高分子化学专业基础与实务(中级)考试大纲

《高分子化学专业基础与实务（中级）》考试大纲1.1前言根据原北京市人事局《北京市人事局关于工程技术等系列中、初级职称试行专业技术资格制度有关问题的通知》（京人发[2005]26号）及《关于北京市中、初级专业技术资格考试、评审工作有关问题的通知》（京人发[2005]34号）文件的要求，从2005年起，我市工程技术系列中级专业技术资格试行考评结合的评价方式，为了做好考试工作，我们编写了本大纲。本大纲既是申报人参加考试的复习备考依据，也是专业技术资格考试命题的依据。在考试知识体系及知识点的知晓程度上，本大纲从对高分子化学专业中级专业技术资格人员应具备的学识和技能要求出发，在考试要求中提出了“掌握”、“熟悉”和“了解”共3个层次的要求，这3个层次的具体涵义为：掌握系指在理解准确、透彻的基础上，能熟练自如地运用并分析解决实际问题；熟悉系指能说明其要点，并解决实际问题；了解系指概略知道其原理及应用范畴。在考试内容的安排上，本大纲从对高分子化学专业中级专业技术资格人员的工作需要和综合素质要求出发，主要考核申报人的专业基础知识、专业理论知识和相关专业知识，以及解决实际问题的能力。命题内容将在本大纲所规定的范围内。考试采取笔试、闭卷的方式。考试题型为客观题。《高分子化学专业基础与实务（中级）》考试大纲编写组二○一二年一月12.2考试要求及内容2.2.1专业基础知识2.2.1.1高分子物理⑴考试要求①掌握高分子链的组成和构造、高分子链的柔顺性及影响因素、聚合物分子量及分子量分布的特点；熟悉高分子链的构象、分子量及分子量分布的主要测定方法；了解高分子链的构象统计、晶体和溶液中的构象。②掌握高分子分子间的作用力、聚合物取向机理和高分子合金的形态结构；熟悉高分子晶态结构、非结晶结构；了解高分子的液晶态结构。③掌握高分子的溶解过程特点、溶剂对聚合物溶解能力的判定原则；熟悉共混聚合物的相容性和聚合物浓溶液的概念；了解高分子溶液的热力学性质、相平衡关系和聚合物的浓溶液。④掌握聚合物分子运动特点、玻璃化温度影响因素和调节途径、分子结构对结晶的影响、熔点的影响因素；了解结晶动力学。⑤掌握应力、应变和弹性模量的概念、高弹性特点、影响因素；了解热力学分析、弹性理论和热塑性弹性体。⑥掌握聚合物的粘弹现象、时温等效原理、动态力学性能与分子结构和分子运动的关系；了解粘弹性的数学模型、粘弹性的测定方法。⑦掌握应力-应变曲线、脆性断裂与韧性断裂、聚合物的强度及影响因素、聚合物的增韧。熟悉断裂理论。⑧掌握高聚物的流动特点、影响流动性的因素、聚合物熔体的弹性表现；了解流动性的测定方法。⑨熟悉聚合物的电学性能、热性能、光学性能及表面和界面性能。⑩一解高分子链结构和形态的测定、高分子聚集态结构和形态的测定方法。○11了解高分子物理的发展方向。⑵考试内容①高分子链的结构：近程结构单个高分子链的键接（交联与支化）单体单元主体构型（空间排列）高分子链结构高分子的大小（分子量）远程结构高分子的形态（构象）高分子链的化学组成由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为“链节”（chains）简单重复（结构）单元的个数称为聚合度DP(DegreeofPolymerization)2碳链高分子分子主链全部由碳原子以共价键相连的高分子（大多由加聚得到）如：这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧，易老化，耐热性较差。杂链高分子分子主链由两种或两种以上原子如：O，N，S，C等以共价键相连的高分子，如：•这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的，因主链带极性，易水解，醇解或酸解•优点：耐热性好，强度高•缺点：易水解•这类聚合物主要用作工程塑料元素高分子分子主链含Si，P，Al，Ti，As，Sb，Ge等元素的高分子。如硅橡胶这类高聚物的特点是具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。但强度较低。梯形聚合物分子主链不是单链而是象“梯子”或“双股螺旋线”。如聚丙烯晴纤维加热时，升温过程中环化，芳构化形成梯形结构（进一步升温可得碳纤维），可作为耐高温高聚物的增强填料。