Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ивановский государственный химико-технологический университет
«УТВЕРЖДАЮ»
проректор по учебной работе
_________________________
«____»____________ 2004 г.
Факультет № 2 – Органической химии и технологии
Кафедра технологии композиционных материалов и полимерных покрытий
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине “ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРОВ “
для направления 655100 – ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПОЛИМЕРНЫХ
ПОКРЫТИЙ
специальности 250500 – ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
специализации 250506 – ТЕХНОЛОГИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ
Курс 4, Семестр 9
Всего часов по дисциплине: 204
Аудиторные занятия: 85
Лекции: 34
Лабораторные занятия: 51
Самостоятельная работа: 119
Экзамен: 9 семестр
Иваново, 2004 г.
Рабочая учебная программа составлена на основании требований ГОС
высшего профессионального образования по направлению:
655100 – ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ
специальности 250500 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
специализации 250506 ТЕХНОЛОГИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ
Составитель: профессор, д.х.н. ________________ В.А.Козлов
Рабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры ХиТВМС
«____» ______________ 2004 г., протокол № _____
Заведующий кафедрой _____________ О.И. Койфман
Рабочая учебная программа рекомендована секцией специальных
дисциплин научно-методического совета ИГХТУ
«_____» _____________ 2004 г.
Председатель секции ___________________ Ю.Г. Воробьев
Рабочая учебная программа рассмотрена и утверждена научнометодическим советом факультета № 2.
«______» ____________ 2004 г.
Председатель НМС факультета _______________ А.Б. Ливадонова
1. ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. Цель преподавания дисциплины.
Дисциплина ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРОВ
относится к циклу специальных дисциплин, предусмотренных учебным
планом.
Ее цель – привить студенетам навыки инженерного и технологического
мышления
в
области
получения
полимеризационных
и
поликонденсационных полимеров (смол), позволяющие перейти к
рассмотрению и анализу конкретных технологий получения и исползования
искусственных и синтетических
полимеров для лакокрасочных
композиционных материалов и покрытий. Базовыми дисциплинами для нее
являются: «Органическая химия», «Химия мономеров», «Химия и физика
высокомолекулярных соединений»,
привлекаются знания по физике,
физической и коллоидной химии.
1.2. Требования по дисциплине
В результате изучения дисциплины студент должен:
а) иметь представление: о научных основах
получения
полимеризационных и поликонденсационных полимеров
б) знать и уметь использовать: общие способы получения
полимеров, их достоинства и недостатки; уметь обосновывыть способы
получения полимера с заданным строением и свойствами. Исходя из
строения полимера предсказывать его физические и химические свойства,
исходные мономеры, условия и механизм проведения реакций
полимеризации или поликонденсации, а также области
применения
полимера;
в) владеть основными приемами и подходами к получению
полимеров, применяемых в качестве связующих в
лакокрасочных
материалах ;
г) иметь опыт получения различными способами полимеризационных
и поликонденспционных полимеров;
1.1.
Разделы дисциплины и виды занятий с указанием количества часов
на их проведение.
№
Название раздела
Раздела
2.1
Введение.Основные
понятия,терминология.
2.2
2.3
2.4
Лекции Лаборат.
занятия
Самост.
работа
4
-
-
20
27
48
Общая
химическая
технология
полимеризационных полимеров.
Общая
химическая
технолгия
привитых (со)полимеров.
20
27
48
10
-
-
Итого
54
36
96
Общая химическия технология
поликонденсационных полимеров.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
РАЗДЕЛ 2. 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНОЛОГИЯ .
ТЕМА 21.1.Химическая терминология и основные понятия синтеза
полимеров. Классификация и строение полимеров.Классификация реакций .
Реакции полимеризации , поликонденсации
и полимераналогичных
превращений.
Степень
полимеризации
(СП),
массмолекурярное
распределение (ММР),степень превращения мономеров в полимер.
Гомогенные и гетерогенные системы и реакции.Катализаторы, инициаторы и
ингибиторы реакций. Скорость и константа скорости , общий и частные
порядки реакции. Условия синтеза полимера и его количественное описание
.Материальный
баланс.
