前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的高分子材料研究方向主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關鍵詞:功能高分子材料;納米技術;可生物降解;
高分子材料早已經滲透到。我們人類生活的方方面面,在日常生活處處。都有著重要的應用。所以我們每個人都。對于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料,通常指的是無數個小分子化合物再通過化學鍵,形成的大分子化合物。生活里可見的聚合物材料主要有合成橡膠、合成塑料、合成纖維這三種。到上世紀六十年代左右,這些聚合物材料已經可以用來制造衣服、日常用品及各種工業材料,滿足相關行業的需求。在未來,高分子材料主要運用領域分別是:納米高分子材料復合應用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料開發。以及航天工業領域應用。
一、高分子材料功能化發展
功能高分子材料是一種聚合物大分子,它大多來自于半人工及人工合成的高分子材料。它與一般的聚合物有很大的不同,在化學性質及物理性能上都發生了很大的變化,主要是增加了一些光學、電學等方面的特殊功能。在高分子研究中,有一個特殊領域,就是功能高分子,也就是那些數量甚微、作用特別、性能獨特卻是運用新技術時必不可少的高分子材料。
隨著科技的進步,以及社會經濟的發展,新能源開發、交通和航天技術、微電子技術、生物醫藥等多個領域都如雨后春筍般蓬勃發展,這些領域的發展離不開功能高分子材料這個重要的基礎。
在功能設計方面,高分子材料的主要作用是:
1)用分子設計來合成新的功能。如研制非晶質光盤(APO);
2)以特別加工來增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纖;
3)用兩種或兩種以上性能不同或者功能各異的材料,加以復合之后形成新材料所具有的功能,如EMI/RFI屏蔽導電、塑料、高分子磁性體和復合層積復合填料;
4)對材料的表面進行處理,從而讓材料具備新功能,如EMI/RFI屏蔽導電塑料、表面處理法。
功能設計,這一理論在所有功能高分子材料領域內都得到了運用,這自然也同其材料的研究方向緊密相關。在生物醫藥上,有研究者利用電化學反應,模仿自然骨的成分及其產生過程,讓膠原通過微環境及反應動力,實現分子自組裝和礦化,最終獲得有關成份、骨組織及其結構。利用相似度極高的生物活性涂層以及調控生物活性因子促進骨的生長。這種技術可以提高醫用移植體相關材料的生物活性,從而可以加速治好患病的骨骼。
由于功能高分子材質具備與眾不同的出色作用,它可以替換許多功能材料,并可以通過功能高分子材質來改善其他材料的性能,讓其變成一種全新的功能材料。有鑒于此,功能高分子材料及特種高分子材料在國內外相關領域內受到越來越高的重視,科學家開展的相關研究也非常多。因此,發展功能高分子,其涉及面O廣,關系到許多學科的研究。我國也非常關注這一領域的研究,在自主研發的基礎上,加強國際交流,目前相關水平已處在世界的前列。
二、運用納米技術,改性高分子材料
納米技術一般是來鉆研納米材料的特性和對其結構進行制造的工藝。當一種東西在現代化手段下以納米來描述時,那么它本身的作用便會產生一些變化,從而出現一些奇特的現象,表現出和普通物質不一樣的性質。并且,若是把具有特殊性質的粒子和其他高分子物質混合時,這種特殊的粒子會使高分子物質發生性能的改變。所以,在改變高分子物質的過程中,運用的納米技術有兩種:一是對這兩種物質加以合成,二是用納米粒子影響高分子材料的性能。第一種占得比例最多。
舉個例子,在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT納米復合阻尼材料時,可將這兩種物質時行復合,據此提高其抗震、降噪的效果。結合眾多實驗結果,我們可以知道,聚合物基體中平均分布了二維納米片之后,該材料原本的能量將會有很大的升高,與此同時,基體材料的增韌性更好,耐磨性更強,阻透性也大大提高,也發送了其抗菌性以及抗老化性能,同時防紫外線的能力也有所提高。
又比如,把納米無機粘土粒子利用其他的改性劑,在化學反應后得到的納米粒子片層,與尼龍等其他材料混合,得到的新材料的阻止燃燒的功能更加好。將納米材料和它的結構的多種特性組合使用,能夠產生其他的多種新的材料。
三、生物可降解高分子材料的發展
在特定時間及一定條件下,微生物或其分泌物利用化學分解的形式,可以獲得降解的新材料。
高分子材料已在日常生產及生活中得到了廣泛的應用。可是,由于它無法循環使用,不易分解,加上用量很大,久而久之,就給環境帶來了比較厲害的化學污染。一般情況下,在降解這些廢棄的塑料制品時,最廣泛使用的辦法是挖坑埋掉或者燒掉,然而,這些方法都會對環境造成不可彌補的傷害。
譬如,我們的日常生活中,超市購物,買菜,包裝,全都用塑料制品,面對這一現象,四川有一家生物科技公司研制了一種抑菌的可降解的包裝食物的材質,先把殼聚糖通過輻射法作出輻照降解,再混入偶聯劑助劑溶液,攪拌均勻,而后通過干燥使溶劑脫離后,再和聚己內酯類可降解高分子材料混合在一起得出。聚己內酯可以全部的溶解掉,而殼聚糖則可以抑制某些微生物的生存繁衍。
所以,在研究這一新材料時,重點是研究出可降解的聚合物,如何對已經存在的可降解聚合物加以利用,經濟意義是十分明顯的,值得研究。
四、先進高分子材料在航天工業領域的應用
自中華人民共和國建立以后,航天工業獲得了長足進步,其代表是兩彈一星,這也促進了相關新材料的科研及發展。進入新時代,我國又陸續開展了載人航天及探月工程等一系列重大科研項目,這自然也離不開更多新材料的支持,在這個領域,一些關鍵的材料研制獲得突破性進展。這里面就包括高分子材料。它是發展航天工業必備的配套產品,一般包含橡膠、膠黏劑、工程塑料、密封劑和涂料等。
五、結語
本人從思考人類生存的環境問題出發,在建設環境友好型社會的基礎上,形成了上述四個基本觀點。當下,人們研究高分子材料,在目的及目標等方面,改變都十分明顯:以往研究的目的是給人們的生活帶來方便,如今則開始注意環境安全,不浪費能源與物質,循環使用,同時研發出能耗低、效率高的新材料。毫無疑問,環境因素已成為今后任何研發工作所需要重點考慮的問題。對于從事新材料研發工作的人們來說,只有研發出無毒、綠色、功能化、可降解的材料,與環境有利,才能解決白色、黑色等方面的污染問題。
參考文獻:
[1]謝建玲.現代塑料加工應用,1995.
【關鍵字】生物降解;高分子;材料
隨著經濟的不斷發展,人們生活水平的不斷提高,大量的高分子材料在各個領域發揮重要作用,而廢棄的高分子材料對環境的污染也日益嚴重。廢棄塑料的處理方法主要分為掩埋和焚燒,這兩種方法都會產生新的污染物污染環境。針對這一問題,許多國家實行了3R工程,3R指的是減少使用(Reduction)、重復使用(Reuse)、循環回收(Recycle)。但這只是減少了廢棄塑料的使用,沒有從根本上解決問題。如今,各種存在的處理廢棄塑料的方法都會造成污染,因此研究與開發環境可接受的降解性高分子材料是解決環境污染的重要方法。
1生物可降解高分子材料的用途
生物可降解高分子材料也被稱為“綠色生態高分子材料”,它在環境日益污染的今天發揮著重要的作用,主要分為以下幾個部分。
1.1解決環境污染問題
利用生物可降解高分子的生物可降解性有效解決環境污染問題。據統計,目前世界的高分子材料的產量已經超過1.2億噸,這些高分子材料在被使用后產生了大量廢棄物,這些廢棄物變成污染源,造成地下水與土壤的嚴重污染,進一步危害動植物的生長,對人類更是極其不利。20世紀90年代初期,在可以用來處理固體廢物垃圾填埋的場地用完以后,一些發達國家開始向落后國家出口垃圾,這一行為對發展中國家的影響是巨大的。一系列環境危機引發了人類的覺醒,發展可降解的環境友好型的材料成了科學家們的主要研究的方向,生物可降解高分子材料的出現為人類解決了這一難題,它能在一定條件下,利用微生物分泌酶的作用進行分解,大大減少了對環境的污染。
1.2生物可降解高分子在醫療器材中的使用
利用生物可降解高分子的特性可以制作生物醫用材料。使用可降解高分子制作成的藥物可以在人體內分解,參與人體的新陳代謝。在生物可降解分子研究的初期,研究內容主要集中于部分降解的可崩潰型高分子材料的研究,但現在這一研究已經逐漸被否定。目前許多國家仍然在不斷研究與發展生物可降解性的高分子材料,然而由于技術水平與成本的制約,生物可降解高分子的研究還沒有達到令人滿意的程度。
1.3生物可降解高分子材料在包裝行業中的應用
眾所周知,包裝行業中使用高分子材料的情況非常多,大量的廢棄包裝材料對環境的污染程度是可想而知的。目前市面上各種包裝材料主要以聚乳酸為首。聚乳酸具有良好的隔水性和透明性。作為基本材料的乳酸是人體可接受的固有物質之一,這使得聚乳酸對人體無毒無害,被廣大消費者接受。而傳統的包裝材料由合成樹脂構成,由于傳統樹脂的分解性不強,廢棄的包裝材料造成了40%的城市垃圾,成為最主要的環境污染源。
2生物可降解高分子的降解機理
生物降解指微生物的分解作用,在高分子領域指的是高分子材料在溶劑化,簡單水解和酶反應等條件下,轉化為相對簡單的中間產物或小分子的過程。高分子材料的生物降解主要由水合作用,強度損失,物質整體化喪失和質量損失4個階段組成。水合作用是指由范德華力氫鍵所維系的二次、三次結構的破裂而引發的水合作用。接下來在化學作用或酶的催化作用下,高分子主鏈可能破裂,造成高分子材料的強度降低。而高分子主鏈、交聯劑、外懸基團的開裂會進一步造成交聯高分子材料強度的降低,高分子鏈進一步斷裂。高分子鏈的不斷斷裂造成質量損失和相對分子質量的降低,相對分子質量低到一定程度后就會被酶分解代謝稱為水和二氧化碳等。由此可見,生物的降解過程并非是單一的化學反應,而是復雜的生物物理,生物化學的協同作用,是物理化學生物相互影響促進的過程。
3影響生物可降解高分子降解性的因素
