“新工科”背景下《紡織化學(xué)》實驗項目的開設(shè)

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)》實驗愈加重要。鑒于此開設(shè)了“對苯二甲酰氯與己二胺的界面縮聚”實驗項目。該實驗既考核到高分子的聚合原理又涉及到模擬紡絲，通過該實驗可以讓學(xué)生在實驗中進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)榧毥z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；實驗項目；紡織化學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：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”。“新工科”的新首先體現(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)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機裝備、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)實驗課程，以期提高學(xué)生的化學(xué)理論水平。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，實驗課程的作用至關(guān)重要，但是現(xiàn)在關(guān)于如何設(shè)計《紡織化學(xué)》實驗課程的相關(guān)報道還不多。武宗文等報道了在《紡織化學(xué)》實驗課程中開設(shè)氧化淀粉漿料制備實驗，取得了不錯的教學(xué)效果。關(guān)于《紡織化學(xué)》實驗課程的開設(shè)還需要進一步的探索[5]。為了讓學(xué)生通過實驗加深了對基礎(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。擬在實驗課程中開設(shè)“對苯二甲酰氯與己二胺的界面縮聚”實驗。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。

該實驗既涉及到高分子的聚合原理又涉及到模擬紡絲，通過該實驗可以讓學(xué)生在實驗中進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)榧毥z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。進一步掌握好各種聚合方法的優(yōu)缺點。界面縮聚的過程中涉及到很多反應(yīng)，有利于學(xué)生們進一步理解書上講解的比較抽象的反應(yīng)機理。實驗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。增強學(xué)生對界面縮聚的機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。通過本實驗可以達到以下幾個目的：（1）了解縮合聚合的特點，掌握界面縮聚的機理。（2）通過對苯二甲酰氯與己二胺的界面縮聚，掌握界面縮聚實施必須滿足的基本條件。（3）通過細絲纏繞在玻璃棒上的過程讓學(xué)生體驗高分子紡絲的基本過程。

三、主要實驗環(huán)節(jié)

在實驗的實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)有進一步的認識，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相底部，借助玻璃棒緩慢地將水相倒入有機相，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)生通過實驗加深了對基礎(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。通過實驗學(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。實驗中讓學(xué)生體驗細絲纏繞在玻璃棒上的過程，速度的快慢和細絲的粗細有直接關(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：

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