Chemia polimerów 0600-S2-Spec-ChP

Wykłady:
Historia węgla jako podstawowego pierwiastka chemii polimerów. Pojęcie cząsteczki jako fundamentu chemii fizycznej polimerów. Izomerie- wszystkie. Mono i ditaktyczność. Termodynamika polireakcji, wpływ parametrów termodynamicznych(p,T,M) na potencjał Gibbsa. Termodynamika a kinetyka polireakcji. Centra aktywne,typowe reakcje rodników. Inhibicja i inhibitory. Polimeryzacja wolnorodnikowa i jej kinetyka. Kopolimeryzacja i współczynniki reaktywności. Polimeryzacje jonowe, "polimery żyjące", inicjatory,porównanie pol.anionowej i kationowej. Polimeryzacja jonowo-koordynacyjna, katalizatory Zieglera- Natty, mechanizm jedno i dwumetaliczny. Stereoregularność, znaczenie praktyczne. Porównanie wł. fizykochemicznych polimerów ataktycznych i taktycznych. Polireakcje stopniowe, polikondensacja,mechanizm, równanie Carothersa. Masy molowe i polidyspertsja, Równowaga reakcji polikondensacji. Poliaddycja i cyklopolimeryzacja. Porównanie różnych polireakcji. Omówienie poszczególnych grup polimerów z uwzględsnieniem zastosowań komercyjnych.
Podobieństwa i różnice między polimerami syntetycznymi i naturalnymi. Charakterystyka podstawowych polimerów naturalnych i ich modyfikacja.
Wzór Hagena-Poiseuille’a na lepkość dynamiczną z uwzględnieniem poprawki na energię kinetyczną. Stałe wiskozymetru i ich wyznaczanie. Metody ekstrapolacyjne wyznaczania granicznej liczby lepkościowej. Gradient szybkości przepływu i jego wpływ na pomiary wiskozymetryczne. Promień bezwładności, średnia kwadratowa odległość między końcami łańcucha. Rozmiary niezakłócone. Objętość hydrodynamiczna. Współczynnik ekspansji liniowej. Równanie Flory’ego-Foxa. Uniwersalna stała Flory’ego. Statystyczny łańcuch swobodnie związany. Łańcuch z ograniczoną rotacją wewnętrzną. Stała łańcucha polietylenowego. Stała łańcucha celulozowego. Stałe polimerów. Podstawy teorii roztworów Flory’ego-Hugginsa. Parametr oddziaływania. Entalpia, entropia i entalpia swobodna mieszania roztworów polimerów. Ciśnienie osmotyczne roztworu polimeru. Krio- i ebuliometria.
Zastosowanie metod WAXS i SAXS do badania nadmolekularnej struktury polimerów częściowo krystalicznych: procedury bezwzględne i względne oznaczeń stopnia krystaliczności polimerów, oznaczanie średnich poprzecznych i podłużnych wymiarów krystalitów, oznaczanie wskaźnika orientacji osi krystalitów w polimerach orientowanych, tekstura włókien. Modele struktury włókien syntetycznych. Włókna o właściwościach ekstremalnych. Poli(tereftalan etylenu) jako polimer włóknotwórczy. Zastosowanie spektroskopii IR, UV/VIS i Ramana do badania struktury chemicznej polimerów, oddziaływań międzycząsteczkowych w polimerach i mieszaninach polimerów, stopnia krystaliczności i wskaźnika orientacji polimerów. Zastosowanie spektroskopii w dalekiej podczerwieni oraz metod DSC i SAXS do badania procesów asocjacji jonów w jonomerach. Wykorzystanie metod rentgenowskich, DSC oraz MO w badaniach kinetyki krystalizacji polimerów w warunkach izotermicznych i nieizotermicznych. Dyfuzja związków niskocząsteczkowych a struktura morfologiczna polimerów na przykładzie włókien chemicznych.
Zaawansowane techniki badania właściwości mechanicznych polimerów: metoda propagacji fal, metoda drgającego stroika. Rozwiązania konstrukcyjne aparatury badawczej. Polimery jako izolatory i dielektryki. Omówienie metod badania odporności cieplnej, palności, dymienia i szybkości rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni.