3.1生物高分子的分子主鏈的影響
四大通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯都具有C―C鍵為主鍵的結構,使得它們對微生物的阻抗性很高,而根據研究表明,當聚合物的主鏈上含有C-O,C-N鍵時,聚合物對生物降解的敏感性大大提高。因此,根據共聚原理,想要制備出生物降解塑料就必須要在聚合物中引入易于生物降解的化學鍵。
3.2支化與分子量對生物高分子降解的影響
國外研究表明,對分子量范圍為170~620的線性與支鏈型碳氫聚合物的生物降解性進行分析比較,結果表明支鏈型聚合物的真菌生長速度與線性聚合物相比明顯小得多,也就是說線性的碳氫聚合物更易于降解。同時分子量的大小對高分子材料的影響也是巨大的,例如PS、PE、聚丁二烯和聚異丁烯只有在分子量小于特定值后才能夠被菌種所分解。
3.3降解環境對生物高分子降解的影響
雖然材料結構是決定生物大分子降解的主要因素,但是環境對生物大分子材料的降解也有一定的影響作用。降解環境主要指降解過程中的水,溫度,酸堿度和氧濃度等。水是微生物生長與代謝的基本條件,只有水的供應量足夠,微生物才可以進行分解材料。而溫度對微生物也有影響,每一種微生物都有適合其生長的最佳溫度與酸堿度,一般來說真菌生長在酸性條件下,而細菌在堿性條件下的生長更加迅速,想要提高降解效率,就必須要保證微生物的正常生長,為微生物提供合適的溫度,酸堿度等生長環境。
4生物可降解高分子的前景展望
由于我國生物高分子技術的研究并不成熟,國內的生物可降解高分子的開發與應用還存在一些問題。比如:產品價格過高,產品的性能和用途受到限制,產品生產技術不夠成熟等。盡管高分子市場存在許多不足,隨著人們環保意識的增強和我國環保法規的不斷完善,生物可降解高分子的市場仍在迅速增長。塑料薄膜、包裝材料、醫用材料等領域生物可降解高分子材料的研究將會得到更好的發展。目前針對如何解決市場出現的問題,研究者正在不斷努力,降低開發生產成本,對現有的可降解高分子進行性能改進,以獲取更高質量的高分子材料。研究開發低成本,高性能,具有降解時控性,高效性和徹底性的生物高分子材料成為高分子領域的主要研究方向。
【參考文獻】
[1]王身國.生物降解高分子――一類重要的生物材料 1.脂肪族聚酯的本體改性[J].高分子通報,2011,(10):1-14.
關鍵詞:高職本科 實踐教學 對策研究
中圖分類號:G71 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)01(c)-0183-02
高分子材料作為一種可以成型各種形狀并且性能優良的新型化工材料,廣泛應用于工業、國防、生物、信息、能源、環境等各方面。作為不可或缺的高分子材料行業,在高速發展的同時經濟效益也有了很大的提高。高分子材料專業教育需要適應新的要求,培養具有創新能力,綜合素質高,社會需求適應性強的不同層次的研究技術人員。
1 高職本科高分子材料工程專業實踐教學的重要性
青島大學對口高職本科高分子材料專業人才培養目標是培養具有高分子材料與工程等方面的理論基礎知識與應用能力,具有較強的創新精神和實踐能力,能綜合應用專業知識分析解決實際問題,從事高分子材料的合成、改性和加工成型等領域內的技術開發、技術應用、工藝和設備的設計,生產及管理、產品市場與營銷等方面工作的高級專門人才。
本專業在教學計劃中,除專業理論之外,加大實踐性教學環節,增大專業實訓比例,重視專業技術技能培養,考核中增加了專業技術技能鑒定項目的測試。實踐性教學環節的學時約占四年教學計劃的四分之一左右(如圖1)。
實踐性教學一方面是為了使學生獲取感性知識、鞏固和深化課堂理性知識的學習;另一方面是為了訓練學生運用所學的基本理論、基本知識和基本技能,培養分析和解決實際工程問題的能力,使學生掌握進行科學研究與工程技術實踐的基本技能,以完成工程師的基本訓練。
2 當前實踐教學存在的主要問題
近幾年發展應用型本科教育、培養本科層次的應用型人才成為許多高等院校的辦學定位和培養目標。應用型本科教育的規模日趨擴大,應用型本科院校在專業設置上依舊追求門類齊全,向綜合性院校過渡的趨勢十分明顯,導致辦學特色不突出,適應社會需求能力差。
根據有關部門對畢業生質量調查材料表明,近幾年理工科學校培養的畢業生,他們的基礎知識比較扎實,專業知識也能夠適應工作需要,但實際工作能力較弱。畢業生并沒有完全掌握相應的技能,實際能力的培養不能滿足社會的實際需求。雖然絕大多數畢業生都能找到工作,但就業層級和崗位質量不夠理想。
3 加強實踐教學采取的相應對策
3.1 從辦學理念上重視實踐教學
高職本科教育的一個顯著的特點是學生不僅要完成課堂上理論知識的學習,還必須完成實踐性教學環節的學習。高職本科學生的學習要充分體現理論與實踐相結合;專業知識學習與技能能力培養相結合;教師指導作用與學生獨立學習相結合;基礎理論學習與實踐環節學習相結合。
實踐性教學主要增強專業適應性,要求學生對所學專業的技術操作、實際動手能力與實際生產狀況相適應,然而現有的單一講課模式不利于全面提高學生的綜合素質,教育與經濟、科技相脫節,為了使學生學有所用,更好地適應社會,必須加強實踐性教學,使“產、學、研”有機地結合起來,走“產學研”一體化的教學模式。
3.2 以市場需求為基準制定教學內容
將教學內容與市場需求掛鉤,市場需求什么樣的人才,我們就培養什么樣的學生。現在,企業急需既懂專業理論知識,又懂技術操作的復合型人才,而我們在教學改革中就以此為主要內容制定了幾個具有突破性、創新性的教學模式。
對于大學的教學計劃,市場早有微詞:學生畢業時,學到的知識已過時了,為了改變這一現狀,我們在制定教學內容時,在各地開展調研,結合市場需求。如:模具、設備方向的人才在未來幾年會急需。在授課時,老師就會將內容向這個方向傾斜,使學生在未畢業時就已經成為“搶手貨”。
3.2.1 定點、定向為企業培養技術人員
山東是高分子原料及制品生產大戶。散落在縣以下的各小企業為謀求發展,已意識到培養自己的技術員對企業發展有多重要。近幾年,我們一直與畢業生保持密切往來,解決他們在生產中發現的問題。在企業中建立良好的口碑。已與幾家企業協商,為他們單獨辦班,定點、定向培養人才,受到企業好評。同時,我們也積累了豐富的生產經驗。
3.2.2 掛靠實習基地現場教學
我們教育學生,實習基地是你們接觸的第一份“工作”。所以,在教學中我們經常會把教學現場搬到工廠或實驗室。讓學生真正“干”起來。從而學到熟練操作。
3.2.3 “產學研”結合,鼓勵學生自主創業
在學生進行畢業設計時,我們會安排一些有創新能力的學生參與到科研開發的項目中來。把他們帶到專業領域的前沿,使他們在畢業后具備自主創業的能力,從而打破學生只能“找”工作的境況。使學生的畢業前景擴寬。
3.2.4 選定與《高分子材料與工程專業》密切相關的企業急待解決的課題作為研究專題,統一規劃、整合《高分子材料與助劑》《塑料配方設計》《塑料成型設備》、《塑料加工成型工藝》《高分子性能測試》的實驗教學內容,合理安排實驗時間,做到每一個專題實驗都要有明確、合理、全面的設計思想。以精選的研究專題為載體,把相關的實驗知識、實驗技術和實驗方法有機地串連起來,實現創造條件使學生較早參加科研和創新活動的目標。
3.3 重視和加強實踐教學基地建設
在實踐教學方面,要逐漸形成以服務為宗旨、以就業為導向的教學理念,以文化課為基礎、以專業課為主體、以實驗實習為重點、以崗位合格為目標的教學原則,先后建立校內實習實訓基地2處、校外實習實訓基地5處(青島潤興塑料廠、青島銘昶模塑公司、青島宏達塑料集團、青島聯創集團和青島黃海輪胎集團),保證學生每學期在校外實習基地實習2~3周。在校內外實習過程中,通過讓學生在企業頂崗培訓,使理論與實踐相互滲透,逐步實現與工作崗位的接軌。
借助開放的校內實習實訓基地,通過“嵌入式”“專業教學現場化,實驗教學課題化”的教學模式,使理論教學與實踐教學達到完美的結合,學生的基礎知識、專業知識、操作技能和綜合素質都得到了很大的提高,歷屆高職畢業生在《塑料注塑工》中、高級技能達級考核中,合格率均達100%。為學生就業及走向社會打下了良好的基礎。逐步形成“寬專業、多技能、雙證書”的辦學特色。
在現有5個校外實習實訓基地、1個校內實訓室的基礎上,增加到6~8個校外實習實訓基地,3個校內實訓室。與3~5個企業達成校企共建協議。
3.4 增大實踐教學經費的投入
近三年來我專業投入大量經費,主要用于購買實驗設備及實驗藥品,優化教學設備,多媒體教室改造,為學生創造良好的學習和實習條件。這三年來我們購入的大型設備有雙螺桿擠出機2臺,塑料注塑機2臺,切粒機1臺,烘箱2臺,萬能拉力機1臺,沖擊試驗機2臺,熔融指數測量儀1臺,高分辨電子顯微鏡3臺等,極大地改善了學生的實驗環境,為培養具有較高動手能力的專業技術性人才奠定了良好的基礎。
3.5 進行職業職能資格證書考核,適應社會人才市場的要求
職業資格證書是由國家勞動和社會保障部頒發的職業能力證明,誰持有的證書多,誰的就業選擇性就大,就業的機會就多。
我專業從2004年秋季在本市搶先申辦了青島市勞動局《高分子材料加工工藝》中、高級技能達級考點,并于本年底與市勞動局合作,成功舉辦了我系2002級高分子材料與工程專業學生的技能達級考試,學生達級率100%,受到了青島市勞動局的初步肯定。我們從2002級至2009級高分子材料應用技術專業開始進行職業資格證書認證,至今已經進行了八屆。
4 結語
我們以創新能力培養為主線,構建了高職本科高分子材料與工程專業實踐教學平臺,高職本科高分子材料應用技術專業實踐教學環節改革與創新,使高分子材料加工成型專業的學生經過四年在校的嚴格學習及實習、實訓,具有復合型職業技能結構,較強的專業技術應用能力和技術開發能力,實踐動手能力強,畢業前獲高分子成型工藝中級或高級技能證書。畢業后能直接在生產第一線從事管理、技術應用與技術開發工作。
參考文獻
[1] 代顯華,李忠民.高素質應用型人才培養實踐教學的問題與對策—— 以成都大學為例[J].成都大學學報:教育科學版,2009,23(1):8-10.