这类聚合物的特点：热稳定性好，因为受热时链不易被打断，即使几个链断了，只要不在同一个梯格中不会降低分子量。、构型构型——分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。立体异构的分类空间立构——若正四面体的中心原子上四个取代基是不对称的（即四个基团不相同）。此原子称为不对称C原子，这种不对称C原子的存在会引起异构现象，其异构体互为镜影对称，各自表现不同的旋光性，故称为旋光异构3•全是由一种旋光异构单元键接而成（全同立构）——取代基全在平面的一侧•由两种旋光异构单元间接键合而成（间同立构）——取代基间接分布在平面两侧•由两种旋光异构单元无规则键合而成(无规立构)——取代基无规则分布在平面两侧•PS：等规PS：规整度高，能结晶，tm=240℃，不易溶解无规PS：软化点80℃，溶于苯•PP：等规PP：tm=175℃，坚韧可纺丝，也可作工程塑料无规PP：性软，无实际用途•、构造键接结构1-2-1单烯类(CH2=CHR)（P6）•头-头•尾-尾•头-尾•无规键接•LDPE(LowDensityPE)（自由基聚合）这种聚合方式易发生链转移，则支链多，密度小，较柔软。用于制食品袋、奶瓶等等HDPE（配位聚合，Zigler催化剂）4这种聚合方法不同与前，获得的是几乎无支链的线型PE，所以密度大，硬，规整性好，结晶度高，强度、刚性、熔点均高。可用作工程塑料部件，绳缆等等和共聚物的序列结构；分子的大小和形态。②高分子的凝聚态结构：高聚物的晶态结构；非晶态结构；液晶态结构；取向态结构；高分子合金的形态结构。③高分子溶液：聚合物的溶解①溶解两个过程（溶剂分子小，聚合物分子大）溶胀（溶剂分子渗入到高聚物内部，使高聚物体积膨胀），溶解（高分子均匀分散到溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系）②溶解度与分子量分子量大，溶解度小；分子量小，溶解度大（对于交联高聚物：交联度大，溶胀度小；交联度小，溶胀度大）③溶解与聚集态有关非晶态较易溶解（分子堆砌较松散，分子间力较小）晶态态难溶解（分子排列规整，堆砌紧密）④结晶高聚物溶解与高聚物的极性有关1-2非晶高聚物的溶胀与溶解溶胀又分为两种：①无限溶胀：线型聚合物溶于良溶剂中，能无限制吸收溶剂，直到溶解成均相溶液为止。所以溶解也可看成是聚合物无限溶胀的结果。•例：天然橡胶在汽油中；PS在苯中②有限溶胀：对于交联聚合物以及在不良溶剂中的线性聚合物来讲，溶胀只能进行到一定程度为止，以后无论与溶剂接触多久，吸入溶剂的量不再增加，而达到平衡，体系始终保持两相状态。用溶胀度Q（即溶胀的倍数）表征这种状态，用平衡溶胀法测定之溶胀度＝溶胀后溶胀体总体积/溶胀前高分子体积W1——溶胀体内溶剂的重量W2——溶胀体内聚合物的重量——溶剂的密度——溶胀前聚合物的密度Q——溶胀度•溶胀度等于溶质体积分数的倒数。222211)(5即：聚合物在溶胀体中的体积分数结晶聚合物的溶解①热力学稳定相态，分子链排列紧密、规整，分子间作用力大，所以溶解要比非晶聚合物困难得多。②溶解有两个过程：首先吸热，分子链开始运动，晶格被破坏。然后被破坏晶格的聚合物与溶剂发生作用，同非晶聚合物一样，先发生溶胀，再溶解。2.非极性结晶聚合物的溶解（要加热）（1）这类聚合物一般是由加聚反应生成的，如PE，IPP等，它们是纯碳氢化物，分子间虽没有极性基团相互作用力，但由于分子链结构规整，所以也能结晶。(2)溶解过程：往往是加热到接近时，晶格被破坏，再与溶剂作用。•例如：HDPE(＝135oC)在四氢萘中加热到120oC才能溶解。有规PP＝134oC；全同PP，＝180oC)在四氢萘中加热到130oC以上才能很好地溶解。溶解不仅与分子量大小有关，更重要的是与结晶度有关，结晶度↑，溶解度↓天然橡胶（非极性）：溶于汽油，苯，己烷，石油醚（非极性溶剂）PS（弱极性）：溶于甲苯，氯仿，苯胺（弱极性）和苯（非极性）PMMA（极性）：溶于丙酮（极性）PVA(极性)：溶于水（极性）PAN（强极性）：溶于DMF，乙晴（强极性）；柔性链高分子溶液的热力学性能柔性链高分子稀溶液是处于热力学平衡态的真溶液；高分子溶液的相平衡；共混聚合物相容性的热力学；聚合物的浓溶液。