Белорусский государственный университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан

химического факультета БГУ

Д.В. Свиридов

«»_ 2011 г.

№ УД-/баз.

РАДИАЦИОННАЯ ХИМИЯ ПОЛИМЕРОВ

Учебная программа для специальности 1-31 05 01 Химия (по направлениям) по направлению специальности 1-31 05 01-01 Химия (научно-производственная деятельность) 2011

СОСТАВИТЕЛЬ:

Круль Леонид Петрович, заведующий кафедрой высокомолекулярных соединений Белорусского государственного университета, доктор химических наук, профессор РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Прокопчук Николай Романович, заведующий кафедрой технологии нефтехимического синтеза и переработки полимерных материалов Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», член-корреспондент НАН Беларуси, доктор химических наук, профессор;

Кособуцкий Вячеслав Станиславович, доцент кафедры радиационной химии и химико-фармацевтических технологий Белорусского государственного университета, кандидат химических наук, доцент.

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНОЙ:

Кафедрой высокомолекулярных соединений Белорусского государственного университета (протокол №13 от 19 мая 2011 г.);

Методической комиссией химического факультета Белорусского государственного университета (протокол №7 от 06 июня 2011 г.) Ответственный за редакцию: профессор Л.П. Круль Ответственный за выпуск: профессор Л.П. Круль

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебная программа по дисциплине «Радиационная химии полимеров»

разработана в соответствии с требованиями образовательного стандарта по специальности 1-31 05 01 «Химия (по направлениям)» по направлению специальности 1-31 05 01-01 Химия (научно-производственная деятельность). Дисциплина «Радиационная химии полимеров» является дисциплиной специализации «Химия высокомолекулярных соединений».

Дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общего курса «Высокомолекулярные соединения».

Знания, полученные студентами при изучении курса «Радиационная химии полимеров», используются ими при выполнении курсовых и дипломных работ.

Основной целью дисциплины является получение студентами знаний и навыков профессиональной деятельности, связанной с воздействием ионизирующих излучений на полимерные материалы и направленной на использование ионизирующего излучения в синтезе и модифицировании полимеров.

Главной задачей изучения дисциплины является ознакомление будущих специалистов с основными разделами радиационной химии полимеров: радиационной полимеризацией, радиационной модификацией полимерных материалов и радиационной стойкостью высокомолекулярных соединений.

При изучении дисциплины большое внимание уделяется рассмотрению механизмов и способов проведения радиационной полимеризации, а также освоенным в производстве технологическим процессам, основанным на реакциях радиационной полимеризации (радиационное отверждение полимерных покрытий, радиационно-химическое производство древеснопластмассовых и бетоно-полимерных материалов, изготовление оптических изделий). Детально рассматриваются теоретические и прикладные аспекты радиационной прививочной полимеризации как способа модифицирования полимерных материалов с высокоорганизованной надмолекулярной структурой, в частности аморфно-кристаллических ориентированных волокон и пленок. Рассматриваются процессы деструкции и сшивания, протекающие при действии ионизирующего излучения на макромолекулы, а также основанные на них способы направленного изменения свойств полимерных материалов и вопросы, касающиеся радиационной стойкости полимеров. Затрагиваются вопросы радиационной стерилизации полимерных материалов медицинского назначения. При изучении дисциплины студенты приобретают навыки работы с мономерами и высокомолекулярными соединениями, используемыми в радиационной химии полимеров, а также навыки оценки свойств облученных полимерных материалов.

Программа дисциплины разработана с учетом последних достижений химии высокомолекулярных соединений и химии высоких энергий в области радиационной химии полимеров.

После изучения дисциплины студент должен знать:

физико-химические закономерности процессов гомо-, со- и прививочной полимеризации мономеров, инициированных ионизирующим излучением и протекающих по цепному механизму;

механизмы процессов, протекающих при действии ионизирующих излучений на макромолекулы различного химического строения и определяющих их радиационную стойкость, а также направления радиационного модифицирования;

основные направления практического использования методов радиационной полимеризации и модификации полиме5рных рассчитывать радиационно-химический выход процессов полимеризации, деструкции и сшивания макромолекул;

определять основные характеристики радиационномодифицированных полимеров.

Изучение дисциплины «Радиационная химии полимеров»

осуществляется на лекциях, семинарах, в процессе выполнения и контроля (анализа и оценки) самостоятельных работ, выполнения лабораторных работ, а также сдачи зачета и экзамена.

Для организации самостоятельной работы студентов в программе приводится основная и дополнительная литература. Список литературы включает учебник, монографии, обзоры по различным разделам радиационной химии полимеров.

