Высокомолекулярные соединения учебно-методический комплекс
Скачать 419 Kb.
|
1 2
| Тема 1.1. Общие сведения о полимерах Предмет и задачи курса. Основные понятия и определения: макромолекула, полимер, олигомер, мономер, звено, степень полимеризации. Критерии разграничения ВМС и низкомолекулярных веществ. Агрегатные и фазовые состояния полимеров: твердые тела (кристаллические и аморфные), расплавы, гели, растворы. Важнейшие свойства ВМС, обусловленные большими размерами и цепным строением макромолекул. Полимерное состояние как особая форма существования вещества. Полидисперсность ВМС. Роль усредненных характеристик при описании строения и свойств полимеров. Молекулярная масса ВМС, молекулярно-массовое распределение ВМС. Конфигурационная и конформационная изомерия. Конфигурация макромолекулы. Регулярные и нерегулярные полимеры. Локальные конфигурационные изомеры в макромолекулах полимеров монозамещенных этиленов и диенов. Стереорегулярные макромолекулы. Конформация макромолекулы. Внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы. Энергетические барьеры внутреннего вращения. Поворотные изомеры и гибкость реальных цепей. Среднее расстояние между концами цепи как характеристика, чувствительная к конформационному состоянию цепи. Свободно-сочлененная цепь как идеализированная модель гибкой макромолекулы. Связь между средними размерами идеализированного клубка и контурной длиной цепи. Понятие о статистическом сегменте. Энтропийная (молекулярно-кинетическая) упругость гибкой изолированной цепи. Классификация полимеров и их важнейшие представители: природные, искусственные и синтетические полимеры, органические, элементоорганические и неорганические полимеры, линейные, разветвленные и сшитые полимеры, гомополимеры, сополимеры, блок- и привитые сополимеры, гомоцепные и гетероцепные полимеры. Важнейшие представители полимеров. Тема 1.2. Синтез полимеров: полимеризация и поликонденсация Полимеризация. Классификация цепных полимеризационных процессов. Термодинамика полимеризации. Радикальная полимеризация (РП). Инициирование РП. Типы инициаторов. Реакции роста, обрыва и передачи цепи. Ингибиторы. Кинетика РП при малых степенях превращения. Степень полимеризации. Особенности РП при высоких степенях превращения, "гель-эффект". Радикальная сополимеризация. Уравнения состава сополимеров. Схема "Q – e". Катионная полимеризация (КП). Катализаторы и сокатализаторы. Рост и ограничение цепей при КП. Кинетика КП. Анионная полимеризация (АП). Катализаторы АП. Инициирование, рост и ограничение цепей при АП. Стереорегулирование при радикальной и ионной полимеризации. Координационно-ионная полимеризация в присутствии гомогенных и гетерогенных катализаторов. Способы проведения полимеризации: в массе, растворе, суспензии, эмульсии Поликонденсация. Типы реакций поликонденсации. Термодинамические аспекты поликонденсации. Кинетика поликонденсации: линейная, совместная и трехмерная поликонденсация. Побочные реакции при поликонденсации. Способы проведения поликонденсации. Примеры важнейших поликонденсационных процессов. Синтез важнейших представителей полимеров, выпускаемых промышленностью. Тема 2.1. Химические свойства и химические превращения полимеров Классификация химических реакций с участием ВМС. Полимераналогичные превращения: введение и элиминирование функциональных групп, превращение одних функциональных групп в другие, циклизация. Особенности реакционной способности функциональных групп: эффект цепи, конфигурационные и конформационные эффекты, концентрационные, надмолекулярные и электростатические эффекты. Химические реакции, приводящие к увеличению степени полимеризации макромолекул. Сшивание полимеров (реакции структурирования или вулканизация каучуков, отверждения эпоксидных смол). Реакции блок- и привитой сополимеризации. Физико-химические свойства блок- и привитых сополимеров. Использование химических реакций макромолекул для химического и структурно-химического модифицирования полимерных материалов и изделий. Химические реакции, приводящие к уменьшению степени полимеризации макромолекул. Деструкция. Причины деструкции. Физическая деструкция. Химическая деструкция. Классификация деструкции по механизму: цепная и случайная деструкция. Термическая. термоокислительная, механическая, фото- и фотоокислительная деструкция. Деградация полимеров в условиях эксплуатации и переработки. Принципы стабилизации. Тема 2.2. Физико-химические свойства растворов ВМС. Природа растворов полимеров. Термодинамический критерий растворимости и доказательство термодинамической