[2] 劉傳影,趙則信.應用型本科教育實踐教學初探[J].黑龍江生態工程職業學院學報,2011,24(6):74-75.
[3] 馬群鋒.我國高職類高分子專業發展現狀的研究[J].化工高等教育,2011(1):13-23.
[4] 陳厚,曲榮君,王春華,等.淺談高分子材料與工程專業實踐教學平臺的構建[J].廣州化工,2010,38(11):220-243.
[5] 王慧敏,鄭耀臣,崔孟忠,等.高分子材料與工程專業實驗教學的改革與實踐[J].化工高等教育,2007,97(5):39-41.
關鍵詞:磁性高分子聚合物;吸附;重金屬
1 磁性高分子聚合物l展現狀
1.1 磁性高分子聚合物的合成方法
復合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡膠中添加磁粉和其他助劑,均勻混合后加工而成的一種復合型材料。復合型磁性高分子材料根據磁性填料的不同可以分為:鐵氧體類、稀土類和磁性高分子聚合物晶磁粒類。根據不同方向上的磁性能的差異,又可以分為各向同性和各向異性磁性高分子材料。能夠作為功能材料應用的主要有磁性橡膠、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性聚合物薄膜等。復合型磁性高分子材料中的磁性無機物主要是鐵氧體類磁粉和稀土類磁粉。稀土永磁材料是近年來備受關注的磁性材料,其粘結磁體的磁性可超過燒結鐵氧體及其他金屬合金,從第一代的SmCo系到第二代的NdFeB系,發展非常迅速。目前我國的NdFeB產量居世界前列,質量逐步提高,并且已有一些自己的專利技術。20世紀90年代以后,又出現了新型稀土磁性材料,如稀土金屬間化合物,稀土永磁材料及磁性高分子聚合物及納米晶復合交換耦合永磁材料等。
稀土磁粉出現后,樹脂粘結磁體飛速發展。作粘結劑的高分子主要是橡膠、熱固性樹脂和熱塑性樹脂。橡膠類粘結劑包括天然橡膠和合成橡膠,主要用于柔性復合磁體的制造,但與塑料相比,一般成型加工困難。熱固性粘結劑一般用環氧樹脂、酚醛樹脂。熱塑性粘結劑主要為聚酞胺、聚丙烯、聚乙烯等,聚酞胺P(A)類最為常見,綜合考慮機械加工性、耐熱性、吸濕性,目前最常用的PA基體是Nylon6、Nylon66等。除了上述這些聚合物基體外,劉穎等還用結構型的磁性高分子-二茂金屬高分子鐵磁體(OPM)粉作粘結劑與快淬NdFeB磁粉復合制成磁性高分子粘結NdFeB磁性材料,其磁性能比環氧樹脂粘結NdFeB的磁性能高。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白質、生物多糖、脂類等生物高分子和人工合成的兼有各式各樣功能基團的合成高分子。將合成高分子作為微球殼層的研究報導較多,同時,考慮到生物高分子的優良特性,近年來對生物磁性高分子微球的研究也正成為新型生物材料領域的研究熱點。可以用于制備磁性聚合物膜的聚合物基體較多,原則上能用于制備高分子膜的聚合物都可以,如纖維素、氟碳塑料、聚醋、聚酞胺等。作者曾用聚偏氟乙烯和醋酸纖維素作基體膜,在其中分散磁性氧化鐵粒子用于氣體分離。聚醋磁性薄膜多用來制成磁帶。目前國內外研究較多的是以核徑跡蝕刻膜為基板的磁性高分子聚合物磁性材料,它實際上是采用模板法,以聚碳酸酷核徑跡蝕刻膜為基體,在其中電沉積磁性粒子,利用其規整膜孔來控制得到的有序磁性高分子聚合物磁性材料。
1.2 磁性高分子聚合物的功能
復合型高分子磁性材料分為樹脂基鐵氧體類高分子共混磁性材料和樹脂基稀土填充類高分子共混磁性材料兩類,簡稱為鐵氧體類高分子磁性材料和稀土類高分子磁性材料,目前以鐵氧體類高分子磁性材料為主。以高分子化學和無機磁學為基礎發展起來的磁性高分子材料,是高分子功能材料研究的熱點。復合型磁性高分子材料,由于其具有高磁性、易加工和成本低等優點,使它廣泛應用于微型電機、辦公用品、家電用品和自動控制等領域,但如何提高磁性微粒在高分子基體材料中的分散度是提高其磁性能的關鍵。結構型磁性高分子材料,由于其具有輕質、低磁損、常溫穩定、易加工及抗輻照等優點,且其介電常數、介電損耗、磁導率和磁損耗基本不隨頻率和溫度變化,其適合制造輕、小、薄的高頻、微波電子器件,廣泛應用于軍工、通訊、航天等高技術領域,改進合成方法以提高它的磁性能是以后研究的重點。磁性高分子微球作為一種新型的有機一單倍線無機復合功能材料,由于其兼具高分子的眾多特性和磁響應性,它被用做酶、細胞、藥物等的載體廣泛地應用到了生物醫學、細胞學和生物工程等領域。對于磁性高分子微球,如何制得高磁響應性、高比表面和單分散性好的微球,以及高分子結構的精細化和功能化是以后研究的熱點。隨著新技術的廣泛應用,高分子磁性材料必將會有更廣泛的應用和發展前景。
2 傳統重金屬的處理
2.1 傳統處理方法
2.1.1 化學法
臭氧接觸池的臭氧投加采用布氣帽投加方式,均設有尾氣破壞裝置,避免臭氧泄漏污染大氣。純水具有接近7的pH(既不是堿性的也不是酸性的)。海水的pH值范圍為7.5至8.4(中等堿性)。如果水是酸性的(低于7),可以加入石灰、蘇打灰或氫氧化鈉以在水凈化過程中提高pH。石灰加入增加了鈣離子濃度,從而提高了水的硬度。對于高度酸性的水,強制通風脫氣器可以通過從水中去除溶解的二氧化碳,這是提高pH的有效方式。使水成為堿性有助于凝結和絮凝過程有效地工作,并且還有助于最小化鉛從管道和管道配件中的鉛焊料中溶解的風險。足夠的堿度還降低水對鐵管的腐蝕性。在某些情況下,可將酸加入堿性水中以降低pH。堿性水(高于pH7.0)不一定意味著來自管道系統的鉛或銅不會溶解到水中。水沉淀碳酸鈣以保護金屬表面并降低有毒金屬溶解在水中的可能性。所有高級氧化工藝(AOP)的特征在于具有共同的化學特征,在驅動氧化過程中利用HO自由基的高反應性的能力,其適合于實現完全減弱和通過甚至更少反應性污染物的轉化。處理的目的是去除水中不需要的成分,并使其安全飲用或適合于工業或醫療應用中的特定目的。廣泛的技術可用于去除污染物,如固體、微生物和一些溶解的無機和有機材料或環境持久的藥物污染物。方法的選擇將取決于被處理的水的質量,處理過程的成本和處理水的預期質量標準。
2.1.2 物理法
重金屬處理系統可以包括砂或砂粒通道或室,調節進入的污水的速度以允許沙子、砂礫、石頭和碎玻璃的沉降。這些顆粒被去除,因為它們可能損壞泵和其他設備。對于小型下水道系統,可能不需要砂粒室,但是在較大的工廠需要除去砂粒。砂粒室有3種類型:臥式砂粒室,充氣砂粒室和渦流砂粒室,該過程稱為沉降。流動均衡澄清劑和機械化二級處理在均勻流動條件下更有效。均衡池可用于臨時存儲日間或潮濕天氣流量峰值。盆地提供在工廠維護期間臨時保持進入的污水的地方,以及稀釋和分配可能抑制生物二級處理的有毒或高強度廢物的排放。對廢水沉淀后的污泥進行離心脫水,形成泥餅委托專業的公司處理。水廠處理是從海水或者其他水源中中去除污染物的過程。它包括物理、化學和生物過程,以去除這些污染物并產生可以安全使用的水。水廠處理的副產品通常是稱為污水污泥的半固體廢物或漿料,其在適于處置或土地應用之前必須進行進一步處理。水廠處理也可以稱為凈水處理,其也可以應用于處理工業農業廢水。
