Выдрина Т.И. Химия и физика полимеров - файл n1.doc

приобрести
Выдрина Т.И. Химия и физика полимеров
скачать (482.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc483kb.18.09.2012 19:11скачать

n1.doc

  1   2   3



Т.С. Выдрина


ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ
Екатеринбург 2002

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАСС

Т.С. Выдрина




ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения лабораторного практикума по дисциплине

ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ

студентами очной, заочной и ускоренной заочной (3,5 года) форм обучения по специальности

2506.00 “Технология переработки пластмасс и эластомеров” (специализация 2506.01 “Технология изделий из пластических масс и композиционных материалов”)


Екатеринбург 2002

Рекомендованы к изданию методической комиссией инженерно-экологического факультета , протокол № 1 от 14.10. 2001 г.
Рецензент: Викторова Т.С., доцент кафедры физической, аналитической и органической химии УГЛТУ, канд. хим. наук.


Редактор: Сайгина Р.В.

_________________________________________________________

Подписано в печать Формат 60х84 1/ 16

Плоская печать Печ. л. 3,02 Тираж 100 экз.

Заказ Поз. 38 Цена 10 р.

________________________________________________________ Редакционно-издательский отдел УГЛТУ

Отдел оперативной полиграфии

В В Е Д Е Н И Е

Данные методические указания состоят из двух частей.

Первая часть содержит методики синтеза полимеров. Во второй части приведены методики исследования структуры, а также определения деформационных и прочностных свойств полимеров.

Рекомендуемые методики лабораторных работ выполняются на доступном оборудовании и просты в исполнении.

Цель лабораторного практикума:

Перед проведением каждой из работ студент должен выполнить следующее задание:

Для успешного выполнения лабораторной работы студент обязан заранее оформить заготовку отчета по соответствующей работе. В заготовке отчета он должен указать цель работы, кратко изложить теоретические положения, лежащие в основе работы, привести краткую методику проведения работы.

После практического исполнения работы студент вносит в заготовку отчета экспериментальные данные и результаты их обработки; проводит сравнение полученных данных с литературными, делает соответствующие выводы и защищает отчет перед преподавателем.

В течение времени, отведенного на лабораторные занятия, студент должен также пройти тестовый контроль теоретических знаний по основным темам дисциплины «Химия и физика полимеров». Содержание тем, которые выносятся на тестовый контроль, приводится в начале первой и второй частей данных методических указаний.

Студент, выполнивший практикум и успешно прошедший тестирование, допускается к экзамену.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ»

УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная


  1. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. М.:

Химия, 1989. 432 с.

  1. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: Высш. шк., 1988. 312 с.

  2. Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения. М.: Высш.шк., 1992. 512 с.

  3. Стрепихеев А.А., Деревицкая В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений. М.: Химия, 1976. 440 с.

  4. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. М.: Высш. шк., 1981. 656 с.

  5. Лосев И.П., Тростянская Е.Б. Химия синтетических полимеров. М.: Химия, 1971. 615 с.

  6. Энциклопедия полимеров: В 3 т. М.: Сов. энцикл., 1972-1977.

  7. Оудиан Дж. Основы химии полимеров. М.: Мир, 1974. 614 с.

  8. Балакин В.М., Выдрина Т.С. Основы физико-химии полимеров: Учеб. пособие. Екатеринбург : УЛТИ, 1994. 76 с.

  9. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров: Учеб. для хим.- технол.вузов. М.: Лабиринт, 1994. 367 с.

  10. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1978. 544 с.

  11. Основы полимерного материаловедения: Учеб. пособие./Н.Д. Негодяев, В.Г. Бурындин, А.И. Матерн, В.В. Глухих. Екатеринбург: УГТУ, 1998, 322 с.


Дополнительная


  1. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. / Под ред. д-ра физ.-мат. наук А.М.Ельяшевича. Л.: Химия, 1990. 432 с.

  2. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров. М.: Высш. шк., 1988. 391 с.

