3. Опис змістових модулів дисципліни Змістовий модуль 1. Макромолекула та її основні характеристики.

Тема 1. Хімічний зв’язок і будова молекул

Види хімічного зв’язку. Теорія атома водню. Кулонівська та обмінна енергія. Хвильові функції. Властивості сил хімічного зв’язку. Валентність атомів. Квантовий підхід до опису молекул. Особливості ковалентного зв’язку.

Тема 2. Виникнення і розвиток поняття макромолекул

Мономери. Поняття про макромолекулу. Молекулярна маса полімерів. Гомополімери і сополімери. Види макромолекул. Процеси полімеризації. Історичний розвиток поняття про макромолекулу. Роботи Е.Г. Штаудінгера, Дж. Флорі, Куна, Ю.С. Ліпатова, І.М. Лівшица, С.Ф. Едвардса.

Тема 3. Геометричні константи макромолекул

Конфігурація макромолекул. Конфігураційна інформація. Конформація макромолекул. Форма макромолекул. Розміри макромолекул. Міжмолекулярні відстані в макромолекулах.

Тема 4. Енергетичні константи макромолекул

Енергія зв’язку. Адитивність енергії зв’язку і відхилення від адитивності. Енергія міжатомних зв’язків. Міжмолекулярна і внутрішньомолекулярна взаємодія в макромолекулах полімерів. Потенціал взаємодії.

Тема 5. Частоти і форми нормальних коливань структурних елементів макромолекул

Теорія коливальних спектрів макромолекул. Модельні уявлення полімерного ланцюга. Густина спектрального розподілу. Поздовжні і поперечні коливання структурних елементів макромолекул. Спектр реальної макромолекули ( вплив тонких структур). Коливання полімерного кристалу. Вплив дефектів на процеси коливання макромолекул.

Тема 6. Макромолекула, як система запису, збереження та перетворення інформації

Макромолекула, як кібернетична система. Переробка інформації структурними елементами макромолекули. Зміна конформацій. Індивідуальність полімерних ланцюгів. Використання теорії інформації до макромолекули. Співставлення властивостей кінцевих автоматів і макромолекулярних систем. Еволюція високомолекулярних сполук.

Змістовний модуль 2. Структурна організація конденсованих високомолекулярних систем.

Тема 1. Структурні елементи макромолекул та ступінь їх автономності. Структурно-кінетична класифікація елементів нмо полімерів. Критерій Флорі.

Багатоступінчатий структурний підхід. Структурний елемент. Надмолекулярна організація полімерів. Автономність макромолекул. Час життя структурних елементів макромолекул. Ступінь автономності структурних елементів. Релаксатор. Час релаксації структурного елемента. Стрілка дії. Система релаксаторів. Внутрішнє обертання. Рівні структурної організації. Класифікація структурних елементів: геомотрична, термодинамічна, кінетична. Флуктуаційні структури. Кінетична стабільність. Гнучколанцюгові і жорстколанцюгові полімери. Критерій Флорі.

Тема 2. Структура аморфних полімерів

Моделі аморфних полімерів. Кластерна модель. Защеплення макромолекул. Рух макромолекул полімерів в аморфному стані.

Тема 3. Структура кристалічних полімерів

Моделі кристалізуючих полімерів. Регулярні складки, утворення пластинчатих кристалів. Ламелі. Фібрілярні структури. Експерементальні методи дослідження структури кристалічних полімерів. Кристало-аморфні полімери.

Тема 4. Структура рідкокристалічних полімерів

Рідкокристалічний стан. Нематичний рідкий кристал. Смектичні рідкі кристали. Холестеричні фази. Лінійні термотропні рідкокристалічні полімери. Ліотропні рідкі кристали. Термічна модель переходу з нематичної в ізотропну фазу. Діаграми стану рідких полімерних кристалів.

Тема 5. Супергратки в гомодисперсних блок-сополімерах

Твердий і гельподібний стани. Різні типи суперграток. Структонна модель суперграток. Деформація структонів. Термодинамічні властивості суперграток. Динамічні властивості суперграток.