2.1.3 生物法
與單功能離子交換樹脂不同,生物重金屬處理法含有多種功能性位點,包括羧基,咪唑,巰基,氨基,磷酸酯,硫酸酯,硫醚,苯酚,羰基,酰胺和羥基部分。生物重金屬處理法是更便宜,更有效的替代方法,用于從水溶液中除去金屬元素,特別是重金屬。廣泛應用于重金屬去除的生物重金屬處理法,主要集中在細胞結構,生物吸附性能,預處理,修飾,再生/再利用,生物吸附建模(等溫和動力學模型),新型生物重金屬處理法的開發,旨在提高吸附能力的生物重金屬處理法的預處理和改性。分子生物技術是解釋分子水平機制的有力工具,并構建具有較高生物吸附能力和目標金屬離子選擇性的工程生物。盡管生物吸附應用面臨著巨大的挑戰,但金屬去除的生物吸附過程的發展有兩個趨勢。一種趨勢是使用混合技術去除污染物,特別是使用活細胞。另一個趨勢是使用固定技術開發商業生物重金屬處理法,并改善生物吸附過程,包括再生/再利用,使生物重金屬處理法可以進行大力市場開發。
2.2 存在的不足
重金屬的常規處理有著眾多的不足,物理法通過吸附進行處理,大部分時候采用活性炭,但是近年來,活性炭有被濫用的嫌疑,因其表面積并沒有所宣傳的那樣效果,同時活性炭價格較高,因此在重金屬處理中并不十分合算。化學法采用大量化學物質進行沉淀與pH調整,但是這樣會使得水質受到破壞,這樣得到的水源可能無法有著更加合適的用途。
2.3 改進方向
使用磁性高分子聚合物凈化池具有以下優點:增加凈化池的可用功率,減少凈化所需的時間。這些是通過用磁性高分子聚合物顆粒涂覆電極的表面來實現的,這樣增加了電極的表面積,從而允許更多的電流在電極和凈化池內部的化學物質之間流動。當凈化池不使用時,磁性高分子聚合物材料可用作⒌緙與凈化池中液體分開的涂層。在當前的凈化池技術中,液體和固體相互作用,導致低電平放電,這降低了凈化池的使用壽命。磁性高分子聚合物技術在凈化池中的應用也存在著一些問題,磁性高分子聚合物顆粒具有低密度和高表面積。表面積越大,空氣表面越容易發生氧化反應,這可能使凈化池中的材料不穩定。由于磁性高分子聚合物顆粒的低密度,存在較高的顆粒間電阻,降低了材料的導電性。磁性高分子聚合物材料難以制造,增加成本。雖然磁性高分子聚合物材料可能大大提高凈化池的能力,但它們可能成本高昂。
3 磁性高分子聚合物在重金屬處理中的應用
3.1 作用機理
主要依靠順磁性進行重金屬吸附,順磁是一種磁性的形式,其中某些材料被外部施加的磁場吸引,并且在所施加的磁場的方向上形成內部感應的磁場。與此相反,抗磁材料被磁場排斥,并在與所施加的磁場相反的方向上形成感應磁場。順磁材料包括大多數化學元素和一些化合物,它們具有大于或等于1的相對導磁率(即非負磁化率),因此被吸引到磁場。施加場誘發的磁矩在場強中呈線性,相當弱。通常需要敏感的分析天平來檢測效應,并且常規用SQUID磁強計進行順磁材料的現代測量。順磁材料對磁場具有較小的敏感性。這些材料被磁場略微吸引,并且當外部場被去除時材料不保持磁性。順磁特性是由于存在一些不成對的電子,以及由外部磁場引起的電子路徑的重新排列。順磁材料包括鎂,鉬,鋰和鉭。與鐵磁體不同,在沒有外部施加的磁場的情況下,輔助磁鐵不會保留任何磁化,因為熱運動使自旋取向隨機化。一些順磁性材料即使在絕對零度下仍保持旋轉紊亂,這意味著它們在基態下是順磁性的,即在沒有熱運動的情況下。因此,當施加的場被去除時,總磁化強度降至零。即使在場的存在下,只有很小的感應磁化,因為只有一小部分的自旋將被場取向。這個分數與場強成正比,這解釋了線性相關性。鐵磁材料的吸引力是非線性的,而且更加強烈。通過細乳液聚合制備的磁性聚合物磁性高分子聚合物球的表面改性和定量表征的新穎有效的方案。由聚合物涂覆的氧化鐵磁性高分子聚合物顆粒組成的復合磁性高分子聚合物球通過甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯在磁性流體存在下的細乳液聚合制備。使用磁性聚合物與聚(乙二醇)(PEG)的表面改性反應獲得親水羥基官能化的磁性磁性高分子聚合物球。然后將親和染料Cibacron blue F3G-A(CB)共價偶聯以制備磁性無孔親和吸附劑。通過透射電子顯微鏡和振動樣品磁強計檢查所獲得的聚合物磁性高分子聚合物球的形態和磁性。基于IC-O-C/IC=O的強度比和PEG的含量之間的線性關系,通過使用擴散反射傅立葉變換紅外光譜定量測量表面改性的含量。X射線光電子能譜(XPS)用于檢測磁性磁性高分子聚合物球的表面同時比較與CB配體偶聯的染料涂覆的和未涂覆的磁性磁性高分子聚合物球的XPS光譜,發現效果較好。
3.2 效果分析
以水廠凈化為例,通過水廠的凈水、輸水管、取水泵三部分入手。對于凈水廠的產能評估,應該著重于預臭氧的接觸區域的進水量評估。因其采用石灰投入來改變酸堿性,因此對于水池中的水量進行預估是極為重要的,通過石灰投放量投入的調研可以正確預估凈水部分的產能。在輸水管道的輸送過程中,可以對其流量進行監測與分析,通過進出水的流量與出水的沉淀物數值、pH值、微生物量來確定凈水能力的實際水平。在取水泵的環節,通過對原水渾濁度、pH值與電導率的測定,對其潔水能力作出預估與在線的檢測。在深度處理環節,對高壓放電方式進行調研,對臭氧接觸池的運行速率進行分析。在中央監控系統,可以直觀地看到目前正在進行的各個環節的處理過程,進出水量、水的各種理化數值,系統還可以對其進行預估,預測未來可能出現的水量變化并加以提前控制。在中控室可以更好地計算水廠的實際產能,并且與各個環節進行比較,推斷數據的真實性與有效性,對水廠的凈水產能進行精確的復核。完善的中央監控系統:可以對現場設備、供配電系統、視頻監控、管網壓力等方面進行全面監控,可以及時發現管網參數的異動,借助自動化的控制來進行反饋與解決,從而最小化故障的波及范圍,保證水質的要求。采取穩定高效的通信管理,使得工作人員可以在較短的時間內發現故障并且上報與解決。集成化的中央自動控制管理也是現代工廠的重要方向。
4 發展前景
通過采用磁性高分子聚合物,工作人員可以加強凈水環節中的重金屬處理能力,可以利用高新的技術進行產能的提升與設備的改進。凈水效率的提升是一條光明而曲折的路,在這條路上會出現很多難題與挑戰,這個任務長期而又艱巨,需要結合實際生產經驗,不斷地進行總結歸納。為實現自身的長遠發展而進行大膽革新,利用創新思維進行現代化建設,從而大踏步地走向科學高效的重金屬處理目標。
參考文獻
[1]施冬梅,鄧輝,杜仕國,等.雷達隱身材料技術的發展[J].兵器材料科學與工程,2002(01).
[2]陶長元,吳玲,杜軍,等.磁性高分子材料的研究及應用進展[J].材料導報,2003(04).
[3]丁明,孫虹.Fe_3O_4/殼聚糖核殼磁性微球的制備及特性[J].磁性材料及器件,2001(06).
[4]楊鵬飛,孟凡君,魯成學,等.磁性聚合物研究與應用現狀[J].磁性材料及器件,2004(04).
[5]秦潤華,劉宏英,姜煒.磁性高分子微球在生物、醫藥領域的應用[J].中國粉體技術,2004(04).
[6]謝鋼,張秋禹,羅正平,等.單分散磁性P(St/BA/MAA)微球的制備[J].高分子學報,2002(03).