  3. Семчиков Ю.Д., Жильцов С.Ф., Кашаева В.Н. Введение в химию полимеров: Учеб. пособие для педвузов. М.: Высш. шк.,1988.151с.

  4. Практикум по высокомолекулярным соединениям. М.: Химия, 1985. 224 с.

  5. Полимеры - химия и жизнь: Краткий путеводитель по миру полимерных материалов /Н.Д.Негодяев, В.В.Глухих, А.И.Матерн. Екатеринбург: УГТУ, 1996. 162с.

  6. Практикум по химии и физике полимеров / Под ред. .Ф. Куренкова. М.: Химия, 1990. 304 с.

  7. Практикум по химии и физике полимеров. М.: Химия, 1977. 256 с.

  8. Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс: Учеб. пособие для химико-технолог. вузов. М.: Высш. шк., 1986. 495 с.

  9. Леонович А.А., Оболенская А.В. Основы химии и физики полимеров: Учеб. пособие. Л.: ЛТА, 1988. 84 с.


МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ


  1. Выдрина Т.С., Войт В.Б. Химия и физика полимеров. Химия древесины и синтетических полимеров : Вопросы и задания по разделу “Физикохимия полимеров” для контроля самостоятельной работы студентов очной и заочной форм обучения специализации 2506.01 “Технология изделий из пластмасс и композиционных материалов” и специализации 2603.05 “ Технология древесных плит и пластиков”. Екатеринбург: УГЛТА, 1996. 38 с.

  2. Войт В.Б. Реология реакционноспособных олигомеров.: Методические указания для студентов химических и химико-технологических факультетов. Екатеринбург: УГЛТА, 1995. 28 с.



ЧАСТЬ ПЕРВАЯ



  1. СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕМ ПО РАЗДЕЛУ

«ХИМИЯ ПОЛИМЕРОВ»

1.1. Тема «Введение и основные понятия в химии и физике

полимеров»

Введение. Задачи науки “Химия и физика полимеров”, краткая история развития науки. Распространение полимеров в “живой” и “неживой” природе. Современное состояние производства полимеров и полимерных материалов в мире и в странах СНГ. Структура потребления полимеров и полимерных материалов. Комплекс отличительных свойств полимеров, обеспечивающих широкое использование их различными отраслями народного хозяйства.

Основные термины и определения в химии и физике полимеров. ВМС, полимер, составное звено, составное повторяющееся звено (СПЗ), структурная изомерия и разновидности структурно-регулярных полимеров. Конфигурационное составное звено (КОЗ), пространственная (стерео) изомерия, виды стереорегулярных полимеров. Олигомер, существенные отличия олигомеров от полимеров. Мономер, мономерное звено (МЗ), взаимосвязь между СПЗ и МЗ. Классы низкомолекулярных соединений и их отдельные представители, способные образовывать полимеры. Степень полимеризации макромолекулы и средняя степень полимеризации полимера.

Классификация и номенклатура полимеров. Рациональная, тривиальная и систематическая номенклатуры полимеров, формирование названий полимеров по каждой из них. Систематическая номенклатура как наиболее информативная из известных и принципы формирования названий полимеров по данной номенклатуре. Фундаментальная классификация полимеров по химическому строению и виды классификаций по отдельным признакам (по происхождению, по отношению к нагреванию, по конфигурации и др.).

1.2. Тема «Структура полимеров»

Структура отдельных макромолекул и надмолекулярная структура полимеров. Комплекс характеристик, определяющих структуру отдельных макромолекул: химическая природа, стереохимические характеристики (конфигурация, конформация, структурная и стереоизомерия), молекулярная масса и полидисперсность полимеров.

Химическая природа полимеров как основа формирования структуры макромолекул. Органические, неорганические и элементорганические полимеры, их классы и конкретные представители в зависимости от природы атомов элементов и природы химических связей в основной цепи и в боковых группах макромолекул.