Laboratorium:
1. Otrzymywanie poliestrów liniowych. Polikondensacja kwasu adypinowego z glikolem etylenowym.
2. Badanie kinetyki polimeryzacji rodnikowej w roztworze.
3. Polimeryzacja kationowa N-winylokarbazolu.
4. Elektropolimeryzacja pirolu.
5. Synteza poli(alkoholuwinylowego). Badanie kinetyki hydrolizy poli(octanuwinylu).
6. Oznaczanie stałych wiskozymetru Ubbelohde’a.
7. Wyznaczanie granicznej liczby lepkościowej polimerów z uwzględnieniem poprawki na energię kinetyczną na podstawie równań: Hugginsa, Kraemera, Hellera i Schulza-Blaschke’go.
8. Wyznaczanie inkrementu współczynnika załamania światła (dn/dc) wodnego roztworu poli(alkoholu winylu)
9. Wyznaczanie stopnia polimeryzacji celulozy.
10. Wyznaczanie stopnia deacetylacji chitozanu metodą pierwszej pochodnej absorbancji w ultrafiolecie
11. Wyznaczanie stopnia deacetylacji chitozanu metodą 13C NMR i 1H NMR
12. Wyznaczanie granicznej liczby lepkościowej poliakryloamidu w wiskozymetrze gradientowym
13. Wyznaczanie stopnia deacetylacji chitozanu metodą Broussignaca
14. Identyfikacja polimerów i kopolimerów metodą spektroskopii w podczerwieni.
15. Oznaczanie metodą DSC temperatur przejść fazowych – zeszklenia, zimnej krystalizacji i topnienia (Tg, Tc, Tm) oraz entalpii przejść fazowych – zimnej krystalizacji i topnienia (DHc, DHm) w anionowo modyfikowanego poli(tereftalanie etylenowym).
16. Izotermiczna krystalizacja poli(tereftalanu etylenowego) ze stopu. Oznaczanie stałych K i n w równaniu Avramie'go metodą DSC.
17. Oznaczanie stopnia krystaliczności (X) polietylenu metodą szerokokątowej dyfrakcji rentgenowskiej oraz średniej wielkości krystalitów (Dhkl) w polietylenie na podstawie poszerzenie prążka dyfrakcyjnego.
18. Wpływ warunków krystalizacji na morfologię polimerów. Badanie wpływu temperatury i czasu stabilizacji termicznej na morfologię poliamidu-6 i poli(tereftalanu etylenowego) metodami DSC, WAXS oraz densytometryczną.
19. Oznaczanie dwójłomności (Dn) włókien metodą mikroskopii polaryzacyjno-interferencyjnej. Wpływ szybkości przędzenia włókien na wskaźnik orientacji (fo).Wpływ stopnia rozciągu włókien na wskaźnik orientacji (fo).
20. Oznaczanie współczynnika dyfuzji (D) związku niskocząsteczkowego (barwnika) we włóknach polimerowych.
21. Kinetyka pęcznienia żelatyny. Oznaczanie stałej szybkości pęcznienia.

Całkowity nakład pracy studenta

1. Godziny realizowane z udziałem nauczycieli: godziny kontaktowe przewidziane w planie studiów dla danego przedmiotu (suma godzin wszystkich form zajęć z przedmiotu), godziny konsultacji indywidualnych studenta/słuchacza/ uczestnika kursu: 120h 2. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta/słuchacza/uczestnika kursu potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu, tj. wcześniejsze przygotowanie i uzupełnienie notatek; zebranie i wybór odpowiednich materiałów do zajęć, wymagane powtórzenie materiału, pisanie prac, projektów, czytanie literatury: 120h 3. Czas wymagany do przygotowania się i do uczestnictwa w procesie oceniania (np. w egzaminach), 60h 4. Czas wymagany do odbycia obowiązkowej (-ych) praktyki (praktyk). nie dotyczy

