2015-04-20
931
Данное пособие предназначено для студентов 4 курса технологических специальностей ВУЗов, получающих дополнительную квалификацию «Переводчик в сфере профессиональной коммуникации», а также для обучения переводу технической литературы в группах магистрантов и аспирантов технологических специальностей.
Материалы настоящего пособия включают в себя тексты, посвященные основным проблемам получения, строения, свойств, переработки, применения и экологии природных и синтетических полимеров и предназначены для развития навыков устного и письменного перевода в специализированной технической области.
В состав пособия входят 10 уроков, каждый из которых посвящен отдельной тематике науки о полимерах и содержит комплекс заданий по устному, письменному переводу, интерпретации текстов и работы с терминологией, предназначенных как для индивидуальной, так и для групповой работы.
Unit 1
WHAT ARE POLYMERS?
Упражнение 1. Прочитайте текст вслух.
Polymers are substances whose molecules have high molar masses and are composed of a large number of repeating units. There are both naturally occurring and synthetic polymers. Among naturally occurring polymers are proteins, starches, cellulose, and latex. Synthetic polymers are produced commercially on a very large scale and have a wide range of properties and uses. The materials commonly called plastics are all synthetic polymers.
Polymers are formed by chemical reactions in which a large number of molecules called monomers are joined sequentially, forming a chain. In many polymers, only one monomer is used. In others, two or three different monomers may be combined. Polymers are classified by the characteristics of the reactions by which they are formed. If all atoms in the monomers are incorporated into the polymer, the polymer is called an addition polymer. If some of the atoms of the monomers are released into small molecules, such as water, the polymer is called a condensation polymer. Most addition polymers are made from monomers containing a double bond between carbon atoms. Such monomers are called olefins, and most commercial addition polymers are polyolefins. Condensation polymers are made from monomers that have two different groups of atoms which can join together to form, for example, ester or amide links. Polyesters are an important class of commercial polymers, as are polyamides (nylon).
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| повторяющееся звено | |
| синтетический полимер | |
| производиться в промышленном масштабе | |
| образовываться по реакции | |
| мономер | |
| соединяться последовательно | |
| малые молекулы | |
| двойная связь между атомами углерода | |
| различные группы атомов | |
| промышленные полимеры |
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| high molar mass | |
| to be composed of | |
| naturally occurring polymer | |
| a wide range of properties and uses | |
| to form a chain | |
| to be combined | |
| to be classified by | |
| to be incorporated into polymer | |
| to be made from monomers | |
| to join together |
Упражнение 4. Передайте на русском языке основное содержание текста упражнения 1.
Упражнение 5. Прочитайте текст про себя. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.
Полимер — высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в котором атомы, соединенные химическими связями, образуют линейные или разветвленные цепи, а также пространственные трехмерные структуры. Часто в его строении можно выделить мономер — повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимер образуется из мономеров в результате полимеризации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений.
Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок.
Polymer is the term used to describe large molecules consisting of repeating structural units, or monomers, connected by covalent chemical bonds. The term is derived from the Greek words: “polys” meaning “many”, and “meros” meaning “parts”. A key feature that distinguishes polymers from other molecules is the repetition of many identical, similar, or complementary molecular subunits in these chains. These subunits, the monomers, are small molecules of low-to-moderate molecular mass, and are linked to each other during a chemical reaction called polymerization. Although most polymers are organic, with carbon-based monomers, there are also inorganic polymers; for example, the silicones, with a backbone of alternating silicon and oxygen atoms.
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
A polymer is a large molecule constructed from many smaller structural units called monomers joined together by covalent bonds. Polymers have existed in natural form since life began and those such as DNA, RNA, proteins and polysaccharides are some of the most important macromolecules found in plant and animal life. From the earliest times, the man has used many of these polymers as materials for providing clothing, decoration, tools, weapons and other requirements. However, the origins of today’s polymer industry commonly are accepted as being in the nineteenth century when important discoveries were made concerning to the modification of certain natural polymers, as cellulose. The use of synthetic and natural polymers as stabilizers for colloid systems (sols, dispersions, microemulsions, etc.) is becoming more important everyday in contemporary life. Polymer additives can be applied in preconcentrations and dehydration of suspensions in mineral processing, purification of wastewater and even in nutritional and pharmaceutical emulsions being their importance related to the characteristics of the process and the properties that they show.
Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие предложения.
1. The word “polymer” literally means “many parts”.
2. A polymeric solid material may be considered to be one that contains many chemically bonded parts or units which themselves are bonded together to form a solid.
3. Two industrially important polymeric materials are plastics and elastomers.
4. Polymers are often named in terms of the monomer from which they are made.
5. Polymer signifies a chain of thousands of monomers that are covalently bonded together usually by the carbon atoms of the polymer backbone, but the backbone can consist of other atoms such as silicon.
6. Examples of polymers include substances anywhere from proteins to stiff, high-strength Kevlar fibers.
7. Many common classes of polymers are composed of hydrocarbons.
8. Over the past few decades, the use of polymers in disposable consumer goods has grown tremendously.
9. Remembering that paper is made of cellulose, which is a polymer of biological origin, if you look around the room that you are in, you will see that a good fraction of the stuff in it is made of polymers.