關鍵詞:螺桿分配機頭出口;流道;擠出均勻性;參數化有限元;壓力分布;速度分布
中圖分類號:TP311.5文獻標識碼:A文章編號文章編號:1672-7800(2013)012-0094-04
作者簡介:李卓(1979-),女,博士, 北華大學講師, 研究方向為計算機輔助工程和圖像信號處理;耿麒先(1974-),男,博士, 北華大學副教授,研究方向為CAD/CAE/CAM。
螺桿分配機頭[1-2]是一種高分子材料板片材擠出機頭。在生產寬幅厚板時,優勢尤其明顯,其結構特點是在T型機頭的直歧管內安裝一根旋轉的分配螺桿,既能實現沿機頭軸線方向推進和分配物料,又能將物料均勻擠入機頭狹縫流道進而生產出高分子材料板片材的作用。螺桿分配機頭的產品橫向厚度均勻性調節方法很多,物料入口壓力變化、分配螺桿的轉速改變、口模模唇微調、阻尼塊間隙調整等方法都可以實現對其產品厚度均勻性的調整。螺桿分配機頭分為端部供料和中央供料兩類(如圖1、圖2所示)[3-4],其分配螺桿根徑在軸線方向逐漸變化。其中,中央供料螺桿分配機頭的分配螺桿從中央向兩端按正反螺紋設計,其根徑為漸變型,但兩段方向相反。
關鍵詞:高分子化學;高分子物理;多媒體教學
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)46-0053-02
隨著高分子材料在日常生活和生產中的廣泛應用,高分子科學作為一門交叉學科,滲透到各個領域與學科,企業和社會對高分子專業的人才需求越來越大。然而,國內開設高分子專業的高校畢竟有限,遠遠不能滿足社會的需求。為了滿足社會和企業對高分子專業人才的需求,許多非高分子專業的相關專業為了提高學生的綜合能力,滿足社會對高分子專業人才的需求,開設一部分高分子方面的專業課。然而,由于學時有限,非高分子專業在開設高分子方面專業課時,往往將相關的兩門或多門高分子專業課糅合在一起,一方面,在不影響其他專業課學時的同時,使該專業的學生學習和掌握了一定的高分子方面的知識;另一方面,提高了學生的綜合專業能力,以滿足社會和企業的需求。《高分子化學與物理》課程是很多高校的非高分子專業為了滿足社會需求所開設的一門綜合性高分子課程,它是將高分子專業的《高分子化學》與《高分子物理》進行糅合,主要講述高分子的基本理論和應用,內容比較抽象,概念繁多,課程的學時數又較少,這使得授課的內容和講授方式的選擇尤為重要。通過近五年的不斷改革和實踐,筆者積累了一定的教學經驗,取得了較滿意的教學效果,本論文將近年來在高分子化學與物理教學過程的體會與非高分子專業的教師進行探討。
一、根據教學對象,安排教學內容
《高分子化學與物理》是針對非高分子專業的本科生開設的一門高分子課程,非高分子專業的本科生對高分子方面的知識完全陌生,要使他們在沒有基礎的情況下,理解并掌握比較抽象的鏈段、分子鏈的柔順性、均方末端距、高斯鏈、等效自由連接鏈和液晶等概念,教學的效果很難想象。因此,如何使教學內容由簡入難、由相識到陌生、由具體到形象,這就要求教師根據所講授對象的特點,選定教學內容。東北石油大學化學化工學院應用化學專業和化學專業均開設了《高分子化學與物理》專業課,學時數均為48學時,只有理論,沒有實驗,安排的學期均在大學三年級下學期。由于兩個專業前期學習的專業課不同,學生的基礎知識掌握也不盡相同,雖然兩個專業的學生均學習了《有機化學》、《物理化學》等基礎課程。然而應用化學專業的學生在學習這門課程之前,還學習了《合成材料助劑》、《精細化學品化學》、《水溶性高分子》等專業課,對高分子的基本概念、合成原理及應用有一定的了解。因此,在同時對這兩個專業講授《高分子化學與物理》時,在課程內容的安排上,會存在不同。筆者通過近幾年的教學實踐,將兩專業的所學《高分子化學與物理》課程進行了較詳細的內容區分,化學專業的課程內容安排傾向于高分子的基本概念、自由基聚合機理、高分子的分子結構和高分子的性能等基本理論以及高分子的發展前景,而對于陰離子聚合、配位聚合、高分子結構與性能的構效關系只做一般性的介紹。應用化學專業的課程內容安排則傾向于逐步聚合、鏈式聚合、共聚合以及聚合物的化學變化,高分子化學結構與性能的關系,聚合反應的動力學,聚合方法等。同時,在教學過程中,課堂講授與學生自學相結合,對教學內容中的重點和難點進行重點講解,通過習題的方式將學生難以理解的內容進行系統復習,加深學生對內容的理解。通過對課程系統、有針對性的安排,使具有不同高分子基礎的學生在學習《高分子化學與物理》的過程中,感到輕松、易懂,提高教學效果。
二、針對抽象內容,合理使用多媒體
《高分子化學與物理》的主要內容不僅包括《高分子化學》中的自由基聚合、逐步聚合、離子聚合、配位聚合以及共聚等聚合反應的機理、過程以及聚合反應的動力學,而且還包括《高分子物理》中的高分子的分子結構、高分子的運動、高分子的力學性能以及高分子的電學熱學等性質,概念較多、公式多、內容抽象,尤其是聚合反應的動力學、聚合反應機理以及高分子的結構與各種性能之間的關系,機理的表述和公式的推導繁雜,板書費時費力,僅僅依賴“黑板+粉筆”的教學模式,很難在較少的學時內將這些抽象的重點內容講解清楚。多媒體輔助教學具有處理信息量大、質量高、共享性好、交互性強等特點,能夠形象、直觀、生動地將傳統教學手段難以表達的抽象教學內容有條理地表現出來,拓寬課堂教學的知識體系,提高教學質量。如《高分子化學》中的自由基聚合反應機理和聚合反應動力學理論性強,該理論是建立在增長鏈自由基等活性假定、穩態假設和聚合總速率等于鏈增長速率三個基本假設的基礎上,內容抽象;又如鏈段、分子鏈的柔順性、高斯鏈以及均方末端距等概念,對非高分子專業的學生,很難在短時間內理解掌握,使用多媒體可將這些抽象枯燥乏味的理論知識直觀和形象化,利用多媒體中的動畫過程將這些抽象的理論過程生動地展示給學生,使學生在較少的學時內更快地理解所學的內容,加大教學信息量,同時能夠充分調動學生學習的積極性。然而,《高分子化學與物理》課程中概念抽象、公式繁多,多媒體課件雖然能將抽象的內容具體化,但是多媒體顯示過快,學生很難在短時間內真正對多媒體中顯示的概念和公式充分地理解掌握,這樣會使學生失去學習的興趣。因此,針對這門課,不能完全使用多媒體教學,應該將多媒體教學與板書教學相結合,聚合反應動力學公式的推導用板書一步一步進行推導,多媒體可將板書推導過程進行復習或重復演示,這樣學生可以在板書推導過程動腦思考跟上老師的思路,同時多媒體使學生對老師板書教學過程沒有真正理解掌握的內容進一步復習鞏固,從而提高教學質量。
三、講授與答疑相結合,發揮學生的主動性
《高分子化學與物理》是一門抽象、枯燥的課程。課堂是教學過程的關鍵環節,在講授的過程中,如何調動學生學習的主動性使學生將枯燥的理論教學與實際生活相結合呢?在《高分子化學與物理》的講授過程中,尤其要時刻注意教學的趣味性。如何將高分子材料的力學性能、各種彈性數學模型、高分子的溶解過程以及高分子的電學、熱學和光學性質等抽象的理論在較短的時間內讓學生真正的理解掌握呢?教學的方式或方法非常重要,教師可以結合日常生活中的例子,通過多媒體動畫或實驗演示展示給學生,使學生在學習抽象理論的同時,了解這些理論在實際生產和生活的應用。如在講授彈性數學模型時,可通過彈簧的形變過程形象地展示給學生,也可以利用彈性橡膠在受外力作用時的形變過程將這些模型展示給學生,激發學生的興趣。當然,僅僅依賴課堂的講授是遠遠不夠的,由于大學教師上課結束后,與學生交流很少,學生對課堂中的一些重點和難點仍百思不得其解,這些會影響他們學習的興趣、熱情甚至信心。因此,教師應針對課程內容,適當地結合實際,留出一部分答疑時間,與學生交流,了解學生學習過程存在的問題,及時解決學生學習過程的難點,讓學生產生學習的興趣。《高分子化學與物理》規定的講課課時非常有限,然而課程內容繁多,理論性又強,要想使學生真正掌握這門課程,教師就必須在以課堂教學為主的同時,安排適當的答疑時間,及時解決學生學習過程中存在的問題,激發學生學習的興趣。東北石油大學的應用化學和化學專業開設《高分子化學與物理》這門課程時,任課教師通過課上講授和課下答疑相結合的教學模式,使抽象、難懂的理論知識變得易懂,學生學習的主動性大大提高,也大大提高了教學質量。
《高分子化學與物理》是一門概念抽象、理論性強的課程,作為東北石油大學應用化學和化學專業的一門重要的專業基礎課,講授這門課程的教師通過多年不斷的探索,采用多媒體與板書相結合、講授與答疑相結合的教學方法,大大調動了學生學習的興趣,使非高分專業的學生能在沒有高分子專業基礎的條件下,能很好地理解和掌握高分子專業知識,提高了教學的質量。同時,講授該課程的教師從課程教授對象、課程內容、講課方式以及師生互動等多方面進行了總結,只有認真做好每一個環節,合理地運用多媒體教學手段,不斷提高自身的素質和專業知識,才能提高教學質量,成為一名合格的專業教師。
參考文獻:
[1]張鐳.高分子化學教學的改革與探索[J].高分子材料科學與工程,2002,18(3):202-203.
[2]張小冉,祖立武,王雅珍.高分子化學課堂教學中多媒體的應用[J].高師理科學刊,2007,27(1):99-101.
[3]徐曉東.非高分子專業《高分子化學與物理》教學中的幾點體會[J].高分子通報,2010,(05):74-78.
[4]高建綱,宋慶平,丁玉潔等.工科非本專業《高分子化學》課程的教學探討[J].高分子通報,2009,(05):63-66.
[5]劉兆麗,曹亞峰,譚鳳芝.非高分子專業高分子化學與物理教學的幾點探索[J].科教導刊,2013,(02):82-83.
[6]于淑娟.高分子化學教學改革的實踐與探索[J].廣西師范學院學報,2009,26(3):123-125.
