Posobie_po_FKhMOSP_dlya_zaochn2005_aprel

УДК 678 (075.8)

ББК 24я73

Ф503

Составитель:

доцент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

А.А. Тартанов

Рецензент:

к.т.н., доцент кафедры «Химическая технология высокомолекулярных соединений» Южно-Российского государственного технического университета (НПИ)

И.Ю. Жукова

Ф 503 Тартанов А.А. Физико-химические методы оценки свойств полимеров: Учебно-методическое пособие / А.А. Тартанов. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005. – 51 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов специальностей 281100 «Технология изделий из кожи», 281200 «Конструирование изделий из кожи», 280800 «Технология швейных изделий», 280900 «Конструирование швейных изделий», 072000 «Стандартизация и сертификация», 280300 «Технология текстильных изделий». Составлено с целью оказания методической помощи студентам при подготовке к выполнению контрольных и лабораторных работ, сдаче зачета по теоретической части дисциплины.

УДК 678 (075.8)

ББК 24я73

© Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, 2005 © A.A. Тартанов, 2005

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебно-методическое пособие составлено с целью оказания методической помощи студентам специальностей 280800, 280900, 281100, 281200, 280300, 072000 очной и заочной форм обучения при подготовке к выполнению контрольных и лабораторных работ, сдаче зачета по теоретической части дисциплины.

Основу большинства материалов, используемых в легкой промышленности (волокна, ткани, натуральная и искусственная кожа, детали обуви и кожгалантереи и др.) составляют натуральные, искусственные и синтетические полимеры. Перед специалистами в области технологии и конструирования изделий легкой промышленности стоит задача выбора из большого многообразия выпускаемых химической промышленностью синтетических материалов, таких полимеров, которые обладали бы оптимальным комплексом свойств в заданных условиях эксплуатации.

Для того чтобы такой выбор оказался правильным и был научно обоснован, необходимо знать особенности поведения полимеров при действии различных механических нагрузок в широком интервале температуры, при воздействии различных агрессивных сред и растворителей, иметь четкое представление о зависимости этого поведения от молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров, особенностей их молекулярного строения и характера надмолекулярной структуры, а также их изменения под действием различных термических, механических, электрических, химических и других воздействий.

Для получения информации о свойствах полимеров и материалов на их основе используют различные химические, физико-химические, физические и механические методы оценки свойств.

Основой успешного изучения дисциплины «Физико-химические методы оценки свойств полимеров» является обязательное посещение и конспектирование лекций, выполнение контрольных работ и лабораторного практикума. Важной составляющей учебного процесса для студента является самостоятельная работа с учебной литературой и методическими разработками университета, выполнение домашней контрольной работы.

К сдаче зачета по теоретическому курсу дисциплины допускаются студенты, успешно выполнившие и защитившие контрольную работу, а также лабораторный практикум.

4

1 ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕМА 1. Введение в дисциплину. Основные сведения о полимерах

Значение физико-химических методов оценки свойств полимеров и материалов на их основе для разработки новых технологий в легкой промышленности и сервисе.

Высокомолекулярные соединения, полимеры, сополимеры, олигомеры. Мономер, структурное звено, степень полимеризации. Средняя молекулярная масса. Молекулярно-массовое распределение. Классификация полимеров (по происхождению, по химическому составу основной цепи, по структурной форме макромолекул, по отношению к нагреванию, по типу реакции получения). Виды сополимеров. Основные особенности физико-механических свойств высокомолекулярных соединений и их отличия от низкомолекулярных веществ. Особенности строения и неоднородности в полимерах. Методы получения высокомолекулярных соединений. Полимеризация. Основные классы мономеров, используемых в реакциях полимеризации. Основные закономерности процессов радикальной и ионной полимеризации. Ступенчатая полимеризация. Сополимеризация. Технические способы проведения полимеризации. Поликонденсация. Типы и механизм поликонденсации. Основные классы мономеров, участвующих в реакциях поликонденсации. Основные закономерности равновесной и неравновесной поликонденсации. Технические способы проведения поликонденсации.

Химические реакции макромолекул. Полимераналогичные превращения, внутримолекулярные и межмолекулярные реакции. Реакции сшивания макромолекул. Деструкция полимеров, старение и стабилизация.

