МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский государственный университет им. А. М. Горького»
Кафедра высокомолекулярных соединений
ПРОГРАММА МОДУЛЯ-ДИСЦИПЛИНЫ
Механизм и термодинамика синтеза макромолекул
Направление подготовки
Профиль
020100 «Химия»
Квалификация
(степень)
бакалавр
020100.62.05. Высокомолекулярные соединения.
Екатеринбург 2011
Введение
1.
Цель дисциплины. Целью дисциплины
является ознакомление студентов,
специализирующихся в области физики и химии полимеров с современными
способами синтеза полимерных молекул.
2.
Задачи дисциплины. Реализация цели курса осуществляется посредством
выполнения
следующих
представлений
об
конкретных
основных
задач.
механизмах
Формирование
синтеза
у
студентов
высокомолекулярных
соединений, кинетических закономерностях этих процессов, термодинамическом
описании химических реакций получения макромолекул, а так же приобретение
студентами навыков решения задач на расчет параметров синтеза.
3.
Место дисциплины в системе высшего профессионального образования.
Материал спецкурса направлен на расширение и углубление знаний студентов по
вопросам синтеза макромолекул, которые были рассмотрены в общем курсе
«Высокомолекулярные соединения». Изучение механизмов реакций синтеза и их
термодинамического описания осуществляется с использованием базовых знаний
по органической и физической химии.
4.
Требования к уровню освоения содержания курса. В итоге освоения курса
студенты имеют представления о способах синтеза всех промышленных
полимеров. Владеют навыками теоретических расчетов параметров синтеза
макромолекул. А также, полученные знания формируют основу для целостного
понимания студентами физико-химии полимерных систем, что необходимо для
подготовки специалиста вопросах целенаправленного создания полимерных
материалов с заданным комплексом свойств.
5.
Методическая новизна курса.
Содержание курса.
1. Темы и разделы курса.
Основные понятия. Классификация способов получения полимеров.
Звено, макромолекула. Регулярность строения макромолекул. Стереорегулярные
полимеры.
Классификация
поликонденсация,
способов
синтеза
полимераналогичные
макромолекул:
превращения.
полимеризация,
Классификация
полимеризационных процессов по природе активных частиц: радикальная, катионная,
анионная, анион-координационная полимеризация. Значение химических способов
получения полимеров, современные тенденции в науке и технологии синтеза
макромолекул.
Радикальная полимеризация.
Механизм процесса. Способы инициирования. Термический с добавлением перекисных
соединений,
азосоединений,
полисульфидов,
металл-органических
соединений,
ароматических, инифертеров и др. Эффект Франка-Рабиновича. Окислительновосстановительное, радиационное, фотохимическое и механическое инициирование.
Реакции роста цепи, оценка реакционной способности мономеров, схема Эванса –
Поляни. Реакции передачи цепи на полимер, мономер, инициатор, растворитель.
Реакция теломеризации. Ингибирование радикальной полимеризации. Реакции обрыва
цепи, гель-эффект.
Кинетика радикальной полимеризации на начальных стадиях процесса и при глубоких
степенях конверсии мономера. Определение констант реакции инициирования, роста и
обрыва
цепи.
ММР
полимеров,
получаемых
радикальной
полимеризацией.
Полимеризация при высоких давлениях. Влияние термодинамических условий
полимеризации на надмолекулярную и молекулярную структуру полимеров.
Катионная полимеризация.
Механизм процесса. Способы инициирования Виды катализаторов. Влияние природы
противоиона, среды на механизм процесса.
Кинетика полимеризации. Механизм органичения цепей. Реакция передачи и обрыва
цепи. Катионная полимеризация циклов. Реакции передачи и обрыва цепей, их влияние
на ММР получаемого полдимера.
Анионная полимеризация.
Методы инициирования при анионной полимеризации. Реакции роста и обрыва.
Анионная полимеризация мономеров с гетероатомами в кратных связях и циклах.
Синтез блок- и привитых сополимеров.
Получение стереорегулярных полимеров.
Получение стереорегулярных полимеров. Ионно-координационная полимеризация.
Влияние природы алкильного радикала в катализаторах на механизм процесса.
Способы пространственного структурирования полимеров, синтез на катализаторах
Циглера-Натта, кинетика гетерогенной полимеризации, реакции обрыва цепи при
гетерогенном катализе, способы регулирования молекулярной массы полимеров.