Закон
стехиометрических
соотношений.
Кинетическое уравнения, зависимость скорости реакции от температура
(Аррениус).Энергия активации.Мономеры и их классификация: реакционный
центр, функциональная группа и функциональность молекулы.
РАЗДЕЛ
2.2.
ОБЩАЯ
ХИМИЧЕСКАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННЫХ ПОЛИМЕРОВ.
ТЕМА 2.2.1 Основные типы реакций поликонденсации ,условия их
проведения и механизм.
Мономеры для поликонденсационных смол.
Влияние строения мономера на его активность в реакции ПК. Стадии и
разновидности
поликонденсационных
процессов.
Закономерности
обратимой и необратимой поликонденсации. Способы проведения
поликонденсации в зависимости от фазового состояния реакционной
системы и местонахождение реакционной зоны.
ТЕМА 2.2.2. Поликонденсация в расплаве.Основные реакции обратимых
ПК-процессов и побочные.Влияние основных факторов ( температура,
соотношение
мономеров,
вязкость,
примеси
монофукциональных,перемешивание, время и т.д.) на выход и свойства
полимера. Кинетические закономерности и катализ . Технологические
особенности ПК в расплаве.
ТЕМА 2.2.3. Поликонденсация в растворе. Назначение и требования к
растворителю.Влияние основных факторов на выход и свойства полимера
при ПК в растворе. Технологические особенности поликонденсации в
растворе.
ТЕМА2.2.4.
Эмульсионная
поликонденсация.
Условия.
Местонахождение реакционной зоны и подбор состава реакционных
систем.Влияние основных факторов (вязкость, концентрация и соотношение
мономеров, примеси низкомолекулярных монофункциональных соединений,
перемешивание, температура, высаливатели и акцепторы НМС, природа
органического растворителя и др.)
на выход и свойства полимера.
Разновидности
эмульсионной
ПК.
Технологические
особенности
эмульсионной поликонденсации.
Тема 2.2.5. Межфазная полдиконденсация и её разновидности. Влияние
основных факторов ( природа растворителя, вязвость, температура,
концентрация и соотношение мономеров,примеси монофункциональных
соединений и т.д.) на выхолд и свойства полимера. Реакционная зана в
зависимости от условий и способов межфазной ПК. Технологические
особенности межфазной поликонденсации.
Тема 2.2.5 Закономерности поликонденсации в твердой фазе и её
технологические особенности.
Тема 2.2.6 Особенности свойств поликонденсационных полимеров в
зависимости от исходных мономеров, от способа и условий
поликонденсации, строения и свойств сополимеров.
РАЗДЕЛ
2.3.ОБЩАЯ
ХИМИЧЕСКАЯ
ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫЫХ ПОЛИМЕРОВ.
ТЕХНОЛОГИЯ
Общая характеристика методаПримеры полимеризационных полимеров
которые находят широкое применение при получении пластических масс,
пленок, волокон, лакокрасочных
материалов и покрытий.Условия и
механизм реакции полимеризации. Влияние строения мономера на его
активность
.Основные
закономерности
полимеризации.
Способы
прорведения полимеризации в зависимости от фазового состояния
реакционной системы.
ТЕМА 2.3.2
Полимеризация в массе (в среде мономера).Общая
характеристика метода.Физико-химические основы полимеризации в массе и
собенности кинетики процесса . Гель эффект, причины его возникновения и
влияние различных факторов. Способы регулирования и
общие
принципы построения технологического процесса ПЗ в массе.Промышленное
оборудование , тип реакторов и выбор режима проведения
прицесса.Технологические особенности полимеризации в массе, достоинства
и недостатки.Область применении.
ТЕМА 2.3.3
Полимеризация в растворе.Общая характеристика
и
технологические особенности способа полимеризации в растворе. Физикохимические основы ПЗ в растворе.Кинетические закономерности процесса.
Влияние (и вбор) растворителя и других факторов на выход и свйства
полимеризационного полимера.. Технологические особенности, достоинства
и недостатки , аппаратурное оформление способа полимеризации в растворе.