Гибкость макромолекулы и факторы, её определяющие. Агрегатные и фазовые состояния полимеров. Типы надмолекулярной организации полимеров в аморфном и кристаллическом состоянии. Физические состояния полимеров.

ТЕМА 2. Идентификация и анализ полимеров

Методы идентификации и анализа полимеров. Предварительные испытания полимеров. Элементарный анализ полимеров. Методы химических испытаний, определение химического строения основной цепи макромолекулы, методы определения формы цепи.

ТЕМА 3. Методы определения молекулярной массы и полидисперсности полимеров

Основные понятия и определения. Методы определения молекулярной массы и полидисперсности полимеров: криоскопический, эбулиоско-

5

пический, скоростной седиментации, светорассеяния, гель-проникающей хроматографии, вискозиметрический. Влияние величин молекулярной массы и молекулярно-массового распределения на свойства полимерных материалов

ТЕМА 4. Физические методы исследования структуры и состава полимеров

Световая (оптическая) микроскопия. Электронная микроскопия. Инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия. Рентгенографический метод. Дифференциально-термический анализ (ДТА). Значение физических методов исследования полимеров для прогнозирования их свойств.

ТЕМА 5. Методы определения деформационных характеристик полимеров

Определение зависимости деформация – напряжение для различных типов аморфных и кристаллических полимеров, модуля упругости и предела вынужденной эластичности. Значение деформационных свойств полимеров в создании конструкций одежды и обуви.

ТЕМА 6. Методы определения прочностных характеристик полимеров при различных видах напряженного состояния

Методы определения кратковременной прочности при растяжении, сжатии, при статическом и ударном изгибе (ударная вязкость). Твердость, прочностные свойства полимеров в условиях концентрации напряжения: прочность на раздир, раскалывание, испытание образцов с надрезом. Уп- руго-гистерезисные свойства эластомеров: эластичность по отскоку; динамический модуль. Долговечность и длительная прочность полимерных материалов, методы их определения. Сопротивление старению. Методы прогнозирования долговечности полимерных материалов и их значение для создания изделий легкой промышленности. Износостойкость, фрикционные свойства полимеров. Влияние прочностных свойств полимеров на эксплуатационные характеристики материалов легкой промышленности.

ТЕМА 7. Релаксационные свойства полимеров

Методы определения времени релаксации и запаздывания, механических потерь, областей релаксационных переходов, ползучести и упругого восстановления полимеров. Необходимость знания релаксационных свойств материалов для создания долговечной обуви и одежды.

ТЕМА 8. Методы определения теплофизических характеристик полимеров

Методы определения теплостойкости полимеров по Мартенсу и по способу Вика. Горючесть полимеров. Температура хрупкости (морозоустойчивость) пластиков и эластомеров. Термомеханический анализ полимеров. Определение температуры текучести и стеклования полимеров.

6

Значение теплофизических характеристик полимеров для правильного выбора материалов в конструкции одежды и обуви.

ТЕМА 9. Методы электрических испытаний полимеров

Методы определения тангенса угла диэлектрических потерь, диэлектрической проницаемости, электрической прочности, удельного поверхностного и удельного объемного электрического сопротивления при постоянном напряжении. Значение электрических характеристик полимеров для прогнозирования свойств материалов на их основе.

ТЕМА 10. Методы определения технологических характеристик полимеров.

Методы определения плотности и объемных характеристик полимеров, показателя текучести расплава термопластов, влажности и содержания летучих веществ, водопоглощения, усадки, скорости отверждения реактопластов и вулканизации резиновых смесей. Значение технологических характеристик полимеров для создания оптимального технологического процесса производства одежды, обуви и кожгалантерейных изделий.

2 ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Учебный материал изучается студентами по рабочей программе дисциплины путем самостоятельной работы с учебниками и учебными пособиями, а также с конспектами, написанными студентом на лекционных занятиях. Вначале рекомендуется составить календарный план занятий в соответствии с учебным графиком, предусмотрев сроки изучения теории, написания контрольной работы, выполнения лабораторных работ и подготовки к зачету.

