走进高分子的奇妙世界教学大纲

《走进高分子的奇妙世界》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《走进高分子的奇妙世界》（Approachingtheamazingpolymerworld）课程号（代码）：300091020课程类别：校公选课学时：32学分：2二、教学目的及要求各种材料的发展及应用使得我们的世界绚丽多彩，并为人类文明提供了强大的物质保障。而作为五大基础性材料之一的高分子材料早与我们人类的生产、生活密不可分，在几乎所有材料应用领域都发挥着至关重要的作用。可以说，当今世界上每一个人都离不开高分子材料，甚至每时每刻都在接触着高分子材料。对高分子材料知识有常识性地了解，能有助于我们理解和解决在工作、学习、生产、科研、生活中所遇到的涉及物质材料的各种问题，是现代人需要掌握的“通识”。高分子材料学作为一门独立学科已存在超过百年，理论知识体系完整，内容繁多、深奥，不经过系统性的学习、训练，是较难掌握的。本课程目的旨在向非高分子专业的学生介绍高分子材料的入门知识，通过深入浅出、通俗易懂的教学过程让学生对高分子材料有基本的了解，并对高分子材料的应用方法及思路有较广泛的认识。授课内容从介绍什么是高分子及高分子材料的发展历史开始；再以“应用-性能-结构”为线索，对通用高分子材料从空间维度的角度（一维、二维及三维）进行分别讲述；然后对热门的新兴研究及应用领域，即功能高分子和生物医用高分子，进行较系统的介绍；最后，高分子材料的未来发展趋势要符合当今社会环境友好、可持续发展的理念，所以特别安排讲述了高分子材料回收再利用、绿色合成制备技术等相关内容。通过内容丰富的课堂讲解，帮助学生树立材料工程意识及可持续发展理念。学生要积极配合任课教师完成课堂教学，参与课堂讨论，并需要在课外阅读一定的参考书及资料。对毕业要求及其分指标点支撑情况：（1）毕业要求1，分指标点1.4；（2）毕业要求3，分指标点3.4；（3）毕业要求12，分指标点12.3。三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）第一章高分子基础知识与高分子发展简史（3学时）介绍高分子的定义、分类、命名方法及相关基础知识；高分子材料发现、应用的发展简史，以及几位重要高分子科学家的故事。让学生知道高分子是什么，并对高分子材料有大致了解，产生学习的兴趣1、高分子的基础知识（2学时）要点：高分子的定义、命名及分类高分子的分子量及特点高分子的合成、结构、性能2、高分子发展史话（1学时）要点：中国古代的高分子材料几种重要高分子材料的发现及应用高分子学科的诺贝尔奖第二章一维高分子材料——纤维（3学时）从本章开始分章节介绍通用高分子材料，并以材料的空间维度的角度进行分类，首先是一维的纤维材料。高分子纤维可分为天然纤维和化学合成纤维两大类，讲述内容主要涉及人工合成的化学纤维，关注纤维的制备技术、应用及结构-性能特点。1、常见的化学纤维（1学时）要点：尼龙、涤纶、丙纶、涤纶、腈纶、氨纶等几种重要纤维的化学结构及应用2、纺织技术：从原材料到制品（1学时）要点：一般纺丝工艺无纺布技术3、几种特殊的纤维（1学时）要点：碳纤维超细纤维超强液晶纤维环保天然纤维第三章二维高分子材料——薄膜和涂料（3学时）薄膜和涂料是人们在生活中最常见的高分子材料应用形式，而除了作为常规的包装材料之外，高分子薄膜与涂料还在建筑、农业、汽车、能源、新型显示等领域发挥特殊的重要作用。本章主要通过各种典型、生动的例子向学生介绍二维高分子材料的重要性及应用方式。1、高分子薄膜（2学时）要点：塑料包装薄膜农业薄膜锂电池隔膜液晶显示与偏振膜奇妙的石墨烯合成纸、塑料钞票等2、高分子涂料（1学时）要点：早期的涂料——生漆汽车上的智能漆纺织品和塑料上的涂料第四章三维高分子材料——塑料和橡胶（3学时）塑料和橡胶是应用量最大的两种高分子材料形式，全世界塑料的年消耗量已超过三亿吨，而橡胶最重要的应用就是制备汽车轮胎。本章不仅介绍塑料和橡胶的常规应用，而且关注一些具有特殊性能的塑料及橡胶品种以及针对它们的有趣应用，还根据塑料的本质特点简要介绍塑料成型加工的基础知识。1、塑料的应用与成型加工（2学时）要点：塑料的常规应用：塑料日用及工业品、塑料建材、发泡塑料塑料的特殊应用：汽车上的高分子材料航空航天材料——耐热高分子阻燃高分子塑料的成型加工基础：成型技术、成型口模及模具2、橡胶及其应用（1学时）要点：轮胎——天然橡胶热塑性弹性体特种橡胶：聚氨酯、硅橡胶第五章功能高分子材料（3学时）除了利用高分子材料本征的物理/化学性能之外，通过各种先进的材料制备技术，如纳米复合、掺杂、大分子自组装、结构仿生等，能够赋予高分子材料奇妙的功能，极大扩展了高分子材料的应用领域。