Тема 6. Агрегатні і фазові стани полімерів. Фазові перетворення полімерів

Агрегатні стани речовини і їх основні характеристики. Твердий і рідкий агрегатні стани полімерів. Аналог газоподібного стану полімерів. Фазові стани і фазові перетворення полімерів. Фазово-агрегатний дуалізм полімерних систем. Топоморфізм гнучколанцюгових полімерів.

Тема 7. Релаксаційні стани і релаксаційні переходи в полімерах

Перехід полімера з нерівноважного стану в рівноважний. Зміна конформації макромолекул. Час релаксації структурних елементів макромолекул. Релаксаційний спектр аморфних полімерів. Принцип температурно-часового еквіваленту (ТЧЕ). Температура склування. Релаксаційнй стани полімерів: склоподібний, високоеластичний, в’язкотекучий. Релаксаційні переходи і їх класифікація.

Тема 8. Теорія - і ß-переходів

Механічна і діелектрична спектроскопія. ß-перехід. Основні підходи до пояснення ß-переходу в аморфних полімерах. Сегментальна рухливість в макромолекулах. –перехід. Зміни фізичних властивостей при -переході. Пояснення - і ß-переходів на основі кластерної моделі. Релаксаційна теорія склування. Енергія активації - і ß-переходу. Рівняння Фульчера – Фогсиля – Таммана. Теорія Гібса і Ді Марціо процесу склування.

Тема 9. Класифікація і природа основних релаксаційних переходів в полімерних системах

Експерементальні методи дослідження релаксаційних переходів в полімерних системах. Основні переходи. Природа цих переходів. Рухливість бокових груп макромолекули. Деструкція полімерів.

Тема 10. Вивчення структури полімерів методами скануючої силової мікроскопії

Методи скануючої тунельної мікроскопії (СТМ) і скануючої силової мікроскопії (ССМ). Локальне зондування поверхні речовини. Отримання зображення методом СТМ, ССМ-зображення. Візуалізація упаковки полімерних ланцюгів.

Тема 11. Фрактальні підходи до опису структуроутворення полімерів

Поняття фрактальних розмірностей. Полімерні структуроутворення як фрактальні обʼєкти. Способи визначення фрактальних розмірностей структурних організацій макромолекулярних систем. Моделювання структури високомолекулярних сполук на основі фрактальних підходів.

Змістовний модуль 3. Процеси структуроутворення в полімерних композиціях.

Тема 1. Полімерні композиції і їх класифікація

Наповнення полімерів. Види наповнювачів. Класифікація наповнювачів. Основні види наповнених полімерних систем. Термодинамічна активність наповнювачів.

Тема 2. Адсорбція полімерів. Основні теорії адсорбції

Міжмолекулярна взаємодія і процеси адсорбції. Конформація полімерних ланцюгів на твердій поверхні. Густина розподілу сегментів макромолекул в адсорбційному шарі. Моделі адсорбованих сегментів і полімерних ланцюгів. Адсорбційний шар полімерів.

Тема 3. Адгезія полімерів до наповнювачів. Експерементальні методи визначення адгезійних властивостей

Адгезія і когезія полімерів. Теорії адгезії. Термодинамічний підхід до опису адгезії. Адсорбаційна теорія адгезії. Електрична теорія адгезії, міжфазна область. Стадії процесу формування адгезійних з’єднань. Поверхнева модифікація наповнювачів.

Внутрішні напруження в адгезійних з’єднаннях і способи їх зменшення. Визначення внутрішніх напружень. Розробка і дослідження способів зменшення внутрішніх напружень в адгезійних з’єднаннях. Поверхнево-активні речовини і їх використання при адгезійних з’єднаннях.

Тема 4. Структуроутворення в полімерах при введенні дисперсних наповнювачів

Межова границя полімер-наповнювач. Фізико-хімічні аспекти механізму взаємодії полімера з наповнювачем. Будова межового шару. Критичний вміст наповнювача.

Тема 5. Вплив наповнювачів на процеси структуроутворення в аморфних і кристалічних полімерах

Дисперсний наповнювач як центр структуроутворення в полімерах. Поверхневі сили. Формування межового шару поблизу повернхні наповнювача. Введення наповнювача в розплави кристалічних полімерів. Кристалізація полімерів в присутності наповнювача.

