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摘 要 “化纖工藝學(xué)”作為我校材料科學(xué)與工程專業(yè)大學(xué)三年級(jí)的專業(yè)課，與專業(yè)基礎(chǔ)課高分子化學(xué)的知識(shí)緊密連接。在“化纖工藝學(xué)”的教學(xué)中，如何充分聯(lián)系高分子化學(xué)中聚合機(jī)理知識(shí)有助于學(xué)生更好地理解各種纖維原料合成中聚合度的控制、工藝條件及聚合實(shí)施方法等概念。本文例舉在“化纖工藝學(xué)”教學(xué)中的幾點(diǎn)利用高分子化學(xué)知識(shí)解釋，加深同學(xué)們對(duì)知識(shí)要點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解，得到很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 教學(xué) 課程聯(lián)系 化纖工藝學(xué) 高分子化學(xué)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.07.053

Effective Utilization of Polymer Chemistry Knowledge in the Course of

"Chemical Fiber Technology" under Different Levels of Knowledge and Practice

JIN Xin[1]， WANG Wenyu[2]

（[1] College of Materials Science and Engineering， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387；

[2] Textile College of Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387）

Abstract "Chemical Fiber Technology" is a professional course in the third year of our university's Material Science and Engineering University， and it is closely connected with the knowledge of the specialized basic course Polymer Chemistry. In the teaching of "Chemical Fiber Technology"， how to fully link the knowledge of the polymerization mechanism in "Polymer Chemistry" helps students better understand the concepts of polymerization degree control， process conditions， and polymerization implementation methods in the synthesis of various fiber raw materials. This article exemplifies the use of "polymer chemistry" knowledge in the teaching of "chemical fiber technology" to deepen students' knowledge and understanding of the key points of knowledge and obtain good teaching results.

Keywords teaching； course contact； Chemical Fiber Technology； Polymer Chemistry

天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的前身是化學(xué)纖維專業(yè)，是我國最早成立的高分子材料類專業(yè)之一?！盎w工藝學(xué)”課程是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)高分子材料方向的主干課，該課程開設(shè)已有40余年的歷史。課程突出了我校在長(zhǎng)期的辦學(xué)過程中已形成的纖維材料的傳統(tǒng)特色和優(yōu)勢(shì)，形成了包括化學(xué)纖維概論、化纖成形原理、化纖工藝實(shí)驗(yàn)和大型綜合實(shí)驗(yàn)的課程體系，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性課程，是我國紡織高等教育的重點(diǎn)課程之一。在我校的培養(yǎng)體系中該課程在大學(xué)三年級(jí)上半學(xué)期進(jìn)行學(xué)習(xí)。

從本專業(yè)課程體系來看，“化纖工藝學(xué)”和高分子化學(xué)課程密切相關(guān)。高分子化學(xué)是“化纖工藝學(xué)”學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。同學(xué)們?cè)诖髮W(xué)二年級(jí)已經(jīng)完成專業(yè)基礎(chǔ)課高分子化學(xué)的學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上在進(jìn)入大學(xué)三年級(jí)后進(jìn)行專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。筆者根據(jù)教學(xué)中的心得，以高分子化學(xué)的兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例，講述“化纖工藝學(xué)”相關(guān)概念的角度出發(fā)，探討“化纖工藝學(xué)”的課堂教學(xué)。

1 聚酯纖維和聚酰胺纖維原料制備中工藝和實(shí)施方法的不同

在“化纖工藝學(xué)”中聚酯纖維和聚酰胺纖維都是通過熔體紡絲制備纖維的典型產(chǎn)品。聚酯和聚酰胺分別作為聚酯纖維和聚酰胺纖維的原料，都是重要的線型縮聚物，但兩者在縮聚的具體實(shí)施方法和要求的真空度確有區(qū)別。聚酯的縮聚合采取熔融縮聚且很高的真空度，而聚酰胺的縮聚合是前期在水溶液中聚合，后期轉(zhuǎn)入熔融縮聚，這一知識(shí)點(diǎn)在“化纖工藝學(xué)”各章原料制備部分的講解中均有涉及，但是分別在兩章中進(jìn)行講述。筆者在講述這兩章時(shí)，將高分子化學(xué)中第二章縮聚和逐步聚合的平衡縮聚和聚合度控制原理進(jìn)行復(fù)習(xí)和聯(lián)系講解。由于縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)是可逆的平衡反應(yīng)，平衡常數(shù)對(duì)反應(yīng)程度，繼而對(duì)聚合物將產(chǎn)生很大的影響。在聚合過程中應(yīng)將副產(chǎn)物小分子排除，得到較高的聚合度。然而，聚酯和聚酰胺的平衡常數(shù)大小不同，在實(shí)際縮聚中的聚合方式和工藝會(huì)有所區(qū)別。