равновесности растворов. Фазовые диаграммы систем "полимер – растворитель". Критические температуры растворения. Явления расслаивания. Свойства растворов полимеров. Особенности процесса растворения полимеров. Неограниченное и ограниченное набухание. Гидродинамические свойства макромолекул в растворе и их особенности по сравнению с растворами низкомолекулярных веществ. Вязкость разбавленных растворов. Приведенная и характеристическая вязкость (уравнение Марка - Хаувинка). Термодинамика умеренно концентрированных растворов высокомолекулярных соединений. Неидеальность растворов. Уравнение состояния полимера в растворе. Второй вириальный коэффициент и температура ( условия). Термодинамическое поведение макромолекул в разбавленных растворах. Коэффициент набухания макромолекул. Методы определения молекулярных масс полимеров. Осмометрия, диффузия, седиментация и ультрацентрифугирование, светорассеяние, вискозиметрия. Методы фракционирования: селективное осаждение и растворение, нефелоспектрометрия и турбидиметрическое титрование, гель-фильтрация и гель-проникающая хроматография. Концентрированные растворы, гели, коллоидные дисперсии полимеров. Ассоциация макромолекул в концентрированных растворах и структурообразование. Особенности течения концентрированных растворов. Сходство и различия между концентрированными растворами и гелями. Коллоидные дисперсии полимеров. Студни. Полиэлектролиты. Химические и физико-химические особенности поведения ионизирующихся макромолекул: поликислот, полиоснований и их солей. Особенности гидродинамических свойств полиэлектролитов. Термодинамические свойства растворов полиэлектролитов. Амфотерные полиэлектролиты. Белки как пример амфотерных полиэлектролитов. Особенности поведения полиамфолитов. Изоэлектрическая точка. Изоионная точка. Ионообменные смолы. Тема 3.1 Аморфные полимеры Структура полимерных тел. Основные физико-механические свойства аморфных и кристаллических полимеров. Особенности молекулярного строения полимеров и принципы упаковки макромолекул. Аморфные и кристаллические полимеры. Условия, необходимые для кристаллизации полимеров. Температура кристаллизации и температура плавления. Структура и надмолекулярная организация кристаллических полимеров. Различия и сходство в структурной организации кристаллических и аморфных полимеров. Термотропные жидкокристаллические (мезоморфные) полимеры. Аморфные полимеры. Свойства аморфных полимеров. Три физических состояния. Термомеханические кривые аморфных полимеров. Высокоэластическое состояние. Термодинамика и молекулярный механизм высокоэластической деформации. Энтропийная природа высокоэластичности. Связь между равновесной упругой силой и удлинением. Нижний предел молекулярных масс, необходимых для проявления высокоэластичности. Релаксационные явления в полимерах. Механические и диэлектрические потери. Принцип температурно-временной суперпозиции. Стеклообразное состояние. Особенности полимерных стекол. Вынужденная эластичность и изотермы растяжения. Механизм вынужденно-эластической деформации. Предел вынужденной эластичности. Хрупкость полимеров. Вязко-текучее состояние. Механизм вязкого течения. Кривые течения полимеров. Зависимость температуры вязкого течения от молекулярной массы. Аномалии вязкого течения. Формование изделий из полимеров на режиме вязкого течения. Пластификация полимеров. Правила объемных и молярных долей. Механические модели аморфных полимеров. Тема 3.2. Кристаллические и ориентированные полимеры Кристаллические полимеры. Свойства кристаллических полимеров. Условия кристаллизации. Природа кристаллического состояния. Типы надмолекулярных структур закристаллизованных полимеров. Термомеханические кривые кристаллических и кристаллизующихся аморфных полимеров. Изотермы растяжения и молекулярный механизм “холодного течения” кристаллических полимеров и полимерных стекол при растяжении. Разрушение полимеров. Долговечность полимерных материалов. Механизм разрушения полимеров. Ориентированные полимеры. Ориентированные структуры кристаллических и аморфных полимеров. Анизотропия свойств ориентированных полимеров и микроскопическая структура. Описание ориентированных состояний аморфных и кристаллических полимеров. Механические свойства ориентированных полимеров. Коэффициент упрочнения. Способы ориентации. Принципы формирования ориентированных волокон из расплавов и растворов. Особенности формирования жидкокристаллической фазы; получение суперпрочных волокон и пластиков. Композиционные полимеры. Армированные, слоистые, наполненные, структурно-модифицированные полимеры.
