Производство синтетических материалов и пластмасс конспект

Обновлено: 05.07.2024

Пластмассы - это основные материалы современной экономики, сочетающие непревзойденную функциональность с низкой стоимостью. Будучи неотъемлемой частью экономики, известные виды пластмасс активно участвуют в самых разнообразных линейных производственно-сбытовых цепочках – от изготовления до утилизации продукции.

Что такое пластмасса?
Компонентный состав
Классификация пластмасс
Механические свойства
Другие свойства материала
Сварка пластмасс
Особенности маркировки
Сферы применения пластмасс

Что такое пластмасса?

Пластмассы - это термин, обычно используемый для описания широкого спектра синтетических или полусинтетических материалов, которые используются в огромном и постоянно растущем диапазоне приложений. Куда бы вы ни посмотрели, вы найдете пластик. Мы используем пластмассовые изделия, чтобы сделать нашу жизнь чище, проще, безопаснее и приятнее. Мы находим пластик в одежде, которую носим, в домах, в которых мы живём, и в машинах, в которых мы путешествуем. Игрушки, с которыми мы играем, экраны, на которые мы смотрим, ІТ-инструменты, которые мы используем, и медицинское оборудование, от которого мы получаем выгоду, также содержат пластик.

Пластмассы представляют собой органические материалы, такие же как дерево, бумага или шерсть. Сырьё, которое используется для производства пластмасс - это натуральные продукты: целлюлоза, уголь, природный газ, соль, но, главным образом, сырая нефть.

Мы говорим о пластике, как если бы это был единый материал, но есть на самом деле много разных пластиков. Пластмассы - это (в основном) синтетические (созданные руками человека) материалы, состоящие из полимеров. Эти полимеры представляют собой длинные молекулы, построенные вокруг цепочек атомов углерода (обычно с водородом, кислородом, серой и азотом), заполняющими пространства.

Компонентный состав

Исходя из структуры типового полимера, пластмассами называются химические вещества, образующиеся в результате устойчивого слияния нескольких органических групп.

Все полимерные цепи основаны на углеводородах - молекулах, построенных из атомов водорода и углерода. Они получаются из нефти, природного газа или угля. Сырая нефть представляет собой густую вязкую смесь, содержащую тысячи различных углеводородов, которые необходимо отделить, прежде чем мы сможем её использовать. Это происходит на нефтеперерабатывающем заводе с помощью процесса, называемого фракционной перегонкой.

Сбор и дистилляция различных частей сырой нефти при разных температурах даёт набор относительно простых смесей углеводородов, называемых фракциями, которые затем используются для изготовления различных типов пластмасс.

Полученные таким образом углеводороды являются сырьём для проведения реакций полимеризации, в результате которых образуются полимеры. Некоторые полимеры получают путём скрепления углеводородных мономеров вместе. Такой процесс называется аддитивной полимеризацией. Другие образуются путем соединения двух небольших углеводородных цепей и удаления молекулы воды. В результате создаётся более крупная углеводородная цепь. А сам процесс известен как конденсационная полимеризация.

Для ускорения полимеризации необходимо использовать определённые химические вещества, называемые катализаторами. Катализаторы - это вещества, которые повышают вероятность протекания химической реакции. Хотя они могут временно изменяться во время реакции, они снова появляются при её завершении конце в своей первоначальной форме; другими словами, они не меняются навсегда по мере того, как происходит реакция.

Поскольку эксплуатационные требования к пластмассам меняются, то часто приходится добавлять к основным углеводородам другие ингредиенты, чтобы получить полимер с точно правильными химическими и физическими свойствами. Эти дополнительные ингредиенты включают:

Красители (которые, как следует из названия, изменяют цвет пластика);
Пластификаторы (которые делают пластик более гибким, вязким, пластичным);
Стабилизаторы (чтобы пластмассы не разламывались под воздействием внешних факторов – света, давления, температуры);
Наполнители (обычно недорогие минералы, позволяющие экономить дорогостоящие углеводороды без ущерба для эксплуатационных характеристик конечного продукта).

Классификация пластмасс

Выполняется в зависимости от способа их получения. Их четыре:

Литье под давлением, которое включает в себя впрыскивание горячего пластика в форму. Пластмассовые зёрна пропускаются через шнек и нагреваются для получения расплава, который с помощью иглы впрыскивается в форму.
Выдувное формование, которое протекает практически аналогично, но после этого в пластик вдувается воздух, чтобы он расширился и заполнил форму.
Экструзия, заключающаяся в выдавливании пластика через сопло и формовочную головку (фильеру), выйдя из которой материал превращается в трубчатую заготовку.
Каландрирование – процесс, в котором используются ролики, изготавливающие плоские и гладкие листы пластмассы требующейся толщины.

Классификация пластмасс может быть также выполнена в зависимости от состава исходных компонентов. Значительное количество пластиковых полимеров изготавливаются из смол, однако во большинстве случаев используют сырую нефть. Сырая нефть представляет собой сложную смесь тысяч соединений, и её необходимо перед применением предварительно переработать – перегнать на нефтеперерабатывающем заводе.

Более детальная классификация, которая учитывает свойства пластмасс, рассматривается далее.

