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项目 28 教学中的必要准备内容项目 28《五种降解高分子材料的分析、选择、改性》具体任务第一组：请为农用降解塑料薄膜的生产选择合适的高分子材料；第二组：请为降解包装容器的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为降解花木移植容器的生产选择合适的高分子材料；第四组：请为降解手术材料的生产选择合适的高分子材料；第五组：请为降解药物外壳的生产选择合适的高分子材料。降解类塑料的选用1、降解塑料的概况降解类塑料是指在完成使用寿命后可自动分解成为小分子化合物的一类高分子材料。按导致降解的外界因素不同，可将降解类塑料分成生物降解和光降解两类。生物降解塑料是在自然界中存在的微生物如细菌、霉菌和藻类等的作用下，能被降解为小分子化合物的一类塑料；光降解塑料是指暴露于阳光或其他强光源下时，可以被降解为小分子化合物的一类塑料。按降解程度不同，可将塑料分为完全降解塑料和非完全降解塑料两类。完全降解塑料是指在完成使用寿命后。可全部分解成小分子化合物，并被周围环境所吸收的一类塑料；非完全降解塑料是指在完成使用寿命后，只能部分分解成小分子化合物，其他只能破碎成小片高分子聚合物的一类塑料。一个标准的降解类塑料应具有如下特点。①诱导期固定并且长短适当，即开始降解时间可以控制，这样可以保证塑料在加工、贮存及使用时不发生降解。②降解速度快，这样可以使塑料制品在完成使用寿命后，可迅速降解为小分子物质。③加工性能好，一般纯降解塑料加工性能都不好，难于用通用塑料加工方法加工，因此，需要对其进行加工改性。④具有一定的强度，常用的天然降解材料强度都不太高，而且在润湿条件下会更低，因此，需要进行增强改性。⑤成本低，天然降解树脂的价格往往都很高，难以普及使用，因此，必须降低其成本。目前已开发的降解性塑料主要有如下三类。①天然高分子聚合物，如淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白质等；它们具有优异的生物降解性能，但由于其不具有可塑性，因而难以加工成制品。一般需将天然高分子材料与可塑性材料共混以改善其加工性能。②微生物合成聚合物，已开发的微生物合成聚酯类生物降解塑料种类有：聚 3羟基丁二酸酯 (PHB)、聚 3羟基戊二酸酯 (PHV)、聚 3羟基丁二酸酯/3羟基戊二酸酯共聚物(P3HB/4HV)、聚 3羟基丁二酸酯/4— 羟基丁二酸酯 (P3HB/4HB)、聚丙交酯 (聚乳酸、PLA)、聚乙交酯 (聚乙羟基乙酸酯醋、PGA)、聚乙丙交酯 (PLGA)，其中以 PHB 和 PLA最为常用。③合成降解高分子材料，如 PCL、PVA及聚琥珀丁二酯(PBS)等。2、降解塑料的选用降解塑料的用途很广泛，主要集中在如下几个方面。 (1)农用塑料薄膜尤其是农用地膜，因为其厚度十分薄，只有 0.lμm以下，它废弃于农田中，十分难于回收。埋于土中的废农膜影响土壤的透气性及水分的流动性，从而给次年农业造成减产，这种现象也被形象地称为“白色污染”。农用降解类制品可用生物降解类、光降解类和生物光降解类塑料，最好为完全降解类塑料，降解后的小分子化合物为土壤吸收并成为土壤的肥料。但由于受加工性能、制品强度和成本等因素制约，只能用通用类塑料加入淀粉、光敏剂等促降解助剂，赋予其非完全降解性能。下面举几个农用降解塑料薄膜的参考配方。① LDPE/LDPE(1:1) 35 份植物油 1.5 份玉米淀粉(水含量(14%) 45 份促降剂 0.2 份 EAA 6 份可逆交联剂 1.5 份甘油 8 份 NaOH(10%水溶%) 0.1 份硬脂酸 3 份注：l、EAA及可逆交联剂可提高淀粉与PE相容性；2、甘油及植物油为增塑剂；3、土促降剂由催化剂A、助催化剂以及抗氧剂三部分组成，其中抗氧剂可控制诱导期长短。此配方的降解性为 160d失重 50%。② LDPE 70% 淀粉 20% APE 10% 此配方产品的拉伸强度为 16∙8OMPa。③ LDPE 50份淀粉 30 份 EAA l0 份甘油 l0 份④ LLDPE l00份 β二酮化物 1.0 份 CaSt 0.5 份二氯乙烷(溶剂) 100份此配方生产薄膜的脆化时间为2 天。注：二氯乙烷溶剂起辅助作用，帮助件β二酮与LDPE两者相溶，用后即除去。 (2)包装容器各类包装用塑料袋、塑料瓶、快餐饭盒等吸塑制品等，在完成其使用寿命后，往往被遗弃于田野、公园及海洋中，造成严重污染和生态破坏。如丢弃于海洋中的废弃塑料，会影响海洋生物的生态环境。包装容器类同降解塑料可为完全或非完全降解材料。由于受成本的限制，非完全降解塑料为通用塑料加入降解助剂，完全降解塑料为天然高分子材料共混塑性材料。下面介绍儿例具体配方。①马铃薯淀粉 83%90% 甘油 3%15% 纤维素 7%11% 此配方为完全降解塑料，具有一定塑性，可制成快餐盒。②废植物粉(纸、稻草等) 120 甘油 50 65%商直链淀粉 70 水 10 聚乙烯醇 10 HSt 2 (3)花木移植材料用降解塑料制成的花木移植材料，在进行花木移植时，可以保持其根部的原始形态，提高移植成活率，消灭或缩短缓苗期。花木移植用降解材料应为完全生物降解类塑料。用生物降解类塑料原因为花木移植材料埋于地下，不受光的作用，因此不能用光降解类塑料。用完全降解类塑料的原因为保证花木根布全部扎人土中。对于高档花木而言，可选用③PHB、PLA等合成类降解塑料。对于低档花木而言，只能选用改性天然高分子材料，具体配方可参见 (2)包装材料容器部分。 (4)手术材料用降解塑料制成的手术缝合线，在伤口愈合后，可以自动降解为人体可吸收的小分子物质，免除患者拆线的痛苦，又可减小伤口疤痕。用降解塑料制成的伤口粘合剂，更会使伤口不留疤痕。尤其人体内脏术后缝合线，因不能进行拆线处理，只能用生物降解类手术缝合线。手术用降解塑料材料应为④完全生物降解塑料，常用改性天然高分子材料、合成降解聚合物等。如用 PHB、PLA制成外科手术缝合线，用于眼科手术中，可无需拆线工作。 (5)药物外壳用降解塑料制成的缓释药物外壳，待药物在人体内全部释放后，可自动降解为人体有益的小分子物质，为人体所吸收。药物外壳用降解材料应为完全生物降解类塑料材料，如改性天然高分子材料和合成降解聚合物等。在矫正外科手术中，PHB 塑料作为药物基质被植入人体内，以控制药物的释放；当药物释放完毕后，⑤PHB 在人体内自然降解，最终产品为3羟基丁酸，在人体血液中它为一普通的代谢物，不会给人体带来任何副作用。教案本次课标题：项目 28 五种降解高分子材料的分析、选择、改性复合材料 0611 1 周 9月 13日第 3,4 节多 B410 授课班级上课时间周月日第节上课地点教学目的通过对项目 28 所涉及到五种降解高分子材料的分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，逐步形成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。能力（技能）目标知识目标素质目标教学目标能根据不同降解要求，合理的选择降解高分子材料；并能合理的分析所选择材料的结构、性能；如果不能直接选择到合适材料时，能提出合理的改进意见与方案。被选用的高分子材料的主要结构特征、主要性能及应用范围。其中第28个项目重点学习高聚物的降解性能的知识。初步建立良好的学习方法；资料收集的方法；处理问题的方法；团队合作的意识；用户至上的意识；安全环保意识；表述与合理辩解能力。重点难点及解决方法重点：通过项目 28 六个任务的实施过程，培养并实现能力目标难点：对学生而言是项目 28 六个任务的完整实施过程，进一步熟悉过程的每个细节的能力。解决方案: 利用现代教学手段展示高分子降解高分子材料制品的图片，以增加学生的感性认识；提前向学生提供由指导教师准备好的相关素材，并介绍可以参考的资料及资源；对重点部分内容，先由学生探索、讨论，再找出问题，帮助学生整理思路，提供可参考的处理方法、相关的格式；对难点部分内容，提供可参考的完整过程的环节(或步骤)，进一步思考每环节主要做什么？怎么做？怎么做更好？参考资料教材《高分子物理》侯文顺杨宗伟化学工业出版社 2006 年《高分子物理课程改革素材》(自编材料)侯文顺 2007 年 8 月其他的资料：《高聚物生产技术》侯文顺高等教育出版社（十一五规划教材）2007；《高分子材料分析与测试》潘文群化学工业出版社 2005；《高分子材料改性》戚亚光薛叙明化学工业出版社 2005；《橡胶材料与配方》聂垣凯化学工业出版社 2004；《高聚物结构、性能与测试》焦剑雷渭媛 2003；《塑料材料的选用》王文广化学工业出版社 2002；《高分子材料》高俊刚李源勋化学工业出版社 2002；《塑料材料与配方》桑永化学工业出版社 2001 工具与材料多媒体教学系统；专业专用计算机网络系统；常用降解高分子制品所用树脂原料；性能检测专业仪器设备。步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配告知（教学内容、目的）向学生介绍本此课程的教学内容、教学目标及分解后的能力目标、知识目标、素质目标口述多媒体展示自由发言引入（任务项目）建立项目教学情景：与学生班长(复合材料 0611 集团总经理)、各任务组长(各子项目执行经理)签定总项目协议书；对项目 28 的六个任务进行解释，并由班长分配各组具体承担的任务。注：上述两个教学过程，一般利用前一次课程最后的 5～10min完成。口述引导设疑答疑多媒体展示自由发言 5～10 min 操练（掌握初步或基本能力）总经理向项目委托方代表(教师)介绍任务分配情况；并说明完成情况，完成时的一个最大问题(或难点)；同时确定汇报顺序。各子项目执行经理征求最后一次组内人员进行将要汇报结果的改进意见。如没有意见则直接进入汇报环节。第一组汇报人介绍完成情况，最终确定结果，相应的确定依据(资料、标准、实验测试)，完成过程的程序，所选高分子材料的结构与性能，组内人员的各自情况与合作情况(最后合作评价分由任务汇报人确定)。第二组汇报人∙∙∙∙∙∙ 第三组汇报人∙∙∙∙∙∙ 第四组汇报人∙∙∙∙∙∙ 第五组汇报人∙∙∙∙∙∙ 第六组汇报人∙∙∙∙∙∙ 由项目委托方代表对第一个项目中的六个任的完成情况进行逐一评议、考核、打分；同时在每一组中任选一人进行局部核实。指导教师，针对项目 28 中所选择出来的高分子材料主要进行有关增加高分子材料降解的知识。引导实际查找归纳总结由浅入深由简到繁考评多媒体展示配合多媒体课件配合组内代表发言；组内人员补充发言；学生个别发言 45 min 20min 深化（加深对基本能力的体会）“白色污染”否定设疑多媒体展示提问与讨论 5归纳（知识能力和素质）通过项目 28的实施过程总结的知识为：高分子材料降解性能。能力为任务本身的分析能力，现有成型产品的使用借鉴能力，过程实施能力，各环节的把握技能，项目完成的程序、方法；素质为前文所列。引导归纳多媒体展示学生提问 5 训练巩固拓展检验各任务组内容进行交叉再审核(必要时可以再补充、修改)；引导归纳多媒体展示，板书提问与讨论 5 总结主要总结项目过程存在的问题，并提出个性调整的建议；其次要肯定学生的参与意识；表扬优秀学生。口述 4 作业提交最后的项目(或任务)完成报告(下一次上课前) 口述 1 课后体会