關鍵詞:高分子;流變學;科研;教學
聚合物流變學是筆者的主要研究方向,從讀博士開始,到現在研究流變學已經有十幾年了。科研方面,主要是做高分子材料方面的改性及流變學實驗,分析數據,獲得新知。剛開始做這方面的研究感覺很艱難,讀博士的研究方向是聚合物的壁面滑移。博士畢業以后參加工作,科研是做高分子材料改性及流變學研究,教學是高分子材料成型加工方面。以下從科研與教學的關系,筆者談談自己的看法。
一、科研有助于教學
從科研到教學,如何理解教學與科研的關系呢?文獻[1]顯示,教學與科研的關系有三種觀點:負相關、零相關、正相關。負相關的觀點源自于這樣的認識:人的時間和精力有限,難以兩者同時兼顧。其次,兩者對于教師個性要求不同,科研需要研究者在安靜的環境下深入思考,需要學術界的交流,目的在于探求新知,而教學是傳遞知識,培養人才。由于教學評價與科研評價的差異,普遍存在著“重科研、輕教學”的現狀。
筆者認為,科研做得好,無疑有助于教學。為什么很多高校要求教授要給本科生上課?這是因為,一般地,教授的科研水平較高,授課時能夠將科研的思路和方法介紹給學生,啟發學生的創新思想,有利于提高學生的科研素質。雅斯貝爾斯曾說過:“只有自己從事研究的人才有東西教別人,而一般教書匠只能傳授僵硬的東西。”科研經歷使得教學更加生動。做過耐溶劑材料方面的科研,就能用在教學上。例如在多層共擠教學中,每一塑料層的功用不同,內層是尼龍層,能夠耐有機溶劑,而外層是聚乙烯層,能夠耐水。筆者在科研中做過高分子共混發泡方面的工作,在相關教學中就能夠舉出很好的例子,例如高密度聚乙烯(HDPE)發泡性能不好,而低密度聚乙烯(LDPE)發泡性能好,可以將兩者共混,利用LDPE改善HDPE的發泡性能,而且兩者相容性好,能夠制備共混發泡材料。科研案例與教學結合,使得教學生動活潑,提高了學生的學習興趣。如果沒有科研經歷,教學者對于事物的原理理解不深,只能照本宣科,學生聽得昏昏欲睡,教學效果可想而知。我校教師分為科研崗位和教學科研崗位,前者專心做科研,不做或較少做教學工作。后者兼顧教學與科研,在教學中很自然地引用科研的過程、方法及結論,科研促進了教學。另一方面,在教學中遇到的問題,可以通過科研方法求真,這樣教學也推動了科研。
二、科研反哺教學的具體措施
高等學校具有“教學、科學研究、社會服務”三大職能。文獻[4]提出,教師通過科學研究,可以增強研究性思維,熟悉和了解本學科最新的科技動態,開闊專業視野,豐富教育教學內容,提升教育教學水平,提高人才培養質量。可見,科研可以反哺教學,但這種反哺需要遵循正確的路徑,只有懂得和熟悉有效路徑,才能及時高效地反哺教學。文獻[4]主要針對高職院校的科研反哺教學,筆者認為很好。我校是本科院校,不是高職院校,但文獻有些觀點對本科院校仍然具有參考價值。經過歸納,筆者認為適用于本科院校的主要有下幾點。
1.營造科研氛圍,促進科研與教學結合。對于本科院校,科研氣氛較濃厚。常州大學是教學科研型高校,近年來科研成果顯著,如國家級項目逐年增加,也獲得了一些國家級科研獎,高檔次的教學成果也較多。科研論文質量和數量增多,有的達到國際頂尖水平。專利申請數量和授權專利數量在江蘇省名列前茅,這些豐碩的科研成果為反哺教學打下了良好的基礎。
2.積累科研資源,創造科研條件。教師要樹立“科研資源在企業”的意識,建立企業技術課題項目庫。通過校企對接,解決企業生產中的技術難題。很多本科畢業生的畢業課題、科技創新大賽的課題均來自于企業需要解決的技術課題,學生感到學到的知識能用于實際生產,所以興趣很高,動力很足。當然,必須循序漸進才能提高科技創新能力。
3.注重學科交叉對于科研和教學的影響。學科融合和交叉,從不同的側面分析事物就能獲得新的視野。例如諾貝爾物理學獎得主、法國物理學家P.G.De Gennes把凝聚態物理知識運用于高分子科學,獲得了巨大的成功。一個科技問題的解決,可能有不同的方法,但不同方法解決的效果可能差別很大。所謂“他山之石,可以攻玉”。在流變學研究中,存在兩種模型:唯象模型與分子模型,模型雖然不同,卻能得出一致的結論。這是值得深入探討的。
在浙大校報資料上,流變學專家范西俊教授說,有了工科的背景,再有了力學的功底,等于理論插上了翅膀。已故華裔澳大利亞學者鄭融于2009年在科學網博客中寫到。這些年來,我們看到流變學這股春風吹開了大大小小的花朵,也看到了它在某些領域的碰壁和衰退,更注意到了風向隨著時代的進步而改變。高情逸韻住何方?只有創新,才能避免衰退。流變學還有很多未知領域需要開發研究。
在科學研究和教學中,學習一點哲學是有益的。哲學是科學的科學,是“聰明學”。比如在模具設計中存在辯證法。考慮塑件壁厚時,塑件壁厚太厚不好,因為太厚形成溫度梯度,容易產生內應力以及氣泡、縮孔;太薄不好,流動阻力大,容易出現不完全充模。同樣的,澆注系統中的澆口也有類似的問題。澆口小、剪切速率大、摩擦生熱使得塑料熔體溫度升高,對于一般的假塑性流體,有利于增加流動性。但澆口小,澆口兩側的壓差增加,流動阻力增加。澆口大,則澆口凍結時間長,而且澆口切除困難。所以,塑件注塑成型常用小澆口。這是矛盾的一般性,但矛盾又存在特殊性。例如在有些情況下不宜采用小澆口,而應采用大澆口,如熱敏性塑料、接近牛頓性流體的塑料、大型塑件等,因為在這些情況下,小澆口的優勢發揮不出來,采用大澆口反而有利。
再就是要獨立思考,不要人云亦云。例如,在本科畢業生做畢業設計時,對硅橡膠與三元乙丙橡膠(EPDM)進行共混,發現兩者相容性差。為了提高相容性,加入少量偶聯劑到硅橡膠與EPDM的混合物中,發現相容性提高了。在畢業答辯時,有人提出偶聯劑只能改善填料與高分子之間的相容性,不能作為高分子材料之間的相容劑。但是筆者認為,一件事情正確與否,要以事實為依據。事實上偶聯劑改善了硅橡膠與EPDM之間的相容性,這說明加入偶聯劑是有效果的。再查閱文獻,發現也有文獻支持這個觀點,可見要有懷疑精神,要獨立思考,才能有所創新。
三、結語
作為高校教師,要營造科研氛圍,創造科研環境,積累科研資源。除了獲得科研成果造福人類,還能用科研經歷和科研思想教育學生,在科研和教學中,要獨立思考,注意學科交叉,理解科學中的哲學。
參考文獻:
[1]夏芳.高校英語教師科研和教學融合的研究[J].中外教育研究,2011,(5):21-24.
[2]鄺小軍.高校科研獎勵制度運行的實證研究[J].科技進步與對策,2007,(4):16-21.
[3]周長春.高校分類分層標準的探索[M].北京:研究出版社,20102.
[4]張登宏.高職院校科研反哺教學路徑研究[J].職業技術教育,2010,31(17):75-78.
[5]周長春.高校分類分層標準的探索[M].北京:研究出版社,2010.
【關鍵詞】火電廠 熱工儀表 電伴熱系統 取樣管 設計 實現
如果火電廠當中的鍋爐、除氧器以及除鹽水箱等相關設備均在露天的條件當中進行存放的話,與其相關的熱工自動化設備也將隨之被設置在室外當中。基于此種情況,為了能夠讓熱共自動化設備能夠正常且安全的運作,在冬季室外氣溫較低的施工環境下,應該對用于蒸汽、水以及燃油的導壓管進行防凍處理,包括流體壓力儀表、流量儀表、液位儀表的導壓管等等。此外,在設置防凍裝置時需要注意采用蒸汽伴熱保溫與電伴熱保溫相結合的方式來進行,其中的電伴熱保溫方式是以電熱元件作為最基礎的熱源,是屬于最為穩定的熱源方式之一,在火電廠的生產運營中起到了很好的保溫防凍作用。
1 電伴熱系統的工作原理
電伴熱即為在絕熱層與被伴熱管道當中用于加熱之用的高分子類材料,其主要的作用是采用電熱所產生的能力來對在取樣過程當中丟失的熱量進行填補,繼而讓其能夠保持在一個最為合乎標準的范圍當中。電伴熱電纜的組成部分如下:半導體高分子材料、合金母線(兩根)、內部高分子絕緣、合金屏蔽網以及外部高分子聚合物護套。其中,半導體高分子材料需要經過特殊的工藝手段制造而成,并且在整個結構當中起到了最為主要的發熱作用。電伴熱電纜的組成材質為抗高溫性極強的鍍錫銅合金,其不但具有恒定功率的特性,同時還比較不會受到外界其他影響因素的干擾。此外,含氟聚合物護套還能夠為電纜帶來一層額外的附加保護膜,使其能夠在極度惡劣的化學環境當中也能夠較好的應用。
通過熱脹冷縮的原理我們能夠了解到,如果伴熱電纜所處環境的溫度較低,那么用于導電的化學高分子材料即會形成收縮現象,繼而形成能夠讓伴熱電纜開始產生熱量的電流;反之,如果伴熱電纜所處環境的溫度較高,高分子材料就會出現膨脹現象,并同時阻隔碳粒的相聚和回路的形成。這種情況會導致電路短路,伴熱電纜所能夠產生出來的熱量會大幅度減少。為此,導電化學高分子材料溫度的高低與否能夠受到外界的環境溫度影響。
2 伴熱電纜特性分析