10. Many physical properties of a polymer depend on the molecular weight.
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения.
1. Мономеры — молекулы низкомолекулярных соединений, способные в реакции полимеризации или поликонденсации превращаться в высокомолекулярные соединения.
2. Полимеры — химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).
3. Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.
4. Полимеры (пластмассы) применяются во всех отраслях промышленности, быту и производстве.
5. Пластмассы — важнейшие конструкционные материалы современной техники, используемые во всех отраслях промышленности.
6. По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.
7. Биополимер — целлюлоза, крахмал, белок, нуклеиновая кислота, природная смола или другой полимер, который образуется в результате жизнедеятельности растений и животных.
8. Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов.
9. Полимеры с регулярным строением имеют особо ценные физико-химические и механические свойства.
10. Полимерные материалы — пластические массы, каучуки и химические волокна.
Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания.
высокая молекулярная масса — natural polymer — белки, крахмал, целлюлоза и латекс — to be joined sequentially — амидная связь — small molecules — двойная связь между атомами углерода — to form a chain — быть сделанным из — linear chains — разветвленные цепи — three-dimensional structures — повторяющийся структурный фрагмент — organic compounds — неорганический полимер — covalent chemical bond — реакция полимеризации — alternating silicon and oxygen atoms — химическое превращение — DNA (deoxyribonucleic acid) — natural polymer — современная жизнь — solid material — соединяться последовательно — waste water treatment — линейные цепи — nutritional emulsion — полимерные наполнители — plastics and elastomers — твердое вещество — disposable consumer goods — очистка сточных вод — high molecular weight — образовывать цепь — contemporary life — трехмерные структуры
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока.
1. What are polymers?
2. What is the difference between natural and synthetic polymers?
3. What is the origin of the word “polymer”?
4. How are polymers formed?
5. Where can polymers be applied?
Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
Unit 2
POLYMERIZATION
Упражнение 1. Прочитайте и переведите текст.
Polymerization1 is a process of reacting monomer molecules together in a chemical reaction to form three-dimensional networks or polymer chains. There are many forms of polymerization and different systems exist to categorize them. The main categories are addition polymerization (also known as “chain-growth polymerization”) and condensation polymerization (also known as “step-growth polymerization” or “step polymerization”).
Addition polymerization involves the linking together of molecules incorporating double or triple chemical bonds. These unsaturated monomers (the identical molecules which make up the polymers) have extra internal bonds which are able to break and link up with other monomers to form the repeating chain. Addition polymerization is involved in the manufacture of polymers such as polyethylene, polypropylene and polyvinyl chloride (PVC).
Condensation polymerization occurs when monomers bond together through condensation reactions. Generally, a condensation reaction is a chemical reaction in which two molecules combine to form one single molecule, together with the loss of a small molecule. Typically, condensation polymerization reactions can be achieved through reacting molecules incorporating alcohol, amine or carboxylic acid functional groups. When an amine reacts with a carboxylic acid, an amide (or peptide) bond is formed with the release of water (hence, condensation polymerization.) This is the process through which amino acids link up to form proteins, as well as how kevlar is formed.
Most step-growth polymers are classified as condensation polymers, but some step-growth polymers (like polyurethanes formed from isocyanate and alcohol bifunctional monomers) release no condensates, as in the case of addition polymers. To alleviate inconsistencies in these naming methods, adjusted definitions for condensation and addition polymers have been developed. A condensation polymer is defined as a polymer that involves loss of small molecules during its synthesis, or contains heteroatoms as part of its backbone chain, or its repeat unit does not contain all the atoms present in the hypothetical monomer to which it can be degraded.
_______________________________________________________
1 Согласно Руководству ИЮПАК по химической терминологии (IUPAC Gold Book) термин «polymerization» означает «the process of converting a monomer mixture of monomers into a polymer». Согласно российской классификации под термином «полимеризация» понимают процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путем много-кратного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера.
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| молекулы мономера | |
| трехмерные сетки | |
| полимерные цепи | |
| полимеризация | |
| поликонденсация | |
| тройная химическая связь | |
| ненасыщенные мономеры | |
| бифункциональные мономеры | |
| гипотетический мономер | |
| выделение воды |
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| addition polymer | |
| condensation polymer | |
| to make up the polymer | |
| to form the repeating chain | |
| to incorporate double chemical bonds | |
| to link up with monomers | |
| to bond together | |
| loss of small molecules | |
| functional groups | |
| to contain heteroatoms |
Упражнение 4. Передайте на русском языке основное содержание текста упражнения 1.
Упражнение 5. Прочитайте текст про себя. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.
Полимеризация — процесс синтеза высокомолекулярного вещества путём последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Обычно в процессе полимеризации принимают участие соединения, содержащие кратные связи, способные, раскрываясь, образовывать новые с другой молекулой мономера, обеспечивая рост цепи.
Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.
Полиприсоединение – это процесс образования полимеров из би- или полифункциональных соединений без выделения низко-молекулярных веществ. По своей схеме полиприсоединение аналогично полимеризации, так как элементарный состав продуктов соответствует составу исходных веществ. Однако, аналогично поликонденсации, полиприсоединение является ступенчатым процессом, состоящим из отдельных независимых стадий. Примером полиприсоединения являются реакции диизоцианатов с диолами.
Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок.
Condensation polymers are any class of polymers formed through a condensation reaction, releasing (or condensing) a small molecule by-product such as water or methanol, as opposed to addition polymers which involve the reaction of unsaturated monomers. Types of condensation polymers include polyamides, polyacetals and polyesters.
Condensation polymerization, a form of step-growth polymerization, is a process by which two molecules join together, with the loss of a small molecule which is often water. The type of end product resulting from a condensation polymerization is dependent on the number of functional end groups of the monomer which can react.
Monomers with only one reactive group terminate a growing chain, and thus give end products with a lower molecular weight. Linear polymers are created using monomers with two reactive end groups and monomers with more than two end groups give three dimensional polymers which are crosslinked.
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
In polymer chemistry, a series of condensation reactions take place whereby monomers or monomer chains add to each other to form longer chains. This may also be termed as “condensation polymerization” or “step-growth polymerization”. It occurs either as a homopolymerization of an A-B monomer or a polymerization of two co-monomers A-A and B-B. Small molecule condensates are usually liberated, unlike in addition polymerization where there is no liberation of small molecules.
A high conversion rate is required to achieve high molecular weights.
In general, condensation polymers form more slowly than addition polymers, often requiring heat. They are generally lower in molecular weight. Monomers are consumed early in the reaction; the terminal functional groups remain active throughout and short chains combine to form longer chains.
Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие предложения.
1. In the synthesis of polymers, monomers react and become covalently bonded with one another through the loss of a water molecule.
2. A condensation reaction may be considered as the opposite of a hydrolysis reaction.
3. Most commonly known condensation polymers are proteins, and fabrics such as nylon, silk, or polyester.
4. Addition polymerization involves the breaking of double or triple bonds, which are used to link monomers into chains.
5. Chain growth polymers grow to high molecular weight at a very fast rate.
6. Condensation polymers, unlike addition polymers are bio-degradable.
7. The first useful addition polymer was made by accident in 1933 by chemists Reginald Gibson and Eric Fawcett.
8. Addition polymers are widely used today in the form of rubber.
9. Addition polymers are non-biodegradable and hard to recycle.
10. An addition polymer is a polymer which is formed by an addition reaction, where many monomers bond together via rearrangement of bonds without the loss of any atom or molecule.
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения.
1. В реакции поликонденсации могут вступать как один мономер с двумя различными функциональными группами, так и два мономера, несущие различные функциональные группы.
2. Практически все биополимеры (белки, ДНК и РНК, целлюлоза, хитин и пр.) синтезируются в живых организмах поликонденсацией с участием соответствующих комплексов ферментов.
3. Полимеризационными называют полимеры, образующиеся из мономеров без выделения низкомолекулярных побочных продуктов.
4. Конденсационными называют полимеры, которые образуются из полифункциональных мономеров различными реакциями поликонденсации, протекающими с выделением низкомолекулярного продукта.
5. Полимеризация — это процесс получения высокомолекулярных веществ, при котором молекула полимера (макромолекула) образуется путём последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру на конце растущей цепи.
6. Полимеризация — это метод синтеза полимеров, при котором взаимодействие молекул мономера (или мономеров) не сопровождается обычно выделением побочных низкомолекулярных соединений.
7. Поликонденсация — это процесс получения полимеров из би- или полифункциональных соединений (мономеров), сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.).
8. Поликонденсация или подобные ей процессы лежат в основе биосинтеза белков, нуклеиновых кислот, целлюлозы.
9. По числу участвующих в реакции мономеров полимеризацию разделяют на гомополимеризацию (один мономер) и сополимеризацию (два и более).
10. Методами полимеризации получают около 3/4 общего мирового выпуска синтетических полимеров, в том числе такие наиболее крупнотоннажные, как полиолефины, полистирол, поливинилхлорид, а также основную массу синтетических каучуков.
Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания.
monomer molecules — трехмерные сети — step-growth polymerization — ненасыщенные мономеры — triple chemical bond — выделение воды — to incorporate double chemical bonds — функциональные группы — multiple bond — бифункциональное соединение — by-product — линейный полимер — crosslinked polymer — скорость преобразования — synthetic rubber — побочный продукт — three-dimensional networks — ступенчатая полимеризация — triple chemical bond — реакция конденсации — non-saturated monomers — release of water — кратная связь — сшитый полимер — conversion rate — реакция гидролиза
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока.
1. What is addition polymerization?
2. What is condensation polymerization?
3. What are the examples of addition polymers?
4. What are the examples of condensation polymers?
5. What kind of polymers is generally lower in molecular weight?
Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
Unit 3
SUPRAMOLECULAR STRUCTURE OF POLYMERS
Упражнение 1. Прочитайте текст вслух.
