МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени
Институт химии
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебно-методической работе
доктор, профессор______________
"__" __________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
«Новые подходы к модификации высокомолекулярных соединений»
Направление подготовки: 020100 – химия
Профиль подготовки: высокомолекулярные соединения
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Саратов,
2011 год
1. Цели освоения дисциплины
Дисциплина «Новые подходы к модификации высокомолекулярных соединений» имеет своей целью углубленное изучение имеющихся представлений и получение новых знаний и умений в области получения новых полимерных материалов; формирование у студентов компетенций, связанных со способностью овладения навыками химического эксперимента, основными методами получения и модификации полимеров; навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов; методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов; методами отбора материала для теоретических и лабораторных работ для последующего применения полученных знаний и навыков для выполнения профессиональных задач.
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Новые подходы к модификации высокомолекулярных соединений» (Б3. ДВ1) относится к дисциплинам по выбору профессионального (специального) цикла и обеспечивает содержательную взаимосвязь с общепрофессиональными дисциплинами профиля подготовки «высокомолекулярные соединения».
Материал дисциплины основывается на знаниях, полученных при изучении курсов «Высокомолекулярные соединения», «Органическая химия», «Биоорганическая химия», в объеме курсов ООП по направлению 020100 «Химия». Материал курса предшествует освоению специальных дисциплин профессионального цикла (Б3. ДВ2) «Природные полисахариды и их производные», «Современные методы исследования полимеров».
При изучении данного курса обучающийся должен иметь общие представления об основах технологических процессов производства полимерных материалов, их структуре, физико-химических свойствах и областях применения; владеть теоретическими представлениями о строении и свойствах основных классов полимеров; владеть теоретическими основами основных методов химического анализа; владеть основами информатики для использования программного обеспечения при обработке экспериментальных данных и подготовки научных публикаций.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.
В результате освоения дисциплины «Новые подходы к модификации высокомолекулярных соединений» формируются следующие компетенции:
- использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
- владение одним из иностранных языков навыков разговорной речи (ОК-12);
- умение работать в коллективе, готовность к сотрудничеству с коллегами, способность к разрешению конфликтов и социальной адаптации (ОК-14);
- способность в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-15);
- понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности (ПК-1);
- владение навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций ( ПК-4);
- представление основных химических, физических и технических аспектов химического промышленного производства с учетом сырьевых и энергетических затрат (ПК-5);
- владение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов (ПК-6);
- иметь опыт работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях (ПК-7);
- владение методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК-8).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
- методы синтеза высокомолекулярных соединений;
- современные методы модификации высокомолекулярных соединений;
- физикохимические основы процессов структурообразования в полимерах;
- основы технологии производства пластических масс;
- основы технологии производства эластомеров;
- основы технологии производства синтетических и искусственных волокон и пленок;
- технологические основы способов получения полимерных материалов;
- основные методы исследования физико-химических свойств полимерных материалов.
•Уметь:
- применять полученные теоретические знания на практике при описании основ физико-химической модификации высокомолекулярных соединений;
- анализировать преимущества и недостатки существующих технологических процессов производства основных видов полимерных материалов (пластмасс, эластомеров, волокон и пленок);
- работать с научной литературой по актуальным вопросам технологии производства полимерных материалов;
- творчески подходить к подготовке научных сообщений по данной проблематике.
•Владеть:
- практическими навыками экспериментальной работы по вопросам синтеза полимеров, модификации их физико-механических и химических свойств;
- практическими навыками экспериментальной работы с использованием термомеханического, реологического, оптического методов исследования полимеров;
- методами математической обработки полученных экспериментальных результатов.
4. Структура и содержание дисциплины «Новые подходы к модификации высокомолекулярных соединений».
Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц 324 часа (48 лекционных, 96 лабораторных, 144 самостоятельной работы, 36 экзамен).