自控溫電伴熱帶組成部分如下:導電塑料+平行母線(兩根)+絕緣層+金屬屏蔽網+防腐外套。這些組成部分當中最重要的發熱部位即為由特殊工藝制作得來的導電塑料。如果伴熱帶所處的環境溫度比較低,那么伴熱帶的熱量就會隨之產生并升高;如果周邊環境的溫度較高,伴熱帶的熱量就會隨之減少。如果周邊環境的溫度出現了上升趨勢,塑料的狀態又會從膨脹狀態轉為收縮狀態,繼而讓碳粒的阻斷現象發生改變,回路形成后讓伴熱帶的溫度隨之提高。在上文中所提到的溫度調節過程當中所能夠起到最重要作用的即為材料本身的特性,由于它能夠隨著外界環境的溫度而發生變化,所以它本身的溫度不會出現忽高忽低的情況。此種自控型的伴熱帶并不需要溫度控制器輔助就可以有效的對自身的溫度進行調節和控制,并且同其他產品相比還具有如下幾個優點:熱量發散的較為均勻、能夠折疊和擠壓、不會出現局部溫度過高的現象、可以隨意拼接、安裝過程簡單易操作、后期保養簡單以及耐溫性超強等。
3 電伴熱系統的設計
3.1 同熱力計算相關聯的原因
3.1.1 保溫層的厚度
不一樣的用于保溫的材料會由于工作環境的變化發生改變,并且保溫層的厚度也會有著比較明顯的差別。通常情況下,我國的保溫層厚度基本會控制在10毫米到30毫米之間,如果管線的標注顯示為“30/25”的話,那么就說明保溫層的內部厚度是30毫米,外部厚度為25毫米;如果管線標注顯示為“25”的話,那么就說明此種為單層保溫層,外部的厚度為25毫米。
3.1.2 保溫材料的導熱系數
假設儀表取樣管路的保溫層厚度已經確定,那么為了能夠保證保溫效果,在對保溫材料進行選擇時應該選擇系數比較小一些的。在進行設計的時候應該盡可能的選擇硅酸鋁作為最基本材料。筆者選取了東北地區的一家發電廠作為本篇文章的說明案例,其中壓力測量取樣管路長度L1是15米,外徑d是15毫米,取樣管內部當中的溫度t1是90攝氏度,周邊環境的最低溫度t2為零下25攝氏度,本電廠所采用保溫材料為硅酸鋁,系數λ是0.044W。
3.1.3 管線內的介質溫度
如果按照發電廠的工藝特點來進行考慮的話,取樣管內部當中的介質溫度能夠分成高、中、低三種。其中,高溫介質所包括內容如下:過熱蒸汽、再熱蒸汽、省煤器進口給水以及過熱器減溫水等等;中溫介質包括:凝結水和除氧水等等;低溫介質的主要內容即為常溫水。通過這些完全不同的介質溫度能夠幫助我們選擇不一樣伴熱電纜,繼而在符合保溫需求的基礎之上達到控制成本的最終目的。高溫介質應選擇帶有恒定功率功能的電伴熱電纜,中溫和低溫應選擇帶有自控溫功能的電伴熱電纜。
3.2 電源設計
電伴熱電纜所應該使用的電源應該是220V的交流電源,為此,在設計電源過程當中應該注意在主要廠房之中選擇一面墻體來設置電源柜,以此來保證其能夠完全滿足整個廠房當中電纜對電源的需求。通常情況下,電伴熱的電源柜需要將位置選定在鍋爐的運轉層面之中,電源電量的來源主要是左右兩路的380V電源,即為MCC A段和MCC B段,而后再通過自動切換、盤內小母線以及熔斷器分配為保溫箱形成供電回路。
通過上文中的示例我們可以知道,如果已確定取樣管的長度為15米、介質溫度t1為90攝氏度、米功率為20W/m的話,那么就需要在保溫箱當中設置1000W的加熱器、60W的白熾燈。如果電纜的電流為1.37A,即可選擇容量為2A的支路微型斷路器、容量為10A的主回路微型斷路器。
4 電伴熱系統的施工安裝的特點
如果是在實際的工程當中,電伴熱系統的施工方案通常有如下兩種:針對中、低溫管道選擇自調控電纜;針對高溫管道選擇MI電纜。其中,前者的安裝流程如下:首先,在直徑為12-15毫米的儀表管外部設置一層保溫材料,注意將材料的厚度控制在10-15毫米之間,為了能夠對一些外部的熱量進行隔離,可以再加包一層鋁紙;其次,將自調控電伴熱線鋪設完成;最后,完成最終正式保溫層的設置。此種施工方案應該選擇溫度調節器來進行溫度控制,并且能夠很好的解決不能夠準確測量導壓管長度的現象。在選擇自調控電纜時應該注意的是,由于此時的蒸汽溫度比較高,所以應該盡可能的對保溫層的厚度進行增加,從根本上杜絕因熱量過高而出現的燙傷事故。另外,此種方案具有了剪切隨意、安裝便捷以及維護輕松的優勢。
MI電纜方案的安裝流程如下:將MI伴熱帶設置于導壓管的外部,而后再完成外層的保溫設置即算完成。此種電纜方案雖然從理論的角度來看是非常簡單且有效的方式,僅僅需要設置單層的保溫層即可,并且還具有計量準確、安全系數高、使用時間較長的優點。然而在實際的操作當中,此種方案卻具有無法后期更改、制造時間過長以及其他的控制器使用問題。基于此種情況,MI作為恒功率的伴熱電纜之后,在所有的回路當中都需要單獨設置一個溫度調控器,如果高溫蒸汽已超過400-500高溫的話,那么一般的溫控器探頭就不能夠承受這樣的高溫,繼而在無形當中增加了整個建筑工程的成本。
5 結束語
綜上所述,電伴熱系統的適用范圍較廣,不但能夠應用到蒸汽伴熱的各類場所當中,同時還能夠很好的改善因蒸汽伴熱而帶來的各種問題。為此,在今后的過程當中應該對電伴熱的施工方案進行更加合理的設計,繼而達到減少投資和縮短工期的最終目的。
參考文獻
[1]周曼妮.儀表電伴熱系統在石化裝置中的應用[J].石油化工安全環保技術,2009,25(4):13-16.
[2]張繼偉.電伴熱在核電站儀表及測量管道保溫中的應用[J].儀器儀表用戶,2007,14(1):42-43.
[3]郭巖.電伴熱技術在電廠的應用[J].哈爾濱職業技術學院學報,2007,12(3):88-89.
作者簡介
林琳(1984-),男,吉林省鎮賚縣人。現為中電投北部灣(廣西)熱電有限公司助理工程師。研究方向為熱工自動化。
韋家鑫(1985-),男,廣西壯族自治區桂平市人。中電投北部灣(廣西)熱電有限公司助理工程師。研究方向為熱工自動化。
關鍵詞:CAI教學;高分子化學與物理;實例教學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)20-0268-03
隨著高分子科學與技術的不斷發展,高分子科學已滲透于各個領域與學科,形成了一個無法替代的交叉學科[1]。對于與高分子相關的專業,專業課程一般設置高分子化學與高分子物理兩門課,其中高分子化學側重聚合反應機理的學習,高分子物理從分子運動的觀點出發重點介紹高聚物的結構與性能間的關系。對于食品科學與工程學院的包裝工程專業的學生一般將這兩門課揉合在一起,開設高分子化學與物理,課程48~72學時之間,要求掌握有關高分子的基本理論知識和應用技能。
對于在食品學院中的包裝工程專業,結合北京農學院的辦學定位和服務對象,學校專業定位在食品包裝技術以及與包裝相關的食品質量安全與控制[2]。要培養學生這兩個方面的能力,學生的學習內容必須涵蓋包裝中食品接觸材料生產、監管、檢測和風險評估等與衛生安全質量相關的各個方面。而講述這些內容的前提是掌握高分子化學與物理以及包裝材料學中關于食品接觸材料的各種知識點。我們只有在介紹高分子食品接觸材料的特性、用途、生產工藝的基礎上,才能讓學生懂得食品接觸材料安全衛生相關的質量控制和管理要素,培養學生對食品接觸材料安全衛生相關的質量控制能力,以及準確合理地選擇包裝材料進行食品產品包裝設計的能力。所以,高分子化學與物理是我們食品包裝專業非常重要的專業基礎課。
在學校“3+1”的教學模式[3]影響下,高分子化學與物理課程的學時數壓縮為56學時。在這樣少的學時條件下,要使那些對于高分子完全陌生的學生理解并掌握高分子的基本概念與原理,授課內容的選擇及講授方式是非常重要的。通過幾年不斷地嘗試和教學實踐,作者結合非高分子專業學生的特點,積極進行教學改革探索,積累了一定的教學經驗,取得了比較滿意的教學效果。本文結合我校高分子化學與高分子物理課程教學改革與探索的實際,就教學內容的選擇、完善以及教學方式與多媒體課件的研制方面提出一些自己的見解。
一、理論聯系實際,調整教學內容,加強實例教學
在傳統高分子專業的高分子化學課程中,高分子化學涉及的概念公式繁多,而且復雜難懂,要想完全靠死記硬背記住這些公式是比較困難的,而將這些公式熟練應用則更加困難[4,5]。對于食品包裝工程系的學生學習高分子化學對聚合物的化學反應部分應當有目的地選擇高分子包裝材料所涉及的化學反應進行講授,對于復雜的聚合反應速率方程的推導可以不學。可重點學習各種包裝材料如:聚乙烯,聚碳酸酯,聚氯乙烯,聚偏二氯乙烯,聚乙烯醇,聚對二苯甲酸乙二醇酯等現實經濟生活中常用高分子材料的合成方法,重點講述他們的化學合成方法,催化,以及包裝材料中單體與催化劑的殘留造成的健康風險。在充分體現學科特點的前提下,適當削減了與專業關系不大的聚合反應機理部分的內容,如配位聚合反應的機理。在“聚合物的化學反應”章節中,增添了與專業相關的化學反應。
比如講述聚苯乙烯(PS)合成時,應當結合包裝專業特點來舉例聚苯乙烯合成過程對其在包裝工業上的應用具有深刻的影響,如聚苯乙烯發泡餐盒白色污染的風波[6]。向學生解釋為何2013年2月,國家發改委“21號令”,將被稱做白色污染且長久被認為有毒的一次性聚苯乙烯發泡餐具解禁。解禁依據是什么?通過聯系實際,同學們都急切想從專業角度得到解答。10年前國家禁止聚乙烯發泡餐盒的應用是基于以下考慮。
