166522 (Разработка школьного элективного курса "Полимеры вокруг нас"), страница 6

Общий метод обучения: объяснительно – иллюстративный

Форма обучения: фронтальная

План лекции:

1. классификация волокон

2. природные волокна

3. искусственные волокна: получение вискозного и ацетатного волокон

4. синтетические волокна: производство капрона

1. Волокна – протяженные, гибкие, прочные тела с малыми поперечными размерами, пригодные для изготовления пряжи и текстильных изделий.

Волокна делят на натуральные (природные) и химические. Натуральные волокна могут быть растительного или животного происхождения. Химические волокна в свою очередь подразделяют на искусственные и синтетические. Классификацию волокон можно представить в виде схемы (приложение 1).

1. Природные волокна:

Волокно растительного происхождения – хлопок, лен.

Хлопковое волокно получают из субтропического растения – хлопчатника. Состав хлопкового волокна:

- целлюлоза – 96%

- пентозан – 1 – 2 %

- жиры и воска – 1%

- азотосодержащие и белковые вещества – 0,3%

- зола – 0,2 – 0,4%

Хлопковое волокно легкое, достаточно прочное, мягкое, гигроскопичное. Состоит из нескольких скрученных элементарных волоконец. Между волоконцами есть полые пространства, поэтому хлопок хорошо впитывает и испаряет влагу. Хорошая гигроскопичность хлопка связана также с его строением: гидроксогруппы целлюлозы образуют с молекулами воды водородные связи.

Волокна животного происхождения – шерсть и шелк.

Шелк вырабатывают многочисленные гусеницы и пауки. Важнейшее значение имеет тутовый шелкопряд. Основа нити – белок – фибрион шелка (78%). Элементарные фибрионовые нити склеены белковым веществом- серизином (20%). Куколку из кокона убивают струей горячего воздуха. При погружении коконов в воду серизин размягчается, так что вращающиеся в водяной бане щетки могут захватывать концы шелковых нитей из коконов. Соединяют 4 – 10 нитей, наматывают их на катушки и высушивают. Из 3 – 4 тысяч метров волокна получают 900 метров шелковой нити.

Шерсть – волокна волосяного покрова овец, коз, верблюдов и других животных.

3. Искусственные волокна:

Наибольшее значение среди искусственных волокон занимают ацетатное и вискозное волокна, получаемые из древесной целлюлозы.

Без предварительной обработки древесной целлюлозы из нее нельзя получить прочное волокно: ее необходимо перевести в растворимое состояние. Целлюлозу переводят в диацетат целлюлозы, действуя на нее уксусной кислотой. Раствор диацетата целлюлоза продавливают через фильеру с большим числом мельчайших отверстий. Нагретый воздух испаряет ацетон, а пучок тонких волоконец, выходящий из фильеры, скручивают в одну непрерывную нить. Так получают ацетатное волокно.

Получение вискозного волокна:

Из целлюлозы получают щелочную целлюлозу, которую затем обрабатывают сероуглеродом – ксантогенируют. Водный раствор ксантогената целлюлозы потом выдавливают через отверстия фильеры в осадительную ванну с серной кислотой, которая омыляет ксантогенат целлюлозы. Образуется регенерированная целлюлоза с ориентированными макромолекулами. Ориентация полимерных цепей вдоль оси волокна происходит во время его формования.

4. Синтетически волокна:

из синтетических волокон наибольший интерес представляют полиамидное волокно – полиамид – 6 (капрон) и полиэфирное – полиэтиленгликольтерефталат (лавсан).

Капрон получают из капролактала, который под воздействием воды размыкает цикл, образуя ε – капроновую кислоту. Из этой кислоты в результате поликонденсации образуется полимер линейной структуры:

n H₂N – (CH₂)₅ – COOH → [- NH – (CH₂)₅ – CO -]n + (n-1)H₂O

Домашнее задание: Заполнить таблицу

Тема 5. Пластмассы

Пластмассами называют материалы, изготовленные на основе полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять ее после охлаждения.

Пластмасса – это смесь нескольких веществ; полимер – это лишь одно из них, но самое важное. Он связывает все компоненты пластмассы в единое, более или менее однородное целое. Поэтому полимер называют связующим.

Превращать в готовое изделие проще пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются. Это так называемые термопласты, или термопластические полимеры. Их можно рационально обрабатывать и перерабатывать методом литья под давлением, вакуумной формовки, профильным прессованием. К таким пластмассам относятся полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды.

Если же в процессе формования изделия происходит сшивка макромолекул и полимер, твердея, приобретает сетчатое строение, то это вещество уже нельзя возвратить в вязкотекучее состояние нагреванием или растворением.

Такие пластмассы называют реактопластами или термореактивными полимерами. К ним относятся фенолформальдегидные, карбамидные и полиэфирные смолы.

Экскурсия на «Фабрику игрушек»

План экскурсии:

1. Знакомство с технологией производства пластмассовых игрушек.

2. Знакомство с технологией производства кукол из полихлорвинилового пластиката марки «Пластизоль Д – 17 И».

3. Посещение участка сборки кукол из отдельных деталей.

4. Посещение участка по производству мягких игрушек.

Конференция на тему «Получение и применение наиболее важных синтетических и природных полимеров»

Из года в год растет производство синтетических полимеров, это связано с широким разнообразием их полезных свойств, а также со сравнительно невысокими ценами на исходное сырье. В сравнении с другими материалами полимеры обладают рядом преимуществ. Так, они легче металлов, имеют достаточную прочность (некоторые – прочнее стали), устойчивы к агрессивным средам, не подвергаются коррозии. Несмотря на их некоторые недостатки (невысокую теплостойкость и низкую морозостойкость, склонность к деструктивным процессам), полимеры сегодня используют практически во всех областях промышленности.

К наиболее распространенным синтетическим полимерам относят полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен, эпоксидные и фенолформальдегидные полимеры и д.р. На их основе получают пластмассы, эластомеры, волокна, клеи, лаки, мастики и герметики.

Полиэтилен [ - СН₂ – СН₂ - ]_n – продукт полимеризации этилена. В зависимости от способа получения различают, как правило, полиэтилен высокого и низкого давления. Полиэтилен низкого давления имеет, в основном, линейную структуру, а полиэтилен высокого давления – разветвленное строение. Полиэтилен высокого давления – мягкий и эластичный материал, а полиэтилен низкого давления характеризуется высокой степенью кристалличности, большой плотностью и более высокой молекулярной массой. Все полиэтилены обладают высокой морозоустойчивостью (низкой температурой хрупкости) и могут эксплуатироваться при температурах до – 70^оС. Полиэтилены стойки ко многим агрессивным средам (кислоты, щелочи и т.д.) и органическим жидкостям; на холоде они не растворяются в органических растворителях, хотя набухают в некоторых из них.

Полиэтилены представляют собой воскоподобные материалы (иногда прозрачные), выпускаемые промышленностью в виде блоков, листов и гранул; перерабатываются они в изделия главным образом методами литья под давлением, экструзия (выдавливание различного полимера через сопло шприц – машины) и выдувания. Из полиэтилена производят бесшовные корозийностойкие трубки, изоляционные оболочки электропроводов и пленки, широко применяемые в качестве упаковочного материала, для изготовления покрытий, перегородок, шаров, в сельском хозяйстве и т.д. При помощи литья под давлением или выдувания получают различную тару (бутылки, склянки, ведра, корзины, бочки и т.д.). Благодаря своим прекрасным диэлектрическим свойствам полиэтилен широко применяется для изоляции электрических кабелей, в телевидении, радиолокации и для многопроводной телефонной связи.

Полиэтилен хорошо сваривается. Пропуская струю сжатого воздуха со взвешенными в ней частицами полимера через воздушноацетиленовое пламя и направляя эту струю на металлические изделия, можно покрыть их сплошным защитным слоем (метод газопламенного напыления). Тот же результат достигается при погружении разогретого до 250 – 300^оС изделия во взвесь полимера. Полиэтилен перерабатывается и обычными методами механической обработки.

Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение, которое, однако, резко замедляется при введении в полимер различных противостарителей, таких как фенолы, амины и газовая сажа.

Полипропилен [ - СН₂ – СН(СН₃) - ]_n получают ионной полимеризацией пропилена.

Полипропилен – твердое, жирное на ощупь вещество, является наиболее легким из всех известных жестких полимеров; он отличается высокой прочностью на разрыв, жесткостью и твердостью. По прочности на разрыв и удар и по теплостойкости он превосходит полиэтилен, поливинилхлорид и полистирол.

У стереорегулярного полипропилена такие же диэлектрические свойства, как и у полиэтилена, но лучшая химическая стойкость, при повышенных температурах. При помощи тех же методов, которые используются при переработке полиэтилена, из полипропилена изготавливаются трубы для горячих жидкостей, прозрачные пленки с низкой проницаемостью для жидкостей, газов и паров, бутылки флаконы и различные сосуды для химической промышленности. Используют в строительстве. Может применяться для армирования цемента. Весьма перспективно полипропиленовое волокно, которое прядется сухим методом без применения растворителей и пластификаторов.

Полиизобутилен [ - СН₂ – С(СН₃)₂ -]_n получают ионной полимеризацией изобутилена в присутствии катализаторов AlCl₃, BF₃, AlBr₃.

Низкомолекулярный полиизобутилен – вязкая жидкость, высокомолекулярный – эластичный продукт, напоминающий каучук. Эти материалы отличаются от натурального каучука тем, что они сохраняют эластичные свойства при очень низких температурах (до – 55^оС). Благодаря своей насыщенности полиизобутилены не способны вулканизироваться обычными методами и при комнатной температуре стойки к действию щелочей, галогенов и почти всех кислот. Они легко кристаллизуются при растяжении, хотя в нерастянутом состоянии аморфны. Полиизобутилен обладает прекрасными диэлектрическими свойствами, поэтому его применяют в электроизоляционной промышленности.

Полиизобутилен окисляется кислородом при длительном воздействии солнечного света (под влиянием ультрафиолетовых лучей). Этот недостаток в значительной степени устраняется путем добавления к полимеру активных наполнителей (сажа, тальк, графит) или других полимеров (полиэтилен, каучук, фенольноальдегидная смола).

Полиизобутилены хорошо растворяются в ароматических углеводородах, сероуглероде и хлорированных углеводородах, но не растворимы во многих полярных растворителях, таких как спирты и сложные эфиры. Растворы полиизобутилена используются в качестве клея.

Ввиду высокой коррозийностойкости полиизобутилен нашел широкое применение, как футеровочный (обкладочный) и прокладочный материал. Листы из него используются для защиты металлических труб и для обкладки реакторов, железнодорожных цистерн и кислотохранилищ. Они содержат наряду с полимером до 70% наполнителей (сажа, графит, асбест, тальк), которые вводятся в массу на горячих вальцах. Листы могут быть соединены при помощи сварки. Методом экструзии из полиизобутилена производят трубки, оболочки и ленты.

Длительная нагрузка при комнатной температуре вызывает у полиизобутилена необратимую деформацию («холодная текучесть»); для устранения этого нежелательного явления полиизобутилен смешивают с природными и синтетическими смолами. Широкое применение получили смеси полиизобутилена и полиэтилена.

Полистирол [ - СН₂ – СН(С₆Н₅) - ]_n получают радикальной полимеризацией стирола.