№ | Вид работы | Трудоемкость (в часах) |
1. | Лекции | 48 |
2. | Лабораторные занятия | 96 |
3. | Самостоятельная работа | 144 |
4. | Экзамен | 36 |
ИТОГО | 324 |
4.1. Структура лекционного курса
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Трудоемкость (в часах) |
1 | Синтез полимеров | 8 | 1-3 | 12 |
2 | Свойства полимеров | 8 | 4-6 | 12 |
3 | Структурообразование в полимерах | 8 | 7 | 4 |
4 | Основные технологические методы получения полимеров | 8 | 8-9 | 8 |
5 | Модификация пластмасс | 8 | 10 | 4 |
6 | Модификация химических волокон | 8 | 11 | 4 |
7 | Модификация эластомеров | 8 | 12 | 4 |
48 |
1. СИНТЕЗ ПОЛИМЕРОВ
Влияние полифункциональности мономера на пространственное строение полимера. Основные особенности процесса цепной полимеризации. Основные кинетические закономерности радикальной полимеризации. Реакции передачи цепи, цепные регуляторы. Определение констант передачи цепи, уравнение Майо.
Основные кинетические закономерности ионной полимеризации. Модификация полимеров по методу получения «живых цепей». Координационная полимеризация с использованием катализаторов Циглера-Натта, π-аллильных комплексов переходных металлов и оксидно-металлических катализаторов. Основные способы проведения реакций полимеризации.
Основные особенности процесса ступенчатой полимеризации. Влияние степени конверсии и стехиометрии мономеров на степень полимеризации. Основные способы проведения реакций поликонденсации.
Радикальная сополимеризация. Определение констант сополимеризации по методам Майо-Льюиса и Файнмана-Росса. Константы сополимеризации и характер сополимеризации. Определение констант сополимеризации по схеме Алфрея-Прайса.
Сополиконденсация. Применение методов сополимеризации и сополиконденсации для модификации современных полимерных материалов.
2. СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
Основные отличия в химическом поведении макромолекул по сравнению с низкомолекулярными аналогами. Полимераналогичные и внутримолекулярные превращения.
Реакции сшивания, отверждения, блок - и привитая сополимеризация. Полиэлектролитные комплексы. Вулканизация каучуков.
Основные виды деструкции макромолекул. Механизм цепной и случайной деструкции. Термическая деструкция: особенности процесса, стабилизаторы. Основные особенности механической деструкции. Фотодеструкция: фотоинициаторы, фотосенсибилизаторы, фотостабилизаторы. Окислительная деструкция, озонолиз. Антиоксиданты.
3. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В ПОЛИМЕРАХ
Формирование структуры полимеров. Морфология полимерных монокристаллов. Надмолекулярная структура полимеров, кристаллизующихся из расплавов. Влияние температуры кристаллизации на кинетику кристаллизации и морфологию полимеров. Кинетика кристаллизации. Кристаллизация в процессе течения. Морфологические изменения в полимере в процессе холодной вытяжки. Морфология аморфных полимеров. Определение молекулярной ориентации в полимерах.
4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ
Виды полимерных материалов. Классификация полимерных материалов по области применения: волокна, пленки, эластомеры, пластмассы (термопласты, термореактопласты). Основные технологические методы и оборудование, применяемые при переработке полимеров: экструзия, каландрование, литье под давлением, компрессионное и трансферное формование, ротационное формование, раздув, термоформование. Изготовление пленок и листов. Производство слоистых пластиков. Пресс-литье. Формование вытяжкой. Покрытия.
5. МОДИФИКАЦИЯ ПЛАСТМАСС
Физико-механические свойства полиэтилена высокого и низкого давлений. Полипропилен. Модификация производных полиэтилена. Поливинилхлорид и сополимеры винилхлорида. Модификация технологических свойств поливинилхлорида. Пластификация и пластификаторы. Области применения и технологические свойства изделий на основе поливинилхлорида. Физико-механические и химические свойства полистирола. Переработка полистирола методом литья под давлением. Ударопрочный полистирол. Сополимеры стирола с акрилонитрилом. Пенополистирол. Простые и сложные эфиры поливинилового спирта.
6. МОДИФИКАЦИЯ ВОЛОКОН
Способы формования химических волокон. Фильеры. Приготовление прядильных растворов. Нетканые волокнистые материалы, получаемые методом прямого формования из расплава. Модифицирование волокон. Методы модифицирования волокон. Физические методы с изменением надмолекулярного строения, формы или внешней поверхности волокон. Сверхвысокоскоростное формование волокон из расплавов.