1.PS泡沫塑料餐具帶來白色污染的問題。
2.PS泡沫塑料餐具受熱65℃時或燃燒時會產生“二英”強致癌物的問題。
3.PS泡沫塑料餐具中含有殘存單體苯乙烯或在65℃以上使用會釋放出單體致毒的問題。
4.PS泡沫塑料餐具遇熱會釋放出二聚體、三聚體等危害人體物質的問題。
5.PS泡沫塑料餐具含雙酚類,導致生殖機能失常的問題。
6.PS泡沫塑料餐具難以回收利用。
7.PS泡沫塑料餐具不能耐高溫,高溫變形,不能在微波爐里使用。
從向學生介紹高分子化學中聚苯乙烯的分子構造,聚合機理,聚合方法以及化學反應后處理,我們就能解釋第2、3、4、5問題。從高分子化學專業的角度向學生講述“白色污染”的成因是管理不善及隨意丟棄垃圾的人,而不屬聚苯乙烯材料本身,PS泡沫塑料餐具≠“白色污染”,更不是造成“白色污染”的元兇。PS的生產過程是苯乙烯單體在高溫高壓和催化劑作用下,在密封的反應內,無氯條件下進行聚合反應,從而無產生二英的條件。PS泡沫塑料飯盒是直接采用食品級的PS材料,加入滑石粉、硬脂肪酸鈣、丁烷等,通過擠出、發泡制得,生產過程全部為物理混合過程,無化學反應,不具備產生二英的條件。如果我們工業界使用符合國家標準的食品級聚苯乙烯原料來制造一次性泡沫發泡飯盒,最終產品很難在單體殘留量上超標。而且,國外公布相關報告研究結果,明確澄清有關二聚體、三聚體環境荷爾蒙的問題,它們不屬所謂攏亂內分泌的化學物質。食品級PS材料中并沒有雙酚A,在加工過程中也不可能產生雙酚A副產物等。以上解釋都需要我們高分子化學的知識,通過理論聯系實際,我們能讓學生們對學習高分子化學對包裝材料的認識加深印象。
再如,講解聚碳酸酯(PC)[7]的逐步縮聚合成過程中,為了加深學生的理解,引入聚碳酸酯“雙酚A風波”。生產聚碳酸酯用到雙酚A,在材料與食品相接觸后,殘留雙酚A單體遷移進食品,造成一定的健康風險。從高分子化學角度,向學生解析為何2011年在歐盟和加拿大,雙酚A被列為有毒物質,被禁止用于生產嬰兒奶瓶。在PC實例中,通過聚合機理,單體結構,聚合單體殘留等高分子化學方面的知識向學生們展示PC食品接觸材料的優缺點。
同理,我們在講解聚氯乙烯(PVC)時[8],從分子結構的特點引入“塑化劑風波”,講述聚氯乙烯由于分子的剛性需要塑化劑才能加工成型,這與食品相接觸后必然造成有毒塑化劑的遷移。我們在講解各種包裝材料的高分子合成化學時,就應該通過現實生活的同學們已經有所耳聞、鮮活的例子來幫助學生對知識點的理解與記憶,提升他們對專業的學習興趣。
二、加強《高分子化學及物理》與《包裝材料學》的有機聯系
高分子物理部分以分子運動的觀點來聚合物的轉變與松弛,聚合物的粘彈性,聚合物的力學性能等內容。因為《高分子化學及物理》是為《包裝材料學》服務的,應讓學生重點掌握高分子結構與性能之間的關系。高分子物理部分是教學重點,在講解基本概念時,同時注意結合《包裝材料學》所涉及的結構與性能之間的關系,使《包裝材料學》與《高分子化學及物理》真正有機地融合起來。比如,在講解聚苯乙烯發泡餐盒的時候,我們還是可以通過餐盒禁止與解禁來講解其分子的構效關系與應用。以前禁用一次性聚苯乙烯泡沫飯盒,存在很多知識的誤區,比如對毒性的誤解與使用方法的不當。當加熱至聚苯乙烯的玻璃化轉變溫度(80~90℃)以上,PS轉變為高彈態,且保持這種狀態在較寬的范圍內,PS開始熱變形,熔融溫度為240℃,PS在高真空和330~380℃下劇烈降解。由于其分子結構的特性,一次性聚苯乙烯飯盒不能在70度以上或微波爐的情況下使用,這和聚丙烯餐盒使用是有很大差異的。由于知識普及不到位,許多人把一次性聚苯乙烯泡沫飯盒在高溫下加熱,在微波爐使用,造成飯盒溶化變形,并伴有刺激性氣味。如果我們知道使用說明,一次性聚苯乙烯餐盒在一定條件下使用是無毒,綠色,安全且價廉,比如,在外就餐,我們可以用價廉的一次性聚乙烯發泡餐盒打包你的冷卻后的剩飯剩菜而無需采用價格昂貴的替代產品。我們在講解聚苯乙烯高分子分子運動時,就應該把分子運動的特點引導到聚苯乙烯作為現實包裝材料由于分子運動的特點所帶來的優缺點。同理,我們講解聚氯乙烯分子[8]時,就需要結合高分子物理中分子運動的特點來講解的塑化劑溶出。講解聚乙烯醇(PVA)時,就應該把高聚物的結晶與分子之間的氫鍵作用引入到結晶與分子材料透氣透氧之間的關系上。
三、改進了教學手段,有效利用多媒體資源和化學作圖軟件,運用多種方法加深學生的理解
高分子化學與物理的基本概念繁多,有些概念很容易混淆,還有些概念很抽象,難于理解。針對抽象的概念,我們可以有效利用多媒體資源和化學作圖軟件,使基本概念的理解變得容易,大大增強了記憶的效果,避免了死記硬背。比如,高分子應力松弛與蠕變講述。對于蠕變,只是通過經典的教科書上的舉例,“如在懸掛的軟質PVC絲下面勾住一段一定質量的砝碼,軟絲會慢慢伸長,撤銷砝碼后,軟絲會慢慢地回縮”這種書本講解,筆者覺得不足以讓學生加深印象。而是應該通過形象的多媒體實驗演示或現實實驗來講解。由于實驗課時有限,筆者在課前對實驗進行錄像,然后在課堂上進行視頻演示,能很好地幫助學生理解。利用實驗能讓學生充分理解高分子聚合物的結構與性能之間的關系。
例如,結晶概念的詮釋,是比較難比喻生動而且易懂的。高聚物結晶分子的排列在書中被用很小的部分來講述,但是高分子結晶對高分子薄膜材料物理性質影響顯著,對于食品包裝的學生,急切需要知道結晶度與透氣性的構效關系,但是如此小的篇幅根本不能讓學生掌握高分子結晶的知識點。書本上的高分子晶體圖學生很難理解,這就需要我們教師去尋找更好的化學物質單晶圖,我們可以找剛性的芳香有機物的單晶圖來闡述分子間的各種力造成的分子有序堆積。通過這種舉例,可以讓學生更好的理解高分子鏈之間相互作用力造成的部分鏈段的有序堆積。可見,生動的舉例對于抽象概念的理解是有很大幫助的。
使用多媒體可以將枯燥乏味的理論知識直觀和形象化,可以將教學過程生動地展示給學生,使學生更容易理解所學內容。對于高分子化學與物理中一些概念的講述,我們需要CAI教學[9],多利用化學分子結構軟件制作課件。通過化學軟件制作三維空間構型,再結合三維動畫,動態演示分子骨架旋轉,能輕松地帶學生進入微觀的分子世界,讓抽象的分子結構與概念形象化,有利我們教學。比如高分子鏈的柔性是由于分子內各個化學鍵和原子在不停地轉動或振動,高分子鏈的形狀時刻在變化著而造成的。如果我們制作動態三維的大分子的內旋轉圖,讓學生親眼目睹這個“動”,才能更好促進學生對分子動態旋轉以及高分子柔性的理解。
四、創設開放性的交流空間,鼓勵學生主動參與教學活動
在課程教學過程中,除老師引入實例教學、有效利用多媒體資源等教學措施以外,有時引申話題,創設開放性的交流空間,鼓勵學生主動參與教學活動也是非常重要的[10]。采取讓學生分組討論,查找文獻,撰寫小報告的形式拓展學生的知識面,培養學生自主學習的能力。如,高分子聚合的教學中,結合聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等分子的結構特點說明其應用的基礎上,提出問題:“為什么限制聚氯乙烯在食品包裝保鮮膜上的應用?”“為什么限制聚碳酸酯在嬰兒奶瓶上的應用?”“為何聚苯乙烯餐盒只能在70度以下使用?”以及“為何聚乙烯醇容易結晶以及吸水,這些性質會給作為包裝材料的它帶來哪些優缺點?”然后學生分組從聚合物分子結構、柔韌性等角度討論,積極參與到教學活動中。每一個問題都與高分子的基礎知識息息相關,都是從一些實際現象引出問題,再通過理論分析加以解釋、歸納;這樣不僅可以引起學生興趣,重要的是可以加深學生對基本理論知識的理解和掌握,達到事半功倍的效果。
五、結語
高分子化學與物理是一門理論性強、概念抽象難懂且較難掌握的課程,作為包裝工程專業,特別是偏重食品包裝技術的學生的重要專業基礎課,學生需要在有限的學時里掌握高分子的基本概念和理論,教師則需要不斷地探索教學方法,采用多種手段提高教學的交互性和生動性,以調動學生學習的主動性和積極性,才能取得令人滿意的教學效果。
參考文獻:
[1]吳其曄,馮鶯.高分子材料概論[M].北京:機械工業出版社,2004.
[2]商貴芹,陳少鴻,劉君峰.食品接觸材料質量控制和檢驗監管實用指南[M].化學工業出版社,2013.
[3]李堯,余五新,左治江.應用型高校“3+1”人才培養模式的實踐探索[J].教育與職業,2010,(26):24.
[4]潘祖仁.高分子化學[M].北京:化學工業出版社,2007.
[5]何曼君,張紅東,陳維孝等.高分子物理[M].上海:復旦大學出版社,2007.
[6].
[9]夏云波.淺談多媒體課件在物理教學中的使用[J].物理通報,2005,(9):47.