Программа рассчитана на 80 часов, в том числе 64 аудиторных часа:

20 лекционных часов, 6 часов семинарских занятий, 30 часов лабораторных занятий, 8 часов контролируемой самостоятельной работы.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

полимеров и исторический развития единицы измерения в радиационной превращения макромолекул при облучении сшивание макромолекул полимеризаци деструкция макромолекул радиационная стойкость полимеров

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

1. Предмет радиационной химии полимеров и исторический очерк ее Радиационная химия полимеров как область химической науки на стыке радиационной химии и химии высокомолекулярных соединений.

Предмет радиационной химии полимеров.

Ранний этап работ в области радиационной химии полимеров (исследования Н.А. Орлова по воздействию ионизирующего излучения на парафиновый воск в начале ХХ века). Работы начала 20-х – конца 30-х гг. ХХ века.) по радиационной полимеризации и радиационному сшиванию каучука.

Создание ядерного оружия в США и СССР в период 2-ой мировой войны в США и и активизация исследований в области радиационной химии полимеров. Работы А. Чарлзби, М. Доула, М. Роуза по радиационному сшиванию полиэтилена. Работы Ф. Дэйтона, М. Мага, А. Шапиро по радиационной полимеризации. Исследования советских ученых по радиационной химии полимеров в 1940 – 1960 гг. и в 1960 – 1980 гг.

(В.А. Каргин, В.Л. Карпов, Б.Л. Цетлин, А.Д. Абкин, В.И. Гольданский, И.М. Баркалов, В.Я. Кабанов).

Становление и развитие работ по радиационной химии полимеров в Беларуси.

2. Основные понятия и единицы измерения в радиационной химии Виды ионизирующего излучения, используемые в радиационной химии полимеров ( – излучение, электронное излучение, смешанное нейтронное и – излучение). Источники ионизирующих излучений, используемые для радиационной полимеризации и модификации полимерных материалов.

Ядерные источники -излучения. Радиационные контуры. Электроновольт как внесистемная единица энергии в радиационной химии. Соотношение межу электроновольтом и джоулем. Поглощенная доза излучения. Грэй и рад – единицы поглощенной дозы излучения. Мощность дозы излучения.

3. Химические и физико-химические превращения макромолекул при воздействии ионизирующего излучения Взаимодействие ионизирующих излучений с полимерами. Первичные и вторичные радиационно-химические процессы.

Обратимые радиационные эффекты в полимерах (наведенная электрическая проводимость, возрастание скорости ползучести в поле излучения) как следствие присутствия в облученном полимере первичных продуктов взаимодействия излучения с веществом.

Необратимые радиационные эффекты в полимерных системах как следствие химических превращений после облучения. Примеры необратимых эффектов в макромолекулах, в мономерах и в полимерных материалах. Радиационно-химические выходы.

Термические эффекты при радиационной обработке полимеров.

4. Радиационное сшивание макромолекул Формирование трехмерной структуры макромолекул как способ модифицирования полимерных материалов. Изменение физико-химических свойств полимерных материалов при сшивании. Методы определения физико-химических свойств сшитых полимерных материалов и параметров их трехмерной структуры. Примеры использования реакций сшивания макромолекул для модифицирования свойств полимерных материалов (вулканизация каучуков, сшивание полиолефинов, отверждение лакокрасочных покрытий).

Особенности радиационного сшивания макромолекул в водных растворах. Радиационное сшивание полиэлетролитов. Получение полиэлектролитных гидрогелей.

Промышленные радиационно-химические процессы, базирующиеся на сшивании полимеров (модифицирование полиэтиленовой и поливинилхлоридной изоляции кабелей и проводов, изготовление упрочненных и термоусаживающихся пленок, трубок и фасонных изделий, получение пенополиэтилена, вулканизация полисилоксановых каучуков с целью изготовления на их основе термостойких самослипающихся электроизоляционных материалов, производство теплостойких полиэтиленовых труб, обработка заготовок элементов автомобильных шин).

Достоинства и недостатки радиационной полимеризации. Основные методы исследования кинетики радиационной полимеризации.

Промышленные процессы, основанные на реакциях радиационной полимеризации (радиационное отверждение полимерных покрытий, радиационно-химическое производство древесно-пластмассовых и бетонополимерных материалов, изготовление оптических изделий).

Особенности инициирования радиационной радикальной полимеризации. Расчет радиационно-химических выходов процесса полимеризации. Влияние различных факторов (поглощенной дозы, мощности поглощенной дозы излучения, температуры, давления, растворителя) на процесс радиационной полимеризации. Гель-эффект. Пост-эффект.

Особенности радиационной эмульсионной полимеризации.

Условия осуществления радиационной полимеризации по ионному механизму. Признаки ионного механизма при радиационной полимеризации.

Особенности радиационной твердофазной полимеризации. Влияние температуры на процесс радиационной твердофазной полимеризации. Постэффект в радиационной твердофазной полимеризации. Получение стереорегулярных полимеров. Полимеризация в стеклообразном состоянии.

