Faglig innhold

Emnet gir en innføring i polymerkjemi. Syntesemekanismer og resulterende polymerarkitekturer er beskrevet for kjede- og trinn-polymerisasjon. Opplæring gis i avanserte syntesemetoder som reversibel deaktiveringspolymerisasjon (RDP), levende polymerisering, og koordinasjonspolymerisasjon. Grundig opplæring gis i polymerisasjonskinetikk samt nettverksdannelse og gel dannelse. Industrielle polymeriseringsprosesser betraktes med hensyn til produksjonsrater samt formen, dispersjonstilstanden, og egenskapene til reaksjonsmassen og sluttproduktet. Kjedekonformasjoner, morfologier, og overganger fra flytende (smelte) til faste (polymerkrystall eller glass) former betraktes fra termodynamiske-, kinetiske-, og fritt volum-prinsipper. Polymerløselighet, blandbarhet og fasediagrammer er bestemt fra Flory Huggins teori. Opplæring gis i metoder for molekylvektbestemmelse, inkludert osmotisk trykk, viskosimetri og eksklusjonskromatografi. En kort innføring gis i mekaniske og reologiske egenskaper til polymerer. Et gjennomgående tema i emnet er polymerdesign i henhold til FNs bærekraftsmål.

Læringsutbytte

Etter endt emne skal studentene kunne:

- Gjøre rede for (1) trinn- og kjede-polymerisasjon, med hensyn til syntesemekanismer og kinetisk teori, (2) krystallinsk smeltetemperatur og glasstransisjonstemperatur, samt effekten av termisk historie og kinetikk på disse, og (3) flyteegenskaper til polymersmelter og polymerløsninger, med hensyn til temperatur og molekylvekt.

- Utlede og definere betingelser for gel dannelse i trinnpolymerisasjon med multifunksjonelle monomerer.

- Skille mellom entalpiske og entropiske bidrag i polymerkrystallisering, og fortolke rollen til faktorer som polymerstruktur, molekylvekt, og fortynningsgrad på polymerkrystalliseringsprosesser.

- Fortolke eksperimentelle data og bestemme parametere som polymeriseringsrater, reaktivitetsratioer, og kopolymersammensetning, samt forutsi endring i produktsammensetning og produktegenskapene til en gitt kopolymerisasjonsprosess over tid, basert på disse parameterne.

- Beregne polymer løselighet i fortynningsmidler samt den gjensidige blandbarheten av polymerpar.

- Analyser instrumentelle data for molekylvektbestemmelse fra viskosimetri, osmotisk trykk og eksklusjonskromatografi.

- Kritisk gjennomgå polymerforskningsrapporter og vurdere den tekniske nytteverdien samt implikasjonene av de dokumenterte resultatene, også med tanke på miljøhensyn og bærekraft.

- Anerkjenne at polymerrelaterte problemstillinger kan være komplekse og ufullstendig definerte og kan inneholde motstridende forhold, spesielt med tanke på mekaniske og reologiske egenskaper.

- Vise evne til å tilegne seg kunnskap innenfor nye polymerrelaterte bruksområder i forbindelse med innovasjon, entreprenørskap, og utvikling av polymermaterialer og relaterte prosesser, også med tanke på bærekraft.

- Muntlig og skriftlig kommunisere polymerrelaterte problemstillinger, analyser, og konklusjoner, også med tanke på FNs bærekraftsmål.

- Design en polymer i henhold til definerte ytelsesspesifikasjoner.

Læringsformer og aktiviteter

Læringsaktiviteter

• Forelesninger (klasseromsaktivitet)
• Gruppesamtaler med påfølgende oppsummering i plenum (klasseromsaktivitet)
• Digitale quizzer (klasseromsaktivitet)
• Gruppebasert studentaktiv problemløsning (klasseromsaktivitet)
• Gruppepresentasjoner (klasseromsaktivitet)
• Selvstudium
• Gruppebasert litteraturgjennomgang
• Gruppeprosjektarbeid

Polymerdesigngruppeprosjekt (3 eller 4 studenter per gruppe)

• I begynnelsen av emnet lager og presenterer hver gruppe en digital plakat for en gitt type polymer (klasseromsaktivitet)
• På slutten av emnet gir hver gruppe en 2-minutters "group elevator pitch" som beskriver gruppens utformede polymer (klasseromsaktivitet)
• Hver gruppe skriver en 70 sider polymerdesigngrupperapport

Forventet arbeidsmengde

• 4 timer klasseromsaktiviteter per uke
• 4 timer selvstudium per uke
• 4 timer gruppearbeid per uke

Anbefalte forkunnskaper

Generell kunnskap i kjemi og fysikk.

Kursmateriell

P. C. Painter and M. M. Coleman: Fundamentals of Polymer Science, 2. ed.

Studiepoengreduksjon