④高聚物的分子运动：高聚物分子运动特点；玻璃化转变；高聚物结晶行为、结晶动力学、结晶热力学。⑤橡胶的弹性：形变及描述力学行为的基本物理量；橡胶弹性的热力学分析；弹性理论；影响因素；热塑性弹性体。221Q6⑥高聚物的粘弹性：粘弹现象、粘弹性的数学描述；粘弹性的温度依赖性；粘弹性的测定方法；动态力学性能与分子结构和分子运动的关系。⑦高聚物的力学性能：聚合物的塑性和屈服；断裂和强度。⑧高聚物的流变性：牛顿流体和非牛顿流体；高聚物熔体的切粘度；高聚物熔体的弹性表现；拉伸粘度。⑨高聚物的电、热、光学性能及表面与界面性能：高聚物介电常数、介电损耗、介电击穿、静电现象。高聚物的导电性能：高聚物的导电率、导电性与分子结构的关系。高聚物的热性能：高聚物的热稳定性、热膨胀、热传导；高聚物的光学性能：折射、反射和吸收；表面和界面性能：特性、测试方法、改性。⑩高分子物理的发展2.2.1.2高分子化学⑴考试要求①掌握聚合反应的分类；了解连锁聚合连锁聚合的特点：②（1）聚合需要活性中心，如自由基、阳离子、阴离子等，③因此有自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合之分。④（2）聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。⑤（3）聚合过程中相对分子质量变化不大，体系始终由单体、⑥高分子量聚合物和引发剂组成。没有分子量递增的产物。⑦（4）单体转化率随时间增加。⑧、逐步聚合的单体、概念和特点。逐步聚合的特点：⑨（1）低分子单体通过官能团间的缩合逐步形成大分子。体⑩系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成。（2）每一步反应的速率和活化能基本相同。（3）反应初期大部分单体很快形成低聚物，短期内转化率很高。随后低聚物相互反应，分子量缓慢上升。（4）大部分是平衡反应。烯类单体的加聚反应一般为连锁聚合；大多数缩聚反应为逐步聚合。掌握自由基聚合机理连锁聚合通常由链引发、链增长和链终止三个基元反应组成自由基聚合反应产物高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚（甲基）丙烯酸及其酯类、聚丙烯酰胺、ABS树脂等；聚丙烯腈、聚乙烯醇（缩甲醛）等；丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等、阻聚机理；熟悉自由基聚合单体和引发剂的选择、聚合速率、分子量和分子量分布的影响因素。掌握二元共聚的共聚物组成；熟悉自由基共聚合反应的基本概念、竟聚率的影响因素、单体与自由基的活性及其影响因素、共聚合速率；了解Q-e方程。掌握本体聚合，溶液聚合，悬浮聚合，乳液聚合等各类聚合反应实施方法的过程、机理及特点。掌握阴、阳离子聚合的异同点、离子聚合与自由基聚合的异同点；熟悉Zieglar-Natta引发剂的基本组成及各组分作用。掌握聚合物的化学反应的特征及影响因素；熟悉聚合物的相似转变；了解接枝和7嵌段聚合物的合成。了解高分子化学的发展方向⑵考试内容①聚合反应基本概念：聚合反应（聚合物）分类聚合反应可从不同的角度进行分类，目前主要有两种方法。1.3.1按单体和聚合物的组成和结构变化分类早期的分类方法。加聚反应和缩聚反应。烯类单体通过加成聚合成高分子的反应称为加聚反应,特点:加聚产物的结构单元中元素组成与其单体相同，仅是电子结构发生变化。加聚物的相对分子质量是单体相对分子质量的整数倍通过单体分子中的某些官能团之间的缩合聚合成高分子的反应称为缩合反应。特点:由于低分子副产物的析出，缩聚物的结构单元要比单体少一些原子，因此相对分子质量不再是单体相对分子质量的整数倍。聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、酚醛树脂、脲醛树脂、醇酸树脂等均为重要的缩聚产物。连锁聚合；逐步聚合。1.3.2按聚合机理分类20世纪50年代开始，按聚合机理和动力学过程，将聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合两大类。连锁聚合的特点：（1）聚合需要活性中心，如自由基、阳离子、阴离子等，因此有自由基聚合、阳离子聚合、阴离