1.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）聚酯化反應(yīng)的平衡常數(shù)較?。↘=4）。如果聚酯化生成的小分子副產(chǎn)物不能及時(shí)排除，由于逆反應(yīng)，將得不到很高的反應(yīng)程度和聚合物。因此，采用熔融縮聚方式且反應(yīng)必須抽真空將縮聚體系中生成的乙二醇不斷地排除，真空度越大，殘存的乙二醇越少，聚酯的聚合度越高。若聚合過程中真空度不高，則使得縮聚時(shí)間過長(zhǎng)，聚酯熔體粘度低，色澤泛黃。[1，2]

（2）聚酰胺化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)中等（K≈400）。由于其平衡常數(shù)較大，對(duì)體系中副產(chǎn)物水分的含量要求不像聚合縮聚中這么嚴(yán)格。在縮聚過程中，前期進(jìn)行水溶液縮聚，也能達(dá)到一定聚合度；后期轉(zhuǎn)入熔融縮聚，采用真空后縮聚，便可獲得具有較高聚合度的產(chǎn)物。并且所要求的真空度并不像合成聚酯時(shí)那樣高，就可達(dá)到所要求的分子量。[1，2]

1.2 教學(xué)方與手段改革

（1）課堂教學(xué)中相關(guān)專業(yè)知識(shí)的銜接： 在“化纖工藝學(xué)”概論部分中聚酯纖維和聚酰胺纖維的課堂教學(xué)中，首先采用啟發(fā)式教學(xué)，在課堂中提出聚酯和聚酰胺聚合方法和工藝的不同。啟發(fā)同學(xué)們聯(lián)系高分子化學(xué)縮聚反應(yīng)平衡的特點(diǎn)，采取提問和討論的形式，最后老師進(jìn)行以上知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)，讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)專業(yè)課的同時(shí)，進(jìn)一步聯(lián)系專業(yè)基礎(chǔ)課的理論知識(shí)，再進(jìn)一步加深對(duì)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的理解。

（2）利用多媒體教學(xué)對(duì)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行鞏固：在“化纖工藝學(xué)”中充分利用多媒體教學(xué)，在課堂給同學(xué)們觀看聚酯和聚酰胺纖維生產(chǎn)錄像。在觀看纖維生產(chǎn)錄像前，通過上述課堂討論，已經(jīng)使同學(xué)們對(duì)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了回憶，在此基礎(chǔ)上提醒同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)錄像中聚酯和聚酰胺合成中工藝的不同，在專業(yè)課“化纖工藝學(xué)”的學(xué)習(xí)中，再一次溫故知新，將專業(yè)基礎(chǔ)課高分子化學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧與總結(jié)。

2 聚酰胺和聚丙烯腈聚合度的控制

在“化纖工藝學(xué)”第四章和第六章分別講述聚酰胺纖維和聚丙烯腈纖維，其原料聚酰胺和聚丙烯腈分別通過縮聚和自由基聚合而制備，在制備中如何控制聚酰胺和聚丙烯腈的聚合度，進(jìn)而得到一定相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物是聚合中的關(guān)鍵。有關(guān)如何控制產(chǎn)物的聚合度已經(jīng)在高分子化學(xué)第二章縮聚和逐步聚合以及第三章自由基聚合中分別學(xué)習(xí)。但聚酰胺和聚丙烯腈的聚合機(jī)理不同，分別屬于縮聚和自由基聚合。聚合機(jī)理不同，因而是采取不同方法來控制產(chǎn)物的聚合度。但這部分知識(shí)是分別在高分子化學(xué)中的第二章和第三章進(jìn)行講解的。因此，在學(xué)習(xí)“化纖工藝學(xué)”中有必要將這部分知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)及聯(lián)系講解。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）聚酰胺屬于線型縮聚產(chǎn)物，采用端基封鎖來控制聚合度。對(duì)于線型縮聚物，雖然反應(yīng)程度和平衡條件是影響線型縮聚物聚合度的主要因素，但在實(shí)際生產(chǎn)中卻不能用作控制手段。在高分子化學(xué)中指出，控制線型縮聚物聚合度的方法使在兩官能團(tuán)等當(dāng)量的基礎(chǔ)上，使某官能團(tuán)稍過量或另加入少量單官能團(tuán)物質(zhì)，使端基封鎖，不再反應(yīng)，反應(yīng)程度被穩(wěn)定在某一數(shù)值，就可以得到預(yù)定聚合度的產(chǎn)物。那么在聚酰胺的實(shí)際生產(chǎn)中是如何利用高分子化學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行聚合度調(diào)控的呢？在聚酰胺實(shí)際生產(chǎn)中為了保證己二胺和己二酸具有相等的摩爾比，防止因?yàn)槿魏谓M分過量而導(dǎo)致由酸或氨基端基構(gòu)成的鏈增長(zhǎng)終止，先使得己二酸和己二胺生成聚酰胺66鹽，然后利用這種鹽作為中間體進(jìn)行縮聚制取聚己二酰己二胺?？s聚時(shí)，聚酰胺66鹽中加入少量的單官能團(tuán)的醋酸或己二酸進(jìn)行端基封鎖，控制分子量。如要求相對(duì)分子質(zhì)量在13000左右，則己二酸用量為（0.9wt%）或醋酸（0.5%）（按聚酰胺66鹽質(zhì)量計(jì)算）。[1，2]

