ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ IV: ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, Αθήνα 157 80 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Τηλ. 210 772 3179 Διευθυντής: Κωνσταντίνος Δ. Παπασπυρίδης Καθηγητής, πρ. Πρόεδρος Σχολής e-mail: kp@cs.ntua.gr ΦΑΚΕΛΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών Ι 1. Σκοπός του Μαθήματος (8 ο Εξάμηνο Χημικών Μηχανικών) Σκοπός του μαθήματος είναι η κατανόηση των μηχανισμών αντιδράσεων πολυμερισμού και η εφαρμογή των αντίστοιχων διεργασιών, με παραδείγματα από τη βιομηχανία πολυμερών διεθνώς. Παράλληλα, έμφαση δίνεται σε βασικές φυσικοχημικές έννοιες (μοριακό βάρος, σημείο υαλώδους μεταπτώσεως, κρυσταλλικότητα), και ιδιαίτερα στη συσχέτιση της δομής του πολυμερούς με τελικές, τεχνολογικής σημασίας, ιδιότητες (ρεολογικές/μηχανικές ιδιότητες). Έτσι, με την μορφή ανατροφοδότησης δεδομένων καθίσταται δυνατή μια επέμβαση/τροποποίηση της υφιστάμενης δομής για τον καθορισμό επιθυμητών ιδιοτήτων. Μια τέτοια διαδικασία παρουσίασης των πολυμερικών υλικών και των σχετικών διεργασιών αναμένεται να συνεισφέρει σημαντικά στην ικανότητα του Απόφοιτου Χημικού Μηχανικού να αναλύσει ένα πρόβλημα Σχεδιασμού Προϊόντος, στην ευρύτερη Περιοχή των Υλικών Προηγμένης Τεχνολογίας, ως εξής: 1) Επιλογή Πρώτης Ύλης, 2) Συνειδητοποίηση Δομής, 3) Τροποποίηση Δομής, με στόχο συγκεκριμένες ιδιότητες και 4) Πειραματική και Θεωρητική Επιβεβαίωση του Προσδοκώμενου Αποτελέσματος. Αυτό αποτελεί και τον βασικό Στόχο του Μαθήματος. 2. Περιεχόμενο και Μέρη Μαθήματος Το μάθημα Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών Ι διδάσκεται στο 8 ο εξάμηνο σπουδών της Σχολής Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π. και ανήκει στην εμβάθυνση Οργανικών Βιομηχανιών την οποία επιλέγει το 30% περίπου των φοιτητών του τμήματος. Το μάθημα περιλαμβάνει Θεωρητική Διδασκαλία και Εργαστηριακές Ασκήσεις στο ευρύτερο γνωστικό πεδίο της Τεχνολογίας των Πολυμερών. Παράλληλα, γίνεται ανάθεση στους σπουδαστές προαιρετικών ομαδικών εργασιών (Θεμάτων) σε θέματα αιχμής του παραπάνω γνωστικού πεδίου. 2.1. Θεωρητική Διδασκαλία Στα πλαίσια της θεωρητικής διδασκαλίας πραγματοποιούνται εβδομαδιαίες παραδόσεις από τους διδάσκοντες του μαθήματος (Καθηγητή Κ. Δ. Παπασπυρίδη, Επικ. Καθηγήτρια Σ.
Βουγιούκα). Η διάρκεια των παραδόσεων είναι τρεις ώρες και καλύπτουν το περιεχόμενο του μαθήματος. Η θεωρητική διδασκαλία περιλαμβάνει ανάπτυξη της ύλης του μαθήματος από τους διδάσκοντες με συμμετοχή των σπουδαστών (συχνά προ-παρουσίαση θεμάτων από αυτούς), παρουσιάσεις εργασιών, καθώς και επίλυση θεωρητικών και εφαρμοσμένων προβλημάτων. Σε πολλές περιπτώσεις η θεωρητική διδασκαλία περιλαμβάνει την προβολή διαφανειών, ή άλλων μέσων (π.χ. μοριακών προτύπων), για την καλύτερη κατανόηση της ύλης από τους σπουδαστές. Η Θεωρητική Διδασκαλία περιλαμβάνει θέματα που αφορούν: Διεργασίες Πολυμερισμού Μέγεθος και Δομή Μακρομορίων Θερμικές Μεταπτώσεις Πολυμερών Μορφολογία και Τάξη σε Στερεά Πολυμερή Διαλύματα Πολυμερών Ρεολογία Τηγμάτων και Πυκνών Διαλυμάτων Πολυμερών Μηχανικές Ιδιότητες Στερεών Πολυμερών Ανακύκλωση Πολυμερών Σύνθετα Πολυμερικά Υλικά Επιλεγμένα Θέματα Συζήτησης: o Περιβαλλοντικά Φιλικές Διεργασίες Πολυμερισμού o Πολυμερή και Περιβάλλον o Πολυμερή και Νανοτεχνολογία o Πολυμερή και Βιοτεχνολογία 2.2. Εργαστηριακές Ασκήσεις Οι Εργαστηριακές Ασκήσεις πραγματοποιούνται στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών της Σχολής Χημικών Μηχανικών. Οι ασκήσεις που περιλαμβάνονται στο πρόγραμμα του Εργαστηρίου πραγματοποιούνται από ομάδες φοιτητών με κυκλική εναλλαγή. Η κάθε εργαστηριακή άσκηση διαρκεί τρεις (3) ώρες και πραγματοποιείται σε εβδομαδιαία βάση. Ο συνολικός αριθμός εργαστηριακών ασκήσεων ανά εξάμηνο που πραγματοποιεί κάθε ομάδα είναι από οκτώ (8) μέχρι δέκα (10). Η εκτέλεση της κάθε εργαστηριακής άσκησης εποπτεύεται από μέλη ΔΕΠ, EΔΙΠ, επιστημονικούς συνεργάτες και μεταπτυχιακούς σπουδαστές (υποψήφιους Διδάκτορες). Οι εργαστηριακές ασκήσεις, συμβαδίζουν με την εξέλιξη της Επιστήμης και Τεχνολογίας των πολυμερών και αναφέρονται σε θέματα αιχμής και ευρύτερου ενδιαφέροντος (π.χ. σύνθετα υλικά, ανακύκλωση πολυμερών κ.α.). Απαραίτητη θεωρείται η προετοιμασία των σπουδαστών για την κάθε εργαστηριακή άσκηση, καθώς και η ενεργή συμμετοχή τους στην εκτέλεση της εργαστηριακής άσκησης. Η κάθε ομάδα, μετά την εκτέλεση της κάθε άσκησης, συντάσσει έκθεση με θεωρητικό τμήμα και επεξεργασία των μετρήσεων, την οποία και παραδίδει στον υπεύθυνο της άσκησης. Η αξιολόγηση των φοιτητών κάθε ομάδας γίνεται με βάση την προετοιμασία τους, τη συμμετοχή τους στην εκτέλεση της κάθε εργαστηριακής άσκησης και την ποιότητα της τελικής έκθεσης της ομάδας. Ενδεικτικά αναφέρονται μερικές από τις Εργαστηριακές Ασκήσεις που πραγματοποιούνται κατά την διάρκεια του εξαμήνου: Πολυμερισμός Σταδιακού Μηχανισμού σε Διαχωριστική Επιφάνεια Πολυμερισμός Αλυσωτού Μηχανισμού με Τεχνική Μάζας και Αιωρήματος
Παραγωγή Λεπτών Υμένων από Γαλάκτωμα Ελαστικού Σκλήρυνση Ακόρεστου Πολυεστέρα Προσδιορισμός Μοριακού Βάρους Πολυμερών μέσω Μετρήσεω Ιξωδομετρίας Προσδιορισμός Θερμικών Ιδιοτήτων Πολυμερών μέσω Θερμιδομετρίας Σάρωσης και Θερμοσταθμικής ανάλυσης Ανακύκλωση Πλαστικών Υλικών με τη Μέθοδο Επιλεκτικής Διάλυσης Επανακαταβύθισης και τη Μέθοδο Ανάτηξης - Ανασταθεροποίησης 2.3. Ομαδικές Εργασίες (Θέματα) - Έρευνα Οι ομαδικές εργασίες πραγματοποιούνται προαιρετικά κατά την διάρκεια του εξαμήνου από ομάδες των σπουδαστών που παρακολουθούν το μάθημα. Η θεματολογία των εργασιών αφορά σύγχρονα ζητήματα (ζητήματα αιχμής) της επιστήμης και τεχνολογίας των πολυμερών και συνδυάζονται με τα ερευνητικά ενδιαφέροντα του Εργαστηρίου. Στις περισσότερες περιπτώσεις η μελέτη των θεμάτων είναι στενότατα συνδυασμένη με αναζήτηση στο διαδίκτυο (Internet). Μέλη του εργαστηρίου πολυμερών ορίζονται υπεύθυνοι για κάθε θέμα εργασίας και μπορούν σε όλη τη διάρκεια του εξαμήνου να συμβουλεύουν και να βοηθούν τις ομάδες για την σωστή μελέτη και συγγραφή της εργασίας. Η ανάθεση των εργασιών είναι προαιρετική και η επιτυχή τους συγγραφή και παρουσίαση συμπεριλαμβάνεται στην τελική βαθμολογία του μαθήματος. Ενδεικτικά αναφέρονται μερικά από τα θέματα των ομαδικών εργασιών: Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυαμιδίων/Πολυεστέρων. Περιβαλλοντικά Φιλικές Διεργασίες Πολυσυμπύκνωσης Στερεάς Κατάστασης. Μετανάστευση Προσθέτων Πολυμερών. Συσκευασία/Νανο συσκευασίες. Πολυμερή και Νανοτεχνολογία. Νανοκατάλυση. Νανοσύνθετα. Επιβραδυντές Καύσης. Πολυμερή και Βιοτεχνολογία. Βιοδιασπώμενα Πολυμερή. Διαχείριση και Ανακύκλωση Πολυμερών. Ανακύκλωση και Μετανάστευση. Ανακύκλωση και Σύνθετα Υλικά. Σύνθετα Πολυμερή / Εύκαμπτες Κατασκευές Κλωστοϋφαντουργικών Προϊόντων. 3. Χρονική Εξέλιξη Μαθήματος 3.1. Θεωρητική Διδασκαλία Η εξέλιξη της θεωρητικής διδασκαλίας του μαθήματος είναι κατά προσέγγιση η ακόλουθη: 1 ο τρίωρο: Εισαγωγή στην Τεχνολογία των Πολυμερών Υλικών 2 ο τρίωρο: Μηχανισμοί Αντιδράσεων Πολυμερισμού 3 ο τρίωρο: Κινητική Σταδιακού Πολυμερισμού 4 ο τρίωρο: Κινητική Αλυσωτού Πολυμερισμού 5 ο τρίωρο: Τεχνικές Πολυμερισμού - Εφαρμογές 6 ο τρίωρο: Χαρακτηρισμός Πολυμερών - Μοριακά Βάρη 7 ο τρίωρο: Θερμικές Μεταπτώσεις Πολυμερών - Σημείο Υαλώδους Μεταπτώσεως 8 ο τρίωρο: Μορφολογία Στερεών Πολυμερών 9 ο τρίωρο: Κρυσταλλικότητα/Αμορφότητα Πολυμερών 10 ο τρίωρο: Ρεολογία Πολυμερών 11 ο τρίωρο: Μηχανικές Ιδιότητες Πολυμερών 12 ο τρίωρο: Σχεδιασμός Πολυμερικών Κατασκευών 13 ο τρίωρο: Ανασκόπηση Ύλης - Κάλυψη Κενών
3.2. Εργαστηριακές Ασκήσεις Η εξέλιξη των εργαστηριακών ασκήσεων θα πραγματοποιείται κανονικά με βάση το πρόγραμμα που θα είναι αναρτημένο στον πίνακα ανακοινώσεων του Εργαστηρίου Τεχνολογίας Πολυμερών. Στο πρόγραμμα θα αναφέρονται οι εργαστηριακές ομάδες των φοιτητών, η σειρά των εργαστηριακών ασκήσεων που θα παρακολουθήσει κάθε ομάδα καθώς και τα ονόματα των υπευθύνων κάθε εργαστηριακής άσκησης. Παράλληλα με τον πίνακα ανακοινώσεων στο Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών, η ενημέρωση των φοιτητών σε θέματα που αφορούν στο μάθημα και στις εργαστηριακές ασκήσεις γίνεται και μέσω της ιστοσελίδας του μαθήματος: http://mycourses.ntua.gr/course_description/index.php?cidreq=chem1040 3.3. Ομαδικές Εργασίες Η ανάθεση των εργασιών στις ομάδες σπουδαστών γίνεται στην αρχή του εξαμήνου, ενώ η παράδοση τους από τους σπουδαστές και η τυχόν παρουσίαση τους πραγματοποιούνται περί τα τέλη του εξαμήνου, ή όπως ο Συντονιστής του Ακαδημαϊκού Εξαμήνου προτείνει. 4. Τρόπος Εξέτασης Μαθήματος Η εξέταση του μαθήματος πραγματοποιείται στο τέλος του εξαμήνου με γραπτές προαγωγικές εξετάσεις (στα πλαίσια της εξεταστικής περιόδου) και με ελεύθερη χρήση οποιουδήποτε συγγράμματος ή σημειώσεων. Η επιτυχία στις τελικές γραπτές εξετάσεις περιλαμβάνει την επιτυχή ανάπτυξη των θεωρητικών και πρακτικών θεμάτων που εντάσσονται αποκλειστικά στη ύλη του μαθήματος. Για την συμμετοχή στις τελικές εξετάσεις θεωρείται απαραίτητη η παρακολούθηση των Εργαστηριακών Ασκήσεων του μαθήματος κατά τη διάρκεια του εξαμήνου. Οι επαναληπτικές εξετάσεις του μαθήματος πραγματοποιούνται με τον ίδιο τρόπο στην εξεταστική περίοδο Σεπτεμβρίου. 5. Βαθμολογία Μαθήματος Η τελική βαθμολογία του μαθήματος προκύπτει από την βαθμολογία που συγκέντρωσε ο κάθε σπουδαστής τόσο από την τελική γραπτή εξέταση του μαθήματος όσο και από τον βαθμό του στις εργαστηριακές ασκήσεις και στην προαιρετική ομαδική εργασία. Το κάθε ένα από τα «απαιτούμενα» μέρη του μαθήματος έχει διαφορετική συμμετοχή στο τελικό βαθμό του μαθήματος. Πιο συγκεκριμένα ο τελικός βαθμός προκύπτει σύμφωνα με τον παρακάτω αλγόριθμο: Α. Σε περίπτωση παράδοσης ομαδικής εργασίας: ΤΕΛΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ = (Βαθμός Τελικού Γραπτού) 0,5 + (Βαθμός Εργαστηριακών Ασκήσεων) 0,3 + (Βαθμός Ομαδικής Εργασίας) 0,2 Β. Σε αντίθετη περίπτωση: ΤΕΛΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ = (Βαθμός Τελικού Γραπτού) 0,7 + (Βαθμός Εργαστηριακών Ασκήσεων) 0,3
Η βαθμολογία κυμαίνεται από 0-10, ενώ βαθμός προαγωγής για το μάθημα είναι το 5. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη συνολική επιτυχία στο μάθημα είναι ο βαθμός της γραπτής εξέτασης να είναι τουλάχιστον 5. 6. Διπλωματικές Εργασίες Στα πλαίσια της ευρύτερης γνωστικής περιοχής της Επιστήμης και Τεχνολογίας των Πολυμερών, στο Εργαστήριο διεξάγονται Διπλωματικές Εργασίες, με σαφή Ερευνητικό Χαρακτήρα. Οι εργασίες είναι συνήθως πειραματικές, εντάσσονται σε Εθνικά και Διεθνή Προγράμματα του Εργαστηρίου (χρηματοδοτούμενα και μή), ενώ επιζητείται πάντα, με βάση την ποιότητα και το «μεράκι», δημοσίευση των αποτελεσμάτων σε Διεθνή Επιστημονικά Περιοδικά. Περισσότερες πληροφορίες για την ερευνητική και συγγραφική δραστηριότητα των διδασκόντων είναι διαθέσιμες στην ιστοσελίδα PolymerApps@NTUA Group. 7. Σχετική Βιβλιογραφία Μαθήματος 7.1. Διδακτικά Βοηθήματα Τα διδακτικά εγχειρίδια του μαθήματος δίδονται στους σπουδαστές του μαθήματος στην αρχή του εξαμήνου: 1. Μ. Καμπούρη - Κ.Δ. Παπασπυρίδη «Τεχνολογία Πολυμερών (Δομή - Ιδιότητες Πολυμερών)», ΕΜΠ. 2. Μ. Καμπούρη «Τεχνολογία Πολυμερών Τόμος Ι, Διεργασίες Πολυμερισμού (Ειδικά Κεφάλαια», ΕΜΠ. 3. Κ.Δ. Παπασπυρίδη «Επιλογή Εργαστηριακών Ασκήσεων Κατεύθυνσης Πολυμερών», ΕΜΠ. 7.2. Βοηθητική Βιβλιογραφία YOUNG R. LOVELL P.: Introduction to Polymers, Chapman & Hall, 1990. BILLMEYER F.: «Textbook of Polymer Science», J. Wiley, 1971. FLORY P. «Principles of Polymer Chemistry», Cornell Univ. Press, Ithaca, 9 th Printing, 1975. OGORKIEWICZ R.: «Thermoplastics, Properties and Design», J. Wiley, 1974. RODRIGUEZ F. «Principles of Polymer Systems», Mc Graw-Hill, 1970. VAN KREVELEN D.: «Properties of Polymers», Elsevier, 1980. ΚΑΜΠΟΥΡΗ Ε.Μ. «Τεχνολογία Πολυμερών - Τόμος Ι: Διεργασίες Πολυμερισμού», Ε.Μ.Π. ΚΑΜΠΟΥΡΗ Ε.Μ. «Τεχνολογία Πολυμερών - Τόμος II», Ε.Μ.Π. ΠΑΠΑΣΠΥΡΙΔΗ Κ.Δ. «Τεχνολογία Πολυμερών, Απλά προβλήματα Σχεδιασμού Κατασκευών από Πολυμερή Υλικά», Ε.Μ.Π. ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ Κ. «Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών», Εκδ. Πήγασος, 2000. O Συντονιστής του Μαθήματος Κωνστ. Δ. Παπασπυρίδης Καθηγητής Ε.Μ.Π.