Стереохимические характеристики как важнейший фактор формирования структуры макромолекул. Конфигурация звена, присоединения звеньев и цепи у насыщенных и ненасыщенных полимеров; примеры и схематическое изображение (топологическая структура) разнообразных конфигураций. Влияние конфигурации на свойства полимеров. Важнейшие количественные характеристики конфигурации линейных, разветвленных и сетчатых полимеров.

Конформация и гибкость макромолекул, причины гибкости и смены конформаций, виды конформаций на уровне звена, присоединения звеньев и цепи. Изменение потенциальной энергии соединений при смене конформаций и потенциальный барьер внутреннего вращения (Uo). Термодинамическая и кинетическая гибкость молекул. Взаимосвязь между термодинамической, кинетической гибкостью и величиной Uo. Определение размеров макромолекул в равновесных условиях в - растворителях по степени их свернутости, т.е. по расстоянию между концами цепи и количественная оценка термодинамической гибкости (жесткости) полимеров, основанная на размерах макромолекул в различных условиях (, С, сегмент Куна А). Факторы, влияющие на термодинамическую гибкость полимеров и классы термодинамически гибких полимеров. Внутренние и внешние факторы, влияющие на кинетическую гибкость полимеров, количественные характеристики кинетической гибкости (Тс, механический сегмент Мст и др.) и основные классы кинетически гибких полимеров. Влияние гибкости полимеров на эксплуатационные свойства полимеров.

Усредненная молекулярная масса и полидисперсность полимеров как следствие процессов, протекающих при синтезе, переработке и эксплуатации полимеров. Среднечисловая, среднемассовая, средневзвешенная, средневязкостная молекулярные массы полимеров, способы и формулы для их расчета. Методы количественной и качественной оценки полидисперсности, способы фракционирования, необходимые для построения кривых молекулярно-числового или молекулярно-массового распределения. Влияние молекулярной массы и полидисперсности на комплекс эксплуатационных свойств полимеров.

    1. Тема «Методы получения полимеров»

Общие сведения о методах и основных закономерностях аддиционной, конденсационной и ступенчатой полимеризации. Стадии и мономеры для цепной полимеризации. Термодинамические, кинетические и стерические факторы, влияющие на способность и механизм аддиционной полимеризации. Склонность наиболее распространенных мономеров к определенному виду полимеризации.

1.3.1. Тема «Радикальная полимеризация»

Энергия активации, способы инициирования, стадии радикальной полимеризации (РП) и возможные реакции радикалов. Основные типы инициаторов РП (пероксиды, гидропероксиды, ацилпероксиды, азосоединения, окислительно-восстановительные системы), причины, условия и механизм распада.

Особенности реакции инициирования. Энергии активации, скорость, эффективность и лимитирующая стадия инициирования. Механизм инициирования при химическом, фотохимическом (в т.ч. с фотосенсибилизаторами), термическом и радиационном инициировании.

Основные закономерности процесса роста цепи. Энергия активации, тепловые эффекты, скорость, константа скорости роста при РП и влияние активности мономеров и радикалов на скорость процесса и структуру образующегося полимера.

Обрыв цепи при РП. Варианты, энергия активации, скорость и константа скорости обрыва. Влияние диффузионного фактора на скорость обрыва, явление гель-эффекта на поздних стадиях полимеризации. Особенности, условия и скорости протекания процессов передачи цепи на растворитель, мономер, инициатор, регулятор и полимер. Механизм реакций, протекающих при РП.

Кинетика отдельных стадий и всего процесса. Кинетическая длина цепи и ее взаимосвязь со средней степенью полимеризации. Ингибирование РП. Замедлители и истинные ингибиторы РП. Типы и конкретные представители ингибиторов, механизм и эффект их действия. Влияние внешних факторов на скорость и молекулярную массу полимеров при РП (температура, концентрация мономера, инициатора, давления).

1.3.2. Тема «Ионная полимеризация»

Основные закономерности и отличия ионной полимеризации (ИП) от радикальной. Виды ионных пар, возникающих при ИП.

