Дудко Г.М-вчитель Луцької ЗОШ №13

СИНТЕТИЧНІ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНІ РЕЧОВИНИ. ПОЛІМЕРИ. ПЛАСТМАСИ. КАУЧУКИ І ГУМА

Цілі:

формування ключових компетентностей:

· основні компетентності у природничих науках і технологіях;

· екологічна грамотність і здорове життя;

· уміння вчитися впродовж життя;

формування предметних компетентностей:

· формувати знання учнів про синтетичні високомолекулярні речовини, полімери, реакції полімеризації і поліконденсації, пластмаси, каучуки і гуму та сфери їх використання;

· розвивати екологічне мислення;

· виховувати інтерес до вивчення хімії.

Обладнання: мультимедійний проектор, комп'ютер, зразки пластмас, каучуків і гуми.

Тип уроку: ВНМ (Д).

Форми роботи: пояснення вчителя, бесіда, прийоми «Асоціативний кущ», «Творча лабораторія».

ХІД УРОКУ

І. ОРГАНІЗАЦІЯ КЛАСУ

II. ОГОЛОШЕННЯ ТЕМИ І МЕТИ УРОКУ

ІІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

Ø Прийом «Асоціативний кущ»

IV. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Потреби людини в різних матеріалах постійно зростають, але ресурси природних матеріалів на планеті обмежені. Отже, органічні сполуки мають дуже широкий спектр застосування, але найбільш важливе їх значення у створенні нових матеріалів.

Проблема: Які нові матеріали дають можливість створити органічні сполуки? Якими особливими властивостями вони володіють?

V. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ (ПОЯСНЕННЯ ВЧИТЕЛЯ + БЕСІДА)

Полімери

В основі створення новітніх матеріалів лежать високомолекулярні сполуки — полімери.

Полімери — природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних угруповань, сполучених між собою в довгі лінійні або розгалужені ланцюги.

Полімеризація — це послідовне сполучення однакових молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної речовини.

Поліконденсація — це процес утворення високомолекулярних сполук з низькомолекулярних, що зазвичай супроводжується виділенням побічних речовин (води, амоніаку, хлороводню тощо).

Пластмаси

Пластичними матеріалами називають велику групу матеріалів, що в період переробки у вироби мають пластичні властивості, але за звичайних умов являють собою тверді та пружні речовини.

Пластмаси формують за підвищеної температури, у той час коли вони мають високу пластичність.

Сировиною для отримання полімерів є нафта, природний газ, кам’яне вугілля, сланці.

Поширенню пластмас сприяють їх мала густина, що значно зменшує масу деталей, висока корозійна стійкість, широкий діапазон властивостей. Добрі антифрикційні характеристики багатьох пластмас дають можливість з успіхом застосовувати їх для виготовлення підшипників ковзання. Високий коефіцієнт тертя деяких пластмас дозволяє використовувати їх для гальмових пристроїв. Певні пластмаси мають специфічні властивості: високі електроізоляційні характеристики, велику прозорість та ін.

Важливою перевагою пластмас є можливість їх переробки у вироби найбільш продуктивними способами з коефіцієнтом використання матеріалу 0,9-0,95 — литтям, видавлюванням тощо.

Водночас пластмасам притаманні й деякі недоліки: невисокі міцність, твердість і жорсткість, велика повзучість, особливо у термопластів, низька теплостійкість (більшість пластмас має робочу температуру не вище ніж 200 °С, і лише деякі можуть працювати за 300-400 °С), низька теплопровідність (у 500-600 разів менша, ніж у металів), здатність старіти (втрачати властивості під впливом тепла, світла, води та інших факторів).

Під час старіння зменшується еластичність і міцність пластмас, збільшується їх жорсткість і крихкість. Під еластичністю розуміють здатність матеріалу до великих зворотних деформацій. Цей термін за фізичним сенсом аналогічний пружності, але перший уживають для аморфних, а другий — для кристалічних тіл.

Більшість полімерів перебуває в аморфному (склоподібному) стані. Такі полімери називають смолами. У пластмасах може бути присутньою певна кількість кристалічної фази, яка підвищує міцність, жорсткість і теплостійкість полімеру. У виробництві пластмас використовують в основному синтетичні смоли.

Крім полімерів пластмаси можуть містити наповнювачі, пластифікатори та спеціальні добавки, що надають пластмасі певних властивостей.

Наповнювачами (зміцнювальними компонентами) можуть бути органічні або неорганічні речовини у вигляді порошків (графіт, деревне або кварцове борошно), волокон (паперових, бавовняних, азбестових, скляних) або листів (тканина, папір, деревний шпон). Наповнювачі підвищують міцність, зносостійкість, теплостійкість та інші властивості пластмас. Їх частка у пластмасі може досягати 40-80 %.

Пластифікатори вводять для підвищення пластичності та еластичності пластмас (гліцерин, касторове або парафінове масло).

Добавками можуть бути:

· стабілізатори — речовини, які уповільнюють старіння (сажа, сірчані сполуки, феноли);

· мастильні матеріали — речовини, що усувають прилипання матеріалу до прес-форми, збільшують його текучість, зменшують тертя між частинками композиції (віск, стеарин, олеїнова кислота);

· барвники — речовини, що надають пластмасовим виробам декоративного вигляду (охра та ін.);

· каталізатори — речовини, що прискорюють твердіння пластмаси (уротропін, оксиди металів);

· антипірени — речовини, які зменшують горючість полімерів (наприклад, сполуки сурми);

· антистатики — речовини, які перешкоджають виникненню і накопиченню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів;

· пороутворювачі — речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюються поро- та пінопласти з пористою структурою.

Залежно від властивостей смоли пластмаси поділяють на термопластичні й термореактивні.

Термопластичні пластмаси (термопласти) — це такі, що під час нагріву розм’якшуються, переходять у в’язкотекучий стан, а під час охолодженнія твердіють, і цей процес повторюється в разі повторного нагрівання. Тобто такі пластмаси допускають повторну переробку. Зазвичай їх робоча температура не перевищує 90 °С.

Термореактивні пластмаси (реактопласти), нагріваючись, розм’якшуються, але за певної температури відбувається полімеризація, внаслідок якої смола переходить у твердий стан і повторна переробка таких пластмас неможлива. Теплостійкість їх вища до 200-370 °С.

Каучуки

Каучуки — це еластичні матеріали, з яких методом вулканізації (нагріванням із сіркою) дістають гуму. Каучуки бувають природними та синтетичними.

Натуральний (природний) каучук за хімічним складом є високомолекулярним ненасиченим вуглеводнем складу, де n становить від 1000 до 3000. Натуральний каучук — полімер ізопрену

Його одержують із молочного соку каучуконосних рослин, головним чином із гевеї (Бразилія). Бразилія — батьківщина каучуку.

Синтетичні каучуки дістали досить широке застосування. Номенклатура гумових виробів на основі синтетичного каучуку налічує близько 50 000 назв. Найбільше синтетичних каучуків використовує шинна промисловість, машинобудівна (виготовлення деталей для автомобілів, тракторів та інших машин). Широко використовують синтетичні каучуки для виробництва технічних виробів, гумового взуття, прогумованих тканин, побутових гумових виробів, медичних товарів та ін. В електротехніці використовують каучуки для ізоляції проводів і оболонок кабелів. Рідкі каучуки застосовують для виготовлення клеїв, антикорозійних матеріалів, як зв’язуючу речовину для виготовлення твердого ракетного палива.

Гума

Гума — це вулканізований сіркою каучук. Суть вулканізації полягає в тому, що атоми Сульфуру приєднуються до лінійних (ниткоподібних) молекул каучуку за місцем подвійних зв’язків і неначе зшивають ці молекули одну з одною. У результаті вулканізації липкий і неміцний каучук перетворюється на пружну й еластичну гуму. Гума міцніша за каучук і стійкіша до змін температури.