Efekty uczenia się - wiedza

W1: zna historię i podstawowe pojęcia dotyczące polimerów - K_W01, K_W08 W2: zna termodynamiczny opis polireakcji oraz wpływ temperatury, ciśnienia i masy cząsteczkowej na potencjał Gibbsa - K_W01 W3: zna podstawowe rodzaje reakcji polimeryzacji: rodnikową jonową, jonowo-koordynacyjną, i polireakcje stopniowe - K_W08 W4: posiada wiedzę na równani Carothersa - K_W08 W5: posiada wiedzę o poszczególnych grup polimerów z uwzględnieniem zastosowań komercyjnych - K_W08 W6: zna wzór Hagena-Poiseuille’a na lepkość dynamiczną z uwzględnieniem poprawki na energię kinetyczną – K_W08 W7: zna pojęcia promień bezwładności, średnia kwadratowa odległość między końcami łańcucha, objętość hydrodynamiczna – K_W08 W8: Posiada wiedzę dotyczącą współczynnika ekspansji liniowej, równania Flory’ego-Foxa i statystycznego łańcucha swobodnie związanego – K_W08 W9: zna podstawy teorii roztworów Flory’ego-Hugginsa – K_W08 W10: posiada wiedzę na temat parametru oddziaływania, termodynamiki procesu mieszania roztworów polimerów – K_W08 W11: posiada rozszerzoną wiedzę na temat ciśnienie osmotycznego roztworu polimeru oraz Krio- i ebuliometrycznych metod w chemii polimerów – K_W01 W12: zna zagadnienia związane z konfiguracyjną i konformacyjną izomerią polimerów – K_W01 W13: posiada wiedzę na temat zastosowanie metod WAXS i SAXS do badania nadmolekularnej struktury polimerów częściowo krystalicznych - K_W08 W14: zna modele struktury włókien syntetycznych - K_W08 W13: zna metody badania kinetyki krystalizacji polimerów w warunkach izotermicznych i nieizotermicznych - K_W08 W14: posiada podstawową wiedzę na temat dyfuzji w polimerach – K_W08 W15: posiada wiedzę dotyczącą zastosowania metod spektroskopowych do identyfikacji i charakteryzacji polimerów – K_W08

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: umie omówić różnice pomiędzy polimerami naturalnymi i syntetycznymi – K_U02 U2: umie zastosować metody ekstrapolacyjne wyznaczania granicznej liczby lepkościowej – K_U02 U3: Umie przeprowadzić reakcję polikondensacji kwasu adypinowego z glikolem etylenowym – K_U03, K_U05, K_U13 U4: potrafi zbadać kinetykę polimeryzacji wolnorodnikowej w roztworze – K_U03, K_U13 U5: Potrafi wykonać samodzielnie polimeryzację kationową N-winylokarbazolu – K_U03, K_U05, K_U13 U6: Umie zaplanować warunki i przeprowadzić proces elektropolimeryzacji – K_U03, K_U05, K_U13 U7: portafi wykonać syntezę poli(alkoholuwinylowego) i zbadać jej kinetykę – K_U03, K_U05, K_U20, K_U13 U8: umie wyznaczyć stałe wiskozymetru Ubbelohde’a – K_U04, K_U20 U9: Umie wyznaczyć graniczną liczbę lepkościową polimerów z uwzględnieniem poprawki na energię kinetyczną na podstawie równań: Hugginsa, Kraemera, Hellera i Schulza-Blaschke’go – K_U13, K_U20 U10: Potrafi wyznaczyć inkrement współczynnika załamania światła wodnego roztworu poli(alkoholu winylu) – K_U13, K_U20 U11: Potrafi wyznaczyć stopień polimeryzacji celulozy – K_U13, K_U20 U12: Potrafi wyznaczyć stopień deacetylacji chitozanu metodą pierwszej pochodnej absorbancji w ultrafiolecie – K_U13, K_U20 U13: Potrafi wyznaczyć stopień deacetylacji chitozanu metodą 13C NMR i 1H NMR – K_U13, K_U19, K_U20 U14: Potrafi wyznaczyć graniczną liczbę lepkościową poliakryloamidu w wiskozymetrze gradientowym – K_U13, K_U20 U15: Potrafi wyznaczyć stopień deacetylacji chitozanu metodą Broussignaca – K_U13, K_U20 U16: Potrafi zidentyfikować polimery metodą spektroskopii w podczerwieni – K_U13, K_U19, K_U20 U17: Potrafi oznaczyć metodą DSC temperatury oraz entalpii przejść fazowych polimeru – K_U13, K_U20 U18: Potrafi wyznaczyć stopień krystaliczności polimeru metodą szerokokątowej dyfrakcji rentgenowskiej oraz średniej wielkości krystalitów na podstawie poszerzenie prążka dyfrakcyjnego. U19: Potrafi wyznaczyć stałe K i n w równaniu Avramie'go metodą DSC – K_U13, K_U20 U20: Potrafi wyznaczyć dwójłomność włókien metodą mikroskopii polaryzacyjno-interferencyjnej – K_U13, K_U20 U21: Potrafi wyznaczyć współczynnik dyfuzji związku niskocząsteczkowego w materiale polimerowym – K_U13, K_U20 U22: Potrafi wyznaczyć stałą szybkości pęcznienia polimeru