Радиационная сополимеризация. Радиационная прививочная сополимеризация. Методы проведения прививочной полимеризации.

Особенности структуры и свойств радиационно-привитых полимерных материалов.

6. Радиационная деструкция макромолекул и радиационная Радиационная деструкция макромолекул и деполимеризация.

Радиационная деструкция полиметилметакрилата, политетрафторэтилена, полиизобутилена, декстрана, целлюлозы.

Промышленные радиационно-химические процессы, базирующиеся на реакциях деструкции макромолекул (получение порошкообразного политетрафторэтилена воска из политетрафторэтилена, регенерация отработанных изделий на основе бутилкаучука, переработка природного растительного сырья на основе целлюлозы).

Радиационная деструкция при получении кровезаменителей.

Радиационная стерилизация полимерных материалов медицинского назначения.

Радиационная стойкость полимерных материалов как способность противостоять воздействию ионизирующих излучений. Современные области техники, в которых применение полимерных материалов лимитируется их устойчивостью к действию интенсивных полей ионизирующих излучений (АЭС, космическая техника, радиационнохимические технологии с использованием изотопных источников и электронных ускорителей).

Количественные характеристики радиационной стойкости.

Зависимость радиационной стойкости от химического строения макромолекул.

Радиационная защита полимеров. Антирады. Защита типа «губки» и типа «жертвы».

1. Основные понятия и единицы измерения в радиационной химии 2. Химические и физико-химические превращения макромолекул при облучении 3. Радиационное сшивание макромолекул Примерная тематика лабораторных работ 2. Радиационная жидкофазная прививочная пост-полимеризация 2акриламид-5-пропансульфокислоты к полиэтилену 3. Определение густоты пространственной сетки в радиационно-сшитом полиэтилена 4. Радиационная деструкция поли-L-лактида 5. Радиационное сшивание водорастворимых ионогенных полимеров 6. Влияние стабилизирующих добавок на радиационное сшивание полиэтилена и устойчивость радиационно-сшитого полиэтилена к термоокислению

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов, В.С. Радиационная химия полимеров / В.С. Иванов. Л.:

Химия, 1988. 320 с.

2. Пикаев, А.К. Современная радиационная химия. Твердое тело и полимеры. Прикладные аспекты / А.К. Пикаев. М.: Наука, 1987. 448 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

3. Пикаев, А.К. Современная радиационная химия. Основные положения.

Экспериментальная техника и методы / А.К. Пикаев. М.: Наука, 1985.

4. Чарлзби, А. Ядерные излучения и полимеры: / А. Чарлзби. Пер. с англ. / Под ред. Ю.С. Лазуркина, В.Л. Карпова. М.: Изд-во иностр.

5. Пьянков, Г.Н. Радиационная модификация полимерных материалов / Г.Н. Пьянков, А.П. Мелешевич, Е.Г. Ярмилко, А.М. Кабакчи, С.И. Омельченко. Киев: Техника, 1969. 232 с.

6. Махлис, Ф.А. Радиационная физика и химия полимеров.

/ Ф.А. Махлис. М.: Атомиздат, 1972. 328 с.

7. Брагинский, Р.П. Стабилизация радиационно-модифицированных полиолефинов. / Р.П. Брагинский, Э.Э. Финкель, С.С. Лещенко. М.:

8. Князев, В. Н. Облученный полиэтилен в технике. / В.Н Князев, Н.А. Сидоров. М.: Химия, 1974. 376 с.

9. Круль, Л.П. Гетерогенная структура и свойства привитых полимерных материалов. / Л.П Круль. Мн.: Университетское, 1986.

10. Круль, Л.П. Успехи в синтезе привитых материалов методами А.П. Поликарпов // Успехи химии. 1990. Т.59. Вып. 5. С. 807-826.

11. Плескачевский, Ю.М. Введение в радиационное материаловедение полимерных композитов. / Ю.М. Плеcкачевский, В.В. Смирнов, В.М. Макаренко. Мн.: Наука и техника, 1991. 190 с.

12. Калязин, Е.П. Возможности прямого использования реакторных излучений в тяжелом органическом синтезе / Е.П. Калязин // Вестник Ассоциации делового сотрудничества «Радтех-Евразия».

1994. №1(8). С. 102-108.

13. Сараева, В.В. Развитие радиационной химии в России. Вехи истории. / В.В. Сараева. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. 94 с.

14. Кабанов, В.Я. Радиационная химия полимеров. / В.Я. Кабанов, В.И. Фельдман, Б.Г. Ершов, А.П. Поликарпов, Д.П. Кирюхин, П.Ю. Апель // Химия высоких энергий. 2009. Т.43, №1. С. 5-