Тема 6. Розміри і густина межових шарів в наповнених полімерах

Ефективна товщина межового шару. Модель наповненого полімеру. Розміри межових шарів гетерогенних полімерних систем. Міра активності наповнювача. Термодинамічний підхід до оцінки розмірів межових шарів. Ефективна густина межового шару. Топологія полімерів і розміри межових шарів. Експерементальні методи оцінки розмірів межових шарів.

Тема 7. Процеси склування і плавлення в наповнених полімерних системах

Експериментальні методи вивчення процесів склування і плавлення гетерогенних полімерних систем. Концентраційна залежність температури склування наповнених полімерних систем. Вплив температурного поля на рухливість структурних елементів в межових шарах.

Тема 8. Особливості наповнення полімерних матриць полімерними наповнювачами

Сумісність полімерів. Основні групи змішування полімерів. Модель формування структури полімер-полімерних систем. Морфологічні зміни полімер-полімерних систем.

Тема 9. Основні положення термодинаміки змішування полімерів. Фазовий розділ

Термодинамічні функції. Вільна енергія Гіббсса і ентропія полімер- полімерних систем. Критерій сумісності бінарних сумішей полімерів. Теорія Флорі-Хаггінса.

Тема 10. Гібридні матриці для полімерних композицій і їх наповнення

Сруктуроутворення в наповнених сплавах полімерів. Формування міжфазної області. Модель наповненого полімерного сплаву.

Змістовий модуль 4. Механічні та вʼязкопружні властивості макромолекулярних систем

Тема 1. Природа пружньої і в’язкопружньої поведінки полімерів

Теорія лінійної в’язкопружності полімерів. Динамічні режими деформації. Лінійна в’язкопружність в наближені дискретного спектру часу релаксації.

Тема 2. Феноменологічна і релаксаційна теорії в’язкопружних властивостей полімерів

Механічні моделі полімерів. Моделі Максвелла і Кельвіна-Фойгта. Модель стандартного лінійного тіла. Узагальнена модель Максвелла. Принцип суперпозиції Больцмана. Релаксаційна теорія в’язкопружних властивостей полімерів.

Тема 3. Рухливість елементів структури полімерів в механічних полях

Процес релаксації і механічне склування. Взаємозв’язок механічної і структурної релаксації. Основні параметри релаксаційних переходів. Рівняння Больцмана-Арреніуса.

Тема 4. Динамічна механічна спектроскопія полімерних композицій

Акустична спектроскопія полімерів. Використання ультразвукових методів дослідження та їх можливості. Основні динамічні механічні характеристики гетерогенних полімерних систем. Стуктурні і механічні релаксаційні переходи за даними акустичної спектроскопії.

Змістовий модуль 5. Вплив температурного поля на структурну організацію та теплофізичні властивості полімерних систем.

Тема 1. Реакція полімерів і їх композицій на температурне поле

Формування полімерних композицій в теплових полях. Вплив температурного поля на процеси рухливості структурних елементів макромолекул. Залежність фізико-хімічних властивостей від температури.

Тема 2. Теплове розширення полімерів. Основні теоретичні положення. Експерементальні методи визначення

Коефіцієнт лінійного і об’ємного теплового розширення лінійних аморфних полімерів. Вільний та флуктуаційний об’єм в полімерах. Основні теорії теплового розширення полімерів. Дилатометричний метод визначення питомого об’єму і коефіцієнта об’ємного розширення.

Тема 3. Теплове розширення композиційних полімерних матеріалів, його особливості

Особливості теплового розширення наповнених полімерів, полімер-полімерних систем, систем полімер-полімер-пластифікатор. Концентраційна залежність коефіцієнтів лінійного та об’ємного теплового розширення гетерогенних полімерних систем.

Тема 4. Теплоємність полімерів. Експерементальні методи визначення

Термодинамічний і молекулярно-кінетичний аспекти теплоємності. Температурна залежність теплоємності для полімерів. Стрибок теплоємності. Експерементальні методи визначення теплоємності.

Тема 5. Основні теорії теплоємності полімерів

Використання теорій Ейнштейна і Дебая для визначення теплоємності полімерів. Характеристичні температури. Метод адитивності при визначенні теплоємності. Теорія Стокмайєра і Хечта. Коливання решітки з анізотропією. Теорія Тарасова і Лівшица.

