Дивовижний світ полімерів

Тема: Дивовижний світ полімерів.

Мета: дати учням поняття про синтетичні волокна; ознайомити з різновидами волокон; вивчити їх властивості; розвивати інтерес до знань; виховувати екологічно і економічно грамотну особистість.

Обладнання: зразки синтетичних волокон, спиртівка, кислота, луг, фарфорові чашки, пробірки.

Тип: урок засвоєння нових знань.

 Хід уроку

 І. Організаційний момент

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

В останні десятиріччя «хі­мія дедалі ширше простягає руки у справи людські». Як приклад можна навести появу на світовому ринку на початку 70-х років кевларового волокна. Це найбільш важливе і перспе­ктивне органічне волокно, відкрите 1965 року Стефанією Кволек, співробітницею компанії «Дюпон». Кевлар — продукт сумісної поліконденсації терефталевої кислоти та відповідно­го діамінобензену і належить до класу полімерів – арамідів. Мономером є парафенілентерофталамід.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Учитель. Можливо хтось з вас хоче дізнатися більше про волокна? (відповіді учнів)

Тоді уважно слухайте і запам’ятовуйте.

 

Виробництво волокон і тканин — друга велика галузь народ­ногосподарського застосування синтетичних високомолекулярних речовин.

Ми вже знаємо, що, крім волокон, випрядених безпосередньо з природних матеріалів (льону, бавовни, вовни), виробляють штучні волокна. Прикладом їх є ацетатне волокно. Але його також виробляють з природного полімеру — целюлози. Тільки її попе­редньо піддають хімічній обробці, щоб зробити розчинною, а потім із розчину формують нитки. Згадайте, чому целюлозу треба зробити розчинною і яких хімічних перетворень вона при цьому зазнає.

Виробництво штучних волокон, яке базується на переробці природних полімерів, не може задовольнити дедалі зростаючу потребу у волокнистих матеріалах. Виникла необхідність добу­вати волокна із синтетичних високомолекулярних сполук.

На відміну від штучних, волокна, виготовлені із синтетичних полімерів, називають синтетичними. Штучні і синтетичні волокна становлять одну групу хімічних волокон, бо в процесі виробництва тих і тих використовуються хімічні методи

Класифікація волокон

 

Волокно лавсан. Полімер, який використовується для вироб­ництва лавсану, синтезують поліконденсацією двохатомного спирту і двохосновної кислоти ароматичного ряду – терефталевої.

CH2─CH2                        C6H4 (COOH)2

│       │

OH    OH

 

 

Речовини взаємодіють між собою за типом реакції етерифікації, яка, багаторазово повторюючись, приводить до утворення макро­молекули — поліефіру. Вчитель записує рівняння реакції.

Полімер утворюється у вигляді смоли. Макромолекули в ньому розміщені безладно, а у волокні вони мають бути орієнтовані вздовж його осі, щоб воно набуло потрібної міцності. З цією метою синтезовану смолу плавлять і пропускають крізь фільєри з ба­гатьма отворами . Тонкі струминки полімеру опускаються в шахту, в яку надходить холодне повітря. Під час охолодження струминки перетворюються в тоненькі волоконця. У процесі про­ходження розплаву крізь отвори фільєри, як і у виробництві ацетатного волокна, відбуваються зміни в розміщенні макромо­лекул. Орієнтація їх посилюється при наступному витягуванні волокон на барабанах, що обертаються з різною швидкістю. Макромолекули, які раніше були ніби зморщеними, при цьому випрямляються, ступінь кристалічності полімеру, а отже, и міцність його в результаті цього істотно зростають. Волокна, що  утворюються,  скручують  в  нитки  і  направляють далі  на переробку.         „  .

 Волокно лавсан  має велику міцність, зносостійкість, світло-і термостійкість. Лавсан — добрий діелектрик, стійкий проти дії кислот і лугів середньої  концентрації   (концентровані  кислоти

руйнують його)

Лабораторний дослід №19 (інструкція в зошитах для практичних та лабораторних робіт).

Повідомлення учня про використання лавсану

Лавсан використовують у вигляді ниток і штапелю в суміші з іншими волокнами. Вироби з нього широко відомі. Це тканини для виготовлення різних видів одягу, трикотажні вироби, тюлі, оббивні матеріали тощо. Оскільки лавсан, як видно з його хімічної будови, не гігроскопічний, то у виробництві тканин для одягу його використовують переважно в суміші з іншими волокнами: лавсан надає міцності, зносостійкості виробам, інші волокна — гігроскопічності. Тканини з лавсану (чи з лавсаном) не мнуться, що підвищує їхні споживчі властивості.