7. МОДИФИКАЦИЯ ЭЛАСТОМЕРОВ
Классическая теория высокоэластичности эластомеров. Структура и деформационные свойства наполненных резиновых смесей. Влияние природы наполнителя на реологические свойства эластомеров. Теплофизические свойства эластомеров. Синтетические каучуки. Модификация резин методами сополимеризации и сополиконденсации.
4.2. Структура лабораторных занятий
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | ||
лаб | сам | Всего | |||||
1 | Определение температурных диапазонов существования различных фазовых состояний образцов полистирола, их сравнительная характеристика. | 8 | 1 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
2 | Определение количества ацетонорастворимых фракций в пластике | 8 | 2 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
3 | Определение эпоксидного числа в эпоксидной смоле | 8 | 3 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
4 | Определение равновесного набухания пластмассы | 8 | 4 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
5 | Определение равновесного набухания целлюлозных волокон | 8 | 5 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
6 | Определение плотности резины | 8 | 6 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
7 | Определение параметров пространственной сетки резины | 8 | 7 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе · Контрольная работа |
8 | Приготовление прядильных растворов ацетатов целлюлозы с разной степенью ацетилирования | 8 | 8 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
9 | Формование ацетатных волокон мокрым способом | 8 | 9 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
10 | Определение разрывной прочности и удлинения при разрыве синтезированных и промышленных ацетатных волокон | 8 | 10 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе. · Дискуссия по теме |
11 | Синтез феноло-формальдегидной смолы | 8 | 11 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе |
12 | Определение параметров пространственной сетки синтезированного фенопласта | 8 | 12 | 8 | 12 | 20 | · Письменный отчет к лаб. работе. · Написание реферата |
96 | 144 | 240 |
5. Образовательные технологии
Наряду с традиционными образовательными технологиями широко используются технологии, основанные на методах научно-технического творчества и современных информационных средствах, включающие, в том числе, обучение на основе учебной дискуссии по теме «Перспективные направления модификации полимерных материалов», написание реферата, контрольной работы, а также систем обучения профессиональным навыкам и умениям. Предусмотрены встречи с представителями российских компаний, в частности с руководством , специализирующемся на синтезе и модификации полимеров.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического материала [1-5], подготовку к лабораторным работам, оформление лабораторных работ, написание рефератов по предлагаемым темам, написание контрольной работы, подготовку к текущему и итоговому контролю.
Форма итогового контроля – экзамен (билеты в приложении 1)
Вопросы для самостоятельной подготовки к проведению учебной дискуссии по теме «Перспективные направления модификации полимерных материалов»
1. Модификация полиуретанов.
2. Модификация полимочевин.
3. Наиболее важные типы реакций поликонденсации: получение простых и сложных полиэфиров
4. Синтез и модификация полиамидов.
5. Области применения и модификация поликарбонатов.
6. Фенолоальдегидные полимеры.
7. Основные технологические методы и оборудование, применяемые при переработке полимеров.
8. Изготовление пленок и листов.
9. Производство слоистых пластиков.
10. Формование волокна.
11. Формование листов и пленок.
12. Формование труб и рукавных пленок.
13. Модификация и производные полиэтилена.
14. Модификация поливинилхлорида и сополимеров винилхлорида.
15. Простые и сложные эфиры поливинилового спирта.
16. Полимеры акриловой кислоты, ее гомологов и производных.
17. Способы формования химических волокон.
18. Приготовление прядильных растворов.
19. Нетканые волокнистые материалы.
20. Методы модифицирования волокон.
21. Модификация эластомеров.
22. Основные способы получения синтетических каучуков.
Темы рефератов.
1. Получение и применение полиакрилонитрильных волокон.
2. Полиамиды и изделия на их основе.
3. Производство ацетатных волокон.
4. Технологическая схема производства вискозы и материалов на ее основе.
5. Волокна для медицины.
6. Производство и применение волокна капрон.
7. Полиолефиновые волокна и перспективные направления их использования в народном хозяйстве.
8. Производство целлофана.
9. Полимерные пленки как упаковочные материалы.
10. Производство волокна лавсан и его модификация.
11. Свойства полимерных композиционных материалов.
12. Получение и применение пластмасс на основе полистирола.
13. Промышленные способы вулканизации каучуков.
14. Синтез и модификация эластомеров.
15. Синтез эпоксидных смол.
16. Получение и области применения фенолоальдегидных полимеров.