本章主要介绍了几类重要的功能高分子，包括吸水、驱油、导电导热、光电转换、电磁屏蔽等，展现了高分子材料的蓬勃生命力。要点：与油和水打交道的高分子：能喝水的树脂、油田高分子（聚丙烯酰胺）光电高分子：光导纤维、光电转换材料导热高分子材料导电及电磁屏蔽材料结构仿生高分子材料第六章生物医用高分子材料（3学时）人体除大脑外，其他一切器官都可用高分子材料代替。这些用以制造人体内脏、体外器官、医疗器械等的高分子材料可以是天然生物高分子，也可以是合成生物高分子。由于医用高分子多用于人体，直接关系使用人的生命和健康，因此对其安全性（毒副作用）、机械性能（强度）、适应性（生物相容性）及特殊功能性（替代器官等）有极高要求。本章将重点介绍几类生物医用高分子。要点：人造器官：硅橡胶材质心脏人工血管：聚四氟乙烯结构与血管性能隐形眼镜：聚甲基丙烯酸甲酯人造皮肤：聚乙醇酸人造关节：聚乙烯人工肾：中空纤维神经再生导管：聚乳酸第七章高分子材料废物流的产生与回收再利用（3学时）再生循环利用是一个关于高分子材料环境与可持续发展的重要课题。高分子材料的广泛使用给人类生活带来了极大便利，但在其生产、消费以及使用后均会产生大量的废物，对自然环境造成了极大压力。本章主要介绍全球高分子材料的生产、消费以及废物流的产生，废旧高分子材料的分离与回收新技术，再循环利用的政策等。1、废物流的产生（1学时）要点：全球高分子材料的生产和消费情况废物流的产生和分类不同国家高分子材料的回收与再循环利用政策2、高分子材料的分离与回收（2学时）要点：高分子材料的辨别和分离高分子材料的回收新技术（物理回收、化学回收、能量回收等）高分子材料再循环利用的动力与阻力（社会、法律及环境因素）第八章高分子材料的环境设计（3学时）高分子材料循环利用的一个主要障碍就是产品设计，一方面很多产品在使用后非常难以拆卸；另一方面于许多产品都是由多种不同材料制成，难以分离。因此，要提高分子材料的可回收性，就要利用“生命周期思维法”来设计产品。本章主要介绍生命周期思维的概念和原理、在高分子产品的整个生命周期（从原材料的提取、精炼到合成和产品的使用以及废品的管理）对环境的影响、高分子材料的可持续技术等。1、生命周期思维（2学时）要点：生命周期思维的概念按生命周期进行产品设计的基本原理、方法和工具按生命周期进行产品设计再循环利用对环境的影响高分子材料循环利用的生命周期案例分析2、高分子材料今后的发展方向（1学时）要点：绿色合成技术绿色加工技术回收新技术第九章天然高分子及生物基合成高分子（3学时）天然高分子和生物基合成高分子具有绿色、可再生、生物可降解等特性，可部分替代传统石油基高分子，具有巨大的发展潜力和市场应用空间。本章主要介绍淀粉、纤维素、壳聚糖等天然高分子的制备与应用，以及聚乳酸、聚丁二酸丁二酯等生物基合成高分子的合成、改性和应用。1、天然高分子材料（2学时）要点：常见的天然高分子品种、结构和理化性质（淀粉、纤维素、壳聚糖等）天然高分子材料的制备天然高分子材料的应用2、生物基合成高分子材料（1学时）要点：生物基合成高分子材料的简介生物基合成高分子材料的合成生物基合成高分子材料的改性与应用第十章高分子材料的绿色技术与绿色工程（3学时）超临界CO2绿色环保，引入高分子材料加工过程中可制备轻量化多孔材料。相比其他化学发泡剂及物理发泡剂，CO2无毒无污染，可提升高分子材料隔音降噪、保温隔热等性能。本章将重点介绍超临界CO2发泡的基本原理及加工方法。1、CO2绿色成孔加工原理（2学时）要点：CO2溶胀泡孔成核泡孔生长泡孔结构2、CO2绿色加工方法（1学时）要点：挤出发泡注塑发泡珠粒发泡模压发泡四、教材（名称、作者、出版社、出版时间）《奇妙的高分子世界》，董炎明编著，化学工业出版社，2012年。五、主要参考资料①《欧美工业设计5大材料顶尖设计——塑料篇》，（英）克里斯·莱夫特瑞著，上海人民美术出版社，2004年②《高分子材料》，黄丽主编，化学工业出版社，2005年③《高分子材料环境友好与可持续发展》，（英）阿蒂萨·阿萨帕吉克等著，化学工业出版社，2006年六、成绩评定（注明期末、期中、平时成绩所占的比例，或理论考核、实践考核成绩所占的比例）课程总成绩中，期末占40%（专题小论文），平时提问、课堂讨论、课堂作业成绩占60%。