Makromolekulární chemie

Vztahy:

Předmět F7PBNMCH lze klasifikovat až po úspěšné klasifikaci předmětu F7PBNOCH2

Úspěšné absolvování nebo získání zápočtu a nevyčerpání všech zkouškových termínů předmětu F7PBNMCH je podmínkou zápisu na předmět F7PBNNT1.

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Výuka bude vedena prezenčním způsobem, a bude rozdělena na přednášky a cvičení. K aktivizaci studentů budou sloužit krátké diskuse nad tématem přednášky či cvičení v průběhu výuky. Na úvod cvičení budou realizovány krátké testy (5-10 min.) na ověření znalostí z předchozí hodiny, čímž vyučující získá zpětnou vazbu o znalostech studentů. V průběhu přednášek pak bude prováděno dotazování na klíčové otázky vyučované problematiky, tak aby přednášející získal zpětnou vazbu, jak studenti dané problematice rozumí. V rámci cvičení budou studenti samostatně zpracovávat i několik odborných témat. Zde dostane student prostor i pro vlastní kreativitu.

Pro výuku a zejména komunikaci mezi vyučujícími a studenty budou využívány aktuální digitální hardware i software.

Požadavky:

Podmínky zápočtu: splnění na základě průběžných testů nebo závěrečného zápočtového testu

Podmínky zkoušky: ústní zkoušení, 3 otázky, klasifikace dle ECTS

Osnova přednášek:

1. Historie a základní pojmy makromolekulární chemie: Monomer, oligomer, polymer, polymerizační stupeň, polymerizace, konverze.

2. Polymery okolo nás: Přírodní a syntetické polymery, technické aplikace polymerů, biomedicinální aplikace polymerů, stárnutí polymerů a ochrana proti degradaci.

3. Nomenklatura polymerů.

4. Polymerizační kontrakce, řetězovitá struktura, Tg: Polymerizační kontrakce, řetězovitá struktura polymerů, řetězovité a stupňovité polyreakce, tepelné chování polymerů, teplota skelného přechodu, teplota tání krystalické fáze, teplota tečení, sklovitý stav, elastický stav, kaučuková elasticita.

5. Molární hmotnost polymerů: Polymerizační stupeň, molární hmotnost polymerů, početně průměrná molární hmotnost, hmotnostně průměrná molární hmotnost, index neuniformity, metody stanovení molární hmotnosti.

6. Struktura polymerů: Konstituce makromolekul (lineární, větvený, síťovaný polymer), struktura kopolymerů, konfigurace makromolekul, konformace.

7. Radikálová polymerizace: Iniciace, typy iniciátorů, propagace, terminace, přenosové reakce.

8. Radikálová kopolymerizace: Kopolymerizační parametry, Q,e schema, alternující a ideální kopolymerizace, blokové a roubované kopolymery.

9. Způsoby provádění radikálových polymerizací. Iontové a koordinační polymerizace. Polymeranalogické reakce: Bloková, roztoková, suspenzní a emulzní polymerizace, kationtová a aniontová polymerizace, Ziegler-Nattovy katalyzátory, reakce polyvinylacetátu, reakce celulózy.

10.Stupňovité polyreakce: Srovnání stupňovitých a řetězových polyreakcí, charakteristické vazby vznikající při stupňovité polyreakci, polykondenzace a polyadice, polyestery, polyamidy, polysiloxany.

11.Polymerní gely a hydrogely: Vznik a struktura sítě, síťující činidla, sol/gel, sol/gel analýza, hydrogely, PHEMA, další glykolmethakryláty, PVP, GMMA, AAm, MA.

12.Charakterizace gelů: Vlastnosti hydrogelů (botnací, optické, transportní, mechanické) a způsoby jejich stanovení.

13.Silikonhydrogely.

14.Syntéza monomerů a celkové opakování

Osnova cvičení:

1. Základní pojmy: Identifikace monomerů, oligomerů a polymerů, výpočty polymerizačního stupně.

2. Aplikace polymerů: Analýza polymerních materiálů v běžném životě, diskuse o degradaci a stabilizaci polymerů.

3. Nomenklatura polymerů: Procvičování názvosloví polymerů.

4. Termální analýza: Interpretace křivek DSC a TMA, určování Tg a Tm.

5. Stanovení molární hmotnosti: Výpočty Mn a Mw z experimentálních dat, interpretace výsledků GPC.

6. Struktura polymerů: Stavba modelů polymerních struktur, analýza kopolymerů.

7. Radikálová polymerizace: Modelování radikálových reakcí, výpočty kinetiky polymerizace.

8. Radikálová kopolymerizace: Výpočty kopolymerizačních parametrů, syntéza blokových a roubovaných kopolymerů.

9. Různé typy polymerizací: Porovnání různých metod polymerizace, polymeranalogické reakce v praxi.

10.Stupňovité polyreakce: Syntéza polyesterů a polyamidů, analýza produktů.

11.Polymerní gely: Příprava hydrogelů, sol/gel analýza.

12.Charakterizace gelů: Měření botnání, mechanických vlastností hydrogelů.

13.Silikonhydrogely: Syntéza a charakterizace silikonhydrogelů.

14.Syntéza monomerů: Příprava vybraných monomerů, opakování a příprava na test.

Cíle studia:

Předmět poskytuje úvod do makromolekulární chemie se zaměřením na základní pojmy, strukturu a vlastnosti polymerů. Studenti se seznámí s přírodními a syntetickými polymery, jejich aplikacemi a stárnutím. Důraz je kladen na polymerizační procesy, včetně radikálové, iontové a koordinační polymerizace, stejně jako na stupňovité polyreakce. Předmět zahrnuje charakterizaci polymerů, metody stanovení molární hmotnosti a vlastností polymerních gelů a hydrogelů. Součástí kurzu je také syntéza monomerů a přehled moderních polymerních materiálů, včetně silikonhydrogelů.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] PROKOPOVÁ, Irena. Makromolekulární chemie. Vyd. 2., přeprac. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2007. ISBN 978-80-7080-662-3.

[2] CANEVAROLO, Sebastião V. Polymer Science. Online. München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co., 2019. ISBN 978-1-56990-725-2.

Doporučená literatura:

[1] BILLMEYER F.W.Jr.: Textbook of Polymer Science, J.Wiley Sons, New York 2004

[2] CAREY, Francis a Robert GIULIANO. Organic Chemistry. 10. vyd. New York: McGraw Hill, 2016. 1248 s. ISBN 978-0073511214.

[3] Biomedical Applications of Hydrogels Handbook. Edited by Raphael M. OTTENBRITE, Kinam PARK, Teruo OKANO. New York: Springer-Verlag, 2010. ISBN 978-1-4419-5919-5.

[4] Macromolecular Chemistry and Physics. Edited by Maria Emilova VELINOVA. Arcler Press LLC, 2017. ISBN 978-1-6809-4419-8.

[5] Multifunctional Hydrogels for Biomedical Applications. Edited by Ricardo A. PIRES et al. John Wiley & Sons, Incorporated, 2022. Dostupné z: https://ebookcentral.proquest.com/lib/cvut/detail.action?docID=6986187.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní program Biomedicínské nanotechnologie (povinný předmět)