Термопласты

К термопластичным пластикам относятся такие их виды, которые изменяют свою пластичность при нагреве или иной форме передачи тепловой энергии (например, солнечной). В термопластах длинные молекулы полимера соединены друг с другом очень слабыми связями, которые легко разрываются, когда мы его нагреваем, и быстро снова восстанавливаются, когда действие тепла прекращается.

Термопласты легко плавить и перерабатывать. Некоторые повседневные примеры, с которыми приходится сталкиваться, это:

Полиэтилен (пластиковые бутылки и листы);
Полистирол (популярный упаковочный материал);
Полипропилен (пластиковые трубы, тросы);
Поливинилхлорид (игрушки, кредитные карты);
Поликарбонат (твердые пластиковые окна, корпуса автомобильных фар);
Полиамид (нейлон - используется в самых разных применениях, от чулок до зубных щёток и зонтиков).

Пенопласты получают исключительно полимеризацией исходного сырья.

Реактопласты

Реактопласты или термореактивные пластмассы обычно изготавливаются из полимерных цепей гораздо большего размера, чем термопласты. При первоначальном производстве они нагреваются или сжимаются, чтобы сформировать плотную, твёрдую структуру с сильными поперечными связями, связывающими каждую из этих длинных молекулярных цепей с её соседями. Этим они сильно отличаются от термопластов, где полимерные цепи связаны друг с другом только очень слабыми связями.

Термореактивные пластики используются реже. Наиболее яркими примерами таких материалов являются:

Полиуретан (изоляционный материал в зданиях);
Политетрафторэтилен (антипригарное покрытие кастрюль и сковородок);
Меламин (посуда);
Эпоксидная смола (прочный пластик, используемый для изготовления долговечных клеёв или шпатлёвок для дерева).

Эластомеры

Представляют собой эластичные материалы, состоящие из длинных цепочечных молекул полимеров, способных восстанавливать свою первоначальную форму после сильного растяжения. В нормальных условиях длинные молекулы, составляющие эластомерный материал, скручены нерегулярно. Однако с приложением усилия молекулы распрямляются в том направлении, в котором они тянутся. После высвобождения молекулы самопроизвольно возвращаются к своему обычному компактному беспорядочному расположению.

Эластомер с самой длительной историей использования - это полиизопрен, полимерный компонент натурального каучука, который производится из молочного латекса различных деревьев, чаще всего каучукового дерева гевеи. Натуральный каучук по-прежнему является важным промышленным полимером, из которого делают львиную долю резины для автомобильных шин. Правда, теперь и конкурирует с рядом синтетических каучуков - стирол-бутадиенового и бутадиенового каучук, которые получают из побочных продуктов нефти и природного газа.

В большинстве случаев полимеры состоят из углеродных скелетов, то есть цепочек атомов углерода (C), связанных вместе одинарными (C ― C) или двойными (C = C) связями. Такие цепи очень гибкие, потому что вращение вокруг одинарных связей позволяет молекулам принимать множество различных конфигураций. На практике некоторые эластомеры довольно жёсткие. Например, молекулы полистирола и полиметилметакрилата состоят из относительно громоздких единиц, так что при комнатной температуре их свободное движение затрудняется сильной скученностью. Все эластомеры являются стеклообразными при температуре ниже характеристической температуры стеклования. Она колеблется от -125 °C (для силиконовых каучуков) до 100°C (для остальных видов эластомеров).

Механические свойства

Состав пластмасс во многом определяет их свойства, среди которых:

Прочность: мера сопротивления материала внешнему напряжению;
Жёсткость: способность сохранять свои размеры при внешних нагрузках;
Твёрдость: мера сопротивления материала деформации при сосредоточенномй сжимающем усилии;
Вязкость: способность материала поглощать энергию во время ударов

Такие свойства могут быть исследованы и сравниваться между различными продуктами с использованием стандартизованных методов испытаний.

Другие свойства материала

Плотность.
Теплопроводность/теплоёмкость;
Диэлектрическую проницаемость.
Электросопротивление.

Значения эксплуатационных параметров пластмасс указываются в технических требованиях на их производство.

Сварка пластмасс

Используется для неразъёмного соединенияя двух или более отдельных частей термопластичных материалов. Обычно к краям прикладывают тепло, чтобы расплавить края пластика до тех пор, пока кромки не будут соединены вместе.

Сварка пластика выполняется в три этапа: подготовка поверхности, применение тепла и давление и охлаждение.

Сваривать можно многие пластмассы, среди которых:

Акрил или полиметилметакрилат;
Поликарбонат;
Полиэтилен;
Полипропилен;
Полиэтилентерефталат;
Поливинилхлорид.

Сварка пластмасс. используется не только для соединения деталей, но и для их ремонта (например, заделка трещин).

Особенности маркировки

Выполняется согласно техническим требованиям соответствующих ГОСТ, ТУ а также DIN EN (для продукции импортного производства).

Сферы применения пластмасс

Пластмассы используют в строительстве, производстве одежды, упаковке, транспортировке и во многих других сферах повседневной жизни. Так, в зданиях пластик применяется при вторичном остеклении крыш, в составе тепло- и звукоизолирующих конструкций в составе многих типов красок. Электрические кабели изолируются пластиком, пластмассы применяют и для изготовления водосточных систем.

Широко распространены различные бытовые предметы – обувь, светотехника, рамы, одежда - полностью или частично изготовленные из пластмасс. До трети всех пластмасс, которые мы используем - это упаковка, предназначенная для защиты продуктов от порчи.

