Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского» Институт химии утверждаю
Скачать 232.58 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» Институт химии УТВЕРЖДАЮ: проректор по учебно-методической работе д.филол.н., профессор Е.Г. Елина "__" __________________20__ г. Рабочая программа дисциплины Синтез и свойства водорастворимых полимеров Направление подготовки 020100 – Химия Профиль подготовки Высокомолекулярные соединения Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная Саратов, 2011 год 1. Цели освоения дисциплины Целью освоения дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» является формирование у обучающихся компетенций, связанных с: – пониманием теоретических основ основных методов синтеза водорастворимых синтетических полимеров, – изучением особенностей их структуры и физико-химических свойств, – приобретением навыков экспериментальной работы с использованием некоторых методов исследования полимеров, для последующего применения полученных знаний и навыков при выполнения профессиональных задач в области высокомолекулярных соединений на основе умения планировать и организовывать свою деятельность, а также самостоятельно приобретать новые знания, используя различные источники информации. К настоящему времени научные знания по вопросам синтеза и изучения свойств водорастворимых полимеров сложились в самостоятельный раздел полимерной науки. Водорастворимые полимеры обладают комплексом ценных свойств и находят широкое применение во многих областях техники и технологии. Водорастворимые полимеры используются в качестве флокулянтов для очистки промышленных сточных вод и биологических жидкостей от ионов тяжелых металлов, токсичных веществ и т.п. Данный класс полимеров применяют при добыче и обогащении руд, регенерации полезных ископаемых, для улучшения структуры поверхности и свойств бумаги и картона. Широко используются водорастворимые полимеры в пищевой и фармацевтической промышленности. В последние годы в связи с энергетическим кризисом большое значение приобретает использование данных полимеров в нефтедобывающей промышленности в качестве стабилизаторов, регуляторов фильтруемости и реологических свойств буровых растворов, структурообразователей почв для укрепления стенок скважин, при вторичной добычи нефти и др. Использование водорастворимых полимеров не вызывает загрязнение окружающей среды и способствует решению многих экологических задач. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» (Б3.В.4) является вариативной профильной дисциплиной профессионального (специального) цикла Б.3 подготовки бакалавров по направлению 020100 «Химия», профиль подготовки «Высокомолекулярные соединения» и преподается в 7 семестре. Материал дисциплины базируется на знаниях по неорганической, аналитической, органической, физической химии, высокомолекулярным соединениям в объеме курсов ООП по направлению 020100 - «Химия», вариативных профильных дисциплин в объеме курсов ООП по профилю подготовки «Высокомолекулярные соединения» и является основой последующего освоения других вариативных дисциплин данного профиля подготовки, прохождения практики и выполнения выпускной квалификационной работы. Для успешного освоения дисциплины обучающийся должен владеть знаниями о строении, свойствах и классификации высокомолекулярных соединений, химических свойствах и превращениях макромолекул, их поведении в растворах, иметь представление о структуре и основных физических свойствах полимерных тел, владеть навыками приготовления растворов полимеров, проведения реакций полимераналогичных превращений, уметь проводить титрометрический, гравиметрический и др. анализы, метрологическую обработку результатов эксперимента. Приобретенные в рамках дисциплины «Полимеры медико-биологического назначения» знания и умения необходимы для последующего применения полученных знаний и навыков при освоении вариативных дисциплин профиля «Высокомолекулярные соединения», прохождения практики и выполнения выпускной квалификационной работы в 8 учебном семестре. 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров»
В результате освоения дисциплины «Полимеры медико-биологического назначения» обучающийся должен знать: – ссновные понятия науки о водорастворимых полимерах, – основные методы синтеза полимеров акриламида и замещенных акриламидов, – наиболее практически важные химические свойства полиакриламида и его производных, – основные физические и физико-химические свойства полимеров акриламида и замещенных акриламидов, – области применения полимеров акриламида и замещенных акриламидов; уметь: – подбирать методики для синтеза полиакриламида или его производных с заданными свойствами, – определять степень гидролиза и степень водопоглощения полиакриламида, – определять флокулирующую способность полимерного флокулянта, – определять вязкость и гидродинамическое сопротивление водных растворов полиакриламида, – получать и изучать свойства полиэлектролитных комплексов полиакриламида с противоположно заряженными полимерами; владеть: – навыками эксперимента по проведению реакций полимераналогичных превращений и сшивания полиакриламида, – методами определения степени гидролиза и степени водопоглощения полиакриламида, – методами определения вязкости и гидродинамического сопротивления водных растворов полиакриламида, – способами получения и исследования свойств полиэлектролитных комплексов полиакриламида с противоположно заряженными полимерами. 4. Структура и содержание дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы (144 часа), из них лекции – 1 зачетная единица (36 часов), лабораторные работы – 1 зачетная единица (36 часов), самостоятельная работа – 2 зачетных единицы (72 часа), из которых 1 зачетная единица (36 часов) отводится на подготовку к сдаче экзамена.
