Ссылка на резервное размещение материала

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный

технический университет

ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ

(Часть 2 ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ)

Методические указания и контрольные задания

по курсу «Химия и физика полимеров»

для студентов специальности 250600

заочной формы обучения

Электронное издание локального распространения

Одобрено

редакционно-издательским

советом Саратовского государственного

технического университета

Саратов – 2006

ВВЕДЕНИЕ

По второй части курса «Физика полимеров» предусмотрено: 34 ч лекций, 17 ч практических занятий, выполнение одной контрольной работы, отчет по практическим занятиям, экзамен по дисциплине.

К практическим занятиям допускаются студенты, сдавшие контрольные работы не менее чем за 10 дней до начала сессии. В последствии контрольные работы не принимаются и не рассматриваются.

В результате изучения дисциплины (Часть 2 Физика полимеров), студент должен знать:

- методы получения и структуру основных типов полимеров;

- влияние структуры на свойства материалов;

- основные закономерности процесса растворения.

При самостоятельном изучении дисциплины следует ориентироваться на вопросы для самопроверки, которые приводятся к каждой теме.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  1 Тагер -химия полимеров. – Изд. 4-е перераб. и доп. – М.: Научный мир, 2007. – 576 с.

2.  Семчиков соединения: Учеб. для вузов/- Н. Новгород: Изд-во нижегородского гос. ун-та им. ; Изд. Центра «Академия» ,2003.-386 с.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

3.  Кленин соединения: Учебник для студентов хим. фак/, . - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 200с.

4.  Хохлов по физической химии полимеров/ , . – М.: Мир, 2000. – 192 с.

5.  Виноградова процессы и полимеры / , . – М.: Наука, 2000. – 372 с.

6.  Хохлов по физической химии полимеров/ , . – М.: Мир, 2000. – 192 с.

7.  Виноградова процессы и полимеры / , . – М.: Наука, 2000. – 372 с.

Дополнительная

8.  Киреев соединения: Учебн. для вузов. – М.: Высш. шк., 1992. – 512 с.

9.  Шур соединения. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1981. – 651 с.

10.  Стрепихеев химии высокомолекулярных соединений / , . – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1976. – 355 с.

11.  Кулезнев и физика полимеров: Учебн. для вузов / , . – М.: Высш. шк., 1988. – 308 с.

12.  Тугов и физика полимеров: Учебн. пособие для вузов/ , . – М.: Химия, 1989. – 432 с.

13.  Энциклопедия полимеров, т. 1, 2, 3. – М.: Советская энциклопедия, 1977.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Раздел III. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Тема I. Молекулярная масса и полидисперсность

высокомолекулярных соединений

Величина молекулярной массы полимеров и ее влияние на свойства. Принципиальные различия молекулярной массы низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений. Среднечисленная и среднемассовая молекулярная масса и методы их определения. Понятие о полидисперсности, ее причины и влияние ве­личины полидисперсности на свойства полимеров. Методы уменьшения полидисперсности. Фракционирование полимеров.

Литература. [2], [3], [8].

Тема 2. Структурообразование в высокомолекулярных соединениях

Понятие о внутреннем вращении молекул и гибкости цепи макромоле­кулы. Термодинамическая и кинетическая гибкость полимерных цепей. Факторы, определяющие гибкость макромолекулы. Понятие о межмолеку­лярном взаимодействии. Виды межмолекулярных связей и факторы, оп­ределяющие интенсивность межмолекулярного взаимодействия.

Понятие о надмолекулярных структурах. Аморфные и кристаллические полимеры. Типы кристаллических структур и пути их образования. Осо­бенности кристаллического состояния полимеров. Фазовые и физические состояния полимеров. Особенности физических состояний аморфных по­лимеров. Термомеханический метод исследования полимеров. Основные закономерности течения полимеров. Факторы, определяющие вязкость расплавов полимеров.

Методы исследования структур полимеров: электронная микроскопия, рентгеноскопия.

Литература. [1], [3], [5], [9].