При изучении дисциплины «Физико-химические методы оценки свойств полимеров» следует помнить, что лишь систематическая самостоятельная работа позволит успешно выполнить контрольные работы и подготовиться к зачету. К выполнению каждого задания контрольной работы студент должен приступить только после проработки соответствующей темы программы. Изучать каждую тему следует последовательно, в том порядке, как это указано в программе.

Усвоению материала и успешному решению заданий контрольной работы способствует правильно составленный конспект. Его рекомендуется вести для каждого раздела программы. При составлении конспекта следует избегать загромождения его второстепенным материалом из учебника. Контрольная работа оформляется в отдельной тетради. При этом перед

7

решением задачи необходимо приводить её условие. На каждой странице должны быть поля не менее трех сантиметров.

На первой странице необходимо полностью написать фамилию, имя, отчество студента, номер шифра зачетной книжки, номер варианта и номера задач выбранного варианта. При изложении ответов на вопросы задач следует избегать сокращений, например «в-ва», вместо вещества, «р-ция», вместо реакция и т.д. Химические формулы органических соединений и полимеров следует записывать в виде сокращенной структурной формулы, указывая связи между атомами углерода и строение функциональных групп. Структурные формулы органических соединений нельзя переносить с одной строки на другую. Все уравнения реакций следует записывать с указанием условий их прохождения (температура, давление, наличие катализатора, характер растворителя и т.д.). В конце каждой работы необходимо привести список использованных учебников и пособий (с указанием года издания), поставить дату и личную подпись.

Если при рецензировании работа не зачтена, следует внести исправления. Исправления и пояснения оформляются в одной тетради с прорецензированной работой, но не в тексте самой работы, а на последних страницах.

На повторное рецензирование направляется первичная контрольная работа с работой над ошибками. Контрольные работы должны быть отправлены на рецензирование не позднее тех сроков, которые указаны в учебном графике.

Номер варианта определяют по двум последним цифрам шифра зачетной книжки. Контрольная работа состоит из четырех вопросов, номера вопросов определяют по нижеприведенной таблице.

8

Вопросы контрольного задания

1.Дайте определение терминам: полимер, сополимер, олигомер, высокомолекулярное соединение, структурное звено, степень полимеризации, полидисперсность, молекулярно-массовое распределение.

2.Дайте определения терминам: полимеризация, гомополимеризация, сополимеризация, поликонденсация? Приведите примеры реакций каждого типа.

3.Каковы причины полидисперсности синтетических полимеров? Приведите характерные дифференциальные и интегральные кривые распределения полимера по молекулярной массе для полимеров с различным видом полидисперсности.

4.Поясните особенности понятия «средняя молекулярная масса полимера». Какими методами ведут расчет величины средней молекулярной массы полимера?

5.Что такое степень кристалличности полимеров? Как влияет степень кристалличности на свойства полимеров?

6.Гибкость цепи макромолекулы и факторы, её определяющие.

7.Чем отличаются цепная и ступенчатая полимеризация? Назовите виды цепной полимеризации. Приведите примеры реакций.

8.Опишите три стадии радикальной полимеризации.

9.Какие виды инициирования используют при проведении радикальной полимеризации? Напишите реакции химического инициирования для двух различных мономеров с использованием пероксида бензоила или динитрила азоизомасляной кислоты.

10.Приведите механизм реакции радикальной полимеризации пропилена по трем стадиям.

11.Приведите механизм реакции радикальной полимеризации стирола по трем стадиям.

12.Приведите механизм реакции радикальной полимеризации винилхлорида по трем стадиям.

13.Приведите механизм реакции радикальной полимеризации пропилена по трем стадиям.

14.Напишите механизм реакций прекращения роста цепи полимера при радикальной полимеризации путем обрыва цепи (рекомбинация и диспропорционирование) и передачей цепи (на мономер, растворитель и др.).

15.Какие технические способы используют для проведения полимеризации? Укажите достоинства и недостатки каждого метода.

16.В чем заключается различие между пластиками (пластмассами) и эластомерами? Приведите примеры пластиков (пластмасс) и эластомеров. Каковы области их применения? Какие ингредиенты входят в состав пластмасс?

17.Дайте определение реакции поликонденсации. Укажите основные отличия поликонденсации от полимеризации. Сколько реакционноспособных групп должен иметь мономер, чтобы поликонденсация была

10