Семинарские занятия учебным планом не предусмотрены
Лабораторная работа № 1. Полимеризация. Часть 1. (12 час.) Цель работы: Исследование процесса полимеризации стирола в массе при различных концентрациях инициатора. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы. Лабораторная работа № 2. Полимеризация Часть 2. (12 час.) Цель работы: Исследование процесса полимеризации стирола в суспензии при различных концентрациях инициатора. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы. Лабораторная работа № 3. Химические свойства полимеров (12 час.) Цель работы: Исследование химических процессов с участием полимеров путем определения молекулярной массы полимера до и после облучения ультрафиолетом. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы. Лабораторная работа № 4. Растворы полимеров. Часть 1. (6 час.) Цель работы: Оценка полидисперсности макромолекул полимера вискозиметрическим методом. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы. Лабораторная работа № 5. Растворы полимеров. Часть 1. (6 час.) Цель работы: Оценка полидисперсности макромолекул полимера методом турбидиметрического титрования.. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы. Лабораторная работа № 6. Физико-механические свойства полимеров (2 час.) Цель работы: Исследование прочностных и деформационных характеристик полимерных материалов. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы. Лабораторная работа № 7. Структура и фазовые превращения полимеров (8 час.) Цель работы: Исследование строения твердых полимерных материалов и их фазовых превращений. Оборудование: химическая посуда, мономер, другие реактивы, измерительные приборы.
Курсовые работы учебным планом не предусмотрены.
Контроль за выполнением выполнения самостоятельной работы студентов осуществляется посредством:
Типовые задачи для текущего контроля Общие сведения о полимерах 1. Описать характер влияния величины (молекулярной массы, степени полимеризации) и формы макромолекулы на физико-химические свойства полимерного вещества. 2. Для некоторого количества полимера известного состава оценить число макромолекул по заданной степени полимеризации. 3. Описать тип молекулярно-массового распределения полимера по известным значениям молекулярных масс, определенных различными экспериментальными методами (вискозиметрия, светорассеяние, осмометрия и др.). 4. По заданной форме числовых ММР для двух полимеров оценить соотношение между среднемассовыми молекулярными массами этих полимеров. 5. Рассчитать числовое значение средней молекулярной массы, если заданы числа макромолекул и их молекулярные массы. 6. Оценить число вариантов конфигурационных изомеров для диады некоторой полимерной цепи. 7. Перечислить факторы, влияющие на конфигурационный состав некоторого полимера в процессе его эксплуатации. 8. Оценить величину статистического сегмента для некоторого полимера с известной молекулярной массой и размерами статистического клубка. 9. Отнести некоторый полимер к определенным классам по составу и строению. 10. Составить уравнение химической реакции с участием полимерного вещества и провести по нему некоторые стехиометрические расчеты. Синтез полимеров 1. Определить тип механизма инициирования в некоторой реакции полимеризации по энергиям активации для реакции полимеризации и стадий роста и обрыва цепи. 2. Провести расчет максимальной среднечисловой молекулярной массы некоторого полимера по заданным величинам констант роста, скорости обрыва и передачи цепи на мономер. 3. Провести расчет длины материальной цепи полимера по заданным величинам скоростей роста и обрыва цепи. 4. Рассчитать величину константы скорости инициирования при заданных концентрациях мономера и инициатора по величине скорости инициирования. 5. Указать необходимые термодинамические условия для существования верхней и нижней предельной температуры полимеризации. 6. Оценить зависимость соотношения вероятностей линейной поликонденсации и циклизации для аминокислот от длины радикала, разделяющего карбоксильную и аминную группы. 7. Вычислить начальные соотношения компонентов реакции поликонденсации по заданной величине точки гелеобразования. 