Polymer molecules come in many shapes and sizes. A polymer may be a long chain of a single monomer repeated over and over again or a complex network containing dozens of different types of monomers. The identity, variety, and arrangement of monomers in a polymer molecule affect the chemical and physical properties of the polymer molecule. The arrangement of macromolecules defines bulk properties of the polymer material.
A synthetic polymer may be described as crystalline if it contains regions of three-dimensional ordering on atomic (rather than macromolecular) length scales, usually arising from intramolecular folding and/or stacking of adjacent chains. Synthetic polymers may consist of both crystalline and amorphous regions; the degree of crystallinity may be expressed in terms of a weight fraction or volume fraction of crystalline material. Few synthetic polymers are entirely crystalline.
Polymer crystals frequently do not display the perfection that is usual for low-molar-mass substances. A crystallite may have irregular boundaries and parts of its constituent macromolecules may extend beyond its boundaries. The smallest, regularly repeating material portion contained in a parallelepiped from which a crystal is formed by parallel displacements in three dimensions is called a unit cell.
Unlike in the case of low-molar-mass substances, the unit cell of polymer crystals usually comprises only parts of the polymer molecule and the regularity of the periodic repetition may be imperfect.
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| периодически повторяющийся | |
| кристаллический | |
| сложно организованная сетка | |
| атомарный масштаб | |
| внутримолекулярный | |
| массовая доля | |
| объемные свойства | |
| межмолекулярный | |
| аморфная область | |
| наложение смежных цепей | |
| единичная ячейка | |
| объемная доля |
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| arrangement of macromolecules | |
| degree of crystallinity | |
| intramolecular folding | |
| crystallite | |
| crystalline region | |
| three-dimensional ordering | |
| constituent macromolecule | |
| imperfect regularity | |
| macromolecular length scale | |
| repeating material portion | |
| parallel displacement | |
| to display the perfection |
Упражнение 4. Передайте на английском языке основное содержание текста упражнения 1.
Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.
Для молекул белков и нуклеиновых кислот характерно наличие нескольких уровней организации — первичной, вторичной и третичной структур. Первичная структура определяется последовательностью мономеров. Вторичная структура белков образуется при взаимодействии аминокислот с помощью водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Третичная структура зависит от взаимодействия вторичных структур, четвертичная, как правило, образуется при объединении нескольких молекул с третичной структурой.
Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов в цепи. Вторичная структура — это структура, образованная за счёт нековалентных взаимодействий нуклеотидов и водородных связей. Двойная спираль ДНК является классическим примером вторичной структуры. Это самая распространенная в природе форма ДНК, которая состоит из двух антипараллельных комплементарных полинуклеотидных цепей.
Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок:
The attractive forces between polymer chains play a large part in determining a polymer’s properties. Because polymer chains are so long, these interchain forces are amplified far beyond the attractions between conventional molecules. Different side groups on the polymer can lend the polymer to ionic bonding or hydrogen bonding between its own chains. These stronger forces typically result in higher tensile strength and melting points.
The attractive forces between polyethylene chains arise from weak Van der Waals forces. Molecules can be thought of as being surrounded by a cloud of negative electrons. As two polymer chains approach, their electron clouds repel one another. This has the effect of lowering the electron density on one side of a polymer chain, creating a slight positive dipole on this side. This charge is enough to actually attract the second polymer chain. Van der Waals forces are quite weak, however, so polyethylene can have a lower melting temperature compared to other polymers.
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
Branching of polymer chains also affect the supramolecular properties of polymers. Long chain branches may increase polymer strength and toughness, due to an increase in the number of entanglements per chain.
Short side chains may likewise reduce crystallinity due to disruption of the crystal structure. Reduced crystallinity may also be associated with increased transparency due to light scattering by small crystalline regions.
A good example of this effect is related to the range of physical attributes of polyethylene. High density polyethylene (HDPE) has a very low degree of branching, is quite stiff, and is used in applications such as milk jugs. Low density polyethylene (LDPE), on the other hand, has significant numbers of short branches, is quite flexible, and is used in applications such as plastic films.
The branching index of the polymer is a parameter that characterizes the effect of long-chain branches on the size of a branched macromolecule in solution.
Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения:
1. Tie molecule: a molecule that connects at least two different crystals.
2. Stem: a crystallized, sticklike portion of a polymer chain connected to non-sticklike portions, or chain ends.
3. Chain folding: the conformational feature in which a loop connects two parallel stems belonging to the same crystal.
4. Globular-chain crystal: a type of crystal comprised of macromolecules having globular conformation.
5. Dendrite: a crystalline body produced by skeletal growth, leading to a ‘tree-like’ supramolecular structure.
6. Fibrous crystal: a type of crystal significantly longer in one dimension than in either of the other two.
7. Shish-kebab structure: a polycrystalline structure consisting of fibrous crystals surrounded by lamellar crystals, the stems of which are parallel to the fibre axis.
8. Spherulite: a polycrystalline, roughly spherical morphology consisting of lath, fibrous or lamellar crystals emanating from a common centre.
