Физика и химия волокнообразующих полимеров (стр. 2 )

Основные понятия и классификация полимеров. Терминология и номенклатура полимеров. Важнейшие представители волокнообразующих полимеров; основные принципы их получения и применения. Гомоцепные полимеры и волокна на их основе. Реакции цепной полимеризации. Гетероцепные полимеры и волокна на их основе. Реакция ступенчатой полимеризации (поликонденсации) Химические реакции с участием полимеров. Полимераналогичные реакции и их использование для получения полимеров.

Внутримолекулярные реакции и их роль в технологических процессах. Деструкция полимеров. Классификация реакций деструкции. Действие высоких температур; термостойкость и теплостойкость полимеров. Действие света и ионизирующих излучений. Реакции гидролиза, их роль в процессах синтеза полимеров и отделке текстильных материалов. Окислительная деструкция. Методы оценки деструкции и технологические способы ее снижения.

Принципы стабилизации полимеров. Стабилизаторы: ингибиторы и антиоксиданты.

Межмакромолекулярные реакции и их технологическое использование для модификации и отделки волокнообразующих полимерных материалов. Реакции дубления, термоотверждения, структурирования. Термореактивные полимеры. Предконденсаты термореактивных смол и их применение в отделочном производстве. Реакции, происходящие в процессах малосминаемой отделке целлюлозных материалов.

Модуль 2. Физическая структура полимеров

Особенности молекулярной структуры изолированной молекулы Молекулярная масса полимеров и способы ее определения. Понятие молекулярно-массового распределения. Виды неоднородностей в полимерной молекуле.

Гибкость макромолекул. Понятие конфигурации и конформации полимерных молекул. Виды конформаций, конформационные переходы молекул. Параметры гибкости и ее значение для свойств волокнообразующих полимеров.

Надмолекулярная структура полимеров в конденстрованном состоянии. Взаимное расположение молекул в полимере. Современные представления о структуре полимерных тел. Кристаллическое состояние полимеров, виды кристаллических структур, понятие степени кристалличности. Ориентированное состояние полимеров, модель Петерлина, анизотропия свойств ориентированных полимеров. Аморфные полимеры, модель Йея. Влияние надмолекулярной структуру на потребительские и технологические свойства полимеров. Методы исследования надмолекулярной структуры.

Агрегатные, фазовые и физические состояния полимеров. Кристаллическое и аморфное фазовые состояния и фазовые переходы полимеров. Кристаллизация и стеклование. Стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее состояние полимеров. Понятие температуры стеклования, ее значение для эксплуатационных свойств полимеров, методы определения.

Модуль 3. Деформационные и реологические свойства полимеров

Упругая деформация; модуль упругости для полимерных тел. Высокоэластическое состояние – специфическое состояние полимеров. Необратимая деформация течения.

Деформационные свойства и механическая прочность полимеров. Способы целенаправленного изменения упруго-эластических свойств волокон (ориентационное вытягивание, структурирование, введение наполнителей и пр.).

Релаксационные явления в полимерах

Реологические свойства полимерных жидкостей. Особенности течения полимерных жидкостей. Аномалия вязкости. Понятие о структурной вязкости.

Применение полимеров в текстильном отделочном производстве.

Модуль 4. Природные волокнообразующие полимеры

Общая характеристика сырьевой базы текстильной промышленности; современное состояние и перспективы развития. Учение о волокнах, общие принципы строение и свойств волокнистых материалов, особенности молекулярной и надмолекулярной структуры; общие технические свойства.

Строение и свойства целлюлозных волокон. Химическое строение целлюлозы как основы всех растительных и искусственных волокон. Химические свойства целлюлозы (отношение к воде, действию температур, кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, ферментов и микроорганизмов) и их использование в процессах отделки целлюлозных материалов. Особенности морфологической и надмолекулярной структуры целлюлозных волокон природного происхождения (хлопок и лен); сопутствующие вещества и примеси целлюлозы (белковые, пектиновые и воскообразные вещества; лигнин).

Строение и свойства белковых волокон. Строение белков: аминокислотный состав; первичная, вторичная, третичная структура белков. Понятие полипептида и изоэлектрической точки пептидных цепей.

Шерстяное волокно, морфологическое строение, специфика физико-механических свойств. Кератин шерсти: его строение, свойства, отношение к действию температур, кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, ферментов и микроорганизмов.

Натуральный шелк. Фиброин шелка - его строение, свойства, отношение к действию реагентов. Свойства серицина.

Модуль 5.Химические волокна

Искусственные волокна - производные целлюлозы.

Вискозные волокна, особенности надмолекулярной структуры, специфика свойств и их учет при организации технологического процесса отделки и эксплуатации.

Ацетатные волокна. Триацетилцеллюлозные и диацетилцеллюлозные волокна. Химические и физические свойства, термопластичность.

Синтетические волокна. Классификация; особенности химической и физической структуры и свойств. Карбоцепные волокна (полиэтиленовые, полипропиленовые, поликрилонитрильные, винилспиртовые): строение, химические и физические свойства, области применения. Гетероцепные волокна (полиэфирные, полиамидные, леоцелл и др.): особенности химического строения и надмолекулярной структуры волокон, химические и физические свойства, области применения.

Модификация синтетических волокон. Сравнительная характеристика технологических и потребительских характеристик основных видов волокнистого текстильного сырья (стоимость, эксплуатационные, гигиенические свойства и пр.).