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Весь комплекс химических и физических свойств высокомолекулярных соединений определяется: химическим составом, величиной молекуляр­ной массы, полидисперсностыо и структурой. Следует хорошо уяснить взаимосвязь этих факторов и причинность их влияния на те или иные свойства полимеров. В отличие от низкомолекулярных соединений, в высокомолекулярных соединениях большую роль играют силы межмолекулярного взаимодействия и гибкость цепи макромолекулы. Несмотря на малую энергию каждой отдельной межмолекулярной связи, суммар­ная энергия межмолекулярного взаимодействия может значительно пре­восходить энергию химической ковалентной связи, так как число меж­молекулярных сил между различными макромолекулами может быть весь­ма велико. Поэтому следует обратить особое внимание на природу межмолекулярных сил и на зависимость их величины от тех или иных факторов. Также необходимо иметь отчетливое представление о гиб­кости макромолекулы, понимать суть этого явления и знать, от чего зависит величина гибкости макромолекул. Это важно для понимания закономерностей всех физических процессов, связанных с плавлением, изменением форм и взаимного расположения макромолекул (растворение, плавление, деформации).

Вопросы для самопроверки

1.Назвать методы определения среднечисленной и среднемассовой

молекулярной массы.

2.Каковы причины полидисперсности и как она характеризуется?

3.От каких факторов и как зависит величина потенциального барье­ра вращения?

4.Какие факторы и как влияют на гибкость макромолекул?

5.В каких случаях между цепями макромолекул может возникать водородная связь?

6.Назвать типы надмолекулярных структур.

7.Что такое степень кристалличности? От чего зависит ее величина и как она влияет на свойства полимеров?

8.Какова природа вынужденной высокоэластической деформации?

9.Почему ТС с ростом молекулярной массы увеличивается только до определенного предела?

10.Как можно снизить значения ТС и ТТ?

11.Какова природа высокоэластической деформации?

12.Дать определение сегменту макромолекулы.

13.Чем обусловлена возможность получения пленок и волокон при течении расплавов полимеров?

14.Какова разница между физическими и фазовыми состояниями высокомолекулярных соединений?

Раздел IV. РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ

Тема 1. Взаимодействие полимеров с растворителями

Основные закономерности процесса растворения высокомолекулярных соединений. Термодинамические основы растворения высокомолекулярных соединений. Набухание полимеров (обратимое и необратимое) и особенности набухшего состояния полимеров. Свойства разбавленных и концентрированных растворов. Студнеобразование.

Пластификация полимеров, ее назначение и методы осуществления.

Литература. [3], [5], [8].

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Почти все изделия из полимеров получаются формованием из раство­ров или расплавов полимеров. Поэтому следует хорошо знать особен­ности течения вязких растворов и расплавов полимеров, свойства растворов высокомолекулярных соединений и закономерности растворе­ния и плавления полимеров.

Для придания полимерным материалам повышенной эластичности и мо­розостойкости проводят пластификацию полимеров. Она позволяет снизить температуру текучести полимеров, что делает возможным перера­ботку полимеров, у которых мал интервал между температурами разло­жения и текучести, и даже тех полимеров, у которых температура раз­ложения ниже температуры текучести. В связи с этим следует разби­раться в механизме процесса пластификации, понимать, в результате каких причин происходит изменение свойств полимеров при пластифи­кации.

Вопросы для самопроверки

1.Охарактеризуйте особенности растворения высокомолекулярных соединений.

2.Как можно уменьшить вязкость расплавов полимеров?

3.Почему полярные полимеры растворяются только в полярных растворителях?

4.Почему растворы высокомолекулярных соединений обладают по­вышенной вязкостью по сравнению с растворами низкомолекулярных соединений?

5. В результате каких изменений, происходит увеличение эластич­ности полимера в процессе его пластификации?

Раздел V. ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В результате усвоения материала следует хорошо ориентироваться во всем многообразии высокомолекулярных соединений, иметь представление о принципах их классификации, уметь приводить примеры тех или иных представителей различных групп высокомолекулярных соединений.