Тема
2.3.4
Полимеризация
в
эмульсии.Общая
характеристика
метода.Условия проведения процесса. Основные физики-химические
закономерности эмульсионной полимеризации.Влияние различных факторов
на процесс ПЗ , выход и свойства полимера.Роль высаливателя.
Технологические особенности, достоинства и недостатки способа
эмульсионной полимеризации.
ТЕМА 2.3.
ТЕМА 3.5. Эпоксидные олигомеры и полимеры. Общие понятия об
эпоксидных олигомерах и полимерах и их классификация. Строение и
реакционная способность эпоксидной группы.
Диановые эпоксидные олигомеры: применяемое сырье, химические
основы синтеза. Зависимость молекулярной массы олигомера от
соотношения исходных компонентов. Технологические основы синтеза
диановых олигомеров разной молекулярной массы.
Алифатические эпоксидные олигомеры: применяемое сырье,
химические основы синтеза, свойства и области применения.
Эпоксидированные новолаки: химические и технологические основы
синтеза, свойства.
Циклоалифатические эпоксиды: применяемое сырье, химические и
технологические основы синтеза, особенности состава, структуры и свойств.
Этерифицированные эпоксиды (эпоксиэфиры). Их классификация,
применяемое сырье, химические и технологические основы синтеза.
Способы отверждения эпоксидных олигомеров. Основные классы
используемых отвердителей, их важнейшие представители, особенности их
применения и влияние на свойства покрытий.
ЛКМ на основе эпоксидных олигомеров и полимеров. Их состав,
свойства и области применения.
ТЕМА 3.6. Полиуретаны.
Строение и химические реакции изоцианатной группы. Сырье для
полиуретановых
пленкообразующих:
изоцианаты
(мономерные
диизоцианаты, полиизоцианаты, полиизоцианураты); гидроксилсодержащие
соединения (полиспирты, простые и сложные олигоэфиры и др.).
Полиуретановые лакокрасочные материалы: двух- и одноупаковочные,
уралкиды, уретановые масла, уретанакрилаты.
РАЗДЕЛ 4. ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ПО РЕАКЦИЯМ
ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И ПОЛИМЕРАНАЛОГИЧНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
ТЕМА 4.1. Общая характеристика и области применения. Полимеры на
основе непредельных углеводородов. Получение полиэтилена высокого
давления. Полипропилен, бутадиеновые каучуки.
ТЕМА 4.2. Галогенсодержащие полимеры, получаемые радикальной
полимеризацией и сополимеризацией: поливинилхлорид и его сополимеры,
политетрафторэтилен,
политрифторхлорэтилен.
Галогенсодержащие
полимеры, получаемые химической модификацией: хлорированный
поливинилхлорид
(перхлорвинил),
хлорированный
полиэтилен,
хлорированный каучук.
ТЕМА 4.3. Полимеры на основе акриловой и метакриловой кислот и их
производные. Сырьевые ресурсы и основные способы получения акриловых
пленкообразователей. Полиакрилаты, полиметакрилаты и их сополимеры.
Термопластичные и термореактивные полиакрилаты.
ТЕМА 4.4. Поливинилацетат и продукты его полимераналогичных
превращений. Поливиниловый спирт, полиацетали, основные свойства и
области применения.
РАЗДЕЛ 5. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ
СИСТЕМ
Совместимость
пленкообразователей.
Факторы,
определяющие поведение бинарных смесей пленкообразователей при их
физическом совмещении. Диаграммы состав-свойство. Теоретическая оценка
совместимости. Типы бинарных смесей пленкообразователей: композиции
типа мономер-мономер, мономер-олигомер, полимер-мономер, полимеролигомер, полимер-полимер. Химическая модификация и физическое
совмещение пленкообразователей. Поведение физических смесей при
пленкообразовании. Области применения и примеры использования
бинарных смесей для получения полимерных покрытий.
ТЕМА 5.2. Пленкообразующие системы. Понятие о пленкообразующей
системе. Основные типы пленкообразующих систем, используемых для
приготовления ЛКМ.
Жидкие пленкообразующие системы. Общая характеристика и
классификация.
