高分子材料与助剂理论实验综合课程体系探讨

来源:用户上传      作者:于二雷 胡蕊

　　摘 要：针对目前高分子材料与助剂课程知识点多内容分散的特点，提出了理论实验综合课程体系的教学模式。利用分章讲授及助剂配比设计，通过亲自参加助剂与树脂的调配及材料加工成型实验，观察不同助剂对于材料的影响从而加深学习效果。
　　关键词：高分子材料与助剂;配方设计;材料加工实验;教学改革
　　1 课程背景
　　高分子材料品种多样，功能可设计，用途广泛，是生活和工业领域不可或缺的材料。高分子材料助剂作为在材料设计及加工过程中的重要组成部分，对于经济与社会的发展具有非常重要的意义。[1]目前很多专业包括化工，应用化学，材料科学与工程等都开设了助剂相关课程。[2]然而，正是由于助剂的应用广泛，导致其内容分散知识点多，相互之间的联系较少，学生不容易掌握。在这种情况下，通过结课后的调查问卷，学生反映每章之间甚至每个知识点都比较独立，课堂讲授缺乏连贯性，希望能够与实验相结合。针对这种情况，本着培养创新型应用型人才的目标，考虑将助剂理论与高分子实验课程结合起来，加深学生的记忆并掌握解决实际问题的能力。
　　2 教改思路
　　目前的高分子材料助剂没有相关实验课程，本人将其与高分子综合实验结合起来，通过配方设计、材料加工、性能表征等方面提高学生的认识，加深课堂知识的理解。[3-4]下面将以增塑剂和热稳定剂以及PVC树脂为例对教改内容的四个环节进行说明：
　　2.1 课堂教授
　　增塑剂[5]和热稳定剂[6]是PVC树脂[7]中常见的添加剂。在相关课程讲授中，增塑剂包括：增塑机理，增塑剂的化学及工艺，增塑剂的结构与增塑性能的关系，增塑剂的选用，增塑剂的发展趋势;热稳定剂包括：合成材料的热降解及热稳定剂的作用机理，热稳定剂各论，热稳定剂的发展趋势。两种添加剂的章节中的内容没有太大的关联，在学习这些添加剂的性状以及性能时分别在各个章节中体现。在课堂讲授的环节，我们在教授增塑剂这一章的内容后，在讲解热稳定剂内容时，增加增塑剂与热稳定剂相互作用这一节，着重讲解其协同作用以及拮抗作用，并说明使用中的注意事项。
　　例如，环氧大豆油[8]既可以做增塑剂又可以做热稳定剂，又由于其热稳定的机理是环氧基与氯化氢的相互作用产生的，热稳定效果一般，通常作为辅助热稳定剂与其他热稳定剂共用，而由于环氧大豆油无毒，可以用于食品，医药等方面。
　　2.2 配方设计
　　任何添加剂在使用过程中都不是单独存在的，需要与其他添加剂共同使用，在课堂讲解完毕后，先给出一份PVC树脂材料的配方，比如PVC薄膜的配方为：PVC 100 份，硬脂酸锌02，邻苯二甲酸二辛酯37份，癸二酸二辛酯10 份，双酚A 0.2份，环氧大豆油3份，六磷胺5份，硬脂酸钡1.5 份，三嗪-5光稳定剂0.3份，硬脂酸镉1.2份。其中邻苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯、环氧大豆油有增塑作用;环氧大豆油，硬脂酸钡，硬脂酸镉等有热稳定剂的作用。在讲解各添加剂的作用以后，要求学生在课后在其他添加剂不变的情况下，改变增塑劑和阻燃剂的种类以及含量并说明原因。这样学生不仅巩固了课程内容，加深了对于课程中各个添加剂的作用以及性能的记忆，而且提高了其在解决实际问题中的能力。
　　2.3 加工实验
　　在阻燃剂章节讲解完毕之后，需要实验课程来进行强化，利用高分子综合实验的吹塑设备，要求学生在设计完之后用自己的配方进行吹塑成型从而得到薄膜。[9]然后利用表征设备对熔体粘度、热稳定性、透明性、硬度、拉伸强度、断裂伸长率等进行性能分析，并与原配方进行比较，对结果进行分析。比如为什么增塑剂量的提升提高的断裂伸长率但是拉伸强度降低？为什么有的增塑效率高有的增塑效率低？为什么单独的热稳定剂效果并不太好，协同作用是怎么产生的？这样不仅使学生明白了不同添加剂的作用，巩固了课堂讲授的内容，提升了动手能力，而且与其他课程包括高分子化学、高分子物理、高分子成型加工等有了关联，为其在以后的工作学习打下了坚实的基础。
　　2.4 课堂总结
　　在实验课程结束后，需要单独进行一节的课堂讲授，这样做的好处是能够在学生对于知识点还有相关印象的情况下进一步巩固。在这一步的课堂讲授环节，需要将不同组别的学生的制备的薄膜进行对比，将其照片以及相关表征放到PPT上以供观看。然后，通过对于不同配方的讲解，以及对于学生配方的改进，并说明改进的原因，让学生通过自己的作品了解到实际生产过程中助剂的重要性，从而最终提升学生的综合能力。
　　3 结语
　　高分子材料助剂作为化学类专业学生的重要拓展课程之一，其广泛的应用领域注定了其内容的分散性，而其教学效果会直接影响学生对于高分子材料的认识以及实际解决问题的能力。[10]特别是在应用型人才培养方面，孤立地记住知识点对于提升学生的积极性以及实践能力的作用是微乎其微的。因此，笔者结合自身的教学经验，针对助剂课程的特点，提出了课堂教授-配方设计-加工实验-课后总结的教学改革模式，对于改善教学效果，提高学生应用能力及就业能力具有重要的作用。
　　参考文献：
　　[1]冯亚青，陈立功.助剂化学及工艺学[M].化学工业出版社，2015.
　　[2]方海，林刘方，董锐，等.高分子材料加工助剂[M].化学工业出版社，2008.
　　[3]龚建良，吴宇雄，谭惠平，等.高分子材料与工程专业实验教学体系改革初探[J].高教论坛，2006，4：56-58.
　　[4]陈立贵，袁新强，李雷权，等.高分子材料与工程专业综合实验教学的改革与实践[J].科技创新导报，2008，9：234.
　　[5]陶刚，梁诚.国内外增塑剂市场分析与发展趋势[J].塑料科技，2008，36（6）.
　　[6]吴茂英.PVC 热稳定剂的发展趋势与技术进展[J].塑料，2010，39（3）：1-7.
　　[7]于二雷，魏忠.生活中的塑料：聚氯乙烯[J].科技风，2016（17）：131-132.
　　[8]蒋平平，卢云，费柳月.环氧大豆油的生产技术及其在 PVC 中的应用[J].塑料助剂，2006，1：28-32.
　　[9]路国红，陈浩，赵景左，等.化学类专业高分子成型加工课程教学模式探讨[J].实验室科学，2011，14（5）：20-23.
　　[10]徐建平，李锦春.《塑料加工助剂》课程教学改革探索[J].江苏工业学院学报：社会科学版，2003，4（2）：57-58.
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