Завдання 1
На сьогодні населення Землі становить понад 7 мільярдів чоловік. Як ви гадаєте, чи можна забезпечити усіх цих людей ресурсами природного походження (будівельними матеріалами, побутовими речами, їжею тощо)?
Завдання 2
На малюнку 14 зображено речі, чимало з яких ви бачите щодня. Чи можна, на вашу думку, застосувати матеріали хімічного походження для виготовлення подібних предметів побуту? Назвіть речі на фото, які, на вашу думку, можуть бути виготовлені з матеріалів хімічного походження.
Людство вже давно намагається винайти замінники багатьом природним ресурсам. Насамперед ідеться про конструкційні матеріали як сировину для промислового виробництва технологічних машин та предметів побуту.
Пошук дешевших, простіших у виробництві, придатних для повторного використання матеріалів спричинив широке використання природних та розробку синтетичних полімерів — речовин, знайомство з якими ви розпочали в § 1. Структуру полімеру можна подати у вигляді молекулярної моделі (мал. 17) речовини, утвореної макромолекулами, які складаються з тисяч дрібніших молекул.
Полімери — хімічні сполуки з високою молекулярною масою, молекули яких складаються з багатьох угруповань.
За походженням полімери поділяють на природні, штучні та синтетичні. Серед природних найважливіші білки (шкіра, вовна, натуральний шовк), нуклеїнові кислоти, клітковина, крохмаль, натуральний каучук (сік дерева гевея), бітуми, смола хвойних дерев. Штучними називають продукти хімічної модифікації природних полімерів (різноманітні похідні целюлози — основної частини рослинних волокон). Синтетичними називають полімери, які одержують із низькомолекулярних речовин методами полімеризації або поліконденсації. Синтетичні високомолекулярні сполуки широко відомі у вигляді різноманітних пластмас, волокон, каучуків тощо.
Наприкінці ХІХ ст. вчені-хіміки змогли отримати з простих речовин полімери, яких не існує в природі. Сировиною для побудови синтетичних полімерів є нафта, природний газ, вугілля, коксовий газ, відходи промислових підприємств. Таку побудову — з’єднання простих молекул у ланцюжки — називають синтезом. А полімери, отримані подібним чином, — синтетичними.
Полімери можуть мати лінійну, розгалужену й сітчасту будову. Лінійна будова (мал. 16) надає полімерам пружності, вони мають властивість розтягуватися й стискатися під дією різних сил. Коли ж такі впливи припиняються, полімер набуває первинної форми, тому такий полімер дістав назву еластик.
У полімерах із розгалуженою структурою короткі ланцюги приєднані до основного ланцюга як зубці до ручки гребінця (мал. 17).
У сітчастих полімерах ланцюги зв’язані між собою поперечними зв’язками, що робить їх та полімери з розгалуженою структурою значно міцнішими й менш еластичними (мал. 18). Полімери з такою будовою називають пластиками (тобто жорсткими пластмасами).
Під час виготовлення виробів із пластиків полімери перебувають у в’язкотекучому або високоеластичному стані, а при експлуатації — у склоподібному або кристалічному.
Пластичність та рідкотекучість за високих температур є головною якістю полімерів, що дає змогу надавати їм будь-якої необхідної форми.
За цією якістю пластмаси, виготовлені на основі полімерів, традиційно поділяють на реактопласти та термопласти.
Термопластичні пластмаси (термопласти) — це пластмаси на основі термопластичних полімерів, які під час нагрівання розм’якшуються, а за охолодження тверднуть; цей процес відбувається й за повторного нагрівання. Тобто такі пластмаси допускають вторинну переробку.
Завдання 3
На малюнку наведено структурну схему різних видів термопластичних полімерів (мал. 19), вказано абревіатури, якими полімери позначають, і розшифровку цих абревіатур — повні назви полімерів. Розгляньте уважно схему й назвіть побутові або промислові речі, у конструкції яких використано названі полімери (скористайтеся інформацією, поданою на мал. 20 та у практичній роботі 1 на с. 32-33).
Якщо існують різні види полімерів, що слугують основою для виготовлення пластиків, то слушно припустити, що кожен з них має власне, особливе призначення. Погляньмо, що ж виготовляють із кожного з названих полімерів.
ПММА — твердий, прозорий, без кольору (за наявності барвників — кольоровий) матеріал загальнотехнічного призначення. Виготовляється у вигляді листків завтовшки від 0,8 мм до 24 мм, який характеризується високою атмосферостійкістю, гарними фі-зико-механічними та електроізоляційними властивостями. Застосовується в авіабудуванні (авіаційне скло), автомобілебудуванні (розсіювачі фар та ліхтарів), світлотехніці.
ПС — продукт полімеризації стиролу, має загальнотехнічне призначення. Використовується у світлотехніці та виробах культурно-побутового призначення завдяки тому, що добре піддається обробці — ріжеться та склеюється. Поширення набув спінений ПС (пінопласт).
ПЕ — паливні баки сучасних автомобілів, труби опалення підлоги, високоякісний термоклей, термоусадкова упаковка, промислові плівки, кришки, скриньки.
ПП — полімер пропілену — твердий матеріал загальнотехніч-ного призначення, що має високі електроізоляційні властивості, хімічну й водостійкість. Його використовують у медицині, харчовій промисловості (пакувальні плівки) та електротехніці.
Мал. 20. Приклади застосування поліетилену: 1 — медичне обладнання; 2 — предмети домашнього вжитку; 3 — плівка для парників; 4 — труби і шланги; 5 — клейка стрічка; 6 — пакувальна плівка; 7 — пакети;
8 — деталі
Завдання 4
Проаналізувавши види виробів, які виготовляють із поліетилену (мал. 20), назвіть можливі властивості, які зробили цей полімер найбільш вдалим матеріалом для виготовлення предметів широкого вжитку (накресліть у зошиті та заповніть таблицю за наведеним нижче зразком).
Вироби з поліетилену та його властивості
Таблицю слід відтворити в зошиті і заповнити за результатами досліджень зразків виробів з поліетилену (плівок різної товщини та призначення, побутових речей, деталей механізмів і пристроїв).
Термореактивні пластмаси (реактопласти) — полімерні матеріали, які за нагрівання розм’якшуються, але за певної температури й під дією затверджувачів, каталізаторів хімічних реакцій зазнають полімеризації, внаслідок якої переходять у твердий стан. Повторна переробка таких полімерних матеріалів неможлива (мал. 21). Теплостійкість їхня вища і досягає 200...370 °С.
Гуму використовують для виготовлення та відновлення шин, промислових шлангів, прокладок, виробів, отриманих методом занурення, наприклад, латексових рукавичок, медичних катетерів тощо.
Мал. 21. Найпоширеніші види термореактивних полімерів
Амінопласти (ізоміл, мелмекс, пласкон тощо) — пластмаси на основі аміноальдегідних смол. До їх складу входять наповнювачі — целюлоза, тальк, деревне борошно, скляне волокно, мінеральні пігменти барвників.
Фенопласти мають високу механічну стійкість, міцність, корозійну стійкість, добрі електроізоляційні параметри. Застосовують фенопласти практично в усіх галузях промисловості як матеріали електротехнічного, конструкційного, ізоляційного, антифрикційного (для зменшення тертя) і фрикційного (для збільшення тертя) призначення.
Маркування пластмаси являє собою три стрілки, що утворюють трикутник, у середину якого вписане число, що позначає тип пластику. Часто при маркуванні виробів під трикутником вміщене літерне маркування. Нижче наведено приклади таких маркувань та застереження щодо впливу на здоров’я людини зазначених матеріалів.
 |
Поліетилентерефталат (лавсан) зазвичай використовують для виробництва тари для мінеральної води, безалкогольних напоїв і фруктових соків, упаковки, оббивки. |
 |
Поліетилен високої щільності, а також поліетилен низького тиску використовують для виробництва пляшок, баклаг, напівжорсткої упаковки. Він вважається безпечним для харчового використання. |
 |
Полівінілхлорид використовують для виробництва труб, садових меблів, покриттів для підлоги, віконних профілів, жалюзі, ізоляційної стрічки, тари для мийних засобів та клейонки. Матеріал є потенційно небезпечним для харчового використання, адже може містити діоксини, бісфенол А, ртуть, кадмій. |
 |
Поліетилен низької щільності, поліетилен високого тиску використовують для виробництва брезентів, мішків для сміття, пакетів, плівки та гнучких ємностей. Вважається безпечним для харчового використання. |
 |
Поліпропілен використовують в автомобільній промисловості (обладнання, бампери), для виготовлення іграшок, а також у харчовій промисловості, насамперед для виготовлення упаковок. Поширені поліпропіленові труби для водогонів. Вважається безпечним для харчового використання. |
 |
Полістирол використовують для виготовлення плит теплоізоляції будівель, харчових упаковок, столових приборів і чашок, різних упаковок (харчової плівки й піноматеріалів), іграшок, посуду, ручок і т. п. Матеріал є потенційно небезпечним, особливо в разі горіння, оскільки містить стирол. |
 |
Інші види пластику (переважно полікарбонат — може містити небезпечний для людини бісфенол А; використовують для виготовлення твердих прозорих виробів). |
Першою синтетичною пластмасою-реакто-пластом був бакеліт, створений у 1907 р. американським хіміком Лео Бакеландом.