Катионная полимеризация. Сущность, катализаторы и сокатализаторы катионной полимеризации (КП), энергия активации, мономеры и их активность при КП. Катионная полимеризация алкенов. Механизм и кинетика КП алкенов. Возможные и наиболее типичные варианты реакций обрыва и передачи цепи при КП алкенов. Вывод суммарной скорости катионной полимеризации при моно- и бимолекулярном обрыве цепи. Средняя скорость полимеризации при КП.

Катионная полимеризация по карбонильной группе. Мономеры, энергия активации, предельные температуры, механизм КП по карбонильной группе. Способ повышения термостабильности полимеров, полученных КП по карблонильной группе.

Катионная полимеризация гетероциклов. Гетероциклические мономеры, их склонность к полимеризации по катионному и анионному механизмам. Термодинамические условия КП гетероциклов.

Анионная полимеризация (АП). Сущность, катализаторы, мономеры, ряд их активности, энергия активации и ионные пары при АП. Варианты инициирования и обрыва цепи при АП. Механизм, кинетика и степень полимеризации при классической АП малополярных мономеров в полярных средах с присоединением аниона к мономеру. АП, протекающая с переносом электрона на мономер (на натрий-нафталиновом комплексе). Механизм, кинетика, степень полимеризации. Условия образования“живущих” полимеров. АП, протекающая с присоединением молекулы катализатора к мономеру (на алкилах щелочных металлов). Стереорегулярные полимеры и возможности регулирования структуры полимеров при АП.

Ионно-координационная полимеризация. (ИКП) Сущность, энергия активации, мономеры, гомогенные и гетерогенные катализаторы ИКП. Монометаллический (гомогенный) и биметаллический (гетерогенный) механизмы ИКП, обрыв цепи, скорость и степень полимеризации при различных механизмах ИКП. Стереоспецифические свойства ИКП.

1.3.3. Тема «Сополимеризация»

Сущность и достоинства сополимеризации (СПЛ). Механизм, кинетика СПЛ двух сомономеров, состав получаемых сополимеров. Константы сополимеризации и метод их определения по Майо и Льюису. Активности мономеров по отношению друг к другу, относительная активность мономера к радикалу и радикала к мономеру и их влияние на направление процесса и состав сополимеров. Влияние природы (полярности, резонансного эффекта, стерических затруднений) заместителей на активность мономеров по отношению к радикалам и радикалов по отношению к мономерам. Принцип подбора мономеров для сополимеризации. Варианты обрыва и общая скорость сополимеризации. Разновидности сополимеризации в зависимости от значений констант сополимеризации: идеальная, чередующуяся, блочная. Ионная сополимеризация и ее практическое применение для получения блок- и привитых сополимеров. Конкретные примеры получения и свойства промышленных сополимеров.

1.3.4. Тема «Ступенчатые методы синтеза»

Поликонденсация. Сущность и отличия поликонденсации (ПК) от полимеризации. Понятие реакционных центров, функциональности, средней и относительной функциональности мономеров. Основные реакции, лежащие в основе получения полимеров методом поликонденсации. Гомо- и гетерополиконденсация. Принцип Флори и границы его применимости при ПК. Влияние природы мономеров на скорость и энергию активации ПК. Обратимая и необратимая ПК, кинетические и термодинамические характеристики обратимых и необратимых процессов ( Кравн, Еа, Н, kр ). Уравнение Карозерса, влияние глубины завершенности процесса и количества выделяющегося низкомолекулярного вещества на степень полимеризации при ПК. Стадии катионной и анионной поликонденсации. Кинетика ПК. Влияние глубины завершенности процесса на молекулярно-числовое, молекулярно-массовое распределение и коэффициент полидисперсности. Стехиометрический разбаланс и его влияние на степень полимеризации при ПК. Сопутствующие процессы при ПК. Циклизация и химическая деструкция. Условия и примеры протекания побочных процессов. Трехмерная поликонденсация. Условия, пример и предельная глубина завершенности при трехмерной ПК. Точка гелеобразования, отверждение полимеров при трехмерной ПК.
  1   2   3


ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации