以工程教育认证和专业评估为契机下的专业综合创新实践探讨
发布时间：2020-12-31 03:34
综合性创新性实践在培养专业工程综合能力人才中起着非常重要的作用,本文针对综合性和创新性实践要求,设计了改性纳米SiO2的结构和性能分析及对天然橡胶（NR）的性能影响。学生通过联系、总结基础课程、专业课程知识,查阅文献,了解实验内涵并设计出可行性实验方案,对不同偶联剂的改性效果和对NR的性能影响进行了系统分析。经过综合性和创新性实践的实施,能够让学生交叉和系统融合高分子材料专业多门课程知识点,提高了学生的实验技能和相互协助解决复杂工程问题的能力。
【文章来源】：高分子通报. 2020年10期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
实验过程实施路线图
在试验前,让学生通过文献查阅总结和思考,材料表面改性的目的和需要考察的性质有哪些?对于性质考察需要哪些表征手段?针对于获得的结果如何分析等。对于纳米SiO2粉体,需考察改性前后纳米SiO2的表面性能,采用动静态接触角测定仪在室温下以水为媒介测定,直接反应纳米粒子的表面润湿性。以改性剂DDES改性SiO2进行接触角分析,如图2所示。可以明显看出,随着DDES量的在增加,接触角快速增加,当DDES的用量达到粒子质量分数10%时接触角最为突出,而DDES继续增加,接触角则呈缓慢下降态势。从而说明,纳米SiO2的表面偶联剂改性可以提供纳米粒子的表面活性,有利于进一步促进纳米粒子的分散性[7]。同理,KH570改性纳米SiO2的接触角与DDES改性趋势基本一致,其用量达到粒子质量分数10%时接触角为91.3°,可见,DDES的改性效果略优于KH570。为了进一步对比两种改性剂对纳米SiO2的改性效果,SiO2-570和SiO2-DDES(用量均为粒子质量10%)粒子分散稳定性试验通过沉降实验来完成,如图3所示。从照片中可以明显看出,DDES改性纳米SiO2粒子2天后在乙酸乙酯溶液中均能保持良好的稳定分散状态,KH570的效果略欠佳,而未改性纳米粒子2天后几乎完全沉淀。这种现象也验证了纳米粒子和改性剂在纳米粒子的表面相互反应形成复合体。这些锚固或接枝的偶联剂分子链形成一定的空间位阻,限制了纳米粒子的相互接触形成团聚体,使纳米粒子在乙酸乙酯中能保持长时间的稳定分散状态。而DDES的大分子链更能有效阻隔粒子的相互碰撞和团聚,因此,进一步验证DDES的改性效果优于KH570。
从纳米SiO2的表面性能和分散性的差异,可以推测其表面结构发生了变化。为了进一步探究改性前后SiO2的表面结构变化,采用红外光谱进行了测试和分析,如图4所示。由于纳米粒子的尺寸小,比表面积大,具有强的吸附结合水能力,如图4a所示,在3430cm-1和1630cm-1处出现—OH强吸收;KH570改性SiO2的红外谱图(见图4b)显示,在1715cm-1处出现了KH570的—CO特征峰;DDES改性SiO2的红外谱图(见图4c)中2850cm-1和2928cm-1处出现了明显的DDES的—CH2—、—CH3的特征吸收峰,同时发现在1100cm-1处的Si—O吸收峰明显比KH570改性剂更宽、吸收更强,证明纳米SiO2的表面基团已经从Si—OH向Si—O—Si—C转变[7～9],进一步说明改性剂已经通过化学吸附,被紧紧吸附在纳米SiO2的表面。图4 (a)SiO2,(b)SiO2-570和(c)SiO2-DDES的红外光谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]工程教育专业认证背景下的无机非金属材料工艺学课程建设[J]. 谢敏,包金小,郜建全,杨圣玮,徐鹏飞. 教育教学论坛. 2020(13)
[2]以专业认证导向的生物技术综合实验教学改革[J]. 张书芹,杨细燕,刘智捷,李科学. 教育教学论坛. 2020(12)
[3]工程教育专业认证背景下流体力学课程改革与实践[J]. 刘美丽,陈家庆,韩严和. 大学教育. 2020(02)
[4]CaCO3/SiO2纳米粒子的表面改性及其对天然胶乳膜抗紫外光老化性能的影响[J]. 程国君,陈晨,李世迁,唐忠锋,王周锋,丁国新. 辐射研究与辐射工艺学报. 2019(06)
[5]本科专业评估背景下无机专业创新型人才培养研究[J]. 裴立宅,柳东明,张毅,邓先功,斯松华,顾京宇. 安徽工业大学学报(社会科学版). 2019(04)
[6]含低PAH油的橡胶的动态力学性能[J]. 杜娟,王孝平,曹玉梅,董颖. 世界橡胶工业. 2011(11)
本文编号：2948877
【文章来源】：高分子通报. 2020年10期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
实验过程实施路线图
在试验前,让学生通过文献查阅总结和思考,材料表面改性的目的和需要考察的性质有哪些?对于性质考察需要哪些表征手段?针对于获得的结果如何分析等。对于纳米SiO2粉体,需考察改性前后纳米SiO2的表面性能,采用动静态接触角测定仪在室温下以水为媒介测定,直接反应纳米粒子的表面润湿性。以改性剂DDES改性SiO2进行接触角分析,如图2所示。可以明显看出,随着DDES量的在增加,接触角快速增加,当DDES的用量达到粒子质量分数10%时接触角最为突出,而DDES继续增加,接触角则呈缓慢下降态势。从而说明,纳米SiO2的表面偶联剂改性可以提供纳米粒子的表面活性,有利于进一步促进纳米粒子的分散性[7]。同理,KH570改性纳米SiO2的接触角与DDES改性趋势基本一致,其用量达到粒子质量分数10%时接触角为91.3°,可见,DDES的改性效果略优于KH570。为了进一步对比两种改性剂对纳米SiO2的改性效果,SiO2-570和SiO2-DDES(用量均为粒子质量10%)粒子分散稳定性试验通过沉降实验来完成,如图3所示。从照片中可以明显看出,DDES改性纳米SiO2粒子2天后在乙酸乙酯溶液中均能保持良好的稳定分散状态,KH570的效果略欠佳,而未改性纳米粒子2天后几乎完全沉淀。这种现象也验证了纳米粒子和改性剂在纳米粒子的表面相互反应形成复合体。这些锚固或接枝的偶联剂分子链形成一定的空间位阻,限制了纳米粒子的相互接触形成团聚体,使纳米粒子在乙酸乙酯中能保持长时间的稳定分散状态。而DDES的大分子链更能有效阻隔粒子的相互碰撞和团聚,因此,进一步验证DDES的改性效果优于KH570。
从纳米SiO2的表面性能和分散性的差异,可以推测其表面结构发生了变化。为了进一步探究改性前后SiO2的表面结构变化,采用红外光谱进行了测试和分析,如图4所示。由于纳米粒子的尺寸小,比表面积大,具有强的吸附结合水能力,如图4a所示,在3430cm-1和1630cm-1处出现—OH强吸收;KH570改性SiO2的红外谱图(见图4b)显示,在1715cm-1处出现了KH570的—CO特征峰;DDES改性SiO2的红外谱图(见图4c)中2850cm-1和2928cm-1处出现了明显的DDES的—CH2—、—CH3的特征吸收峰,同时发现在1100cm-1处的Si—O吸收峰明显比KH570改性剂更宽、吸收更强,证明纳米SiO2的表面基团已经从Si—OH向Si—O—Si—C转变[7～9],进一步说明改性剂已经通过化学吸附,被紧紧吸附在纳米SiO2的表面。图4 (a)SiO2,(b)SiO2-570和(c)SiO2-DDES的红外光谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]工程教育专业认证背景下的无机非金属材料工艺学课程建设[J]. 谢敏,包金小,郜建全,杨圣玮,徐鹏飞. 教育教学论坛. 2020(13)
[2]以专业认证导向的生物技术综合实验教学改革[J]. 张书芹,杨细燕,刘智捷,李科学. 教育教学论坛. 2020(12)
[3]工程教育专业认证背景下流体力学课程改革与实践[J]. 刘美丽,陈家庆,韩严和. 大学教育. 2020(02)
[4]CaCO3/SiO2纳米粒子的表面改性及其对天然胶乳膜抗紫外光老化性能的影响[J]. 程国君,陈晨,李世迁,唐忠锋,王周锋,丁国新. 辐射研究与辐射工艺学报. 2019(06)
[5]本科专业评估背景下无机专业创新型人才培养研究[J]. 裴立宅,柳东明,张毅,邓先功,斯松华,顾京宇. 安徽工业大学学报(社会科学版). 2019(04)
[6]含低PAH油的橡胶的动态力学性能[J]. 杜娟,王孝平,曹玉梅,董颖. 世界橡胶工业. 2011(11)
本文编号：2948877
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