Тема I. Полимеризационные полимеры

Основные сведения о получении и свойствах полимерных материалов на основе поливинилхлорида и его сополимеров, полиолефинов, полиакрилатов, поливинилацетата, поливинилового спирта и его производ­ных, фторсодержащих полимеров.

Литература. [4], [6].

Тема 2. Поликонденсационные полимеры

Основные сведения о получении и свойствах полиамидов, полиэфи­ров, поликарбонатов, полиуретанов, фенолоальдегидных полимеров, карбамидных полимеров, эпоксидных и кремнийорганических полиме­ров.

Литература. [4], [6].

Тема 3. Полимерные материалы на основе природных

высокомолекулярных соединений

Целлюлоза, ее нахождение в природе и методы выделения. Совре­менное представление о химическом строении и структуре целлюлозы. Спутники и аналоги целлюлозы. Структурные модификации целлюлозы. Реакционная способность целлюлозы. Взаимодействие с основаниями и растворение целлюлозы. Действие на целлюлозу кислот и окислителей. Гидролиз целлюлозы и свойства гидроцеллюлозы. Химические процессы, происходящие при окислении целлюлозы. Оксицеллюлоза, ее строение и свойства. Избирательное окисление первичных и вторичных гидроксильных групп целлюлозы. Реакции этерификации целлюлозы. Строение и свойства нитратов и ацетатов целлюлозы. Смешанные сложные эфиры целлюлозы.

Литература. [4], [6].

Тема 4. Натуральный и синтетический каучуки

Натуральный каучук, его нахождение в природе и получение. Виды сырого каучука. Химическое строение натурального каучука. Физи­ческие и механические свойства каучука. Гуттаперча, ее строение и свойства.

Синтетические каучуки. Классификация современных типов синтети­ческих каучуков и каучукоподобных веществ. Полибутадиеновые, полихлоропреновые, полисульфидные, полиизопреновые каучуки. Бутилкаучук. Силиконовые и полиуретановые каучуки. Синтетические каучуки на основе сополимеров: бутадиенстирольные, бутадиеннитрильные и др. Синтез синтетических каучуков стереорегулярного строения. Вулкани­зация каучука. Современная теория вулканизации. Ускорители вулкани­зации и теория их действия. Изменения физических и химических свойств каучуков в процессе вулканизации. Особенности вулканизации синтетических каучуков. Специфические свойства резин из синтети­ческих каучуков. Синтетические латексы и их свойства.

Литература. [3], [6].

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В результате проработки материалов данного раздела студенты долж­ны получить представление о синтезе, свойствах и возможных облас­тях применения основных типов промышленных полимеров. Так как материал данных тем является наиболее важным, то его изу­чению требуется уделить особое внимание.

Вопросы для самопроверки

1.Почему и как различаются свойства полиэтилена низкого и вы­сокого давления?

2.Какие представители полиакрилатов имеют промышленное приме­нение? Написать формулы их химического строения.

3.Привести реакцию получения различных галоидрсодержащих поли­меров.

4.Написать схемы реакции получения поливинилового спирта.

5.Каково строение смешанных полиамидов? Написать реакции их получения.

6.Привести реакции синтеза непредельных полиэфиров и полиэфир­ных полимеров сетчатой структуры.

7.Привести реакции синтеза полиуретана.

8.При каких условиях получаются новолачные и резолъные фенол-формальдегидные полимеры? Написать реакции их получения.

9.Привести реакции получения карбамидных, эпоксидных и крем-нийорганических полимеров.

10.Какие типы гидроксильных групп имеются в элементарном звене целлюлозы? Почему они имеют различную реакционную способность в кислой и щелочной среде?

11.Написать реакции получения щелочной целлюлозы.

12.Почему для получения ацетатов целлюлозы на исходную целлюлозу действуют уксусным ангидридом, а не уксусной кислотой.

13.Каковы условия получения простых эфиров целлюлозы?

14.В чем разница химического строения натурального каучука и гуттаперчи?