5.2.1.
Растворы пленкообразующих веществ в органических
растворителях. Области использования, преимущества и недостатки
растворов пленкообразующих веществ. Общие требования, предъявляемые к
растворителю. Классификация растворителей по химической природе.
Принципы подбора растворителей и разбавителей. Параметр растворимости
и трехмерный параметр растворимости: их определение и использование для
подбора летучей части пленкообразующей системы.
ТЕМА
5.1.
5.2.2. Жидкие дисперсии пленкообразующих веществ. Классификация
дисперсий по лиофильности и природе дисперсионной среды.
Органические дисперсии: типы органодисперсий, пленкообразующие
вещества и органические жидкости, используемые для их приготовления.
Технология их получения.
Водные
дисперсии,
их
классификация.
Водные
эмульсии
пленкообразующих веществ: синтетические и искусственные дисперсии,
пленкообразующие вещества, используемые для их приготовления, способы
модификации,
основные
технические
характеристики,
состав
и
технологические приемы получения.
Водоразбавляемые материалы: природа и состав пленкообразователя,
коллоидно-химическая характеристика дисперсий, способы модификации
пленкообразователя, основные технические требования к пленкообразующим
веществам и растворителям, технологические приемы приготовления и
использования.
5.2.3. Аэродисперсии пленкообразователей. Физическое и агрегатное
состояние пленкообразующего вещества в аэродисперсии и их изменение в
процессе переработки в покрытия. Физические и технологические свойства
аэродисперсий. Общие особенности пленкообразования из расплавов.
5.2.4. 100%-е пленкообразующие системы.
5.3. Особенности приготовления ЛКМ на основе пленкообразующих
систем различных типов. Взаимосвязь состава ЛКМ с его технологическими
свойствами, поведением в процессе приготовления и переработки в
полимерное покрытие.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
 Изготовление олиф и их испытание
 Синтез алкидных олигомеров
 Синтез немодифицированных насыщенных и ненасыщенных
олигоэфиров
 Синтез эпоксидных олигомеров
 Синтез амино- и фенолоформальдегидных олигомеров
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Самостоятельная проработка отдельных подразделов содержания дисциплины (..)
Выполнение индивидуальных домашних заданий по расчету рецептур алкидных
пленкообразователей.
Подготовка к коллоквиумам, к промежуточному контролю.
Оформление отчетов по лабораторному практикуму.
3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ:
3.1. Коллоквиумы по теме каждой лабораторной работы; отчеты по
лабораторному практикуму;
3.2. Контрольные работы по лекционному курсу на 5, 10, 14 неделях, всего 3.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Сорокин М.Ф., Шодэ Л.Г., Кочнова З.А. Химия и технология пленкообразующих
веществ. – М.: Химия, 1989. – 480 с.
2. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих
веществ. – Л.: Химия, 1978. –391 с.
3. Кочнова З.А., Фомичева Т.Н., Сорокин М.Ф. Аппаратурно-технологические
схемы производства пленкообразующих веществ. – М.: Химия, 1978. – 90 с.
4. Химия и технология пленкообразующих веществ: Методические указания/ Иван.
хим.-технол. ин-т; Сост. Н.А.Суханова. – Иваново, 1992. - 24 с.
5. Суханова Н.А., Степычева Н.В. Химическая технология пленкообразующих
веществ: контрольные вопросы и задачи к практическим и лабораторным занятиям: Учеб.
пособие/ Иван. гос. хим.-технол.ун-т. – Иваново, 1999. - 72 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
7.Дринберг С.А., Верхоланцев В.В. Органодисперсные лакокрасочные материалы и
покрытия. – М.: Химия, 1976. – 120 с.
8.Сорокин М.Ф., Лялюшко К.А. Практикум по химии и технологии
пленкообразующих веществ. – М.: Химия, 1971. – 263 с.
9.Горловский И.А., Козулин И.А. Оборудование заводов лакокрасочной
промышленности. – Л.: Химия, 1980. – 376 с.
10.Лившиц М.Л. Технический анализ и контроль производства лаков и красок. –
М.: Высшая школа, 1980. – 216 с.