楊洪芳　孔令乾

摘要：新工科背景下學(xué)生們學(xué)好《紡織化學(xué)》實(shí)驗(yàn)愈加重要。鑒于此開設(shè)了“對苯二甲酰氯與己二胺的界面縮聚”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該實(shí)驗(yàn)既考核到高分子的聚合原理又涉及到模擬紡絲，通過該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步熟悉縮合聚合的原理和方法，親自感受化學(xué)藥品由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)并由界面膜轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)絲纏繞在玻璃棒上的過程。這對學(xué)生學(xué)好本門課程有重要意義。

關(guān)鍵詞：新工科；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；紡織化學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0277-02

一、引言

在教育領(lǐng)域，2017年最火的概念當(dāng)屬“新工科”?！靶鹿た啤钡男率紫润w現(xiàn)在它針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，如人工智能、智能制造、機(jī)器人、云計算等，但同時對包括傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造[1，2]。2017年2月教育部、人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》?！吨改稀妨谐隽诵乱淮畔⒓夹g(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機(jī)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等10個“制造業(yè)十大重點(diǎn)領(lǐng)域人才需求預(yù)測”專業(yè)引起社會各界對于工科教育的關(guān)注[3，4]。以上的10個專業(yè)中有很多專業(yè)都跟紡織有關(guān)，如航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、節(jié)能與新能源汽車、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等專業(yè)。這些專業(yè)與紡織相關(guān)的同時，與化學(xué)也有很大的關(guān)聯(lián)，因而學(xué)生們要掌握好這些與紡織相關(guān)的專業(yè)，學(xué)好《紡織化學(xué)》是關(guān)鍵。鑒于《紡織化學(xué)》的重要性，很多高校和老師都針對如何提高《紡織化學(xué)》的教學(xué)效果做了大量研究。我?！都徔椈瘜W(xué)》的教學(xué)對象是紡織工程專業(yè)的大一學(xué)生，教學(xué)方式是以理論教學(xué)為主，配合其他的相關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，以期提高學(xué)生的化學(xué)理論水平。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)課程的作用至關(guān)重要，但是現(xiàn)在關(guān)于如何設(shè)計《紡織化學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程的相關(guān)報道還不多。武宗文等報道了在《紡織化學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)氧化淀粉漿料制備實(shí)驗(yàn)，取得了不錯的教學(xué)效果。關(guān)于《紡織化學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)還需要進(jìn)一步的探索[5]。為了讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深了對基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的學(xué)習(xí)理解，而且激發(fā)同學(xué)們的科研興趣。擬在實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)“對苯二甲酰氯與己二胺的界面縮聚”實(shí)驗(yàn)。界面縮聚是將兩種單體分別溶于兩種互不相溶的溶劑中，再將這兩種溶液倒在一起，在兩液相的界面上進(jìn)行縮聚反應(yīng)，聚合產(chǎn)物不溶于溶劑，在界面析出。用鑷子將聚合產(chǎn)物膜小心提起，并纏繞在一個玻璃棒上，轉(zhuǎn)動玻璃棒，將持續(xù)生成的聚合物膜卷繞在玻璃棒上。

該實(shí)驗(yàn)既涉及到高分子的聚合原理又涉及到模擬紡絲，通過該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步熟悉縮合聚合的原理和方法，親自感受化學(xué)藥品由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)并由界面膜轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)絲纏繞在玻璃棒上的過程。這對學(xué)生學(xué)好本門課程有重要意義。

二、設(shè)計思路

現(xiàn)在生活中所用的纖維絕大部分都是化學(xué)纖維?；瘜W(xué)纖維是通過聚合得到的。界面縮聚是將兩種單體分別溶于兩種互不相溶的溶劑中，再將這兩種溶液倒在一起，在兩液相的界面上進(jìn)行縮聚反應(yīng)，聚合產(chǎn)物不溶于溶劑，在界面析出。通過界面縮聚可以加深學(xué)生們對于聚合類型的理解。進(jìn)一步掌握好各種聚合方法的優(yōu)缺點(diǎn)。界面縮聚的過程中涉及到很多反應(yīng)，有利于學(xué)生們進(jìn)一步理解書上講解的比較抽象的反應(yīng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)中有把縮聚界面取出的環(huán)節(jié)可看作是簡易紡絲，該環(huán)節(jié)可讓學(xué)生們體驗(yàn)高分子紡絲的基本過程。讓學(xué)生們對高分子材料的紡絲環(huán)節(jié)不再陌生和抽象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。增強(qiáng)學(xué)生對界面縮聚的機(jī)理及對單體活性的理解。讓學(xué)生熟悉高分子紡絲的基本過程，激發(fā)科研興趣。通過本實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到以下幾個目的：（1）了解縮合聚合的特點(diǎn)，掌握界面縮聚的機(jī)理。（2）通過對苯二甲酰氯與己二胺的界面縮聚，掌握界面縮聚實(shí)施必須滿足的基本條件。（3）通過細(xì)絲纏繞在玻璃棒上的過程讓學(xué)生體驗(yàn)高分子紡絲的基本過程。