Среди промышленных применений пластика - крылья автомобилей и их кузова, подшипниковые узлы, трибы несиловых передач и пр.

Издавна, для производства тканей люди использовали те волокна, которые давала им природа. Но природное сырьё имеет свои недостатки, натуральные волокна слишком короткие, требуют сложной технологической обработки. И, люди стали искать сырьё, из которого можно было бы дешёвым способом получать ткань тёплую, как шерсть, лёгкую и красивую как шёлк, практичную, как хлопок.

Кто же может представить себя без зонтика или классной сумки, а уж теплая искусственная шубка, на которую нет необходимости убивать животных, просто необходима любой, уважающей себя, девушке. Да и дорогие натуральные ткани не всем по карману.

Вложение	Размер
plan-konspekt_uroka_iskusstvennye_i_sinteticheskie_volokna.docx	118.12 КБ
rmo_himicheskie_volokna.pptx	2.08 МБ

Предварительный просмотр:

План-конспект урока по технологии

Тема: Особенности производства искусственных синтетических материалов и пластмасс

Раздел : Технологии получения, обработки, преобразования и использования материалов.

- дать представление о видах искусственных синтетических волокон;

- познакомить со способами их получения, свойствами и применении в окружающей жизни;

- способствовать формированию и развитию познавательного интереса учащихся к предмету;

- способствовать формированию и развитию интеллектуальных качеств личности;

- развивать логическое мышление;

- способствовать формированию эстетического вкуса и практичности;

- воспитывать уважительное отношение к труду людей;

- способствовать развитию доброжелательных отношений в коллективе.

умение самостоятельно добывать информацию из различных источников;

выбор оптимальных средств и способов решения задачи;

развитие критичного и творческого мышления;

умение выполнять самооценку, организовать взаимооценку;

определение последовательности операций с учетом конечного результата;

умение планировать работу на уроке, рационально расходовать рабочее время;

умение вести учебное сотрудничество на уроке с учителем и одноклассниками;

навыки работы в команде.

Формы организации познавательной деятельности : фронтальная, групповая.

Материально-техническая база : кабинет технологии, ПК,проектор, образцы разных волокон, держатель, спички, чаша с водой.

Тип урока: изучение нового материала, комбинированный.

Методы: проблемно-поисковый, информационно-развивающий, лабараторно-практический.

1. Организационный момент (1 мин)

2. Проверка выполнения домашнего задания (4 мин)

3. Актуализация знаний учащихся (5 мин)

4. Изучение нового материала (15 мин)

5. Физкультминутка (2 мин)

6. Практическая работа (10 мин)

7. Закрепление изученного материала (4 мин)

8. Анализ и оценка урока (2 мин)

9. Выдача домашнего задания (1 мин)

10. Уборка рабочих мест (1 мин)

1. Организационный момент

Проверка готовности учащихся к уроку.

2. Проверка домашнего задания

На предыдущих уроках мы познакомились с технологиями производства металлов и древесных материалов. Давайте вспомним….

-Какие устройства используют для плавки чугуна и стали?

Чугун - в доменной печи, сталь – в мартеновской.

- Можно ли серебро расплавить в муфельной печи?

Да, можно, так как температура плавления серебра – 961 0 С, а в муфельной печи плавят металлы, у которых температура плавления не более 1000 0 С.

- Почему в Древней Греции оружие, посуду, орудия труда делали из бронзы, а не из стали?

Так как ремесленники той эпохи еще не научились изготавливать сталь.

- С помощью какой машины получают доски и брусья?

С помощью лесопильных машин - пилорам.

- При изготовлении каких изделий используют фанеру и древесно-волокнистые плиты?

Из фанеры - школьные стулья, из древесно-волокнистой плиты - корпусная мебель (шкафы, столы, межкомнатные двери, офисная мебель, парты, доски).

- Почему при изготовлении массовой мебели используется не древесина, а древесно-стружечные плиты, фанера?

Для производства массовой мебели используют древесно-стружечные материалы, так как их стоимость ниже, чем мебель из цельной древесины.

3. Актуализация знаний учащихся

- Вы любите красиво одеваться?

- Как вы считаете, с чего начинается создание одежды?

(волокна, на прядильных машинах - нити, на ткацких станках - полотно)

- Чем вы обычно руководствуетесь при покупке текстильного изделия?

(фасон, условия эксплуатации, ткань, цена…)

Молодцы! Совершенно верно.

Чтобы научиться разбираться в тканях, необходимо знать их свойства, тогда вы научитесь правильно ухаживать за своими вещами и будете всегда самыми модными, красивыми и практичными.

Ранее вы познакомились с тканями натурального происхождения.

- хлопок и лен относятся к волокнам … (растительного происхождения)

- шерсть и шелк … (к волокнам животного происхождения )

- асбест… (к волокнам минерального происхождения )

Натуральные волокна – это природные волокна, готовые к использованию. Они экологически чистые и благотворно влияют на здоровье человека, но их производство трудоемкий и дорогостоящий процесс.

Как вы считаете, существуют ли другие ткани, отличающиеся по составу и способу производства?

4. Изучение нового материала

Сегодня все текстильные волокна можно представить в виде следующей схемы:

Работа с учебником (стр.64)

- Искусственные материалы делают на основе природных материалов. Например, вискоза производится из целлюлозы.