17. Области применения и технологические свойства изделий на основе ПВХ.
18. Физико-механические и химические свойства модифицированного полистирола.
19. Модификация стирола методом сополимеризации с акрилонитрилом.
Контрольная работа
Вариант 1
Синтез полимеров акрилового и метакрилового рядов. Получение и свойства простых и сложных полиэфиров. Применение фенолоформальдегидных смол.Вариант 2
1. Целлюлоза. Получение и применение простых и сложных эфиров целлюлозы.
2. Основные способы вулканизации каучуков.
3. Свойства и применение полиуретанов.
Вариант 3
1. Получение фонолоальдегидных полимеров.
2. Получение и области применения синтетических каучуков.
3. Свойства термореактопластов.
Вариант 4
1. Способ получения первичного и вторичного ацетатов целлюлозы.
2. Получение и свойства полиэтилена НД и ВД.
3. Получение и области применения поливинилового спирта.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Савельянов химическая технология полимеров. — М.: Академкнига, 2007. — 336 с.
2. Перепелкин волокна и волокнистые полимерные
композиты, 2009.
б) дополнительная литература:
3. Михайлин полимерные композиционные материалы. С.-П.: Изд-во НОТ, 2010, 822 с.
4. Михайлин полимерные композиционные материалы. С.-П.: Изд-во НОТ, 2009, 660 с.
5. Справочное руководство по испытаниям пластмасс и
анализу причин их разрушения, 2009.
Программа дисциплины, календарный план лабораторных работ, перечень вопросов для самостоятельной подготовки выдаются обучающимся в начале 8 семестра.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Учебная аудитория для чтения лекций
2. Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ, оснащенная необходимым оборудованием.
3. Химические реактивы.
4. Химическая посуда.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки «высокомолекулярные соединения».
Автор __________________ к. х.н., доцент
Программа одобрена на заседании базовой кафедры полимеров
от 01.01.2001года, протокол
Зав. базовой кафедрой полимеров
Д. х.н., доцент
Директор Института химии
Д. х.н., профессор
Приложение 1
Экзаменационные билеты к курсу
Билет № 1
1. Основные особенности процесса цепной полимеризации.
2. Классификация полимерных материалов по области применения: волокна, пленки, эластомеры, пластмассы.
Билет № 2
1. Основные технологические методы и оборудование, применяемые при переработке полимеров: экструзия, каландрование, литье под давлением, раздув, термоформование.
2. Нетканые волокнистые материалы, получаемые методом прямого формования из расплава.
Билет № 3
1. Технологические основы производства полимерных пленок и листов.
2. Модификация полимеров по методу получения «живых цепей».
Билет № 4
1. Физико-механические и химические свойства полистирола. Переработка полистирола методом литья под давлением.
2. Модификация производных полиэтилена.
Билет № 5
1. Модификация технологических свойств поливинилхлорида. Пластификация и пластификаторы.
2. Промышленная полимеризация стирола и методы его модификации.
Билет № 6
1. Координационная полимеризация с использованием катализаторов Циглера-Натта, π-аллильных комплексов переходных металлов и оксидно-металлических катализаторов.
2. Получение поливинилхлорида и сополимеров винилхлорида, их структура и свойства.
Билет № 7
1. Сополиконденсация. Применение методов сополимеризации и сополиконденсации для модификации современных полимерных материалов.
2. Формование волокна. Вытяжка волокон из расплава. Формование из растворов.
Билет № 8
1. Получение ударопрочного полистирола методом его сополимеризации с акрилонитрилом.
2. Модификация резин методами сополимеризации и сополиконденсации.
Билет № 9
1. Технологические основы формования полимерных материалов вытяжкой.
2. Константы сополимеризации и характер сополимеризации. Определение констант сополимеризации по схеме Алфрея-Прайса.
Билет № 10
1. Надмолекулярная структура полимеров, кристаллизующихся из расплавов. Влияние температуры кристаллизации на кинетику кристаллизации и морфологию полимеров.
2. Полимераналогичные и внутримолекулярные превращения высокомолекулярных соединений.
Билет № 11
1. Основные виды деструкции макромолекул.
2. Основы технологии производства полиэтилена высокого и низкого давления.
Билет № 12
1. Методы модифицирования химических волокон.
2. Синтетические каучуки.