15.Привести схемы химического строения основных типов синте­тических каучуков.

16.Назвать основные типы ускорителей вулканизации. Каков меха­низм их действия?

17.Какими свойствами обладают синтетические каучуки стереорегулярного строения?

18.Как получаются и какими свойствами обладают синтетические латексы? Каково их применение?

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

По второй части курса ФХП (физика полимеров) предусмотрено выполнение одного контрольного задания. При его выполнении, студент должен показать умение анализировать и обобщать изучаемый материал. Ответы должны полностью освещать поставленный вопрос, но излагаться кратко и конкретно.

Работа выполняется в тетради (объемом не менее 15 страниц) или в компьютерном варианте на листах формата А4 в скоросшивателе (объемом не менее 10 страниц). На титульном листе контрольной работы указывается: фамилия, имя, отчество студента, курс, специальность, группа, шифр. Страницы контрольной работы нумеруются. В начале ответа должен быть написан вопрос с указанием его номера, который соответствует двум последним цифрам шифра, написанного на студенческом билете и в зачетной книжке студента. Если последние две цифры больше числа вариантов, то номер задания выбирается по таблице:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

38

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

В конце работы приводится список литературы, который оформляется по ГОСТу, ставится подпись студента и дата выполнения.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2

Вариант I

1. Полиолефины. Их получение, свойства и применение.

2. Понятие о межмолекулярных силах. Как влияет величина межмолекулярного взаимодействия на растворимость, плавление и механичес­кие свойства полимеров?

3. Кристаллические и аморфные полимеры. Каковы особенности крис­таллического, состояния полимеров?

4. Как и почему зависит степень набухания целлюлозы от концент­рации раствора едкого натра и от температуры обработки?

Вариант 2

1. Высокомолекулярные соединения на основе поливинилхлорида и его производных. Их получение, свойства и применение.

2. Понятие о гибкости макромолекулы. Дать характеристику потен­циального и кинетического барьеров вращения.

3. Охарактеризовать физические состояния аморфных полимеров. Привести пример термомеханической кривой аморфного полимера.

4. Охарактеризовать различные структурные модификации целлюлозы. Как они могут быть получены и почему они имеют разные свойства?

Вариант 3

1. Фторсодержащие высокомолекулярные соединения. Получение, свойства и применение.

2. Фракционирование полимеров. Привести примеры интегральной и дифференциальной кривых молекулярно-массового распределения.

3. Дать характеристику физическим состояниям кристаллических полимеров.

4. Пластификация полимеров. Ее назначение и методы осуществления.

Вариант 4

1. Полиакрилонитрил. Получение, свойства и применение.

2. Какие факторы и как определяют гибкость цепи макромолекул?

3. Каковы особенности вязкотекучего состояния полимеров?

4. От каких факторов и как зависит растворимость полимеров? Объяснить условия выбора растворителей для полярных и непо­лярных полимеров.

Вариант 5

1. Поливинилацетат. Получение, свойства и применение.

2. Полидисперсность высокомолекулярных соединений. Каковы ее причины и влияния на свойства полимеров?

3. Особенности аморфного состояния полимеров. Дайте характеристику различного физического состояния аморфных полимеров. Примеры.

4. Каковы основные особенности свойств растворов высокомолеку­лярных соединений?

Вариант 6

1. Полиамиды. Получение, свойства и применение.

2. Дать характеристику осмометрическому методу определения молекулярных масс полимеров.

3. Каковы особенности высокоэластического состояния аморфных полимеров?

4. Ограниченное и не ограниченное набухание полимеров. Примеры.

Вариант 7

1. Полиэфиры. Получение, свойства и применение.

2. Дать характеристику вискозиметрическому методу определения молекулярных масс полимеров.

3. Кристаллические и аморфные полимеры. Особенности кристалли­ческого состояния полимеров.

4. Каковы особенности процесса растворения высокомолекулярных соединений? По какому принципу подбирается растворитель для того или иного полимера?

Вариант 8

1. Полиуретаны. Их получение, свойства и применение.