Содержание лекционного курса 1. Основные понятия науки о водорастворимых полимерах, полимеры акриламида и замещенные акриламиды Общие сведения о водорастворимых полимерах: понятия, определения. Классификация водорастворимых полимеров. Получение искусственных водорастворимых полимеров. Практическое значение водорастворимых и водонабухающих полимеров для различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины и др. 2. Синтез полимеров акриламида 2.1. Мономеры для получения полимеров акриламида Основные акриловые мономеры, применяемые для производства водорастворимых и водонабухающих полимеров акриламида. Физические, химические свойства мономеров. Области применения акриламида и акриловой кислоты. Способы получения, краткая характеристика промышленных методов производства акриламида и акриловой кислоты. Характеристика промышленных способов получения акриламида гидратацией акрилонитрила в присутствии ферментов, гетерогенных катализаторов. Сернокислотная гидратация. Побочные реакции. Селективность и избирательность катализаторов реакций гидратации акрилонитрила. Биотехнологический способ, как наиболее прогрессивный промышленный метод получения акриламида. Преимущества перед другими методами. 2.2. Синтез полимеров акриламида Основные методы синтеза водорастворимых полимеров на основе акриламида: радикальная полимеризация акриламида в растворе, в массе, эмульсии и суспензии. Особенности способов проведения полимеризации. Свойства полученных полимеров и технико-экономические показатели производства. 2.3. Гомогенная полимеризация Особенности гомогенной полимеризации акриламида и его производных. Основные закономерности радикальной полимеризации акриламида в растворе. Влияние растворителя на кинетику полимеризации. Вода, как идеальная среда для радикальной полимеризации акриламида. Влияние среды, температуры, рН, концентрации мономеров, концентрации компонентов инициирующей системы на радикальную полимеризацию акриламида и на свойства полученных полимеров. Особенности полимеризации мономеров в концентрированных растворах. Адиабатическая полимеризация. Особенности адиабатической полимеризации акриламида, «гель»-эффект. Принципиальная технологическая схема получения полимеров акриламида. Основные стадии получения сухих полимеров акриламида в виде порошка. 2.4. Гетерогенная полимеризация Основные методы гетерогенной полимеризации акриламида. Гетерофазная (осадительная), суспензионная и эмульсионная полимеризация акриламида. Основные закономерности полимеризации акриламида в гетерогенных условиях. Выбор растворителя, концентрации мономеров, типа инициаторов, стабилизаторов, эмульгаторов суспензионной и эмульсионной полимеризации. Особенности полимеризации акриламида в суспензии и в эмульсиях. Свойства и молекулярные характеристики получаемых полимеров. Основные стадии технологии получения полимеров. 3. Химические превращения полиакриламида и его производных Химические свойства. Химические и полимераналогичные превращения полиакриламида и его производных. Наиболее важные реакции полимераналогичных превращений: щелочной и кислотный гидролиз, метилолирование, аминометилирование (реакция Манниха), гипогалоидное расщепление (перегруппировка Гофмана). Особенности протекания этих реакций. Влияние эффекта соседных звеньев. Практическое значение реакций полимераналогичных превращений полимеров акриламида и области применения получаемых полимеров. Реакции сшивки как способ получения водопоглощающих полимеров, пленок, защитных покрытий и капсул для лекарств, семян, удобрений. Образование трехмерных структур. Способы сшивки полиакриламида и его производных под действием альдегидов и ионов многовалентных металлов. 4. Физические и физико-химические свойства полимеров акриламида и замещенных акриламидов Физические свойства полиакриламида: плотность, растворимость в воде и в других растворителях. Температура стеклования, температура плавления. Вязкость растворов в различных растворителях. Зависимость вязкости водных растворов от концентрации полимера, молекулярной массы, молекулярно-массового распределения. Вискозиметрический метод определения молекулярной массы. Уравнение Марка-Куна-Хаувинка. Понятие о полиэлектролитах. Примеры полиэлектролитов на основе полимеров акриламида. Влияние низкомолекулярных электролитов на вязкость растворов полиэлектролитов. Флокулирующая способность. Влияние молекулярной массы и химического состава на флокулирующую способность. Механизм флокуляции. Сшитые (водопоглошающие) полимеры. Зависимость водопоглощения от структуры полимеров. Факторы, влияющие на водопоглощение. 