Тема 6. Теплоємність полімерних композиційних матеріалів

Вплив мінеральних наповнювачів на теплоємність гетерогенних полімерних систем. Теплоємність бінарних сумішей полімерів та потрійних систем на основі полімерів. Стриюок теплоємності для гетерогенних полімерних систем. Визначення температури склування.

Тема 7. Теплопровідність полімерів. Експериментальні методи визначення.

Феноменологічний і молекулярно-кінетичний підхід до розгляду теплопровідності полімерних матеріалів. Теплопровідність лінійних аморфних і кристалічних полімерів. Експерементальні визначення теплопровідності полімерів.

Тема 8. Теплопровідність наповнених полімерів

Концентраційна залежність теплопровідності для гетерогенних полімерних систем. Вплив низькомолекулярних і високомолекулярних пластифікаторів на теплопровідність полімерних систем.

Тема 9. Основні теорії теплопровідності полімерних систем

Рівняння теплопровідності. Метод узагальненої теплопровідності. Структурно-статистична модель і оцінка теплопровідності. Теплові опори і еквівалентні схеми для оцінки теплопровідності. Використання потенціалів взаємодії для визначення теплопровідності.

Змістовний модуль 6. Електромагнітні та оптичні властивості високомолекулярних сполук.

Тема 1. Електричне поле в полімерах

Структурний елемент макромолекули як диполь. Діелектрична проникливість полімерів. Електропровідність полімерів. Питомий об’ємний і поверхневий електричні опори полімерів.

Тема 2. Поляризація полімерів

Деформаційна і теплова поляризації полімерів. Релаксаційний характер процесів поляризації. Макроскопічний і мікроскопічний підходи до вивчення поляризації полімерів. Есперементальні методи дослідження поляризації полімерів.

Тема 3. Поведінка полімерних систем в електричних полях

Вплив електричного поля на процеси структуроутворення полімерних систем. Концентраційна і температурна залежність дійсної і уявної складових діелектричної проникливості. Тангенс кута діелектричних втрат полімерних систем.

Тема 4. Електрична релаксація в полімерах

Електрична релаксація в аморфних та кристалічних полімерах та полімерних розчинах. Спектри диполяризації. Різниця електричної і механічної релаксації в полімерах. Температурна залежність часу релаксації дипольно-групових і дипольно-сегментальних діелектричних втрат.

Тема 5. Поведінка полімерів в магнітних полях

Спіновий парамагнетизм. Ядерна намагніченість. Ядерний магнітний резонанс і релаксація. Термодинаміка спінових систем. Адіабатичне розмагнічення. Структура спінової системи твердих полімерів. Спінова дифузія. Магнітна релаксація в розчинах полімерів.

Тема 6. Використання ЯМР для вивчення структури полімерів

Метод ЯМР і його експерементальне втілення. Використання ЯМР для вивчення структури рідких аморфних і рідких полімерів. Електронний парамагнітний резонанс. Метод спінового зонда і мітки.

Тема 7. Оптичні властивості полімерних систем.

Взаємодія світла з полімерами. Спектри поглинання і випромінювання. Експериментальні методи дослідження оптичних властивостей полімерів. Вплив світла на процеси структуроутворення в полімерних системах. Оптичні властивості рідкокристалічних полімерів. Електро- і магнітооптичні ефекти.

Тема 8. Взаємодія полімерів з радіоактивним випромінюванням.

Проникна здатність радіоактивного випромінювання в полімерах. Вплив радіоактивного випромінювання на процеси структуроутворення і властивості полімерних систем.

Змістовний модуль 7. Наноструктури в полімерах і полімерні нанокомпозити.

Тема 1. Полімерні нанокомпозити та їх властивості.

Наноструктури в полімерах і нанокомпозити. Формування наноструктур в полімерах. Полімерні нанокомпозити. Моделювання процесів структуроутворення в полімерах введенні наночастинок. Фізичні властивості нанокомпозитних полімерів та їх застосування.

Змістовний модуль 8. Використання полімерів, теоретичне і експериментальне вивчення їх властивостей.

Тема 1. Використання та дослідження властивостей полімерних систем.

Проблеми, перспективи, можливості використання полімерів. Вклад українських вчених у становлення і розвиток науки про полімери.