剂的组分  64
3.5.2Ziegler-Natta引发剂的类型  65
3.5.3配位聚合的机理  65
3.6聚合反应实施方法  67
3.6.1本体聚合  68
3.6.2溶液聚合  68
3.6.3悬浮聚合  69
3.6.4乳液聚合  70
思考题  72

第4章逐步聚合
4.1逐步聚合的分类  75
4.1.1缩聚反应  75
4.1.2逐步开环聚合  76
4.1.3聚加成  77
4.2线型缩聚反应  77
4.2.1线型缩聚的逐步性  77
4.2.2线型缩聚的平衡性  78
4.2.3缩聚反应的副反应  78
4.2.4反应程度及聚合度  80
4.2.5线型缩聚物聚合度的影响因素  80
4.3体型缩聚反应  83
4.3.1单体的官能度与体系的交联反应  83
4.3.2凝胶点的预测  84
4.4缩聚反应的实施方法  85
4.4.1熔融缩聚  85
4.4.2溶液缩聚  86
4.4.3界面缩聚  86
4.4.4固态缩聚  86
思考题  86

第5章聚合物的化学反应
5.1聚合物化学反应的分类及特性  88
5.1.1聚合物化学反应的分类  88
5.1.2聚合物化学反应的特征  88
5.2聚合物化学反应的影响因素  89
5.2.1物理因素  89
5.2.2化学因素  89
5.3聚合物的相似转变及其应用  91
5.3.1引入新基团  91
5.3.2功能基团转化  91
5.4聚合度变大的化学转变及其应用  94
5.4.1交联反应  94
5.4.2接枝反应  96
5.4.3扩链反应  97
5.5聚合度变小的化学转变——聚合物的降解  98
5.5.1聚合物降解反应的类型  98
5.5.2可降解聚合物的开发及应用  101
思考题  105

第6章高分子运动
6.1高分子的热运动特点  106
6.2高分子的热转变和力学状态  107
6.2.1玻璃态  107
6.2.2玻璃化转变  108
6.2.3高弹态  109
6.2.4黏弹转变  110
6.2.5黏流态  111
6.3高分子流体的黏弹性  111
6.3.1高分子流变学  112
6.3.2影响高分子流变特性的因素  113
6.3.3高分子流变特性的测试方法  116
6.3.4高分子弹性效应  118
思考题  119

第7章高分子材料特性
7.1高分子材料的力学性能  120
7.1.1描述材料力学性能的基本物理量  120
7.1.2应力-应变曲线  122
7.1.3高分子材料的断裂与强度  123
7.1.4高分子材料的力学松弛——黏弹性  127
7.2高分子材料的老化特性  134
7.2.1高分子材料的老化现象与分类  134
7.2.2影响高分子材料老化的因素  134
7.2.3高分子材料的老化和防护  135
7.2.4高分子材料的可持续发展  135
7.3高分子材料的燃烧特性  136
7.3.1高分子材料的燃烧性  136
7.3.2高分子材料的阻燃  137
7.4高分子材料的电学性质  138
7.4.1介电性  138
7.4.2电击穿  141
7.4.3高分子材料的导电性  141
7.4.4静电性  143
思考题  144

第8章高分子材料分类简介
8.1常见合成高分子材料  145
8.1.1塑料  145
8.1.2橡胶  154
8.1.3纤维  159
8.2生物合成高分子材料  166
8.2.1纤维素  167
8.2.2淀粉  170
8.2.3甲壳素  173
8.2.4蛋白质  175
8.3高分子复合材料  177
8.3.1高分子合金  178
8.3.2高分子结构复合材料  181
8.3.3高分子杂化材料  184
思考题  185

参考文献

《高分子科学概论》对高分子化学、高分子物理和高分子材料的知识要点进行了系统介绍，侧重于高分子物理和高分子化学的基本概念和理论，包括高分子的基本概念、高分子各级结构形态、高分子的合成与化学反应、高分子的运动特点和各级转变以及高分子材料的典型特性；在此基础上，以高分子材料的“结构性能应用”为线索，运用合成高分子材料、生物合成高分子材料和高分子复合材料三大类材料中的典型实例，建立起“结构决定性能、性能决定应用”的基本理念，进一步讲解高分子科学中的相关知识点，期望能够做到举一反三，力求夯实学科基础，培养读者对高分子科学的学习兴趣，并学会解决与高分子相关问题的方法，为进一步的专业学习、研究和工作打下基础。本书可作为高等本科、高职高专院校非高分子类专业（包括材料、化学化工、纺织服装、轻工、环境、机电、物理类等专业）学生的教材，也可供相关专业的科技工作者阅读参考。

张玉梅，1970年8月出生。高分子材料学科教授、博士生导师。主要从事纤维成形过程中的结构性能变化、溶液纺丝成型动力学等研究。主持并参加完成国家自然基金、上海市重点基础、重点基础、上海市纳米专项、中国石油化工股份有限公司技术开发等多项课题，发表论文80多篇，其中SCI收录50篇，授权发明专利20多项。作为主要参加人员获得国家科技进步二等奖3项、省市部科技进步奖10项。