5. Применение полимеров акриламида и замещенных акриламидов Основные области применения полимеров акриламида: очистка природных и сточных вод, обезвоживание осадков в целлюлозно-бумажной промышленности, водообработка, флокуляция отходов флотации руд, обогащение и регенерация полезных ископаемых и нефти, обработка бумаги и шлихтование текстильных материалов (улучшение свойств нитей), обработка бумаги и флокуляция биологических клеток. Применение полимеров акриламида его производных в нефтедобывающей промышленности в качестве стабилизаторов при бурении, регуляторов фильтруемости и реологических свойств буровых растворов, загустителя воды при вторичной добыче нефти. Зависимость эффективности высокомолекулярных полимеров акриламида от молекулярной массы и химического состава макромолекул. Применение относительно низкомолекулярных полимеров акриламида в качестве разжижителя нефти, стабилизатор буровых растворов. Области применения водонабухающих полимеров (водопоглошающих, суперабсорбентов) на основе полимеров и сополимеров. Структура и календарный план лабораторных работ
5. Образовательные технологии Наряду с традиционными образовательными технологиями широко используются технологии, основанные на современных информационных средствах и методах научно-технического творчества, включающих обучение на основе учебных дискуссий по темам «Поверхностно-активные полимеры», «Свойства смесей поверхностно-активных и высокомолекулярных веществ», «Смеси поверхностно-активных веществ и белков», опережающей самостоятельной работы (рефераты), а также систем обучения профессиональным навыкам и умениям. Преподавание дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» проводится в лабораториях ООО «Саратовский завод акриловых полимеров «АКРИПОЛ». 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. Самостоятельная работа студентов предполагает составление опорных конспектов, освоение теоретического материала, подготовку к лабораторным работам (учебно-методические рекомендации по выполнению лабораторных работ приведены в приложении 1), оформление лабораторных работ, написание реферата, подготовку к деловым играм, поиск информации в сети Интернет, подготовку к текущему и итоговому контролю. Форма итогового контроля – экзамен (билеты в приложении 2). 6.1. Вопросы для самостоятельной подготовки Вопросы к учебной дискуссии №1 «Поверхностно-активные полимеры» 1. Поверхностно-активные полимеры: способы конструирования. 2. Полимеры с гидрофильной основной цепью и гидрофобными боковыми цепями. 3. Полимеры с гидрофобной основной цепью и гидрофильными боковыми цепями. 4. Уникальные свойства высокомолекулярных поверхностно-активных полимеров. Вопросы к учебной дискуссии №2 «Свойства смесей поверхностно-активных (ПАВ) и высокомолекулярных веществ» 1. Индуцированное полимерами агрегирование ПАВ. 2. Притяжение между полимером и ПАВ: влияние природы обоих компонентов. 3. Ассоциация ПАВ с поверхностно-активными полимерами. 4. Аналогия между взаимодействием ПАВ с поверхностно-активными полимерами и образованием смешанных мицелл. 5. Сходство фазового поведения смесей ПАВ с полимерами и смешанных растворов полимеров. 6. Корреляция фазового поведения смесей полимер–ПАВ с фазовым поведением смесей двух полимеров или смесей ПАВ. 7. Влияние полимера на фазовое поведение бесконечных самоассоциатов молекул ПАВ. 8. Техническое использование смесей полимер–ПАВ. 9. Компактизация молекул ДНК катионными ПАВ: применение в генной терапии. Вопросы к учебной дискуссии №3 «Смеси поверхностно-активных веществ и белков» 1. Дифильность белков. 2. Роль взаимодействий белков с ПАВ. 3. Поверхностное натяжение и солюбилизация как подтверждение связывания ПАВ белками. 4. Сложный характер изотерм связывания ПАВ белками. 5. Вязкость растворов смесей ПАВ и белков. 6. Фазовое разделение растворов смесей ПАВ–белок. 7. Денатурация белка при связывании ПАВ. 6.2. Контрольные вопросы 1. Общие сведения о водорастворимых полимерах: понятия, определения. 2. Классификация водорастворимых полимеров. 3. Основные акриловые мономеры, применяемые для производства водорастворимых и водонабухающих полимеров акриламида. 4. Физические, химические свойства мономеров. 