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1: - potrafi samodzielnie pracować i efektywnie organizować pracę –K_K01 K2: dostrzega problem i potrafi go rozwiązać – K_K05 K3: poprawnie formuje wnioski - K_K05 K4: potrafi systematyczne i sumiennie pracować - K_K06 K5:potrafi pracować w grupie- K_K02

Metody dydaktyczne

Wykład: Wykład z prezentacjami multimedialnymi Laboratorium: Samodzielna praca laboratoryjna

Wymagania wstępne

chemia organiczna, chemia fizyczna, analiza instrumentalna, podstawy chemii, informatyka w chemii.

Kryteria oceniania

Wykłady: Ocena końcowa jest sumą punktów uzyskanych za egzamin pisemny (120min.)

Laboratorium: Ocena końcowa jest sumą punktów uzyskanych za wykonanie i poprawne opracowanie zadań eksperymentalnych przez studenta.

Praktyki zawodowe

nie dotyczy

Literatura

M. Rubinstein, R. H. Colby Polymer Physics. Oxford 2003.
L. Huppenthal Roztwory polimerów. Toruń 2008
H. Galina Fizykochemia polimerów. Rzeszów 1998
Laboratorium z fizykochemii polimerów (pod red. Andrzeja Błędzkiego). Szczecin 1981
W. Dzierża, T. Czerniawski, Właściwości mechaniczne i termiczne polimerów. Skrypt dla studentów chemii, UMK, Toruń, 2000.
J. D. Ferry, Lepkosprężystość polimerów, WNT, Warszawa, 1965
J. M. Ward, Mechaniczne własności polimerów jako tworzyw konstrukcyjnych, PWN, Warszawa, 1975.
Rabek J. F., Współczesna wiedza o polimerach: wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008.
Przygocki W. i Włochowicz A., Uporządkowanie makrocząsteczek w polimerach i włóknach, WNT, Warszawa 2006.
Przygocki W. i Włochowicz A., Fizyka polimerów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
Praca zbiorowa pod red. Z. Florjańczyka i S. Penczka, Chemia Polimerów,
Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, tom I: Warszawa 2001,
t. II, Warszawa 2002, tom III, Warszawa 1998.
Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J., Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2000.
Szlezyngier W., Tworzywa sztuczne: chemia, technologia wytwarzania, właściwości, przetwórstwo, zastosowanie, t. i 2., FOSZE, Rzeszów 1998, t. 3, FOSZE, Rzeszów 1999.
Przygocki W., Metody fizyczne badań polimerów, PWN, Warszawa 1990.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0600-S2-Spec-ChP w USOSweb