“新工科”背景下《紡織化學》實驗項目的開設

楊洪芳　孔令乾

摘要：新工科背景下學生們學好《紡織化學》實驗愈加重要。鑒于此開設了“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，親自感受化學藥品由液態變為固態并由界面膜轉變為細絲纏繞在玻璃棒上的過程。這對學生學好本門課程有重要意義。

關鍵詞：新工科；實驗項目；紡織化學

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

在教育領域，2017年最火的概念當屬“新工科”。“新工科”的新首先體現在它針對新興產業的專業，如人工智能、智能制造、機器人、云計算等，但同時對包括傳統工科專業的升級改造[1，2]。2017年2月教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部聯合印發了《制造業人才發展規劃指南》。《指南》列出了新一代信息技術產業、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等10個“制造業十大重點領域人才需求預測”專業引起社會各界對于工科教育的關注[3，4]。以上的10個專業中有很多專業都跟紡織有關，如航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、節能與新能源汽車、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等專業。這些專業與紡織相關的同時，與化學也有很大的關聯，因而學生們要掌握好這些與紡織相關的專業，學好《紡織化學》是關鍵。鑒于《紡織化學》的重要性，很多高校和老師都針對如何提高《紡織化學》的教學效果做了大量研究。我校《紡織化學》的教學對象是紡織工程專業的大一學生，教學方式是以理論教學為主，配合其他的相關化學實驗課程，以期提高學生的化學理論水平。在教學環節中，實驗課程的作用至關重要，但是現在關于如何設計《紡織化學》實驗課程的相關報道還不多。武宗文等報道了在《紡織化學》實驗課程中開設氧化淀粉漿料制備實驗，取得了不錯的教學效果。關于《紡織化學》實驗課程的開設還需要進一步的探索[5]。為了讓學生通過實驗加深了對基礎理論和專業知識的學習理解，而且激發同學們的科研興趣。擬在實驗課程中開設“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，聚合產物不溶于溶劑，在界面析出。用鑷子將聚合產物膜小心提起，并纏繞在一個玻璃棒上，轉動玻璃棒，將持續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，親自感受化學藥品由液態變為固態并由界面膜轉變為細絲纏繞在玻璃棒上的過程。這對學生學好本門課程有重要意義。

二、設計思路

現在生活中所用的纖維絕大部分都是化學纖維。化學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，聚合產物不溶于溶劑，在界面析出。通過界面縮聚可以加深學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缺點。界面縮聚的過程中涉及到很多反應，有利于學生們進一步理解書上講解的比較抽象的反應機理。實驗中有把縮聚界面取出的環節可看作是簡易紡絲，該環節可讓學生們體驗高分子紡絲的基本過程。讓學生們對高分子材料的紡絲環節不再陌生和抽象，激發學生的學習興趣。增強學生對界面縮聚的機理及對單體活性的理解。讓學生熟悉高分子紡絲的基本過程，激發科研興趣。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生體驗高分子紡絲的基本過程。

三、主要實驗環節

在實驗的實施過程中主要有以下環節[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生們對聚合反應的單體性質有進一步的認識，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，讓學生們對縮聚反應的機理有一個更加深入的理解。學生們自己計算等摩爾時所需對苯二甲酰氯和己二胺的質量，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果，如果加入水相時動作很劇烈又會有什么樣的結果。通過這些思考學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，轉動玻璃棒，將持續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，在這個過程中學生們可以了解高分子材料紡絲的基本原理。也可以通過調節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節對高分子纖維成型的影響。進一步讓學生們明白紡織化學和高分子與紡織的聯系。

四、教學效果

學生通過實驗加深了對基礎理論和專業知識的學習理解，而且激發同學們的科研興趣。通過實驗學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著重要地位，而新工科中的很多（節能與新能源汽車、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等）專業都需要學生們掌握高分子材料的知識。實驗中讓學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系讓學生自己體會，掌握紡絲過程。通過這一環節學生們對高分子纖維的結構與性能及其影響因素有了更深的體會。這些體會使學生們更容易掌握高分子材料的設計與改性等方面的知識。可為學生們學習和設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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[3]葉民，錢輝.新業態之新與新工科之新[J].高等工程教育研究，2017，（4）：5-9.

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[5]武宗文，黃偉韓，王東偉.紡織化學教學實驗———氧化淀粉漿料制備實驗設計[J].河南教育學院學報（自然科學版），2015，24（3）：66-69.

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[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].應用化工，2012，41（3）：462-464.