9. Lath crystal: a lamellar crystal prevailingly extended along one lateral dimension.
10. Extended-chain crystal: a polymer crystal in which the chains are in an essentially fully extended conformation.
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения.
1. Дендрит представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной кристаллизации, когда кристалл расщепляется по определенным законам.
2. Степень кристалличности полимера определяет его многие объемные свойства.
3. Кристаллическая структура полимеров менее совершенна по сравнению с низкомолекулярными соединениями.
4. Надмолекулярная структура полимеров представляет собой участки кристаллической и аморфной фаз.
5. Полисахариды, синтезируемые живыми организмами, состоят из большого количества моносахаридов, соединённых гликозидными связями.
6. К макроконформационным полимерным образованиям относят дендриты, сферолиты, а также фибриллярные и ламеллярные структуры.
7. ДНК удерживается в двойной спирали за счет комплементарного спаривания оснований — образования водородных связей.
8. Третичная структура белка образуется при взаимодействии вторичных структур и стабилизуется ковалентными, ионными, водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.
9. Полиэтилен низкого давления имеет более высокую степень кристалличности по сравнению с полиэтиленом высокого давления.
10. Многие полимерные системы обладают свойством самоорганизации на супрамолекулярном уровне.
Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания
crystallite — дефекты в упорядоченности — intramolecular folding — аморфная область — constituent macromolecule — fourth order structure — единичная ячейка — parallel displacement — наложение смежных цепей — arrangement of molecules — периодически повторяющийся — кристаллический — macromolecular length scale — сложно организованная сеть — атомарный масштаб — stacking of adjacent chains — volume fraction — массовая доля — crystalline region — выходить за пределы — imperfect regularity — межмолекулярный — three-dimensional ordering — взаимное расположение молекул — параллельный перенос — unit cell — мольная доля — tertiary structure — degree of crystallinity — repeating material portion — внутримолекулярный — complex network — supramolecular level — первичная структура — двойная спираль
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока.
1. What scale of polymer structure and properties is called supramolecular?
2. Describe two main types of organization in supramolecular polymer aggregates.
3. What is a crystalline phase?
4. What is more amorphous: HDPE or LDPE?
5. Are polymer crystals more regular than the low molecular weight ones?
Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
Unit 4
PHASE BEHAVIOR OF POLYMERS
Упражнение 1. Прочитайте текст вслух.
Consider a polymer which is slowly cooling down. At a certain temperature, the average kinetic energy of macromolecules no longer exceeds the binding energy between neighbouring molecules and the growth of organized solid crystal begins. Formation of an ordered system takes a certain amount of time since the molecules must move from their current location to energetically preferred points at crystal nodes.
As temperature falls, molecular motion slows down further and, if the cooling rate is fast enough, molecules never reach their destination — the substance enters dynamic arrest and a disordered, glassy solid (or supercooled liquid) forms. Such arrest apparently takes place at a certain temperature, which is called the glass transition temperature.
Above Tg, the secondary, non-covalent bonds between the polymer chains become weak in comparison to thermal motion, and the polymer becomes rubbery and capable of elastic or plastic deformation without fracture.
Polymer macromolecules start to reform due to thermal motion. Application of a stress favors some conformations over others, so the molecules of the polymer will gradually “flow” into the favored conformations over time. This state of a polymer is called a viscous flow state.
Therefore the phase behavior of polymer materials is more complex in comparison with low molecular weight substances. Although crystalline fragments have a melting point, the amorphous structures have a glass transition temperature separating glass and rubber states.
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| медленно охлаждающийся | |
| высокоэластическое состояние | |
| движение замедляется | |
| динамическая блокировка | |
| сверхохлажденная жидкость | |
| нековалентная связь | |
| приложение нагрузки | |
| пластическая деформация | |
| кинетическая энергия | |
| вязкотекучее состояние | |
| фазовые свойства | |
| стеклование | |
| разупорядоченный | |
| стеклообразное состояние |
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| binding energy | |
| neighbouring molecules | |
| organized solid crystal | |
| ordered system | |
| energetically preferred points | |
| crystal node | |
| glassy solid | |
| glass transition temperature | |
| thermal motion | |
| cooling rate | |
| to flow into conformation | |
| favored conformation | |
| melting point | |
| elastic deformation |
Упражнение 4. Передайте на английском языке основное содержание текста упражнения 1.
Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.
К термопластичным материалам или термопластам относятся полимеры, которые при нагревании из стеклообразного состояния в высокоэластическое и вязкотекучее). В зависимости от температуры аморфные термопласты имеют 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.
Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования.
При повышении температуры термопластичный материал переходит из высокоэластического состояния в вязкотекучее. Температура такого перехода называется температурой текучести. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения.
В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления.
Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок:
The glass transition temperature corresponds to the temperature where when you heat to and above this temperature, the polymer goes from a hard glassy material to a rubbery material. On a plot of strength vs. temperature, as you go through the glass transition temperature you lose mechanical strength.
A material’s glass transition temperature is the temperature below which molecules have little relative mobility is usually applicable to wholly or partially amorphous phases.
Above the glass transition temperature, a motion started at one point on a polymer chain will produce results, say 50 atoms along the chain away from where the initial disturbance occurred.