5. Способы получения, краткая характеристика промышленных методов производства акриламида и акриловой кислоты. 6. Характеристика промышленных способов получения акриламида гидратацией акрилонитрила в присутствии ферментов, гетерогенных катализаторов. 7. Селективность и избирательность катализаторов реакций гидратации акрилонитрила. 8. Биотехнологический способ, как наиболее прогрессивный промышленный метод получения акриламида. Преимущества перед другими методами. 9. Основные методы синтеза водорастворимых полимеров на основе акриламида: радикальная полимеризация акриламида в растворе, в массе, эмульсии и суспензии. 10. Особенности гомогенной полимеризации акриламида и его производных. 11. Основные закономерности радикальной полимеризации акриламида в растворе. Влияние растворителя на кинетику полимеризации. 12. Влияние среды, температуры, рН, концентрации мономеров, концентрации компонентов инициирующей системы на радикальную полимеризацию акриламида и на свойства полученных полимеров. 13. Особенности полимеризации мономеров в концентрированных растворах. 14. Адиабатическая полимеризация акриламида, «гель»-эффект. 15. Принципиальная технологическая схема получения полимеров акриламида. Основные стадии получения сухих полимеров акриламида в виде порошка. 16. Основные методы гетерогенной полимеризации акриламида. Гетерофазная (осадительная), суспензионная и эмульсионная полимеризация акриламида. 17. Особенности полимеризации акриламида в суспензии и в эмульсиях. Свойства и молекулярные характеристики получаемых полимеров. 18. Химические и полимераналогичные превращения полиакриламида и его производных: щелочной и кислотный гидролиз, метилолирование, аминометилирование (реакция Манниха), гипогалоидное расщепление (перегруппировка Гофмана). 19. Особенности протекания реакций полимераналогичных превращений полиакриламида и его производных. Влияние эффекта соседных звеньев. 20. Практическое значение реакций полимераналогичных превращений полимеров акриламида и области применения получаемых полимеров. 21.Реакции сшивки как способ получения водопоглощающих полимеров, пленок, защитных покрытий и капсул для лекарств, семян, удобрений. Образование трехмерных структур. 22. Способы сшивки полиакриламида и его производных под действием альдегидов и ионов многовалентных металлов. 23. Физические свойства полиакриламида: плотность, растворимость в воде и в других растворителях. Температура стеклования, температура плавления. 24. Вязкость растворов полиакриламида в различных растворителях. 25. Зависимость вязкости водных растворов полиакриламида от концентрации полимера, молекулярной массы, молекулярно-массового распределения. 26. Вискозиметрический метод определения молекулярной массы полиакриламида. Уравнение Марка-Куна-Хаувинка. 27. Полиэлектролиты на основе полимеров акриламида. 28. Флокулирующая способность растворов полиакриламида. Механизм флокуляции. 29. Влияние молекулярной массы и химического состава на флокулирующую способность растворов полиакриламида. 30. Сшитые (водопоглошающие) полимеры. Зависимость водопоглощения от структуры полимеров. Факторы, влияющие на водопоглощение. 31. Основные области применения полимеров акриламида. 32. Применение полимеров акриламида его производных в нефтедобывающей промышленности. 33. Зависимость эффективности высокомолекулярных полимеров акриламида от молекулярной массы и химического состава макромолекул. 34. Области применения водонабухающих полимеров (водопоглошающих, суперабсорбентов) на основе полимеров и сополимеров. 35. Практическое значение водорастворимых и водонабухающих полимеров для различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины и др. 6.3. Темы рефератов 1. Водорастворимые полимеры в пищевой промышленности. 2. Водорастворимые полимеры в нефтедобывающей промышленности. 3. Водорастворимые полимеры в текстильной промышленности. 4. Водорастворимые полимеры в строительстве. 5. Влияние водорастворимых полимеров на структурообразовательные процессы в цементных суспензиях. 6. Водорастворимые комплексообразующие полимеры. 7. Направления использования водорастворимых полимеров в современной промышленности. 8. Направления использования водорастворимых полимеров в быту и домашнем хозяйстве. 9. Стабилизация дисперсных систем водорастворимыми полимерами. 10. Механизмы стабилизации дисперсий неионными полимерами. 11. Поверхностно-активные водорастворимые полимеры. 12. Взаимодействие водорастворимых полимеров с низкомолекулярными электролитами. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» Основная литература [1] Погребняк В.Г., Волошин В.С. Экологическая технология создания водозащитных экранов. Донецк: «Нолудит». 2010. 482 с. [2] Холмберг К., Йёнссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2007. 528 с. Дополнительная литература [3] Кленин В.И., Федусенко И.В. Высокомолекулярные соединения. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та. 2008. 440 с. [4] Куренков В.Ф. Водорастворимые полимеры акриламида // Соросовский образовательный журнал. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/321.html http://www.issep.rssi.ru/pdf/9705_048.pdf http://window.edu.ru/window/library?p_rid=21336 [5] Осипова Е.А. Водорастворимые комплексообразующие полимеры // Соросовский образовательный журнал. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/822.html http://window.edu.ru/window/library?p_rid=21418 Программное обеспечение и Интернет-ресурсы [1] Программы Microsoft Office 2007, СhemDraw [2] Промышленное применение водорастворимых полимеров http://www.xumuk.ru/colloidchem/151.html [3] Ахмедов К.С. и др. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами [файл DjVu, RUS] http://www.vek-com.ru/36707.html http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=2256636 [4] Баран А.А. Стабилизация дисперсных систем водорастворимыми полимерами // Успехи химии. http://www.uspkhim.ru/php/paper_rus.phtml?journal_id=rc&paper_id=3100 [5] Брезицкий С., Власов С., Каган Я. Полимеры в нефтедобыче.http://www.energyland.info/analitic-show-54247 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Синтез и свойства водорастворимых полимеров» 1. Учебная аудитория для чтения лекций. 2. Демонстрационный материал для освоения лекционного курса. 3. Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ, оснащенная необходимым оборудованием (на базе ООО «Саратовский завод акриловых полимеров «АКРИПОЛ») 4. Образцы полимеров, растворители и другие химические реактивы. 5. Химическая посуда. 6. Персональный компьютер. 7. Учебно-методические разработки для изучения теоретического материала, подготовки к практическим работам и отчетам по ним. 8. Заводская библиотека с научной литературой. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций ООП ВПО по направлению 020100 - «Химия» профилю подготовки «Высокомолекулярные соединения». Автор: к.х.н., доцент Т.А. Байбурдов Программа одобрена на заседании базовой кафедры полимеров от «___» «______________» ___ года, протокол № ____ . Зав. базовой кафедрой А.Б. Шиповская Директор Института химии О.В. Федотова | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... К настоящему времени исследования, связанные с применением полимеров в медицине и фармакологии, сложились в новое самостоятельное... | | Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность», а также формирования рационального мышления, направленного... |
| Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Безопасность жизнедеятельности» относится к базовой части профессионального цикла Б3+. Б. 3 | | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... |
 | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... | | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Концепции современного естествознания» относится к вариативной части цикла общих математических и естественнонаучных... |
| Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Природные полисахариды и их производные» ( дв2) является вариативной профильной дисциплиной профессионального (специального)... | | Российской федерации гоу впо «Саратовский государственный университет... Они даже дали названия целым этапам развития человечества: каменный век, бронзовый век, железный век. С некоторой долей пристрастности... |
| Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 10 | | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 7 |
| Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 10 | | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 8 |
| Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 11 | | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 8 |
| Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Дисциплина «Общий менеджмент» относится к базовой части профессионального цикла ооп впо | | Российской федерации фгбоу впо «Саратовский государственный университет... Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной... |