8. Рассчитать максимально возможную степень полимеризации в реакции поликонденсации по заданным начальным количествам мономеров. 9. Рассчитать начальные количества реагентов, необходимые для получения поликонденсационного полимера с заданной степенью полимеризации. 10. Оценить относительную склонность ряда мономеров к чередованию с метилметакрилатом в радикальной сополимеризации. 11. Указать тип сополимера для заданной пары мономеров в указанных условиях. 12. Определить состав сополимера по величинам констант сополимеризации. 13. Указать характер влияния температуры на степень полимеризации циклического мономера в заданных условиях. 14. Оценить состав сополимера, полученного из известных мономеров путем анионной/катионной полимеризации. 15. Определить характер влияния природы растворителя на скорость полимеризации. 16. Рассчитать коэффициент эквивалентности для заданной смеси мономеров. 17. Определить наиболее эффективный инициатор для полимеризации заданного мономера. 18. Определить структуру активного центра в некоторой реакции полимеризации. Химические свойства и превращения полимеров 1. Оценить вероятность получения мономерного продукта при термической деструкции некоторых полимеров. 2. Определить конфигурационное строение полимерной цепи по химическому составу продуктов его деструкции. 3. Указать наиболее эффективный способ получения блок-сополимера заданного состава. 4. Указать характерные закономерности некоторого процесса химического превращения полимера. 5. По виду кинетической кривой гидролиза стереорегулярного полиэфира определить характер распределения звеньев в продуктах гидролиза. 6. Оценить соотношение между температурами стеклования привитого сополимера и его чистых компонентов. 7. Определить химический состав продуктов деструкции некоторого полимера. 8. Определить наиболее эффективный стабилизатор для процесса термоокислительной деструкции некоторого полимера. 9. По кинетике реакции хлорирования углеводородного полимера оценить характер распределения замещенных положений вдоль цепи. 10. Указать полимеры, образующие при пиролизе внутримолекулярные циклы при сохранении полимерной природы. 11. Указать методы, позволяющие отличить смесь гомополимеров от привитого сополимера. Физико-химические свойства растворов ВМС 1. Описать зависимость нижней критической температуры растворения полимера от его молекулярной массы. 2. Описать изменение второго вириального коэффициента при изменении температуры в интервале НКТР - ВКТР при заданном соотношении между критическими температурами. 3. Оценить величину относительного понижения упругости пара растворителя над раствором полимера по заданной величине свободной энергии смешения в системе "полимер – растворитель". 4. Оценить характер геометрической формы макромолекул по заданным величинам молекулярной массы, константы Марка-Куна-Хаувинка и характеристической вязкости. 5. Описать зависимость характеристической вязкости раствора полимера с НКТР от температуры. 6. Описать изменение параметров уравнения Марка-Куна-Хаувинка при изменении химической природы растворителя. 7. Указать характер связи между среднеквадратичным расстоянием между концами цепи макромолекул и характеристической вязкостью раствора. 8. Описать изменение характеристической вязкости раствора полимера при добавлении осадителя. 9. Описать зависимость второго вириального коэффициента в смеси двух растворителей от состава этой смеси. 10. Каково соотношение между вискозиметрическими молекулярными массами полимера, определенным в хорошем и в плохом растворителях? Физико-химические свойства растворов полиэлектролитов 1. Описать изменение приведенной вязкости раствора полиэлектролита при изменении ионной силы раствора. 2. Описать зависимость степени набухания полиэлектролитов от величины рН. 3. Определить направление движения макромолекул белка в заданных условиях. 4. Описать вид кривых потенциометрического титрования некоторого полиэлектролита. 5. Описать изменение рН раствора полиэлектролита при добавлении некоторых низкомолекулярных электролитов. 