Thermoplastic (non-crosslinked) polymers are proved to be complex because, in addition to a melting temperature, Tm, above which all their crystalline structure disappears, such plastics have a second, lower Tg below which they become rigid and brittle, and can crack and shatter under stress.
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
Polymer bulk properties are strongly dependent upon their structure and mesoscopic behavior. A number of qualitative relationships between structure and properties are known.
Increasing chain length tends to decrease chain mobility, increase strength and toughness, and increase the glass transition temperature (Tg). This is a result of the increase in chain interactions such as Van der Waals attractions and entanglements that come with increased chain length. These interactions tend to fix the individual chains more strongly in position and resist deformations and matrix breakup, both at higher stresses and higher temperatures.
Crosslinking tends to increase Tg and increase strength and toughness because crosslinking includes formation of chemical bonds between chains.
Inclusion of plasticizers tends to lower Tg and increase polymer flexibility. Plasticizers are generally small molecules that are chemically similar to the polymer and create gaps between polymer chains for greater mobility and reduced interchain interactions.
Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения:
1. The glass transition temperature is the temperature below which the physical properties of amorphous materials vary in a manner similar to those of a solid phase.
2. Proteins also possess a glass transition temperature below which both anharmonic motions and long-range correlated motion within a single molecule occur.
3. When a stress is applied to a viscoelastic material such as a polymer, parts of the long polymer chain change position.
4. Polymers remain a solid material even when these parts of their chains are rearranging in order to accompany the stress, and as this occurs, it creates a back stress in the material.
5. Vitrification (glass formation below the melting point) can occur when starting with a liquid such as water, usually through very rapid cooling or the introduction of agents that suppress the formation of ice crystals.
6. If a plastic with some desirable properties has a Tg which is too high, it can sometimes be combined with another in a copolymer or composite material with a Tg below the temperature of intended use.
7. The Space Shuttle Challenger disaster was caused by rubber O-rings that were below their glass transition temperature on an unusually cold Florida morning, and thus could not flex adequately to form proper seals between sections of the two solid-fuel rocket boosters.
8. The term “melting point” when applied to polymers suggests not a solid-liquid phase transition but a transition from a crystalline or semi-crystalline phase to a solid amorphous phase.
9. The boiling point of a polymer substance is never defined due to the fact that polymers will decompose before reaching theoretical boiling temperatures.
10. Thermosetting polymers will decompose at high temperatures rather than melt.
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения.
1. Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы.
2. Переход из высокоэластического состояния в вязкотекучее происходит в определенном интервале температур.
3. Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %.
4. При нагревании аморфного материала обычно визуально наблюдается нефазовый переход, напоминающий процесс плавления для кристаллизующихся термопластов.
5. Большинство промышленных полимеров используются в высокоэластическом или стеклообразном состояниях
6. Реактопласты отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
7. Есть материалы, которые могут быть аморфными или кристаллизоваться в зависимости от условий переработки..
8. Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (центры кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов.
9. В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться.
10. При повышении температуры стекловании повышается температура эксплуатации аморфного материала.
Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания
binding energy — с течением времени — замедление движения — glass transition temperature — organized solid crystal — пластическая деформация — crystal node — медленно охлаждающийся — фазовые свойства — thermal motion — нековалентная связь — neighboring molecules — определенное время — сверхохлажденная жидкость — energetically preferred points — динамическая блокировка — favored conformation — elastic deformation — стеклообразное состояние — thermoplastic polymers — приложение нагрузки — viscous flow state — melting point — glassy solid — вязкотекучее состояние — rubber state — разупорядоченный — stress — стеклование — ordered system — разлом — термореактивные полимеры
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока.
1. Is there any difference between glass transition and crystallizing?
2. Describe three types of amorphous polymer phase states.
3. What structure of a polymer body corresponds to glass state?
4. Does glass-transition temperature correspond to a single temperature point or temperature range?
5. Can we take a crystal (even a low molecular weight one) and transform it into a glass state body?
Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
Unit 5
PROCESSING OF POLYMERS
Упражнение 1. Прочитайте текст вслух.
Processing is the source of much of the variability in properties of synthetic polymers. Different processing conditions determine the difference between a milk jug and, to a great extent, high strength PE fibers (ultra oriented). Processing is one component of a series of steps that lead to a plastic product or component from raw feed stocks. Although each commodity polymer has a somewhat different sequence of industrial stages involved in bringing it to market, a simple and fairly exemplary case is a polyethylene bottle of shampoo.
The various grade polymers are partly composed of blends of different branch content, molecular weight and density from different synthetic reaction conditions. For example, a film blowing grade of polyethylene might contain a blend of linear low density polyethylene, branch content metallocene polyethylene and low density polyethylene.
Polymers offer certain unique problems in processing. They are viscoelastic fluids which display high viscosity and broad transition temperatures. Machinery is large and involves a significant energy input. Polymers degrade (chain breakup) resulting in a loss of properties with exposure to high temperatures and stress for an extended period of time.