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5
1.	Химическая технология текстильных материалов, часть 1	+	+	+	+	+
2.	Химическая технология текстильных материалов, часть 2	+	+	+	+	+
3.	Оборудование отделочного производства			+	+	+
4.	Основы проектирования				+	+
5.	Практические технологии отрасли	+	+	+	+	+
6.	Практическое колорирование	+	+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практ. зан.	Лаб. зан.	Семин	СРС	Всего час.
1.	Химия полимеров	12	-	18	-	45	75
2.	Физическая структура полимеров	10	-	9	-	34	53
3.	Деформационные и реологические свойства полимеров	5	-	9	-	14	28
4.	Природные волокнообразующие полимеры	9	-	16	-	35	60
5.	Химические волокна	5	-	9	-	22	36

6. Лабораторный практикум

Модуль 1. Лабораторные занятия: 18 час.

Цепная полимеризация. Синтез полиакриловой кислоты. Оценка активности инициатора, его концентрации и роли температурного фактора.

Ступенчатая полимеризация. Синтез мочевиноформальдегидной смолы. Влияние среды (кислой, нейтральной и щелочной) на скорость процесса и качество получаемого продукта.

Гидролитическая деструкции полимеров материалов. Оценка действия катализатора на степень гидролиза, влияние природы и концентрации катализатора, температурно-временных параметров обработки на глубину деструкции.

Термическая деструкция полимерных материалов. Определение влияния температуры и длительности процесса на потерю прочности текстильных материалов.

Модуль 2. Лабораторные занятия: 9 час

Определение молекулярной массы полимера вискозиметрическим способом.

Плазменная модификация свойств полимера, определение поверхностной энергии полимеров.

Определение температуры стеклования полимеров

Модуль 3. Лабораторные занятия 9 часов.

Оценка упруго-эластических свойств полимерных материалов природного и химического происхождение.

Исследование загущающей способности полимеров.

Исследование влияния реологических характеристик загустителей на качество печати.

Модули 4-5. Лабораторные занятия: 25 час.

Свойства и распознавание волокнистых материалов.

Горение волокнистых материалов.

Действие различных химических реагентов на волокна природного и химического происхождения.

Характерные цветные реакции.

Распознавание волокнистых материалов в 3-х компонентной смеске.

Количественный анализ волокнистых материалов.

Определение содержания в волокне жиро - и маслорастворимых спутников методом экстрагирования.

Определение общего содержания азота.

Определение содержания лигнина в льняном волокне.

Определение содержания серицина в натуральном шелке.

Определение степени деструкции волокнистых материалов методом измерения вязкости медно-аммиачных растворов.

7. Практические занятия (семинары)

Практические занятия в рамках данной дисциплины не планируются.

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Курсовые проекты или работы данной дисциплине не планируются.

9. Образовательные технологии и методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

Чтение ряда лекций по данной дисциплине проводится с использованием мультимедийных презентаций, что позволяет экономить время, затрачиваемое на написание формул и химических реакций, рисование структур и схем. Презентация дает возможность преподавателю расширить и увеличить объем иллюстрационного материала: приводить цветные фотографии, схемы, рассматривать процессы в динамике и т. д. Студентам предоставляется возможность копирования презентаций для самоподготовки и подготовки к экзамену.

Поскольку лекции читаются для одной студенческой группы непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала предыдущей лекции путем экспресс-опроса.

Проверка качества освоения студентами отдельных модулей дисциплины проводится в активной и интерактивной формах. С этой целью студентами подготавливаются доклады, рефераты, презентации с последующим обсуждением. Допускается представление сразу нескольких докладов по одной тематике, но отражающие различные аспекты проблемы.

В рамках лекционных занятий можно заслушать и обсудить подготовленные студентами рефераты.

При проведении лабораторного практикума необходимо создать условия для максимально самостоятельного выполнения лабораторных работ. Поэтому при проведении лабораторного занятия преподавателю рекомендуется:

-провести экспресс-опрос (устно или в тестовой форме) по теоретическому материалу, необходимому для выполнения работы;

-провести вводную информацию о целях и задачах планируемых лабораторных работ, особенностях проведения эксперимента, технике безопасности;

-проверить планы выполнения лабораторных работ, подготовленные студентом дома;

- оценить работу студента в лаборатории и полученные им данные;

- проверить отчет и выставить оценку.

При выставлении оценки необходимо учитывать уровень теоретической подготовки студента, степень самостоятельности выполнения работы, качество оформления лабораторной работы, обоснованность выводов.

Любая лабораторная работа должна включать самостоятельную проработку теоретического материала, изучение методик проведения и планирование эксперимента, освоение методик оценки результатов, измерительных средств, обработку и интерпретацию экспериментальных данных. При этом часть работ может не носить обязательный характер, а выполняться в рамках самостоятельной работы по курсу.

В ряд работ целесообразно включить разделы с дополнительными элементами научных исследований, которые потребуют углубленной самостоятельной проработки теоретического материала. Возможно выполнение работы всей подгруппой (8-10 человек), когда каждый из студентов исследует факторное влияние одного из параметров, а общие выводы по работе делаются на основании обобщения результатов комплексного исследования.

В рамках лабораторных занятий группе студентов может быть предложено провести экспериментальную сравнительную оценку технологических и потребительских свойств волокнистых материалов различной химической природы. На основании выявленных закономерностей должны быть сделаны рекомендации по выбору безопасных методов химического воздействия, указана специфика поведения волокон в процессах отделки; определены области применения, позволяющие максимально проявить положительные качества полимерных волокнистых материалов.