Згідно із загальноприйнятою класифікацією, гумотехнічна галузь промисловості випускає такі види гуми:

· загального призначення (температура експлуатації Q = -50...+150 °С — шини автомобільні, взуття, ремені, амортизатори);

· термостійкі (температура експлуатації більше 150 °С — шини літаків, деталі ракет, електродвигунів);

· маслостійкі (для деталей, які працюють з дотиком до бензину, гасу, нафти та нафтопродуктів);

· хімічностійкі (для деталей, які працюють з дотиком до лугів, кислот, солей);

· газонаповнені (для теплоізоляційних деталей);

· радіостійкі (рентгенгума);

· діелектричні (ізоляція кабелю, захисні килимки, рукавиці, чоботи).

Той чи інший вид гуми отримують, в основному, за рахунок відповідних інгредієнтів, а також за рахунок технологічних особливостей.

Технологія виготовлення гуми складається з чотирьох стадій:

· різання каучуку на шматки і приготування інгредієнтів (подрібнення, просіювання, сортування, зважування);

· приготування гумової суміші в герметичних гумозмішувачах і на каландрах (валках);

· формування (на валках для листової гуми або в пресформах для штучних виробів);

· вулканізація — завершальна і дуже відповідальна операція, яка може відбуватися в пресах, котлах і автоклавах за температури 130-160 °С і тиску 18-20 МПа, але може відбуватись і за тиску 3-6 МПа. Існує також вулканізація з використанням високочастотних коливань та радіації. Якість гуми про цьому покращується, але цей спосіб занадто дорогий.

Під час вулканізації сірка з’єднується з молекулами каучуку, зшиваючи їх у тримірну структуру, яка називається гумою. Саме під час вулканізації гума набуває основної якості — можливості подовжуватись.

VІ. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Прийом «Творча лабораторія»

Демонстрація № 13. Зразки пластмас, каучуків, гуми

Під час демонстрацій учні розглядають матеріали та описують їх.

2. Визначте ступінь полімеризації поліетилену, відносна молекулярна маса якого складає 145 600.

3. Обчисліть масу поліпропену, якщо на його одержання витрачено 84 т пропену, а ступінь полімеризації становить 450.

VІІ. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

VІІІ. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Підготувати навчальні проекти на теми:

№ 24 «Синтетичні волокна: їхнє значення, застосування у побуті й промисловості».

№ 25 «Рециклінг як єдиний цивілізований спосіб утилізації твердих побутових відходів».

№ 26 «Переробка побутових відходів в Україні та розвинених країнах світу».

№ 27 «Перспективи одержання і застосування полімерів із наперед заданими властивостями».

№ 28 «Дослідження маркування виробів із полімерних матеріалів і пластмас».

№ 29 «Виготовлення виробів із пластикових пляшок».

МАТЕРІАЛИ ДО УРОКУ

Полівінілхлорид — [-CH2 - CHCl-]n

Термопластичний. Під час нагрівання розм’якшується. Горить невеликим полум’ям, створюючи чорну тендітну кульку. Під час горіння відчувається гострий запах. Досить міцний, має гарні діелектричні властивості. Обмежено розчинний у кетонах, естерах, хлорованих вуглеводнів. Стійкий до дії вологи, кислот, лугів, розчинів солей, промислових газів, бензину, гасу, жирів, спиртів. Стійкий до окиснення й практично негорючий, має невисоку теплостійкість. Застосовується для виробництва штучної шкіри, плащів, клейонки, труб, ізоляційного матеріалу для електричних проводів, будматеріалів.

Поліетилен (етиленопласт) — [-CH2 - CH2-]n

Поліетилен за кімнатної температури не розчиняється в жодному розчиннику. Зовні схожий на парафін, але значно твердіший. Поліетилен легкий, не набрякає у воді й порівняно з іншими пластмасами добрий діелектрик та високоеластичний. Застосовують його для виготовлення плівки для парників, теплиць та різних галантерейних виробів — сумок, кошиків, скатертин тощо.

Поліакрилати, або акрилопласти (органічне скло, плексиглас) — дуже поширена прозора пластмаса, з якої виготовляють найрізноманітніші вироби — посуд, чорнильниці, ручки, скло для годинників, шибки для ілюмінаторів літаків тощо. Вона не б’ється і пропускає 73 % ультрафіолетового проміння, якого звичайне скло зовсім не пропускає. Недоліком є те, що ця пластмаса недостатньо тверда; на ній швидко утворюються подряпини. Органічне скло добре обробляти різальним інструментом, шліфувати і полірувати. Його можна фарбувати в різні кольори органічними барвниками. Плексиглас під час нагрівання розм’якає, а в полум’ї загоряється.