6. Указать условия, позволяющие измерять молекулярную массу полиэлектролитов осмометрическим способом. 7. Описать влияние рН на удельную вязкость растворов полиэлектролитов. Аморфные и кристаллические полимеры 1. По величине равновесной степени набухания оценить модуль упругости сшитого полимера. 2. Сравнить величины остаточной деформации некоторых полимеров с различной структурой. 3. Оценить температуру плавления полимера по заданным величинам термодинамических параметров процесса плавления. 4. Указать характер зависимости упругости от температуры для идеальных и неидеальных эластомеров. 5. Описать вид рентгенограммы для растянутого образца некоторого кристаллического полимера. 6. Описать характер зависимости величины деформации полимерного образца при постоянной нагрузке от температуры. 7. Оценить величину температуры стеклования сшитого полимера по степени сшивки и величине механического сегмента. 8. Описать зависимость температуры стеклования от температуры для аморфных полимеров. 9. Провести расчет долговечности образца нагруженного полимера при заданных условиях. 10. Указать относительные величины температуры стеклования для ряда полимеров известного химического состава. 11. Описать влияние скорости охлаждения расплавленного аморфного полимера на плотность полученного стекла. 12. Описать изменение интервала между температурами стеклования и текучести с увеличением молекулярной массы полимера. 13. Описать зависимость температуры плавления кристаллического полимера от температуры, при которой он был закристаллизован из расплава. Вопросы к экзамену
11.2. Дополнительная литература:
11.4. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы: http://elibrary.ru http://e.lanbook.com http://chemnet.ru http://chemrar.ru
Все лекции обеспечены мультимедийными презентациями и видеофильмами. Для чтения лекций необходимо наличие аудиторий, оснащенных мультимедийной техникой (компьютер, проектор и др.). Для проведения лабораторного практикума имеется оборудованная учебная лаборатория органической химии (101, корп. 5А), необходимые ресурсы лабораторной посуды и реактивов. Для самостоятельной работы студентов необходим доступ в компьютерный класс, имеющий выход в Интернет. |
1 2
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 04. Химия: высокомолекулярные... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) | | Каучук Кремнийорганические высокомолекулярные соединения и их области получения |
| Патентам и товарным знакам (19) И., Зубов Ю. А., Синевич Е. А., Чвалун С. Н., Иванчева Н. И., Смольянова О. В., Иванчев С. С., Бакеев Н. Ф. Структура и термодинамические... |  | Учебно-методический комплекс анатомия цнс учебно-методический комплекс... Анатомия центральной нервной системы: Учебно-методический комплекс / Автор-составитель: Романчук А. Ю., Калининград, 2010 |
| Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры графического... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... ... |
| Рабочая программа дисциплины (модуля) «Высокомолекулярные соединения» Рабочая программа составлена на основании фгос впо, в соответствии с целями (миссией) и задачами ооп впо и учебного плана по направлению... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине Инженерная геология ... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине Компьютерная графика ... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине Иностранные языки ... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине Иностранные языки ... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение ... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине Электроника ... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Деньги, кредит, банки» Учебно-методический комплекс рекомендован к изданию кафедрой «Банковское дело» и утвержден Учебно-методическим советом (протокол... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине Технология управления работой станций и узлов ... | | Учебно-методический комплекс содержит программу курса, темы семинарских... Хажеева И. В. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности «Документоведение и документационное обеспечение... |