Матеріал мав дуже широку сферу застосування. З нього виготовляли деталі як для побутової техніки (корпуси телефонних апаратів, лампові патрони тощо; див. малюнок 22), так і для зброї (ручки ножів, накладки на руків’я вогнепальної зброї). Можливо, ще й досі, коли ви їдете ескалатором метрополітену, ви стоїте на поверхні, виготовленій із бакеліту.
Переваги пластмас на основі полімерів:
висока технологічність, завдяки якій із виробничого циклу можна вилучити трудомісткі та затратні операції механічної обробки виробів;
мінімальна енергоємність, обумовлена тим, що температура переробки цих матеріалів становить, як правило, 150-250 °С і є значно нижчою, ніж у металів і кераміки; можливість отримання за один цикл формування одразу декількох виробів, зокрема й складної конфігурації, а під час виробництва погонних виробів (труб, профілів тощо) вести процес на великих швидкостях;
практично всі процеси виробництва автоматизовані.
Недоліки пластмас на основі полімерів:
низька теплостійкість і твердість;
високий температурний коефіцієнт лінійного розширення; займистість; схильність до старіння;
схильність до зміни форми під дією навантажень; холодноламкість.
Позаяк переваги пластмас на основі полімерів вагоміші, ніж їхні недоліки, їх надзвичайно широко й ефективно використовують практично в усіх галузях світового господарства.
Основними виробниками полімерів і пластмас є США, Японія, Німеччина, Корея та Китай.
Чи добре засвоїли?
1. Що називають полімерами?
2. На які види поділяють полімери за походженням?
3. Які властивості мають полімерні матеріали?
4. Де використовують полімери?
Поясніть
1. За якими властивостями полімери, на вашу думку, є кращими за природні матеріали? Завдяки чому це відбулося?
2. Чому важливо знати основні властивості полімерів?
Підбиваємо підсумки
Полімери — речовини, утворені макромолекулами, які складаються з тисяч дрібніших молекул.
На сьогодні полімери за походженням поділяють на два види: а) природного походження; б) хімічного походження.
Полімери можуть мати лінійну, розгалужену й сітчасту будову. Загалом полімери та пластмаси, виготовлені на їх основі, поділяють на термопласти та реактопласти. Крім того, полімери поділяють на пластики (тобто жорсткі пластмаси) й еластики.
Поглибте свої знання
У 1846 р. Чарлз Гудьєр запатентував у США технологічний процес, який полягав у змішанні каучуку з 30 % сірки з подальшим нагріванням продукту до 115 °С (процес вулканізації). У результаті було отримано твердий матеріал, названий вулканітом, або ебонітом. Ч. Гудьєра цікавило насамперед виробництво
покришок для коліс, але його матеріал виявився досить удалим замінником гагату (гагат — різновид кам’яного вугілля; інша назва — чорний бурштин). Ебоніт досить легкий, має чорний колір і, якщо його відполірувати, набуває блиску, подібного до блиску природного гагату.
Особливо важливим виявилося те, що продукт можна формувати за помірного нагрівання. Таким чином, як і у випадку з пластмасами, виготовивши один раз форму під яку-небудь прикрасу з ебоніту, його можна було швидко й дешево тиражувати в тисячах екземплярів. Дуже популярними стали напрочуд гарні брошки, підвіски й ланцюжки з ебоніту.
Це матеріал з підручника Трудове навчання 9 клас Лебедєв (хлопці)