- Синтетические материалы изготавливают в ходе физико-химических реакций. Например, полиэтилен – из газа этилена.

Ткани из химических волокон всегда имеют красивый внешний вид и высокую прочность, они устойчивы к действию света и не поражаются молью и микроорганизмами, а еще они отлично удерживают тепло.

Когда же появились ткани из химических волокон?

Впервые мысль о том, что человеком может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка была высказана французским ученым Рене Антуаном Реомюром ещё в 1734 году.

Производство первого в мире химического волокна было организовано во Франции в городе Безансоне в 1890 году и основано на переработке раствора целлюлозы. С конца XIX века до 1970-х годов — разрабатывались и совершенствовались процессы получения вискозных и ацетатных волокон . Однако предпочтение отдавали натуральным волокнам. С 1970 по настоящее время выпуск химических волокон существенно возрос. Широко развились методы для улучшения потребительских свойств. Они стали сверхпрочные, термостойкие и трудногорючие.

Сырьем для производства искусственных волокон служит целлюлоза, получаемая из древесины ели и отходов хлопка, для синтетических волокон- продукты переработки угля, нефти, газа.

Производство химических волокон включает 4 этапа.

Работа с учебником (стр.66)

1. Получение и предварительная обработка сырья.
2. Приготовление прядильного раствора или расплава.
3. Формование нитей.
4. Отделка.

Предлагаю вашему вниманию видеоролик, демонстрирующий изготовление химических волокон.

Волокна формуются при продавливании прядильного раствора через отверстия фильеры (рис. 5.7 стр. 66)

Фильера схематично выглядит так:

1 - прядильный раствор,
2 - фильера,
3 - волокна.

Также дним из конструкционных материалов являются пластмассы.

Первые пластмассы появились в конце 19-го века в результате поиска ученых-химиков заменителей дерева, слоновой кости, перламутра. С середины 20 века пластик стал привычным в обиходе человека, завоевав признание своей практичностью и низкой стоимостью.

С его появлением проблема упаковки просто перестала существовать. Все пластмассы являются очень легким и дешевым материалом, это делает его доступным для всех. Однако, кроме полезных, есть у пластмасс и значительные недостатки: они прочны и долговечны. К сожалению, оказавшись на свалке, пластмассовая деталь или упаковка остается там десятилетиями и накапливается в больших количествах.

На территории Тульской области химическая промышленность нашла большое применение. Предприятия специализируются на производстве синтетического каучука, пластмасс, химических волокон и нитей, технической резины. Одно из них

2. На заводе работают люди разных профессий, но основной среди них является профессия прядильщика. Он должен знать устройство обслуживаемых машин, свойства и характеристики волокон, правила заправки машин, нормы отходов. Ткач обслуживает закрепленный за ним участок, следит за полотном, устраняет обрывы нити. Ремонтник настраивает и ремонтирует станки. Обслуживающий персонал транспортирует и загружает сырье в станки, перевозит готовый продукт. Разработкой синтетических волокон и пластмасс занимаются химики, технологи, инженеры, лаборанты.

6. Практическая работа

Ребята, обратите внимание на предметы, которые находится на вашем столе. Мы сегодня лабораторным путем сможем определить название волокон, находящихся на рабочем столике.

Проводится групповой инструктаж.
Учащимся предлагаются образцы волокон (вискоза, ацетатное волокно, капрон, лавсан, нитрон).

Возьмите из предложенных вам образцов одну нить и попробуйте поджечь ее спичкой.

При проведении пробы на горение обращаем внимание на характер пламени, запах, плотность и цвет золы.

1. Вискоза . Горят волокна быстро, ровно, пламя яркое, остается запах жженой бумаги. После сгорания оставляют пепел светло-серого цвета.

2. Ацетатное волокно. Горит ацетатное волокно очень медленно, желтым пламенем, оставляя оплавленный шарик и кисловатый запах.

3. Капрон. При внесении в пламя плавится, загорается с трудом. Если расплавленная масса начинает капать, горение прекращается, на конце образуется оплавленный шарик.

4. Лавсан и нитрон. Волокна горят желтым коптящим пламенем, образуя твердый оплавленный шарик, который не рассыпается или растирается с большим трудом. На краю материала образуется жесткий оплавленный край. Запах неприятный — горелого пластика.

Проделывая эти несложные опыты, учитывайте, что ткани часто изготавливают из смешанных волокон.
Учащиеся должны записать результаты в таблицу и озвучить.

7. Закрепление изученного материала

- Итак, давайте вспомним с какими видами химических волокон мы познакомились?

- Чем отличаются искусственные материалы от синтетических?

- Перечислите какие волокна относятся к искусственным материалам?

- Какие волокна являются синтетическими?

- Перечислите основные этапы производства синтетических и искусственных волокон?

8. Анализ и оценка урока

Заключительное слово учителя.

Учитель подводит итог урока, делает необходимые замечания, оценивает работу учащихся.

9. Выдача домашнего задания

Материал по учебнику (§ 5.3, 5.4), ответить на вопросы стр. 65, 67.

Уборка рабочих мест

1. Технология. 7 класс: учебник для общеобразовательных организаций, под редакцией В.М. Казакевича. – М.: Просвещение, 2019.

Натуральные материалы – это материалы, используемые для производства потребительских благ, добываемые в природе.