三、主要實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

在實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程中主要有以下環(huán)節(jié)[6-8]。

1.量取一定量的無水CCl4放入錐形瓶，稱量0.01mol對苯二甲酰氯并加入無水CCl4中蓋上塞子，搖蕩溶解對苯二甲酰氯配成有機(jī)相。同樣方法用等摩爾己二胺和NaOH配成水相。通過這一步可以讓學(xué)生們對聚合反應(yīng)的單體性質(zhì)有進(jìn)一步的認(rèn)識，如為什么把對苯二甲酰氯加入無水CCl4中而不是水中。另外可通過提問為什么加入NaOH，讓學(xué)生們對縮聚反應(yīng)的機(jī)理有一個更加深入的理解。學(xué)生們自己計算等摩爾時所需對苯二甲酰氯和己二胺的質(zhì)量，通過計算明白縮合聚合的基本原理。

2.把玻璃棒緊貼燒杯壁插到有機(jī)相底部，借助玻璃棒緩慢地將水相倒入有機(jī)相，聚合物膜馬上就可在界面觀察到。在這一步中可以讓學(xué)生們思考，如果沒有把玻璃棒緊貼燒杯壁并插到有機(jī)相底部會有什么樣的結(jié)果，如果加入水相時動作很劇烈又會有什么樣的結(jié)果。通過這些思考學(xué)生們對課堂上所講的縮聚知識點(diǎn)會有更深的掌握。

3.將聚合物膜小心提起，并纏繞在玻璃棒上，轉(zhuǎn)動玻璃棒，將持續(xù)生成的聚合物膜卷繞在玻璃棒上。聚合物膜卷繞在玻璃棒上的過程是一個簡易紡絲的過程，在這個過程中學(xué)生們可以了解高分子材料紡絲的基本原理。也可以通過調(diào)節(jié)聚合物膜卷繞的快慢及玻璃棒離界面的距離來感受這些環(huán)節(jié)對高分子纖維成型的影響。進(jìn)一步讓學(xué)生們明白紡織化學(xué)和高分子與紡織的聯(lián)系。

四、教學(xué)效果

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深了對基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的學(xué)習(xí)理解，而且激發(fā)同學(xué)們的科研興趣。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生們更直觀的明白縮合聚合和界面聚合的基本原理。高聚物的聚合機(jī)理在高分子材料的知識體系中占據(jù)著重要地位，而新工科中的很多（節(jié)能與新能源汽車、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等）專業(yè)都需要學(xué)生們掌握高分子材料的知識。實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生體驗(yàn)細(xì)絲纏繞在玻璃棒上的過程，速度的快慢和細(xì)絲的粗細(xì)有直接關(guān)系讓學(xué)生自己體會，掌握紡絲過程。通過這一環(huán)節(jié)學(xué)生們對高分子纖維的結(jié)構(gòu)與性能及其影響因素有了更深的體會。這些體會使學(xué)生們更容易掌握高分子材料的設(shè)計與改性等方面的知識?？蔀閷W(xué)生們學(xué)習(xí)和設(shè)計新型的高性能纖維提供幫助，這也符合新工科理念的提出思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳愛華，侯永峰，楊秋波，郝杰.加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017，（1）：1-9.

[2]林建.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]葉民，錢輝.新業(yè)態(tài)之新與新工科之新[J].高等工程教育研究，2017，（4）：5-9.

[4]李華，胡娜，游振聲.新工科：形態(tài)、內(nèi)涵與方向[J].高等工程教育研究，2017，（4）：16-19.

[5]武宗文，黃偉韓，王東偉.紡織化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)———氧化淀粉漿料制備實(shí)驗(yàn)設(shè)計[J].河南教育學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，24（3）：66-69.

[6]宋才生，蔡明中，王發(fā)科，曹春清.對苯二甲酸氯與一己二胺界面縮聚反應(yīng)的研究[J].合成纖維工，1987，（3）：15-17.

[7]敖玉輝，耿杰，陳剛.界面縮聚法制備聚間苯二甲酰間苯二胺[J].高分子材料科學(xué)與工程，2012，28（12）：21-23.

[8]敖玉輝，耿杰.界面縮聚法制備間位芳香族聚酰胺的研究[J].應(yīng)用化工，2012，41（3）：462-464.