Термодинамика полимеризационных процессов.
Термодинамика радикальной полимеризации. Предельная температура полимеризации
винилзамещенных мономеров и циклов. Энтальпия и энтропия полимеризации гомо- и
герероциклов. Пути смещения равновесия.
Энтропия полимеризации винилзамещенных мономеров, методы ее определения.
Энтальпия полимеризации. Резонансная стабилизация, стерические напряжения.
Теплота полимеризации и строение мономеров, влияние Н-связей, сольватации.
Изменение свободной энергии при полимеризации. Энергия активации реакций
инициирования, роста и обрыва.
Термодинамика катионной полимеризации. Энергия активации процесса. Изменение
свободной энергии при образовании иона карбония.. Энергия сольватации ионов.
Энергетические реакции роста цепи. Изменение энтропии активации при росте цепи.
Термодинамика анионной полимеризации. Влияние природы аниона на энтальпию
полимеризации.
Сополимеризация.
Способы классификации сополимеров, методы их синтеза. Необходимо рассмотреть
уравнение
способности
состава
сополимера,
мономеров
«Q-е»,
полуэмпирическую
указать
схему
особенности
оценки
синтеза
реакционной
сополимеров
по
радикальному и ионному механизму. Константы сополимеризации.
Поликонденсация.
Поликонденсация
как
способ
синтеза
макромолекул.
Классификация
поликонденсационных процессов. Мономеры, функциональность мономеров. Линейная,
совместная и трехмерная поликонденсация. Межфазная поликонденсация. Побочные
реакции при поликонденсации. Кинетика поликонденсации. Зависимость молекулярной
массы
поликонденсационных
полимеров
от
ряда
факторов.
Получение
сверхразветвренных полимеров – дендримеров.
Особые случаи полимеризации и поликонденсации.
Дегидрополиконденсация. Полимеризация с переносом группы. Изомеризационная
полимеризация.
Полимеризация
в
твердой
фазе.
Матричная
полимеризация.
Электрохимическая полимеризация. Полимеризация по механизму метатезиса.
2. Темы семинарских занятий.
 Решение
задач
по
кинетике
радикальной
полимеризации.
Инициирование,
ингибирование, реакции передачи цепи при радикальной полимеризации. Расчет
молекулярной массы полимеров.
 Решение задач на кинетику анионной и катионной полимеризации.
 Решение задач на кинетику анионно-координационную полимеризацию. Решение
задач на расчет состава сополимеров.
3. Перечень вопросов для самостоятельной работы.
1. Эффективность радиохимического инициирования радикальной полимеризации.
2. Методы
определения абсолютных
значений
констант
скоростей
реакций
инициирования, роста цепи и обрыва цепи при радикальной полимеризации.
3. Термодинамика поликонденсационных процессов.
Распределение часов курса по темам и видам работ.
Учебный план, часов
№
Тема, раздел
Аудиторные
занятия
п
/
п
Лекции
Практи
ческие
Сам
осто
ятел
ьная
рабо
та
Ито
го
по
тема
м
1
Основные понятия. Классификация
способов получения полимеров.
2
2
Радикальная полимеризация.
4
2
4
10
3
Катионная полимеризация.
3
1
2
6
4
Анионная полимеризация.
3
1
2
6
5
Получение стереорегулярных
полимеров.
2
1
2
5
6
Термодинамика
полимеризационных процессов.
4
4
8
7
Сополимеризация
4
2
7
8
Поликонденсация.
6
2
8
9
Особые случаи полимеризации и
поликонденсации.
2
2
4
Итог
Форма итогового контроля.
Экзамен.
2
1
30
6
20
56
Учебно-методическое обеспечение курса.
Рекомендуемая литература.
1. Семчиков С.А. Высокомолекулярные соединения. М. Химия. 2000.
2. Зильберман
Е.Н.,
Наволокина
Р.А.
Примеры
и
задачи
по
химии
высокомолекулярных соединений. М.: Высш. Шк., 1984.
3. Иванчев С.С. Радикальная полимеризация. М. Химия. 1985.
4. Шварц. М. Анионная полимеризация. М. Мир. 1971.
5. Катионная полимеризация / Под ред. П. Плеша. М. Мир. 1966.
6. Виноградова С.В., Васнев В.А. Поликонденсационные процессы и полимеры. М.
Наука. 2000.