2. Гибкость цепи макромолекулы. От каких факторов и как зависит величина гибкости макромолекулярной цепи?

3. Каковы особенности вязкотекучего состояния полимеров?

4. Особенности разбавленных и концентрированных растворов полимеров.

Вариант 9

1. Полиакрилаты. Их получение, свойства и применение.

2. Типы надмолекулярных структур.

3. Высокоэластическая деформация.

4. Каковы особенности процесса растворения высокомолекулярных соединений? По какому принципу выбирается растворитель для того или иного полимера?

Вариант 10

1. Фенолформальдегидные полимеры. Их получение, свойства и при­менение.

2. Конфигурация макромолекул.

3. Релаксационные явления при деформациях полимеров.

4. Методы исследования структур полимеров (электронная микроскопия).

Вариант 11

1. Изопреновый каучук. Его получение, свойства и применение.

2. Конформация макромолекул.

3. Типы кристаллических структур и пути их образования.

4. Каковы особенности свойств растворов высокомолекулярных соединений?

Вариант 12

1. Полиэтилен низкого давления. Получение, свойства и применение.

2. Агрегатные, фазовые и физические состояния полимеров.

3. Каковы особенности высокоэластического состояния полимеров?

4. Ограниченное набухание полимеров.

Вариант 13

1. Теория пластификации каучука. Каковы особенности пластифика­ции натурального и синтетических каучуков?

2. Как влияет форма макромолекул (разветвленная, линейная, сетчатая) на механические свойства полимеров?

3. Стеклование и стеклообразное состояние полимеров.

4. Методы исследования структур полимеров (рентгеноскопия).

Вариант 14

1. Поливинилацетат. Получение, свойства и применение.

2. Какова разница между конформацией и конфигурацией макромолекулы?

3. Механизм вязкого течения и аномалии вязкости.

4. Набухание и растворение полимеров.

Вариант 15

1. Полипропилен. Получение, свойства и применение.

2. Дать характеристику межмолекулярным силам. От каких факторов и как зависит величина межмолекулярного взаимодействия?

3. Кристаллическое состояние полимеров.

4. Факторы, определяющие вязкость расплавов полимеров.

Вариант 16

1. Полистирол. Получение, свойства и области применения.

2. Дать характеристику гибкости макромолекул полимеров. От каких факторов и как зависит величина гибкости макромолекулярных цепей?

3. Механизм разрушения полимерных материалов.

4. Реологические свойства разбавленных растворов полимеров.

Вариант 17

1. Полиэтилен высокого давления. Получение, свойства и применение.

2. Надмолекулярная структура полимеров.

3. Деформационные свойства полимеров.

4. Как и почему влияет введение пластификатора на Тс и Ту полимера?

Вариант 18

1. Кремнийорганические полимеры. Их получение, свойства и применение.

2. Термомеханический метод исследования полимеров.

3. Деформационные свойства аморфных полимеров.

4. Каковы особенности свойств растворов высокомолекулярных соединений?

Вариант 19

1. Эпоксидные полимеры. Их получение, свойства и применение.

2. Отличие между физическими и фазовыми состояниями высокомолекулярных соединений.

3. Вынужденная эластичность.

4. Термодинамические критерии растворимости.

Вариант 20

I. Карбамидные полимеры. Их получение, свойства и области при­менения.

2. Морфологические картины аморфных и кристаллических полимеров.

3. Прочностные свойства полимеров.

4. Растворы полимеров.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………...2

Литература…………………………………………………………….2

Раздел III. Строение и свойства высокомолекулярных

соединений…………………………………………………………… 2

Раздел IV. Растворы полимеров………………………………….…..4

Раздел V. Отдельные представители высокомолеку­лярных

соединений…………………………………………………………….6

Контрольное задание………………………………………………….7

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составители: , ,

Под редакцией

Рецензент

Саратов,

Научно-техническая библиотека СГТУ

,

http: // lib. *****

Регистрационный

номер…060044 Э

ã

Саратовский государственный

технический университет, 2006