Сырьём - это природные материалы, которые перед использованием на производстве подверглись предварительной обработке и подлежат дальнейшей переработке.

Натуральное сырьём – это все добытые вещества, используемые человеком и сохранившие в предмете труда свои природные свойства и состав.

Искусственные материалы - это материалы, которые созданы человеком на основе соединения природных материалов и не существуют в природе.

Материалы, получаемые в процессе создания или построения сложных молекул из более простых, называются синтетическими, а сам процесс – синтезом.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Все предметы, окружающие нас, изготавливаются из материалов. Материалы, используемые для производства потребительских благ, добываемые в природе, называются натуральными.

Природные материалы, которые перед использованием на производстве подверглись предварительной обработке и подлежат дальнейшей переработке, называются сырьём.

Например, сырьём лесоперерабатывающей промышленности являются брёвна, полученные из спиленных деревьев. Сырьё для производства шерстяной пряжи является шерсть, состриженная с животных.

Все добытые вещества, используемые человеком и сохранившие в предмете труда свои природные свойства и состав, называются натуральным сырьём.

На ранних этапах человеческого существования люди использовали крайне ограниченное число материалов. Это были материалы, имеющиеся в природе — камни, дерево, глина, шкуры животных.

Со временем люди научились производить материалы, по свойствам превосходящие природные продукты. Это были такие новые материалы, как керамика и различные металлы.

Было обнаружено, что свойства материалов могут изменяться в результате термической обработки или добавления к ним различных субстанций.

Материалы, которые созданы человеком на основе соединения природных материалов и не существуют в природе, называются искусственными материалами.

Для получения искусственных материалов природные компоненты подвергают технологической обработке.

При производстве стекла – происходит нагрев кварцевого песка до состояния плавления.

При производстве кирпича происходит обжиг заготовки из специальной глиняной смеси;

При производстве древесно-стружечные или древесноволокнистые плиты происходит прессование щепы или стружки деревьев.

При производстве искусственного шёлка происходит растворение целлюлозы в специальном растворе, после чего из полученного вещества формируют нити.

Со временем учёные поняли, что существует соответствие между структурными элементами, составляющими материал, и им самим. Эти знания стали доступными примерно 100 лет назад, и в значительной степени были обусловлены тем, что люди научились оценивать характеристики материала.

Все это привело к тому, что появились десятки тысяч различных материалов с весьма специфическими свойствами, что позволило удовлетворять самые сложные потребности современного общества.

Производство материалов, которые делают наше существование более комфортным, связаны с тем, что становятся доступным всё новые и новые технологии.

На уроках химии вы узнаете, что все вещества состоят из атомов и молекул. С помощью химических реакций их можно перестраивать. Изменение порядка приводит к образованию нового вещества. Такие реакции называются синтезом, а получаемые материалы синтетическими.

Синтез в химии – это процесс создания или построения сложных молекул из более простых.

Сырьём для производства этих материалов являются нефтепродукты, уголь, газ.

Часто материалы полученные искусственным или синтетическим путём обобщают и называют химическими.

Современные технологии производства синтетических материалов коснулись всех сфер жизнедеятельности человека. Вы встречаетесь с этой продукцией ежедневно и повсеместно.

Полиэтилен, синтетический материал, из которого изготавливают плёнку, бутылки, крышки.

Органическое стекло. Из него изготавливают небьющееся прозрачные экраны, художественно-декоративные изделия.

Полистирол используют для изготовления одноразовой посуды.

Но лучшим примером производства синтетических материалов может служить текстильная промышленность. Синтетические ткани изготавливаются из полимеров, полученных благодаря химическим реакциям.

Как правило, из синтетических тканей производят спортивную одежду или вещи, необходимые для использования в экстремальных ситуациях.

Производство синтетического волокна аналогично процессу получения искусственного: получение прядильного раствора, формирование волокон, отделка. Искусственное волокно за счёт того, что получается из природного материала имеет более высокую стоимость, поэтому оно менее популярно, чем синтетическое.

Синтетические материалы имеют ряд преимуществ. В отличие от природных материалов, синтетическая ткань обладает незначительным весом. Одежда из такого материала менее подвержена износу и хорошо сохраняет стойкость цвета. Практически все синтетические материалы не впитывают в себя много влаги, и сушка не занимает много времени. Низкая цена материала за счёт невысокой стоимости исходного продукта.

Производство синтетических материалов постоянно развивается. Учёные-химики постоянно синтезируют новые виды волокон с заданными свойствами. Некоторые материалы, полученные на основе этих волокон, в несколько раз превосходят прочность стали.

Таким волокном, например, является кевлар. Из него делают лёгкие прочные надувные лодки и бронежилеты.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 4. Выделите зелёным цветом минеральное сырьё (материалы), синим цветом – продукцию химического производства.

Синтетические полимеры

Ключевые слова конспекта: Синтетические полимеры. Пластмассы (полистирол, тефлон, поливинилхлорид). Волокна (капрон, нейлон, кевлар, лавсан).

Пути синтеза полимерных цепей

Вы уже познакомились с природными и искусственными полимерами. Однако в повседневной жизни вам чаще всего приходится сталкиваться с полимерными веществами, которые созданы не природой и не на основе природного полимерного сырья, а синтезируются на основе низкомолекулярных исходных веществ (мономеров) и являются продуктом химического производства. Их так и называют — синтетические полимеры.