Полістирол (етилопласт) — [-CH(C6H5)-CH2-]n

Полістирол — безбарвна, досить тверда пластична пластмаса, яка деформується вже за температури 70-90 °С. Вона досить стійка проти дії вологи і мінеральних кислот, проте від їдких лугів руйнується, а в бензені розчиняється. Її добре обробляти інструментом, можна фарбувати. Це одна з найпоширеніших пластмас, з якої виробляють найрізноманітніші вироби — галантерейні товари, посуд, що імітує кришталь, деталі радіоапаратури тощо. У разі внесення в полум’я пальника полістирол горить, виділяючи ефірний запах, а коли його погасити і доторкнутися до нього, то тягнутимуться нитки.

Поліамід (амідопласт) у чистому вигляді безбарвний, але добре фарбується в різні кольори. З нього виготовляють волокно (капрон, нейлон для панчіх і тканини, а останнім часом також виготовляють водяні крани, шестірні, втулки тощо). Під час горіння капрон виділяє запах горілих овочів. Тканини з капрону не можна прасувати гарячою праскою, бо за температури 215 °С він плавиться.

Целулоїд, ацетилцелюлоза — матеріал для виготовлення галантерейних виробів, іграшок та інших. Целулоїд — легкозаймистий. Ацетилцелюлоза на відміну від нього малозаймиста, а пластмаса — целон, яку виготовляють з неї, у полум’ї не займається, через що її часто називають негорючим целулоїдом. Целулоїдні пластмаси під час тертя об шерсть виділяють запах камфори.

Фторопласт — зовні схожий на парафін. Має високу хімічну стійкість, що перевищує стійкість золота і платини. Фторопласт не горить, а лише плавиться.

Поліпропілен — [-CH2 - CH(CH3)-]n

Термопластичний. Має властивості високої ударної міцності, високої стійкості до багаторазових вигинів, низьку паропроникність і газопроникність; гарний діелектрик, погано проводить тепло, не розчиняється в органічних розчинниках, стійкий до впливу киплячої води й лугів, але темніє й руйнується під дією HNO3, H2SO4 і хромової суміші. Має низьку термостійкість і світлостійкість. Із пропілену виготовляють волокна й плівки, що зберігають гнучкість за 100-1300 °С, пінопласт, деталі машин, профільовані вироби, труби, різну арматури, контейнери, побутові вироби та ін.

Текстоліт — електроізоляційний конструкційний матеріал, який застосовується для виробництва підшипників ковзання, шестерень та інших деталей, а також в електро- і радіотехніці. Являє собою шаруватий пластик на основі тканини з волокон і полімерного сполучного речовини (наприклад, епоксидної смоли). Текстоліт на основі склотканини називається склотекстолітом, або склопластиком.

Вініпласт — жорстка термопластична непрозора, що не містить пластифікатори, пластична маса на основі полівінілхлориду та перхлорвінілової смоли. Містить також термо- і світлостабілізатори, антиоксиданти, що запобігають руйнуванню матеріалу під час переробки та експлуатації, змащувальні речовини (полегшують його обробку та переробку), пігменти або барвники (для одержання кольорових виробів).

Гетинакс — шаруватий пластик на основі паперу й синтетичних смол. Іноді гетинакс фольгують червоно-мідною електролітичною фольгою, облицьовують бавовняними, скляними або азбестовими тканинами, армують металевою сіткою. Залежно від призначення гетинаксу випускають декількох марок. Гетинакс має високу механічну міцність, гарні електроізоляційні властивості. Гетинакс застосовують як електроізоляційний матеріал для тривалої роботи за температур від -65 до +105 °С; для виробництва панелей, кришок, втулок, шестірень, шайб та ін., а також у меблевому виробництві. З фольгованого гетинаксу виготовляють друковані схеми.