（2）聚丙烯腈屬于自由基聚合產(chǎn)物，采用鏈轉(zhuǎn)移來控制聚合度。聚丙烯腈是通過自由基機(jī)理進(jìn)行聚合，在自由基聚合反應(yīng)中，除了鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止反應(yīng)外，往往還伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用鏈轉(zhuǎn)移的原理來控制分子量。在丙烯腈的硫氰酸鈉法聚合中，將丙烯腈、第二單體、異丙醇（單體總量1%～3%）、引發(fā)劑及硫氰酸鈉水溶液等加入配料桶，然后在實(shí)際混合桶中混合調(diào)溫后，用計(jì)量泵送入聚合物進(jìn)行聚合。其中，異丙醇作為相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑，起著鏈轉(zhuǎn)移的作用，用來對(duì)聚丙烯腈的聚合度進(jìn)行控制。在聚合過程中，異丙醇分子中與伯碳原子相連的氫原子活性大，易與增長(zhǎng)著的大分子自由基作用而生成穩(wěn)定的自由基，使鏈增產(chǎn)反應(yīng)終止。[1，2]

2.2 教學(xué)方與手段改革

（1）課堂教學(xué)中相關(guān)專業(yè)知識(shí)的討論： 在“化纖工藝學(xué)”概論部分中聚酰胺纖維和聚丙烯睛纖維原料的制備中，讓同學(xué)們參與教學(xué)。改掉老師一言堂，學(xué)生只是聽課而較少參與討論的教學(xué)方法。首先老師提出聚酯和聚丙烯睛聚合中聚合控制方法有何不容？讓同學(xué)們帶著問題，進(jìn)行思考，并引導(dǎo)同學(xué)們聯(lián)系高分子化學(xué)如何對(duì)逐步和連鎖聚合產(chǎn)物的聚合度進(jìn)行控制。采取提問和討論的形式，讓同學(xué)們參與課堂教學(xué)，最后老師進(jìn)行以上知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)，同學(xué)們?cè)诖笕龑I(yè)的學(xué)習(xí)中，進(jìn)一步聯(lián)系專業(yè)基礎(chǔ)課的理論知識(shí)，經(jīng)過相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的多次講解和撞基，進(jìn)一步加深對(duì)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的理解。

（2）企業(yè)實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的進(jìn)一步鞏固：在同學(xué)們?nèi)ハ嚓P(guān)企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐前后或畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，專業(yè)教師應(yīng)敏銳地思考出其中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和總結(jié)，讓同學(xué)們帶著專業(yè)問題去實(shí)踐或做畢業(yè)設(shè)計(jì)；或是實(shí)踐后或在做畢業(yè)設(shè)計(jì)后對(duì)專業(yè)問題的驗(yàn)證來進(jìn)一步思考兩課程間的聯(lián)系，這種溫故知新下的企業(yè)實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)，會(huì)起到對(duì)專業(yè)知識(shí)更好的鞏固效果。

3 結(jié)語

“化纖工藝學(xué)”的教學(xué)過程中有關(guān)聚合反應(yīng)中聚合度調(diào)控、工藝條件及實(shí)施方法等是以高分子化學(xué)中逐步聚合和連鎖聚合機(jī)理等知識(shí)要點(diǎn)緊密聯(lián)系的。[1-4]學(xué)生已經(jīng)在大學(xué)二年級(jí)高分子化學(xué)中學(xué)習(xí)了有關(guān)聚合機(jī)理及動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)。在大學(xué)三年級(jí)開設(shè)專業(yè)課”化纖工藝學(xué)”中的學(xué)習(xí)過程中，從課堂理論教學(xué)、多媒體教學(xué)、企業(yè)實(shí)踐及畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面多層次地聯(lián)系高分子化學(xué)中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)對(duì)”化纖工藝學(xué)”中的合成纖維原料合成中聚合度調(diào)控及工藝條件等有更深的理解，勢(shì)必對(duì)學(xué)生更好地理解專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的聯(lián)系有很好的幫助，有利于學(xué)生加深理解和掌握”化纖工藝學(xué)”課程的內(nèi)容，達(dá)到更好的 教學(xué)效果。

基金項(xiàng)目：天津市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題（HE1001）；天津市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃一般課題（HE3001）

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