Высокомолекулярные вещества могут быть получены из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации.

Главное отличие полимеризации от поликонденсации заключается в том, что в последнем случае, помимо полимера, образуется второй продукт реакции с небольшой молекулярной массой.

И в реакцию полимеризации, и в реакцию поликонденсации может вступать как один мономер, так и смесь нескольких. В последнем случае высокомолекулярный продукт часто называют сополимером.

Важнейшие синтетические полимеры

Синтетические каучуки получают исключительно реакциями полимеризации. Мономерами в таких синтезах выступают диеновые углеводороды. Вам уже знакомы бутадиеновый и изопреновый каучуки.

Синтетические каучуки играют важную роль в технике и в быту. Общий объём мирового производства каучуков составляет более 15 млн. тонн в год.

Также химическая промышленность выпускает другие синтетические полимерные материалы, например широко применяемый полиэтилен.

Если в молекуле этилена один атом водорода заменить на одновалентный радикал бензола — фенил, то можно получить исходный мономер, лежащий в основе производства другой важной пластмассы — полистирола. Формула стирола С₆Н₅—СН=СН₂.

Из полистирола производят огромное количество различных изделий, которые благодаря малой токсичности полимера применяют в быту. Это одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д. Строительная индустрия использует теплоизоляционные плиты и сэндвич-панели, облицовочные и декоративные материалы, звукопоглощающие конструкции из полистирола. В медицине из этого полимера изготавливают системы переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты. Вспененный полистирол в виде пенопласта используют в качестве упаковочного материала. Пластмассы на основе полистирола — перспективный материал для изготовления корпусов бытовой техники и приборов.

Тефлон химически инертен, обладает высоким коэффициентом прочности, поэтому его широко используют в различных отраслях промышленности, в медицине, для транспортных средств и в военных целях, где он идёт на производство различных покрытий.

Благодаря особым антипригарным свойствам поверхности тефлон используют для покрытия сковородок, кастрюль, форм для выпечки.

Однако в последнее время появились сведения о небезопасности использования тефлоновых покрытий для изготовления кухонной посуды. Он всё больше вытесняется керамикой.

Синтетические волокна

В 1936 г. немецкий химик Пауль Шлак исследовал свойства аминокапроновой кислоты. При нагревании раствора вещества учёный получил вязкую массу, затвердевшую при охлаждении. Новый материал оказался очень прочным, подвергался механической обработке, но главное — размягчался при нагревании. При нагревании синтетические волокна размягчаются и становятся пластичными, им можно придать желаемую форму, которая сохраняется при снижении температуры. Новое вещество получило название капрон.

Капрон обладает высокой устойчивостью к действию разбавленных кислот и щелочей, прочностью на изгиб, стойкостью к истиранию. Изделия из него сразу же нашли техническое применение:

1) морские канаты в несколько раз легче и прочнее самых лучших пеньковых, очень эластичны и не рвутся при рывках;
2) рыболовные сети не намокают и не гниют;
3) прочная кордовая сетка используется в автомобильных и авиационных шинах, обеспечивая их износостойкость;
4) резервуары ёмкостью до 600 т применяют для хранения и транспортировки нефти;
5) шестерни изнашиваются меньше, чем металлические, и совершенно бесшумны в работе.

Однако главное свойство капрона — способность образовывать тонкие и очень прочные нити. Из 1 г капрона можно вытянуть нить длиной до 10 км! Пара женских капроновых колготок весит 10—20 г, на их изготовление требуется около 10 км нити. Прочность капронового шнура превышает прочность латунной, медной и алюминиевой проволоки.

В настоящее время из капроновых нитей делают искусственный мех, шарфы, чулочно-носочные изделия, ковры, обивочный материал, щётки, парашютную ткань. Изделия из капрона не боятся моли и плесени, не гниют, после стирки быстро сохнут и принимают прежний вид, не гигроскопичны и не боятся влаги.

Приведём примеры других синтетических волокон.

Из нейлона (в России чаще используют название анид) изготавливают искусственный шёлк, парашютную ткань, щетинку для зубных щёток и даже детали машин.

Кевлар в 4 раза легче, чем сталь, при этом он в 5 раз прочнее! Кроме того, этот материал огнестоек и гибок. Из него изготавливают защитные костюмы пожарных и автогонщиков, пуленепробиваемые жилеты (рис. 58) и куртки фехтовальщиков.

Наиболее важным из группы синтетических полиэфирных волокон является лавсан. Ткани из лавсана идут на пошив мужских сорочек, дамского платья, трикотажа. В смеси с шерстью из них изготавливают материал для пальто и костюмов. Лавсановые изделия не мнутся и хорошо сохраняют форму.

Например, на мужских брюках из лавсана долго сохраняется стрелка, а ткань на коленях не вытягивается.

Поистине химия — наука чудес! Она способна создавать такие материалы, которые по своим свойствам значительно превосходят природные.

Синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры) как основа пластических масс. Применение пластмасс на основе синтетических полимеров. Основные механические характеристики пластмасс. Система маркировки пластика и его идентификация.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	15.10.2011
Размер файла	16,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Пластические массы, производство пластических масс

Пластмамссы (пластимческие мамссы, также -- пламстики, что, в принципе, не является грубой ошибкой) -- органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом в 1855 году [1]. Паркс назвал её паркезин (позже получило распространение другое название - целлулоид). Паркезин был впервые представлен на Большой Международной выставке в Лондоне в 1862 году. Развитие пластмасс началось с использования природных пластических материалов (например, жевательной резинки, шеллака), затем продолжилось с использованием химически модифицированных природных материалов (таких, как резина, нитроцеллюлоза, коллаген, галалит) и, наконец, пришло к полностью синтетическим молекулам (бакелит, эпоксидная смола, поливинилхлорид, полиэтилен и другие).

Паркезин являлся торговой маркой первого искусственного пластика и был сделан из целлюлозы, обработанной азотной кислотой и растворителем. Паркезин часто называли искусственной слоновой костью. В 1866 году Паркс создал фирму Parkesine Company для массового производства материала. Однако, в 1868 году компания разорилась из-за плохого качества продукции, так как Паркс пытался сократить расходы на производство. Преемником паркезина стал ксилонит (другое название того же материала), производимый компанией Даниэля Спилла, бывшего сотрудника Паркса, и целлулоид, производимый Джоном Весли Хайатом.

Типы пластмасс

пластмасса пластик полимер синтетический

В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на

Термопласты (термопластичные пластмассы) -- при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) -- отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Также газонаполненные пластмассы -- вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85--1,8 г/см?), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50--250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу -- температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 ? 15 ? 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 ? 15 мм, равное 50 кгс/см?, разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика -- температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) -- температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в нее добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т.п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды)

Методы обработки

Литье/Литье под давлением

Вакуумная формовка и пр.

Пластические массы, по сравнению с металлами, обладают повышенной упругой деформацией, вследствие чего при обработке пластмасс применяют более высокие давления, чем при обработке металлов. Применять какую-либо смазку, как правило, не рекомендуют; только в некоторых случаях при окончательной обработке допускают применение минерального масла. Охлаждать изделие и инструмент следует струей воздуха.

Пластические массы более хрупки, чем металлы, поэтому при обработке пластмасс режущими инструментами надо применить высокие скорости резания и уменьшать подачу. Износ инструмента при обработке пластмасс значительно больше, чем при обработке металлов, почему необходимо применять инструмент из высокоуглеродистой или быстрорежущей стали или же из твердых сплавов. Лезвия режущих инструментов надо затачивать, по возможности, более остро, пользуясь для этого мелкозернистыми кругами.

Пластмасса может быть обработана на токарном станке, может фрезероваться. Для распиливания может применяться ленточные пилы, дисковые пилы и карборундовые круги.

Соединение пластмасс между собой может осуществляться механическим путем с помощью болтов, заклепок, склеиванием, растворением с последующим высыханием, а также при помощи сварки. Из перечисленных способов соединения только при помощи сварки можно получить соединение без инородных материалов, а также соединение, которое по свойствам и составу будет максимально приближено к основному материалу. Поэтому сварка пластмасс нашла применение при изготовлении конструкций, к которым предъявляются повышенные требования к герметичности, прочности и другим свойствам.

Процесс сварки пластмасс состоит в образовании соединения за счет контакта нагретых соединяемых поверхностей. Он может происходить при определенных условиях:

Повышенная температура. Ее величина должна достигать температуры вязкотекучего состояния.

Плотный контакт свариваемых поверхностей.

Оптимальное время сварки - время выдержки.

Также следует отметить, что температурный коэффициент линейного расширения пластмасс в несколько раз больше, чем у металлов, поэтому в процессе сварки и охлаждения возникают остаточные напряжения и деформации, которые снижают прочность сварных соединений пластмасс.

На прочность сварных соединений пластмасс большое влияние оказывают химический состав, ориентация макромолекул, температура окружающей среды и другие факторы.

Применяются различные виды сварки пластмасс:

Сварка газовым теплоносителем с присадкой и без присадки

Сварка экструдируемой присадкой

Контактно-тепловая сварка оплавлением

Контактно-тепловая сварка проплавлением

Сварка в электрическом поле высокой частоты

Сварка термопластов ультразвуком

Сварка пластмасс трением

Сварка пластмасс излучением

Химическая сварка пластмасс

Как и при сварке металлов, при сварке пластмасс следует стремиться к тому, чтобы материал сварного шва и околошовной зоны по механическим и физическим свойствам мало отличался от основного материала. Сварка термопластов плавлением, как и другие методы их переработки, основана на переводе полимера сначала в высокоэластическое, а затем в вязкотекучее состояние и возможна лишь в том случае, если свариваемые поверхности материалов (или деталей) могут быть переведены в состояние вязкого расплава. При этом переход полимера в вязкотекучее состояние не должен сопровождаться разложением материала термодеструкцией.

При сварке многих пластмасс выделяются вредные пары и газы. Для каждого газа имеется строго определенная предельно доступная его концентрация в воздухе (ПДК). Например, для диоксида углерода ПДК равна 20, для ацетона -- 200, а для этилового спирта -- 1000 мг/м3.

Материалы на основе пластмасс

Пластик, который используют для производства мебели, получают путем пропитки бумаги термореактивными смолами. Производство бумаги является наиболее энерго- и капиталлоемким этапом во всем процессе производства пластика. Используется 2 типа бумаг: основой пластика является крафт-бумага (плотная и небеленая) и декоративная (для придания пластику рисунка). Смолы подразделяются на фенолформальдегидные, которые используются для пропитки крафт-бумаги, и меламиноформальдегидные, которые используются для пропитки декоративной бумаги. Меламиноформальдегидные смолы производят из меламина, поэтому они стоят дороже.

