Матеріали до проекту

Навчальний проект 11. Використання полімерів - еколого-економічний аспект

Проблема, яку необхідно розв’язати під час дослідження: полімери швидко заполонили світ завдяки своїм властивостям: мінімальними енергозатратами, великим виходом продукту, еластичністю виробу (сировини), набуванням різної форми при виготовленні деталей та предметів, термостійкістю.

План проведення дослідження

1. Мета: ознайомлення учнів з природними і синтетичними полімерами, їхніми властивостями і застосуванням.
Завдання:
- ознайомитися з основними природними, синтетичними та штучними полімерами;
- вивчити механізм утворення полімерів та стадії виготовлення виробів із полімерів;
- дослідити екологічність виготовлення полімерів.

2. Опис суті дослідження. Аналіз літературних джерел з даної теми: природні (складові живих організмів: білки, вуглеводи-полісахариди, нуклеїнові кислоти) і натуральний каучук, гуттаперча, синтезовані (пластмаси, волокна, лаки, клеї), з яких виготовляють композити. Розглянути основні способи отримання полімерів та їх застосування.

3. Висновки. Завдяки міцності і жорсткості полімеру, знижуються його собівартість, якщо до сировини додають наповнювачі. Тому такі пласмаси (поліетилен, полівінілхлорид, полістирол, фенолформальдегіди) використовуються у різних галузях промисловості і побуту.

4. Одержані результати: нами було встановлено, що полімери одержують за допомогою полімеризації (поліпропілен), або поліконденсації (полісахарид). Ці процеси є малоенергетично затратні, вихід продукту великий, використання продукту у багатьох галузях: медицина, промисловість, сільське господарство, побут тощо.

5. Перелік використаних джерел інформації: інтернет-ресурси, презентації, «Хімія високомолекулярних сполук» Навчальний посібник для студенів спеціальності «Хімія». НПУ ім. М. Драгоманова.

Застосування полімерів (в сільському господарстві, в побуті, техніці).

За допомогою механічних еластичних і інших цінних властивостей вироби із полімерів застосовують в різних промисловостей. Основний тип полімерних матеріалів – пластичні маси, гуму, волокна. Бувають волокна текстильні, волокна хімічні, лаки, краски, клеї, різні смоли. Значення біополімерів визначається тим, що вони складають основу всіх живих організмів і беруть участь практично у всіх процесах життєдіяльності.
Різні преспорошки і пресмаси широко застосовують для пресовки і злиття самих різних видів технічного призначення. Із цих полімерних матеріалів краще переробляються у виріб преспорошки нового типу. Преспорошки одержують свою форму після їх стискування при тиску 150-1500 кг/см2 і нагріванні до 140-200 С. В цих умовах проходять необоротні реакції поліконденсації, яка закінчується одержанням нерозчинного і неплавкого трьохмірного з’єднання. Для полегшення дозування і загрузки преспорошків в пресформу їх попередньо таблеткують шляхом холодного вижиму в текстильних машинах. Перед загрузкою в пресформу готові таблетки підігрівають. Гарячі таблетки загружають в гарячу пресформу; після видержки, форма розкривається із неї виходять вироби.
Застосування полімерних матеріалів нерозривно зв’язане із їх властивостями. Властивість, основні області застосування і методи випробовування полімерних матеріалів приводяться в стандартах і технічних умовах (ВТУ, ТУ).
Преспорошки на основі резильних смол,  із них виробляють електроізоляційні деталі; лампочні панелі, патрони, виключателі, колодки, колектори.
Випускаються також кольорові преспорошки на основі мочевино-фольмальдегідної і меламіно-формальдегідної смоли називаються амінопласти. Амінопласти марок А і Б використовують для виготовлення виробів побутового призначення, електроарматури.
Преспорошок металіт, виготовлений на основі меламіно-формальдегідної смоли, застосовується для виготовлення харчової тари.
Пресматеріали на основі волокна застосовують там, де необхідна висока міцність виробу. Прес матеріали виготовляють на основі різних поліконденсаційних смол. В якості наповнювачів застосовують різні волокнисті матеріали: графіт азбестове і скляне волокно, а також мінеральні добавки.
Фрікційні матеріали застосовують для виготовлення тормозних виробів, колодок, колекторів електромашин. Пресматеріали на основі поліефірактивних смол з наповнювачем, твердіють при гарячій пресовці, застосовують для виготовлення виробів, які володіють підвищеною теплостійкістю – близько 200ЎгС.
Хімічні стійкі пресмаси, виготовлені на основі резольних смол, графіту, піску, служить для виробництва кислотної хімічної апаратури: реакторів, ємкостів, насосів, труб.
Найбільш розповсюдженим є фаоліт – формовочна маса на основі резонової смоли і азбеста. Володіючи високою хімічною стійкістю, фаоліт застосовується для виготовлення апаратури різних хімічних виробів. Фаоліт випускають у вигляді сирих листів товщиною 5-20 мм, а також труби і арматури. Для виготовлення хімічної апаратури застосовується також графітопласт і антегліт. А також використовують пропитаний смолою монолітний графіт.
Платобетон, який не уступиться по властивостям цементному бетону. Платобетон застосовується для хімічних стійких конструкцій. Він може бути використан в доріг, підлог.

авдяки цінних властивостей полімерні сполуки широко використовуються в народному господарстві.

Синтез та переробка високомолекулярних сполук лежать в основі виробництва пластичних мас, каучуків, волокон, клеїв, лаків, фарб, фармацевтичних препаратів.
Застосування поліетилену. Поліетилен випускають у гранулах і у вигляді плівок. Виготовляють з нього вироби способом екструзії, штампуванням, пересуванням, литтям під тиском і дуттям.
Широко використовується поліетилен як ізоляційний матеріал при виготовленні різних деталей радіотехнічної апаратури для ізоляції електричних кабелів, особливо для високочастотних ліній і тих, які прокладають під землею і під водою. З поліетилену виробляють вентилі, клапани, крани для хімічних апаратів, хімічний посуд для зберігання мінеральних кислот та лугів. Особливої уваги заслуговує широке застосування поліетилену для виробництва водопровідних, каналізаційних та інших видів труб, які значно легші за металеві, стійкі проти корозії і не лопаються, коли в них замерзає вода.
З поліетилену виготовляють значну кількість кухонного посуду: миски, хлібниці, кошики для миття овочів, глечики, відра. Газонепроникну плівку поліетилену широко використовують як чудовий пакувальний матеріал для харчових продуктів і галантерейних виробів. Її широко застосовують також у сільському господарстві для покриття оранжерей, теплиць і парників. Рослини вирощені в теплицях, де замість скла використано поліетиленову плівку, дають значно більший урожай, бо поліетилен майже не затримує ультрафіолетового проміння, і рослини розвиваються так само, як і на відкритому повітрі.
Застосування поліпропілену. Він має більшу механічну міцність, жорсткість і здатність формуватися. Поліпропілен – цінний матеріал для виробництва еластичної і міцної електроізоляції, захисних плівок, труб, клапанів, деталей для холодильників, коробок для батарей, предметів домашнього вжитку та багатьох інших виробів. З поліпропілену виготовляють волокна, які міцністю не поступаються перед нейлоновими й капроновими волокнами. Разом з тим поліпропіленові волокна досить легкі, термостійкі і стійкі проти кислот і лугів. Завдяки доступності й дешевизни вихідної сировини поліпропілен найближчим часом широко застосовуватиметься в усіх галузях промислового виробництва.
Застосування поліізобутилену.
Завдяки високій хімічній стійкості з поліізобутилену виготовляють обкладки для хімічної апаратури, труб, захисний одяг для роботи з кислотами і лугами. Поліізобутилен застосовується також у виробництві клеїв для склеювання скла, тканин, паперу та як зв’язуючий матеріал для прокладок і пористих матеріалів. Широкого застосування набуває поліізобутилен у гумовій промисловості для виробництва бутилкаучуків, які дає співполімеризація ізобутилену з невеликою кількістю ізопрену.
Бутилкаучуки використовують для виготовлення автомобільних камер, внутрішнього газонепроникного шару безкамерних шин, електроізоляційної гуми, транспортних стрічок, діафрагм для парорегуляторів, протигазних масок, прогумованих тканин і плащів, рятувальних костюмів, прокладок для консервних банок. Якщо обробити бутилкаучуки бромом, утворюються брометилкаучуки, які відзначуються підвищеною швидкістю вулканізації і широко використовуються для виробництва безкамерних шин та інших технічних гумових виробів.

Для поліпшення фізико-механічних властивостей бутадієнстиральних каучуків використовують синтез потрійних співполімерів бутадієну і стирому з невеликою кількістю метакрилової кислоти. Гума, виготовлена на основі таких (карбоксилатних) каучуків краще зв’язується з текстильним волокном, стійка проти розтріскування при багаторазових деформаціях і тепло стійкіша.
Бутадієн-стиральні каучуки є каучуками загального призначення, які в багатьох галузях техніки можуть заміняти натуральний каучук. Н6а основі бутадієн-стиральних каучуків виготовляють покришки і камери для автомашин, літаків, транспортні стрічки, різні технічні вироби, ебоніт.
Синтетичний ізопренів каучук використовують в основному для заміни натурального каучуку, зокрема у виробництві багатошарових шин для вантажних автомашин. Він відзначається високими електроізоляційними властивостями, тому його можна застосовувати і в електротехніці.
Вініпласт можна переробляти у вироби способами гарячого пресування, екструзії, литтям під тиском і обробкою на верстатах. Плівки і листи з вініплату широко застосовуються для виготовлення резервуарів і баків для зберігання кислот і лугів, для внутрішнього облицювання електролітних і травильних ванн, у виробництві труб для транспортування кислот, лугів і інших агресивних речовин. З вініпласту виробляють предмети широкого вжитку – ґудзики, гребінці, лінійки та інші вироби. При обробці (пластифікації) полівінілхлориду застосовують такі пластифікатори: трикрезилфосфат, дибутилфталат, діоктилфталат.
Перспективним є використання так званих полімерних платсифікаторів. Як такі платифікатори застосовують поліефіри з низьким ступенем полімеризації.
Пластифікований полівінілхлорид випускають вигляді шлагів, труб у плівках, листах, стрічках. Полівінілхлорид широко застосовують як електроізоляційний матеріал у виробництві кабеля і проводів. З нього виробляють значну кількість товарів широкого вжитку – взуття, клейонки, паски, ремені, водонепроникні плащі. Останнім часом широкого застосування набувають полівінілхлоридні смоли у вигляді дисперсій (паст), які являють собою суспензії смол в органічних рідинах, здебільшого в пластифікаторах, в яких у звичайних умовах смола не розчиняється. Тканини і папір, покриті дисперсійними смолами, широко використовують у виробництві взуття, галантерейних, оббивних та інших матеріалів. Штучна шкіра – текстовініт – бавовняна тканина, вкрита дисперсійною смолою, широко використовується для виготовлення взуття, спортінвентаря, спецодягу, оббивного матеріалу для меблів. Полівінілхлорид має також важливе значення для виробництва піно- і поропластів, які використовують як тепло- і звукоізоляційні матеріали.

Феноло-формальдегідні смоли, в основному, ідуть на виготовлення пресованих матеріалів, що являють собою суміш наповнювача з смолою. Щодо структури наповнювачі можна поділити на дві великі групи; волокнисті (бавовна, скляне волокно) і порошкоподібні (деревна мука, слюда, графіт).
За волокнистими наповнювачами на основі феноло-формальдегідних смол виробляють такі матеріали: гетинакс (наповнювач-папір), текстоліт (наповнювач – бавовняна тканина), склотекстоліт (наповнювавач – скляна тканина або скляне волокно).

Процес виробництва цих матеріалів полягає в просуванні вокнистих наповнювач смолою з наступним пресуванням до затвердіння смоли. Гетинакс завдяки високим ізоляційним властивостям широко використовують у електромашинобудуванні і електромашинобудуванні і електротехнічній промисловості. З нього виготовляють панелі радіоприймачів, різні штамповані деталі радіо- і електроапаратури. Гетинакс є також зручним матеріалом для облицювання стін, вітрин, меблів.
Ще ширше застосовують тепер текстоліт. Він дуже твердий і має добрі електроізоляційні якості. З нього роблять шестирні, які забезпечують безшумну роботу машин, вкладиші підшипників, шківи, гальмові колодки.
Велике практичне значення має також склотекстоліт, який завдяки великій механічній міцності, діелектричним властивостям, водостійкості, легкості і пружності широко використовується в електротехніці і приладобудуванні, авто- і вагонобудуванні, в авіаційній і ракетній техніці. З склопластиків виготовляють корпуси та інші деталі електромоторів і генераторів, спеціальну ізоляцію для електропроводів, щити і вимикачі для високовольтної апаратури.
Останнім часом набули широкого застосування деревошаруваті пластики. Вони досить дешеві і міцні, тому поряд з текстолітом з успіхом використовуються для виготовлення конструкцій, які витримують значні механічні навантаження. З них також виробляють підшипники, шестерні, фрикційні передачі та багато інших виробів. Значну кількість фенолоформальдегідних смол використовують порошкоподібними наповнювачами, особливо з дешевим борошном, слюдою, графітом. З прес-порошків на основі феноло-формальдегідних смол виробляють панелі та інші деталі для радіоапаратури, корпуси телефонних апаратів, електричні вимикачі, штепсельні розетки, вилки, патрони.
На основі феноло-формальдегідних смол виробляють також два види лаків: ідитальні і бакелітові. Ідитальні лаки – спиртові рочини феноло-формальдегідних смол новогачного типу. Застосовуються вони, головним чином, для лакування меблів та інших дерев’яних виробів, на які не діє волога. Бакелітові лаки виготовляють на основі феноло-формальдегідних смол ре зольного типу. Завдяки хімічній стійкості і твердості їх використовують як кислотостійкі покриття чорних металів. Останнім часом почали широко застосовувати клеї, які виробляють на основі резорцино-формальдегідних смол. Особливою цінністю цих клеїв є їх властивість тверднути вже при звичайній температурі (20-30Ўг), що дає можливість обходитись без гарячого пресування виробів, які треба клеїти.