Some basic processing operations and machinery are extrusion, screw extruder, fiber drawing, injection molding, blow molding, dip coating, calendering, mixing/dispersion, melting, modification, and introduction of additives.
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| условия переработки | |
| сверхвысокоориентированное волокно | |
| последовательность стадий производства | |
| вывод на рынок | |
| полимеры различных марок | |
| оборудование | |
| деструктировать (разрушаться) | |
| воздействие высоких температур | |
| воздействие нагрузок | |
| экструзия | |
| литье под давлением | |
| нанесение покрытия погружением | |
| смешение | |
| диспергирование | |
| модификация |
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| variability in properties | |
| high strength fiber | |
| raw feed stock | |
| commodity polymer | |
| blend | |
| reaction conditions | |
| branch content metallocene polyethylene | |
| significant energy input | |
| loss of properties | |
| processing operations | |
| screw extruder | |
| fiber drawing | |
| blow molding | |
| calendering | |
| introduction of additives |
Упражнение 4. Передайте на английском языке основное содержание текста упражнения 1.
Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.
Экструзия — это непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы.
В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, оболочки кабелей и т.д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одночервячные и двухчервячные экструдеры. Главным требованием, предъявляемым к червячным машинам, является гомогенизация расплава (равномерное перемешивание и распределение различных добавок, равномерность температурного поля) при высокой производительности.
По характеру протекающих в канале червяка экструдера процессов можно условно разделить червяк на несколько зон:
- зона питания или транспортировки твердого материала
- зона плавления или пластикации
- зона дозирования или транспортирования расплава.
Упражнение 6. Переведите на русский язык следующий отрывок:
Polymer processing is of importance to a variety of parts of a fairly intricate industrial complex. Understanding some of the features of polymer processing can be an asset in dealing with production problems encountered not only in the polymer and plastics industry but in almost every area of manufacturing ranging from biomedical devices to micro-electronics.
Following the motives of other chemical engineering disciplines, polymer processing can be categorized according to type of equipment used (unit operations): extrusion, injection molding, blow molding, calendering, mixing/dispersion, rotational molding. The unit operations approach is a historic approach and was largely given up in the chemical engineering field with the rapid advent of new and diverse operations.
The modern chemical engineering approach is to study the elementary steps (or physical stages) of all unit operations in a single focal area and to then demonstrate how these elementary steps fit into each of the typical unit operations. For example, elementary steps of polymer processing may include: particulate solids processing, melting, pressurization and pumping, mixing, molding, devolitilization and etc.
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
Additives are used in polymers to prevent polymer degradation, resulting from exposure to heat, shear and light. They broaden the property and application range by providing higher functionality and enhanced performance.
Synergistic antioxidant blends, comprising phosphites or phosphonites and phenols, are used to ensure thermal and processing stability during pelletization, processing and end-use.
Ultraviolet light, the same type that causes skin to sunburn, can initiate chemical reactions in polymers, resulting in polymer chain destruction and loss of chemical and physical properties. The light stabilizers can improve the light stability of polypropylene. These are, for example, ultraviolet light absorbers or hindered amine/amide light stabilizers.
Besides additives for thermal, processing and light stability, other additives, such as nucleating agents, antistats, slip agents and colorants may also have to be added to achieve the desired property portfolio of a given polymer grade.
Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения:
1. Because of its simplicity and ability to deliver high shear rates the screw extruder is a crucial component of almost every polymer processing operation.
2. Injection molding is a manufacturing technique for making parts from both thermoplastic and thermosetting plastic materials in production.
3. Typically, HDPE grades for blow molding are pelletized under high shear and high temperatures (often above 260 °C).
4. Extrusion is a manufacturing process used to create long objects of a fixed cross-sectional profile.
5. Vacuum forming is a process where a sheet of plastic is heated to a forming temperature, stretched onto or into a single-surface mold, and held against the mold by applying vacuum between the mold surface and the sheet.
6. Molten plastic is injected at high pressure into a mold, which is the inverse of the product’s shape.
7. Thermoforming is a manufacturing process for thermoplastic sheet or film. The sheet or film is heated between infrared, natural gas, or other heaters to its forming temperature.
8. Casting is a manufacturing process by which a liquid material such as a polymer melt is introduced into a mould, allowed to solidify within the mould, and then ejected or broken out to make a fabricated part.
9. Blow molding or blow forming is a manufacturing process by which hollow plastic parts are formed.
10. In extrusion blow molding, plastic is melted and extruded into a hollow tube that is then captured by closing it into a cooled metal mold.
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения.
1. В широком смысле переработку полимеров можно рассматривать как некую инженерную специальность, занимающуюся превращением исходных полимерных материалов в требуемые конечные продукты.2. В настоящее время имеется множество процессов и методов переработки полимеров, основными из них являются каландрование, литье, прессование, литье под давлением, экструзия и т.д.3. Процесс введения в полимер модифицирующих добавок называется компаудированием.
4. Полимеры, полученные путем полимеризации, обычно представляют собой мелкие гранулы или порошок и должны быть подготовлены к дальнейшей переработке.
5. В расплав или раствор полимера перед переработкой вводят такие компоненты, как пластификаторы, стабилизаторы, наполнители и т.д.6. Процесс каландрования обычно применяют для производства непрерывных пленок и листов.7. Полые изделия, такие, как мячи и куклы, получают в процессе, называемом «ротационное литье».8. Наиболее удобным процессом для производства изделий из термопластичных полимеров является процесс литья под давлением.9. Метод прямого прессования широко используется для производства изделий из термореактивных материалов.10. Вспенивание является простым методом получения пенообразных и губкообразных материалов.Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания
условия переработки — fiber drawing — воздействие нагрузок — blends — вытягивание волокна — разрушение полимера — commodity polymer — диспергирование — variability in properties — raw feed stock — марка полимерного материала — последовательность промышленных процессов — loss of properties — calendering — screw extruder — нанесение покрытия погружением — to a great extent — сверхвысокоориентированный — processing operations — воздействие высоких температур — exemplary case — литье под давлением — модификация — branch content metallocene polyethylene — экструзия — вывод на рынок — significant energy input — оборудование
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока.
1. What are the main stages of polymer processing?
2. What is the typical machinery for polymer processing?
3. How do we call the stage when additives are introduced into a polymer melt?
4. Describe a unit for production of polymer films.
5. Can we just take a polyethylene out of the reactor and make a shampoo bottle?
Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках
Unit 6
POLYMERIZATION CATALYSIS
Упражнение 1. Прочитайте текст вслух.
A catalyst is a substance which alters the rate of a chemical reaction but is chemically unchanged at the end of the reaction. Most catalysts make chemical reactions go faster (“positive catalysts” or “promoters”). However, sometimes we want a chemical reaction to go more slowly. So we choose a “negative catalyst” (an “inhibitor”).
Catalysts work by providing an alternative mechanism of reaction involving a different transition state and lower activation energy. Catalysts can be either heterogeneous or homogeneous. Biocatalysts are often seen as a separate group.
Catalysis is of paramount importance in the polymer industry. The production of most industrially important polymers involves catalysis. For example, coordination polymerization is a form of catalyzed polymerization in which monomer adds to a growing polymer macromolecule through an organometallic active center. The development of this polymerization technique started in the 1950s with heterogeneous Ziegler-Natta catalysts based on titanium tetrachloride and an aluminum co-catalyst such as methylaluminoxane.
In many applications Ziegler-Natta polymerization is succeeded by metallocene catalysis polymerization. Polymerizations catalysed by metallocenes occur via the Cossee-Arlman mechanism.
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| влиять на скорость химической реакции | |
| химически неизменный | |
| ускорять реакцию | |
| замедлять реакцию | |
| альтернативный путь реакции | |
| энергия активации | |
| гетерогенный катализатор | |
| гомогенный катализатор | |
| катализируемая полимеризация | |
| полимеризация на металлоцене |
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.
| promoter (positive catalyst) | |
| inhibitor (negative catalyst) | |
| transition state | |
| biocatalysts | |
| coordination polymerization | |
| organometallic active center | |
| growing macromolecule | |
| Ziegler-Natta catalysts | |
| co-catalyst | |
| polymerization technique |
Упражнение 4. Передайте на английском языке основное содержание текста упражнения 1.
Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.
Открытое Циглером и Натта явление стереоспецифического катализа позволило синтезировать высокомолекулярные полимеры моно- и диолефинов, в том числе все четыре стереорегулярных полибутадиена. Данный тип полимеризации обеспечивает возможность получения полимеров заданной регулярной структуры и молекулярно-массового распределения.
Ионно-координационная полимеризация — каталитический процесс образования макромолекул, в котором стадии разрыва л-связи предшествует возникновение координационного комплекса между мономером и катализатором. Структура мономера и тип катализатора оказывают основное воздействие как на процесс комплексообразования, так и на стереорегулярность полимера.
Из катализаторов Циглера-Натта в производстве полимеров обычно используют комплексы алюминийалкилов и галогенпроизводные титана и ванадия. Катализаторами могут являться также п-аллильные комплексы переходных металлов и оксидно-металлические катализаторы.
Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок:
Catalysts can be divided into two main types — heterogeneous and homogeneous. In a homogeneous reaction, the catalyst is in the same phase as the reactants. Heterogeneous catalysis involves the use of a catalyst in a different phase from the reactants. Typical examples involve a solid catalyst with the reactants as either liquids or gases.
Most examples of heterogeneous catalysis go through the same stages. One or more of the reactants are adsorbed onto the surface of the catalyst at active sites. Then there is some sort of interaction between the surface of the catalyst and the reactant molecules which makes them more reactive. The reaction happens. The product molecules are desorbed.
A good catalyst needs to adsorb the reactant molecules strongly enough for them to react, but not so strongly that the product molecules stick more or less permanently to the surface.
Metals like platinum and nickel make good catalysts because they adsorb strongly enough to hold and activate the reactants, but not so strongly that the products can’t break away.
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
Acid catalysis is mainly used for organic chemical reactions. This is a typical example of a homogeneous catalysis reaction. There are many possible chemical compounds that can act as sources for the pro