Завдяки високій міцності, з лавсану виготовляють вироби технічного призначення — Канати, транспортерні стрічки, фільтру­вальні тканини. І пожежні рукави тощо. Порівняно висока термо­стійкість лавсану дає можливість використовувати технічні вироби з нього в досить широких інтервалах температур  (від —70 до + 170°С).

Учитель  Волокно капрон

Полімер, з якого виробляють це волокно, можна розглядати як продукт поліконденсації 6-аміногексанової кислоти: (учні записують формулу кислоти)

Макромолекули, що утворюються, мають лінійну структуру і складаються з багаторазово повторюваних залишків амінокап­ронової кислоти. Будову полімеру можна зобразити такою фор­мулою:

 

H                 O

│                  ║

(─N─(CH2)5─C─)n

 

Як і лавсан, полімер утворюється у вигляді смоли. Аналогічна и технологія формування волокон з розплаву. Після витягання капронові волокна набувають особливо високої міцності, бо між макромолекулами полімеру діють не тільки звичайні міжмолеку­лярні сили, а й встановлюються численні водневі зв’язки: (учні за допомогою вчителя записують рівняння реакції)

Крім високої міцності, капронові волокна стійкі проти стиран­ня, дії багаторазових деформацій (згинань). Вони не вбирають вологи, тому не втрачають міцності у вологому стані.

Має капронове волокно й недоліки. Воно малостійке проти дії кислот — макромолекули капрону гідролізуються в місці амідних зв’язків. Порівняно невелика й теплостійкість капронового волокна: при нагріванні міцність його знижується, а при 215 °С полімер плавиться. Ось чому не можна прасувати речі з капрону гарячою праскою. Лабораторний дослід №19

Повідомлення учня про використання капрону

Вироби з капрону (і в поєднанні з капроном) стали вже зви­чайними в нашому побуті. Це нарядні блузи, сорочки, шарфи, шкарпетки, штучне хутро, килимові вироби, оббивні матеріали тощо. З капронового волокна виготовляють рибальські сітки, фільтрувальні матеріали, кордну тканину, з якої виробляють каркаси авто- і авіапокришок.

Як термопластичну капронову смолу використовують для дета­лей машин і механізмів — шестерень, втулок, підшипників та ін., які мають велику міцність і зносостійкість.

Учитель

Капронове волокно належить до групи поліамідних волокон. Так вони названі тому, що амінокислотні ланки в їхніх макромо­лекулах сполучені амідними (пептидними) зв’язками —СО—N14—. До поліамідних належать також волокна енант, анід (нейлон) і деякі інші.

Але наука хімія не стоїть на місці. На даний час синтезовано ще багато волокон.

Тому запрошую вас на виробництво сучасних полімерних матеріалів.

Тут ми зустрінемося з провідними хіміками виробництва, які ознайомлять нас з своєю продукцією.

Виступи хіміків виробництва.

Хімік 1

Параамідне волокно кевлар має унікальне поєднання вла­стивостей, тому з часу появи на ринку його застосовують у най­різноманітніших галузях про­мисловості. Кевларовим воло­кнам характерна висока міц­ність за низької питомої маси. Цей матеріал уп’ятеро міцні­ший, ніж сталь за тієї ж ваги. Має високу термостійкість: до­бре зберігає властивості при низьких і високих температу­рах; незаймистий, не плавить­ся, для нього характерне само-гасіння, низьке димовиділення. Кевлару властива висока хімічна стійкість, дуже низь­ка електропровідність. Тому не дивно, що за останні десяти­річчя його дедалі ширше засто­совують.

Кевлар постачається у ви­гляді комплексної нитки, штапеля, пульпи, деяких видів крученої пряжі і тканин. На основі кевлару виготовляють композиційні матеріали, які складаються зі смоли у вигляді матриці, армованої волокна­ми, найчастіше як стрічка, тканина, нитка. Порівняно з металами, ці композити лег­ші, стійкіші до хімічних речо­вин і довкілля, є чудовим тер­моізоляційним і електроізолю­вальним матеріалом. Кевлар і номекс використовують у конс­труюванні літаків малого раді­усу дії. Деталі з композиційно­го матеріалу такі ж міцні, як і алюміній, але дають змогу зни­жувати масу на 15—ЗО %. А це, у свою чергу економить па­льне і збільшує кількість зльо­тів і приземлень за день. Ком­позити з параамідних волокон застосовують у спортивних ви­робах і деталях суден: у корпу­сах човнів, каное, каяків за­вдяки малій вазі і здатності ви-тримувати удари й пошко­дження, а також в тенісних ракетках, лижах через їхню додаткову здатність гасити ві­брації. Відома фірма «Россінйоль» використовує кевлар для виготовлення високоякісних лиж, що забезпечує плавніше ковзання, тому лижник значно менше стомлюється.

Використання кевларового волокна під час виготовлення засобів балістичного захисту (бронежилетів, шоломів, «фар­тухів» для захисту фронтальної поверхні тіла саперів) здійсни­ло революцію в цій галузі. Кев­лар забезпечує активний і надій­ний захист від осколків і водно­час, завдяки легкості, робить воїна рухливим, маневреним.

З 1974 року кевлар дедалі частіше використовується ви­робниками для армування шин підвищеної працездатно­сті. Такі шини мають меншу масу, а це приводить до меншо­го виділення тепла, що є воро­гом шини, як обертається; не­має проблем із корозією, під час армування сталлю. Кевлар за­стосовують для армування приводних ременів зернозби­ральних комбайнів, автомобі­льних шлангів (включаючи шланги для охолоджувача, повітряного кондиціонера, підсилювача рульового керу­вання, паливного шланга),  які витримують високу різни­цю температур зовні і всереди­ні трубки, зберігаючи стабіль­ність при 180 градусах і вище. Нині тільки в Північному морі використовується майже 10 000 км шлангів, за допомо­гою яких здійснюють дистан­ційне управління обладнан­ням на нафторозробках, розта­шованих на дні моря. Під час армування каучуку пульпою з кевлару утворюється матеріал, термічно стійкий, малої маси, високої міцності, стійкості до корозії. Конвеєрні стрічки з такого матеріалу використовуються у шахтах і на ділянках перевантаження в морських і річкових портах.

З проникнення технології в глибини моря і далечі космосу виникає потреба в тросах, ка­натах, виготовлених із кевла­ру. Під водою, порівняно зі сталлю, кевлар має такі пере­ваги, як стійкість до корозії і меншу масу (тут канати з кев­лару мають масу в 20 разів ме­ншу від маси стальних кана­тів за тієї ж міцності на розтя­гування). Риболовна промис­ловість змогла знизити свої за­трати завдяки кевлару: нитка парааміда в сітках траулерів забезпечує зниження опору во­дному струменю, що збільшує швидкість і дає змогу за­кидати більші сіті. Швартові та якірні кінці суден і морсь­ких бурових нафтових плат­форм, стропи для вертольотів, опори, відтяжки антени для радіомачт, системи термінової евакуації — все це приклади

застосування, де потрібні міц­ність, мала вага, стійкість до  корозії, неелектропровідність, негорючість.

Перероблений у короткі во­локна (пульпу), кевлар є основ­ною складовою композитів, з яких виготовляються прок­ладки і накладки для гальму­вання, накладки дисків зчеплення. Ці деталі не тільки дов­ше працюють (менше зношу­ються, ніж азбест), а й знижу­ють рівень шуму, не забрудню­ють довкілля.

Кевлар можна використо­вувати для армування термопластиків: поліаміда, поліетилентерефтелату, поліетиленсульфіду, єластомера поліуретана та ін. натурального і син­тетичних каучуків. Пульпа і коротке штапельне волокно, додане до кевлару, поліпшує термомеханічні властивості. Ці матеріали стають довговічнішими, термостійкішими, не мають абразивної дії. З них виготовляють роликові і втулочні підшипники, кріплення для лиж, лопатки компресора, штанги скребків для нафтово­го буріння, для нарізних авто­мобільних клиновидних ремнів, кілець сальників, прокла­док, футеровок для реактивних систем і шин.

Отже, кевлар — волокно, яке поєднує в собі справді диво­вижні властивості. З’явившись на ринку в 70-ті роки XX сто­ліття, він досі вражає людство.

IV. Закріплення

1.Що цікавого ви дізналися на уроці?

2. Які речовини використовують у добуванні синтетичних волокон?

V. Підсумок уроку

Оцінювання роботи учнів на уроці.

VІ. Домашнє завдання

Опрацювати матеріал підручника

Дати відповідь на запитання після параграфа

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

Конспект Him 11 (56) (59.9 KiB, Завантажень: 15)

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

презентацыя Him11 (38) (118.0 KiB, Завантажень: 9)

завантаження...
WordPress: 22.92MB | MySQL:26 | 0,317sec