Мебельный пластик состоит из нескольких слоёв. Защитный слой -- оверлей -- практический прозрачный. Изготавливается из бумаги высокого качества, пропитывается меламиноформальдегидной смолой. Следующий слой -- декоративный. Затем несколько слоев крафт-бумаги, которая является основой пластика. И последний слой -- компенсирующий (крафт-бумага, пропитанная меламиноформальдегидными смолами). Этот слой присутствует только у американского мебельного пластика.

Готовый мебельный пластик представляет из себя прочные тонированные листы толщиной 1-3 мм. По свойствам он близок к гетинаксу. В частности, он не плавится от прикосновения жалом паяльника, и, строго говоря, не является пластической массой, так как не может быть отлит в горячем состоянии, хотя и поддается изменению формы листа при нагреве. Мебельный пластик широко использовался в XX веке для отделки салонов вагонов метро.

Система маркировки пластика. Идентификация пластмасс

Для обеспечения утилизации одноразовых предметов в 1988 году Обществом Пластмассовой Промышленности была разработана система маркировки для всех видов пластика и идентификационные коды. Маркировка пластика состоит из 3-х стрелок в форме треугольника, внутри которых находится цифра, обозначающая тип пластика:

PET или PETE -- Полиэтилентерефталат. Обычно используется для производства тары для минеральной воды, безалкогольных напитков и фруктовых соков, упаковки, блистеров, обивки. Такие пластики являются потенциально опасными для пищевого использования.

PEHD или HDPE -- Полиэтилен высокой плотности. Производство бутылок, фляг, полужёсткой упаковки. Считается безопасными для пищевого использования.

ПВХ или PVC -- Поливинилхлорид. Используется для производства труб, трубок, садовой мебели, напольных покрытий, оконных профилей, жалюзи, тары для моющих средств и клеёнки. Материал является потенциально опасным для пищевого использования, поскольку может содержать диоксины, бисфенол А, ртуть, кадмий.

LDPE и PEBD -- полиэтилен низкой плотности. Производство брезентов, мусорных мешков, пакетов, пленки и гибких ёмкостей. Считается безопасным для пищевого использования.

PP -- Полипропилен. Используется в автомобильной промышленности (оборудование, бамперы), при изготовлении игрушек, а также в пищевой промышленности, в основном при изготовлении упаковок. Считается безопасным для пищевого использования.

PS -- Полистирол. Используется при изготовлении плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, коробок CD и прочих упаковок (пищевой плёнки и пеноматериалов), игрушек, посуды, ручек и так далее. Материал является потенциально опасным, особенно в случае горения, поскольку содержит стирол.

OTHER или О -- прочие. К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включен в предыдущие группы. В основном это поликарбонат. Поликарбонат не является токсичным[источник не указан 231 день] для окружающей среды, но может содержать опасный для человека бисфенол А[2]. Используется для изготовления твёрдых прозрачных изделий, как например детские рожки.

Переработка пластиковых отходов

Пластиковые отходы должны перерабатываться, поскольку при сжигании пластика выделяются токсичные вещества, а разлагается пластик за 100-200 лет.

Способы переработки пластика: Пиролиз, Гидролиз, Гликолиз, Метанолиз

Подобные документы

Применение пластических масс в отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве материалов конструкционного, защитного, электротехнического, декоративного, фрикционного и антифрикционного назначения. Основные свойства термопластов и реактопластов.

реферат [22,3 K], добавлен 22.11.2010

Общее понятие про полимеры. Основные виды пластмассы: термопласты; реактопласты. Основные представители термопластов. Применение полистирола и полипропилена. Использование эпоксидных полимеров в промышленности. Натуральные, природные и химические волокна.

презентация [20,0 M], добавлен 28.02.2011

Классификация высокомолекулярных соединений по происхождению: синтетические и природные (неорганические и органические). Кинетика процесса поликонденсации. Концепция аморфно-кристаллической структуры полимеров. Получение и применение полимерных кислот.

контрольная работа [90,8 K], добавлен 26.08.2014

Природные (естественные) смолы-продукты жизнедеятельности животных или растений: канифоль, шеллак и копалы. Твердые органические диэлектрики-материалы, в составе которых находится углерод. Полимеризационные и поликонденсационные синтетические полимеры.

реферат [38,5 K], добавлен 20.12.2007

Общее понятие о полимерах. Процесс получения высокомолекулярных соединений. Биосовместимые материалы и устройства. Органические, элементоорганические, неорганические полимеры. Природные органические полимеры. Применение биоклеев в неинвазивной терапии.

реферат [85,6 K], добавлен 23.04.2013

Полиэтилен, пластмассы, поролон – искусственные (синтетические) материалы, созданные человеком с помощью науки химии. Использование пластмасс для создания защитного покрова на металлических электропроводах. Материалы для изготовления защитных костюмов.

презентация [1,8 M], добавлен 29.01.2014

Характеристика и классификация полимеров. Зарождение промышленности пластмасс, технологии производства полистирола. Физические и химические свойства. Надмолекулярная структура, конформация, конфигурация. Способы отверждения. Применение в промышленности.

Читайте также: