Конспект уроку з хімії для 11 класу на тему "Волокна"

                        Урок № __________                               Дата_______________

Тема. Волокна

Мета. 1. Ознайомити учнів з волокнами та їх  класифікацією. Дати уявлення пр. штучні та синтетичні волокна. Показати їх склад, фізичні і хімічні властивості штучних і синтетичних волокон, зв’язок властивостей і застосування волокон на прикладі найпоширеніших натуральних, штучних і синтетичних волокон.

           2. Розвивати уміння класифікувати волокна, пояснювати особливості будови та властивостей штучних і синтетичних волокон, розкривати взаємозв’язки між властивостями, застосуванням різних видів волокон. Закріплювати уміння самостійно здобувати знання, користуючись додатковими джерелами інформації.

           3. Виховувати зацікавленість до предмету, самостійність мислення, екологічну грамотність і свідомість, народногосподарську та економічну направленість. Проводити профорієнтаційну роботу.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Методи: словесні – бесіда, розповідь, дискусія, наочні – демонстрація, лабораторний дослід, самостійна робота, проблемно-пошукові, евристичні, творчі, репродуктивні.

Основні поняття: волокна, натуральне волокно, штучне волокно, синтетичне волокно, полімер, мономер, структурна ланка, реакція поліконденсації, смола.

Обладнання: підручник, комп’ютер, мультимедійна презентація «Волокна», реферативні сповіщення, колекція волокон, набори для демонстрацій № 4,5, набір для лабораторного досліду № 6, опорні схеми і таблиці.

План

1. Організаційна частина
2. Актуалізація опорних знань
3. Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності
4. Виклад нового матеріалу
5. Закріплення вивченого матеріалу
6. Підсумок уроку
7. Домашнє завдання

 

Хід уроку

1. Організаційна частина
2. Актуалізація опорних знань

1) Виконати завдання. Закінчіть речення.

1. Низькомолекулярна речовина, з якої утворюється полімер, називається ____ (мономер).

2. Група атомів, що багаторазово повторюються в макромолекулі називаються _____ (структурними ланками).

3. Кількість молекул мономеру у полімері визначає _____ (ступінь полімеризації).

4. Високомолекулярна сполука, утворена з низькомолекулярної шляхом полімеризації або поліконденсації називається ________ (полімер).

5. Процес сполучення молекул мономеру у макромолекули полімеру за рахунок розриву кратних зв’язків називається реакцією _________ (полімеризації).

6.  Процес сполучення молекул мономеру у макромолекули полімеру за рахунок виділення побічного продукту називається реакцією  ________ (поліконденсації).

2) Дати відповіді на запитання

1. Які природні полімери ви знаєте?

2. Що є мономерами:

а) крохмалю;

б) целюлози;

в) білків;

г) нуклеїнових кислот

д) природного каучуку?

3. За допомогою яких реакцій відбувається утворення природних полімерів?

5. Які штучні волокна виготовляють на основі целюлози?

4. Чому сьогодні постала проблема інтенсивного розвитку виробництва хімічних волокон?

3. Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності

Сьогодні на уроці ми з вами повинні познайомитися з волокнами, їх видами та вияснити:

- чи мають хімічні волокна переваги перед натуральними?

- чому сьогодні людство потребує таку велику кількість волокон різних видів?

- які екологічні проблеми використання хімічних волокон?

Для того, щоб дати відповіді на всі ці питання, необхідно більш детально розглянути дану тему  «Волокна». Допомогти нам у цьому допоможуть знання про високомолекулярні речовини і саме ті питання, про які ми вели мову на початку уроку під час актуалізації знань.

4. Виклад нового матеріалу

План

1. Історичні відомості про волокна.
2. Поняття про волокна
3. Класифікація волокон

Лабораторний дослід 6. Ознайомлення із зразками натуральних, штучних і синтетичних волокон.

4. Характеристика натуральних волокон
5. Характеристика штучних волокон
6. Характеристика синтетичних волокон

Демонстрація 4.  Витягування ниток зі смоли капрону чи лавсану

           Демонстрація 5. Відношення волокон різних видів до розчинів кислот чи лугів

7. Розвиток хімії волокон на Україні

1. Історичні відомості про волокна.

 

Ще сто років тому багато звичних сьогодні речей більшості людей здавалися фантастикою. Автомобілі, літаки, висотні будинки, телефон... Разом з тим саме наприкінці минулого століття зароджувалися технічні «дива» наших днів. Відвідувачі грандіозної Всесвітньої виставки 1889 року у Парижі, задерши голови, оглядали щойно зведену Ейфелеву вежу. Вдивлялися у сліпучо-білу волосинку електричної лампочки. Недовірливо вслухалися у голос співачки, записаний на фонограф...

Не лишав відвідувачів байдужими і той куточок виставки, де одержували блискучі, схожі на шовкові, нитки. Цікавим тут же відкривали таємницю їх виробництва. Бавовняне волокно занурювали в азотну кислоту, і незабаром ця суміш перетворювалася на густу в'язку масу. Цю масу прочавлювали крізь пластину з безліччю круглих отворів — своєрідний друшляк. Виходили нитки, які буквально на очах застигали. Після обробки їх можна було використати для вироблення тканини. Оскільки на вигляд така тканина нагадувала шовкову, а в її одержанні брала участь азотна, або нітратна, кислота, тканину назвали нітрошовком. Забігаючи наперед, скажемо, що і сьогодні, через сторіччя, всі хімічні волокна виробляють так само. В'язку масу прочавлюють через фільєри різного діаметра. В залежності від цього нитки виходять грубші або тонші. Значна кількість таких ниток іде на виробництво одягу наших сучасників. Але хто все-таки був автором, творцем установки, в якій вперше одержано штучний шовк? Ім'я творця нітрошовку, першого у світі штучного шовку, внесено до енциклопедії: Шардонне. Або повністю: Луї-Марі-Ілер-Берніго граф Шардонне де Гранж. Народився у старовинному французькому місті Безансоні. До речі, це місто — батьківщина великих утопістів Фурьє та Прудона, письменника Віктора Гюго. Як же Шардонне прийшов до штучного шовку? Адже він був не хіміком, а спеціалістом з будівництва мостів. Що ж, цей освічений інженер відомий також своїми винаходами у ткацтві, в авіації... Ще у студентські роки він захоплювався природничими науками. Познайомився з розробками Пастера, пов'язаними з шовківництвом. Вивчав праці ще одного свого співвітчизника — Рене Реомюра. Серед них — багатотомне видання «Життя комах», особливо розділи, присвячені шовкопряду. Слід сказати, що Реомюр був не тільки чудовим дослідником, а й експериментатором, винахідником, провидцем. На початку XVIII століття він збудував перший в Європі інкубатор. Попутно запропонував свій термометр: ще у XX столітті температуру частенько визначали «за Реомюром». Крім того, він запропонував рецепт матового скла. Цілком імовірно, що Шардонне не було відоме сміливе висловлення Реомюра: «У майбутньому можна навчитися виготовляти замінник шовку зі смоли і клею». Проте наука XIX століття показала, що із смоли і клею шовку не зробиш. Хіба що під «смолою і клеєм» розуміти органічні речовини, схожі на природні. Сам Шардонне зрозумів це і зупинився на бавовні як основі для псевдошовкової нитки. Азотування надавало речовині в'язкості, але і здатності застигати, подібно до шовковинки, щойно випущеної шовкопрядом. Та й сам механізм вироблення нитки по суті повторював природну здатність шовковичного черв'яка або павука. Та от лихо: захоплено зустрінутий нітрошовк, як виявилося, нікуди не годився. Вбрання з нього виходило недовговічне, до того ж займалося від першої-ліпшої іскри. Не зайве нагадати, що з такої самої нітроклітчатки славнозвісний Нобель у той самий час виробляв динаміт. Не дивно, що фабрика нітрошовку, яку Шардонне збудував у рідному Безансоні, прогоріла і за кілька років безславно завершила своє існування. Але перший — найважчий! — крок було зроблено. З часом розцвіло виробництво штучного шовку — щоправда, вже не «нітро» — у тому ж Безансоні, славному французькому місті. А втім, не тільки в ньому, а і в багатьох інших містах світу. Одним із піонерів у цій галузі стало наше місто Калінін. Мабуть, не випадково через століття після народження нітрошовку Калінін поріднився з Безансоном. Перша невдача не збентежила наступників Шардонне. У 1892 році англійці Чарльз Кросс, Едвард Джон та Клайтон Білд одержали патент № 8700. У ньому зазначалося: «Як сировину використовувати целюлозу у будь-якій з форм, що зустрічається у рослинному світі». Запам'ятаємо цю ємну характеристику. Отже, англійці запропонували діяти на целюлозу спочатку лугом. При цьому набухла маса ставала в'язкою, рідкою. Латиною «віскоза» і буде «в'язка». Звідси й назва штучного шовку. А втім, про таке застосування нового матеріалу винахідники віскози майже не думали. Насамперед, міркували вони, віскозу використовуватимуть для плівки. Атож! Досі на тих самих фабриках штучного шовку з віскози виробляють целофан. Продовжувачі цього напрямку прикладної хімії на початку століття випробували віскозу в ролі текстильного матеріалу — штучного шовку. Щоправда, віскоза нагадувала шовк тільки полиском. Вироби з віскози у чистому вигляді мають певні недоліки. Вони не дуже тривкі, «сідають» після прання, погано зберігають форму. Проте для деяких видів одягу ці недоліки не такі вже й страшні: їх цілком перекриває те, що ріднить віскозу з шовком. Готова віскозна нитка народжується з в'язкої маси, як у шовкопряда, її не треба створювати з тисяч окремих волоконець, як це роблять з бавовною, льоном або джутом. І головне, потрібної для цього в'язкої маси легко можна наготувати стільки, скільки не зможуть виробити мільйони шовкопрядів. І все це — в одному цеху. До того ж доступної сировини — скільки завгодно. Проте на початку XX століття можливості і перспективи рукотворного шовку розуміли далеко не всі. Одним з перших оцінив значення віскозного шовку Д. І. Менделєєв. Після відвідання Паризької виставки 1900 року, на якій демонстрували вже не нітрошовк, а віскозу, вчений написав: «Росія володіє різноманітними рослинними продуктами... Клітковина (так називали тоді целюлозу) не виснажує ґрунту, непридатна для їжі...Якби ми непотріб перетворювали на вироби з віскози, то розбагатіли б, більше, ніж з усієї нашої торгівлі...» Мудрі слова Менделєєва можна віднести і до інших галузей промисловості нашої країни. XX століття настійливо вимагало нових матеріалів. У тому числі для одягу. Інакше кажучи, настав час задуматися, як вдягти людство. Минуле, XIX століття, показало, що людей на Землі стає дедалі більше. Мало на вдвічі зросло населення Європи, у п'ять разів — Америки. Якщо на початку минулого століття на планеті жило менше мільярда чоловік, то на початку нинішнього вже 1,7 мільярда. А до XXI століття нас буде, за найскромнішими підрахунками, не менш як шість мільярдів. І кожен хоче, та й має право, гарно вдягатися. У наш час це — аксіома. Але на початку століття ця проблема багатьом видавалася досить-таки туманною. Спроби Менделєєва тоді ж, не відкладаючи, організувати виробництво вітчизняної віскози наштовхнулися на протидію царських чиновників. До Жовтневої революції лише у Митищах під Москвою діяла фабричка «Віскоза», що належала бельгійській фірмі. За рік вона давала продукції менше, ніж дає сьогодні, скажімо, Київський комбінат хімічних волокон за день. Отже, сировина, основа штучного шовку,— целюлоза. І бавовняне волокно, і лляне, і джутове, і стовбур дерева, і пелюстка троянди — все це целюлоза. Як же так? Відкриємо перший-ліпший довідник з хімії і знайдемо там формулу целюлози. У хімічних символах або у графічному зображенні молекулярного ланцюжка. Лише три елементи — вуглець, водень і кисень — утворюють однаковісінькі ланки надзвичайно довгої макромолекули. Проте формула та сама, як-то кажуть, без варіантів. Яким же чином із однієї і тієї ж хімічної сполуки виходять такі різні бавовна і льон, стовбур дуба і ніжна трояндова пелюстка? З невидимого мікросвіту перенесімося у знайомі нам міські квартали, вулиці. З однакових цеглин або залізобетонних деталей збудовано різні житлові будинки, школи, заводські корпуси. Річ у тім, що сполучаються початкові елементи по-різному. Целюлозні ланцюжки так само ідентичні. Хіба що в одному з них трохи більше ланок, ніж у другому. Так-от: згідно з відпрацьованою еволюцією, уточненою селекцією програмою целюлозні волоконця утворюють так звану надмолекулярну структуру. Мудрість природи виявляється в тому, що дуб міцно тримається у землі, квіти приваблюють комах, насіння з коробочок бавовни розлітається за вітром. Оптимальна структура допомагає рослині вижити, продовжити свій рід. У цьому плані целюлозні макромолекули стали універсальними «будівельними елементами» рослинного царства. Зрозуміло, що при цьому природу найменше турбувало те, чи підійдуть людині створені нею різновиди целюлозних волокон. Людині самій доводилося вибирати найкращі целюлозні композиції. За минулі століття вдалося підібрати небагато: льон, коноплі, джут, бавовник... І досягти того, щоб ці щасливі знахідки давали якомога більше добротного волокна. Це дається, як ми бачили, нелегко, і в той же час целюлози навколо — хоч греблю гати. Ви й зараз тримаєте її в руках: книжка складається, в основному, з тієї самої целюлози. Шкода, що не можна робити з паперу одежі... А втім, утримаємося від категоричного «ні». За кордоном уже є спроби випускати паперові сорочки, плаття. Правда, з особливих сортів паперу і здебільшого — для одноразового використання. Але звернімо увагу на можливості застосування целюлозних композицій... Біля входу до однієї з лабораторій Всесоюзного текстильного інституту висить жартівливий лозунг: «Зробимо целюлозу кращою, ніж створив її господь Бог! ”Один раз, правда, на вимогу якогось відповідального перестрахувальника слово «Бог» було замінено словом «природа». Але не в тім суть. Вдумаймося у значення слова «кращою». Що воно означає? Кращою для задоволення наших потреб. У даному випадку — як матеріал для костюма. Працюючи у цьому напрямку, дослідник крок за кроком неухильно просувався вперед. Уже нітрошовк показав, що азотовану целюлозу можна витягувати у нитки. Якої завгодно довжини. Будь-якого діаметра. Віскоза, до того ж бодай по одному показнику — зносостійкості — випередила всі види натуральних волокон. Нічого дивного: волокнам рослин така міцність абсолютно ні до чого. Економічна шалька терезів почала хилитися до штучного шовку. Автоматизоване хімічне виробництво порівняно компактне і дуже продуктивне, забезпечене сировиною і не залежить від примх природи, погоди, епідемій, шкідників. Усе це так, але за однієї умови, досить важливої: віскозна сорочка якістю не повинна поступатися бавовняній. Чи можна «підтягти» віскозне волокно до тих показників, за якими бавовник одержує заслужені п'ятірки? Можливість цього довели молоді працівники підприємства у Митищах. Правнуки тих, хто до революції працював на напівкустарній «Віскозі». Тепер там виробляють нове — полінозне — волокно. Буквально це означає — «бавовноподібне». Як досягли цього? Винайшли вдалу надмолекулярну целюлозну структуру. Ці нитки були вдосконалені вченими Українського інституту по переробці штучних та синтетичних волокон. При її формуванні потужний повітрям струмінь «розпушує» її, структура стає більш об'ємною, набуває здатності краще пропускати повітря. Деревну целюлозу можна трансформувати у гарний текстильний матеріал по-різному. До речі, і віскозний шовк — не єдиний варіант. Ще на початку століття для одержання прядильного розчину почали застосовувати ацетилування: піддавали розмелену целюлозу дії оцтової кислоти. Таким чином, одержували ацетатне волокно, ацетатний шовк. У чомусь він поступається віскозі, зате має одну унікальну здатність: пропускає ультрафіолетове проміння. Ось чому варто робити з ацетатного шовку, скажімо, купальники. Втім, це не єдиний шлях використання його у костюмі. А чим, цікаво, займаються вчені лабораторії, які викликали на змагання самого господа Бога? У центрі їхньої уваги — макромолекули целюлози. Хіміки освоїли метод щеплення, подібний до того, який застосовують садівники. Коли садівник хоче одержати гарні яблука, він прищеплює дичці гілку культурної рослини. Так само хіміки прищеплюють певні молекули до целюлозного ланцюжка, до ланок міріад цих макромолекул. Припустимо, вони прищепили молекули акрілонітрілу. Волокно, яке вони одержать, значно переважатиме навіть віскозне за зносостійкістю, прекрасно фарбуватиметься. Щеплення інших молекул робить майбутні штучні волокна більш термостійкими, масловідштовхуючими або антимікробними.

Середина XX століття стала періодом тріумфального пришестя хімічних волокон. Завдяки високій механічній міцності, хімічній стійкості і іншим чудовим властивостям вони швидко знайшли безліч технічних застосувань у самих різних галузях промисловості.  На завоювання і освоєння світового текстильного ринку хімічним волокнам було потрібно всього 50 років. За цей час споживання натуральних волокон знизилося в 2,2 рази, а хімічних - зросло в 53,5 рази.

 Проте на рубежі XX і XXI століть над виробництвом хімічних волокон стали “згущуватися хмари”. Це пов’язано із збільшенням попиту на вуглеводневу сировину як енергоносій, зростанням цін на нього, тривожними прогнозами про виснаження нафтових запасів, а також з екологічними проблемами виробництва.

 Тому знов виник інтерес до отримання хімічних волокон з поновлюваної, достатньо дешевої і доступної природної сировини, і в першу чергу з целюлози.

2. Поняття про волокна

Хімічні заводи виробляють різноманітні волокна, з яких, водночас із природними матеріалами, одержують елегантні шубки, штучний каракуль, килими, багато гарних і потрібних речей, без яких життя людини практично неможливе.

Що ж таке волокна? Це високомолекулярні сполуки, природні або хімічні, це матеріали, які складаються з довгих і тонких ниток або відрізків ниток, придатних для виготовлення пряжі і тканин.

3. Класифікація волокон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Класифікацію хімічних волокон здійснюють залежно від походження сировини, з якої їх виготовляють. Якщо сировиною для виробництва хімічного волокна є природний полімер, волокно називається штучним. Якщо ж сировиною є продукти органічного синтезу, то волокно називається синтетичним.

Лабораторний дослід 6. Ознайомлення із зразками натуральних, штучних і синтетичних волокон.

Реактиви та обладнання: зразки волокон, пінцет, сірники.

Завдання. Уважно розгляньте видані вам зразки волокон і тканин. Перевірте їх еластичність, визначте колір, блиск. Затисніть невеликий шматочок волокна в пінцеті і підпаліть. Зверніть увагу на швидкість спалахування, характер горіння, запах продуктів горіння та залишок після припинення горіння. Користуючись інформацією підручника і інших джерел, спробуйте визначити, до якої групи волокон належить кожен зразок.

Результати дослідження оформіть у робочий зошит у вигляді таблиці.

Характеристика волокон

Назва	Зовнішній вигляд	Характер горіння	Тип волокна	Використання

 

 

Назва	Зовнішній вигляд	Як змінюється від нагрівання	Проба на горіння	Вплив на волокно  лугу або кислоти
				NaOHр	NaOHк	H2SO4р	H2SO4к
Бавовна	волокна прямі, однакові за товщиною	не плавиться	горить яскравим полум’ям з утворенням ажурного попелу, поширюючи запах паленого паперу	втрачає міцність під час кип’ятіння	набухає, а іноді руйнується	руйнується	руйнується
Шерсть	хвилясті волокна з незначним блиском	внаслідок сильного нагрівання спікається	горить погано, поширюючи запах паленого волосся або рогу	розчиняється під час кип’ятіння	руйнується	помітних змін не відбувається	набухає
Натуральний шовк	волокна однакові за товщиною, гладенькі	не плавиться	горить, поширює запах	помітних змін не відбувається	втрачає міцність	помітних змін не відбувається	втрачає міцність
Віскоза	однакові за товщиною, гладенькі волокна із скловидним блиском або матові	не плавиться	горить яскравим полум’ям, поширюючи запах паленого паперу	при кімнатній температурі змін не відбувається	сильно набухає і втрачає міцність	руйнується	руйнується
Ацетатне волокно	однакові за товщиною волокна, гладенькі гладенькі, м’які, шовковисті	плавиться, утворюючи маленьку блискучу світлу кульку	горить, утворюючи маленьку липку кульку. Запах продуктів горіння кислий	повільно руйнується	розчиняється	-	-
Капрон	волокна однакові за товщиною, гладенькі, із скловидним блиском, сухі, пружні	плавиться, утворюючи тверду, блискучу, темну кульку	горить погано навіть у полум’ї, поширюючи неприємний запах	не діє	не діє	не діє	розчиняється протягом     5-10 хв
Найлон	волокна однакові за товщиною, гладенькі, із скловидним блиском	плавиться, скручуючись	горить голубуватим полум’ям, поширюючи характерний запах прілих горіхів	не діє	не діє	не діє	розчиняється
Лавсан	волокна однакові за товщиною, округлені, матові	плавиться, утворюючи тверду смолу	горить спалахами кіптявим полум’ям, поширюючи різкий запах	діє тільки при кип’ятінні	розчиняється при кип’ятінні	обвуглюється	руйнується при кип’ятінні
Нітрон	волокна однакові за товщиною, скручені, матові	плавиться, утворюючи кульку неправильної форми	горить кіптявим полум’ям, поширюючи різкий запах	не діє	розчиняється при кип’ятінні	не діє	розчиняється

 

4.Характеристика натуральних волокон

Бавовна — один з основних видів сировини текстильної промисловості. Його вирощують у країнах Середньої Азії, Казахстані, Азербайджані, Вірменії. Волокна бавовни білі, за що його називають «білим золотом». Крім нього, вирощується і кольорова бавовна. Волокна бавовни міцні, термостійкі, світлостійкі, гігроскопічні, легкі на дотик, теплуваті. З однієї тонни бавовни одержують 340–350 кг волокна, що дорівнює 3500 м тканини. Містить 90 % природної целюлози. Волокна вкривають насіння рослини бавовник.

Льон вирощують на території України, Білорусії, країн Прибалтики, Росії. Після дозрівання стебел льон вичісують для видалення насінних коробочок, зв’язують у снопики й відправляють на переробку. Волокна довгі, міцні, термостійкі, гігроскопічні, теплопровідні, розтягуються незначною мірою, на дотик цупкі, холоднуваті.

З волокон льону й бавовни виробляється широкий асортимент льняних і бавовняних тканин, для яких характерні міцність, здатність зминатися, осипатися, усаджуватися, добре носитися, драпуватися. Добре перуться і прасуються. Рекомендації щодо догляду за тканинами: прання, кип’ятіння, прасування негативно впливають на зношуваність тканин.

З льняної та бавовняної пряжі виробляються тканини, з яких шиють натільну, постільну, столову білизну, літній одяг.

Вовна — після бавовни друге за значенням текстильне волокно. Виготовляють із шерсті кіз, овець, верблюдів, корів, кролів. Найбільше застосування має овеча вовна. Буває різних природних кольорів, легко фарбується. Має високу гігроскопічність, світлостійкість, пружність, добре розтягується. Я розумію, що про недоліки говорити не слід, оскільки тоді важче продати то вар, однак порівняно з рослинними волокнами міцність на розрив, стійкість на витирання і теплостійкість вовни невисокі. Пилоємне волокно. Але в ньому легко дихається і тепло взимку. З вовни виготовляють пряжу, тканини, фетр, повсть.

Шовк. Найбільш цінним вважається шовк ту тового шовкопряда. З курсу біології нам відомо, що спочатку гусінь шовкопряда вигодовують тутовим листям. Гусінь заляльковується, виділяючи шовковидільними залозами шовкове волокно. Після чого лялечки вбивають, запарюють, висушують і розмотують. Натуральний шовк тонкий,

легкий, м’який, гігроскопічний. Тканини легко драпуються, дуже гарні, майже не мнуться, мають високі гігієнічні властивості. З них шиють сукні, блузи, білизну.  Щоб тканини із вовни й шовку служили довго, перед пранням з них витрушують пил і сортують за кольором. Перуть у теплій воді без лугу, з гірчицею, застосовують спеціальні порошки. Пом’якшувати воду слід содою або розчином нашатирного спирту (1 л спирту на 1 цебро води). Полоскати слід два-три рази, під час останнього разу додати Ічайну ложку оцту на цебро води. Віджимати злегка. У гарячій воді вовна дає усадку. Одяг з вовни чи шовку я рекомендую піддавати хімчистці.

5. Характеристика штучних волокон

Для виробництва тканини сьогодні, крім натуральних, використовують хімічні волокна. Сировиною для виробництва хімічних волокон служить целюлоза, яку одержують з деревини або відходів бавовни, а для виробництва синтетичних волокон — газ и та продукти переробки кам'яного в угілля та нафти. Хімічні волокна розширюють асортимент тканин. 3 кожним роком виробництво хімічних волокон збільшується. Це спричинено тим, що:

а) багато які хімічні волокна за своїми фізико-механічними та гігієнічними властивостями не поступаються натуральним і часто переважають їх;

б) можна одержати волокна із заданими властивостями;

в) витрати на виробництво хімічних волокон значно нижчі, ніж на виробництво натуральних.

Тканини із хімічних волокон використовується втричі більше, ніж тканин із вовни, і у сто разів більше, ніж із натурального шовку. Розгляньмо технологічну схему виробництва штучного ацетатного волокна. А в ролі технолога виробництва буду я, вчитель хімії.

Штучні волокна виробляються з деревної, бавовняної целюлози.

 [С₆Н₇0₂(ОН)₃]n + Зn СН₃СООН =  [С₆Н₇0₂(ОСОСН₃)]n + 3n H₂O

Триацетатцелюлозу розчиняють у суміші дихлорметану (СН₃С1₂) й етилового спирту (С₂Н₅ОН). Одержують в’язкий розчин, який продавлюють крізь фільтри діаметром 0,08 мм, 40 отворів. Тонкі струмені розчину опускаються в шахту назустріч нагрітому повітрю. Розчинники випаровуються, і триацетатцелюлоза утворює нитки, з яких одержують ацетатний шовк. Хочеться навести слова Максима Горького, сказані одним із героїв п’єси «Діти сонця»: «Пильний, сміливий погляд хімії проникає у вогненну масу сонця, у пітьму земної кори, у таємниці будови каменя і без-

мовне життя дерева».

Ацетатні волокна тонкі, нагадують

натуральний шовк, пружні,

добре електризуються, мають під-

вищені теплоізоляційні властивос-

ті, світлостійкі. Тканини слизькі, на

зрізах осипаються, мнуться, мають

незначні теплозахисні властивості,

швидко сохнуть.

Віскозне волокно добувають обробкою

целюлози розчином лугу і сірковуглецем.

З одержаної густої в’язкої маси

видаляють розчинники і формують волокно

з впорядкованим розташуванням молекул

целюлози. Це волокно подібне до натуральних

 волокон льону і бавовни. Воно володіє

шовковистим блиском, приємне на дотик,

м’яке, гігроскопічне, легко і рівномірно зафарбовується, добре повітропроникливе.

Мідноаміачне волокно на основі целюлози використовується для виробництва килимів, технічних тканин і трикотажних виробів.

6. Характеристика синтетичних волокон

Лавсан (поліетилентерефталат) - представник поліефірів:

Отримують реакцією поліконденсації терефталевоъ кислоти та етиленгліколю:

HOOC-C₆H₄-COOH + HO-CH₂CH₂-OH + HOOC-C₆H₄-COOH ... →

 

→ HOOC-C₆H₄-CO - O-CH₂CH₂-O - OC-C₆H₄-CO - ... +  nH₂O

                             полімер-смола

 

В загальному вигляді:

 

n HOOC-C₆H₄-COOH+ n HO-CH₂CH₂-OH→ HO-(-CO-C₆H₄-CO-O-CH₂CH₂-O-) n-H + (n-1) H₂O

  Полімер пропускають через фільєри - макромолекули витягуються, посилюється їх орієнтація. Формування міцних волокон на основі лавсану здійснюється з розплаву з наступною витяжкою ниток при 80-120 ° С.

Лавсан є лінійним жорсткозчепленим полімером, оскільки має наявність регулярно розташованих в ланцюзі макромолекули полярних складноефірних груп -О-СО-, що призводить до посилення міжмолекулярних взаємодій, надаючи полімеру жорсткість і високу механічну міцність. До його переваг відносяться також стійкість до дії підвищених температур, світла і окислювачів.

Переваги:

Міцність, зносостійкість, світло і термостійкість, хороший діелектрик, стійкий до дії розчинів кислот і лугів середньої концентрації, висока термостійкість (-70 ˚ до 170 ˚)

Недоліки:

1. Негігроскопічний (для виробництва одягу використовують у суміші з іншими волокнами)

Застосовується лавсан у виробництві:

- волокон і ниток для виготовлення трикотажу і тканин різних типів (тафта, жоржет, креп, піке, твід, атлас, мереживо, тюль, плащові і зонтичні полотна і т.п.);

- плівок, бутлів, пакувального матеріалу, контейнерів та ін;

- транспортерних стрічок, приводних ременів, канатів, вітрил, рибальських сіток і тралів, бензо-і нафтостійких шлангів, електроізоляційних і фільтрувальних матеріалів, щіток, застібок "блискавка", струн ракеток тощо;

- хірургічних ниток та матеріалів для імплантації в серцево-судинній системі (ендопротези клапанів серця і кровоносних судин), ендопротезування зв'язок і сухожиль.

 

Капрон [-NH-(CH₂) ₅-CO-] n - представник поліамідів.

У промисловості його отримують шляхом поліконденсації похідного ε-амінокапронової кислоти - капролактаму.

H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-OH →

 

ε-амінокапронова кислота

 

→ H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-... + nH₂O

Процес ведеться в присутності води, що грає роль активатора, при температурі

240-270 ° С і тиску 15-20 кгс/см2 в атмосфері азоту.

Переваги:

Завдяки сильній міжмолекулярноій взаємодії, зумовленій водневими зв'язками між групами -CO-NH-, поліаміди є важкорозчинним, високоплавким полімером з температурою плавлення 180-250 ° С, стійкий до стирання і деформації, не вбирає вологу, тому не втрачає міцності у вологому стані

Недоліки:

1. Малостійкий до дії кислот

2. Мала теплостійкість тканин (не можна прасувати гарячою праскою)

Застосування:

Поліаміди застосовуються перш за все для отримання синтетичного волокна. Внаслідок нерозчинності в звичайних розчинниках прядіння ведеться сухим методом з розплаву з наступною витяжкою. Хоча поліамідні волокна міцніше натурального шовку, трикотаж і тканини, виготовлені з них, значно поступаються за гігієнічними властивостями через недостатню гігроскопічність полімеру.

Виготовлення одягу, штучного хутра, килимових виробів, оббивок.

Поліаміди використовуються для виробництва технічних тканин, канатів, рибальських мереж.

Шини з каркасом з поліамідного корду більш довговічні.

Поліаміди переробляються в дуже міцні конструкційні вироби методами лиття під тиском, пресування, штампування і видування.

Демонстрація 4. Витягування ниток зі смоли капрону.

Розплавити в порцеляновій чашці капрон, скляною паличкою підхопити краплю розплаву і почати витягувати з нього нитку, прикріпивши її до іншої палички.

Демонстрація 5. Відношення волокон різних видів до розчинів кислот і лугів.

Взяти 5 зразків різних волокон, помістити кожен у дві пробірки. До однієї додати сульфатної кислоти, до іншої – натрій гідроксиду. Зробити висновки (дивись таблицю Лабораторного досліду 6)

7. Розвиток хімії волокон на Україні

Залишається нагадати, що провідними галузями в Україні є легка і харчова.

Бавовняні комбінати на привізній сировині: Херсон, Донецьк, Тернопіль.

Прядильно-нитковий комбінат: Нікополь.

Вовняні комбінати: Суми, Чернігів, Донецьк.

Килими виробляють у Києві, Черкасах, Чернівцях.

Камвольно-текстильний комбінат: Херсон, Київ (Дарниця).

Ткальна фабрика: Марганець.

Трикотажна фабрика: Луганськ, Київ, Одеса.

Панчішно-шкарпеткова фабрика: Рубіжне.

 

5. Закріплення вивченого матеріалу

 

Задача 1.  Скільки деревини, що містить 60 % целюлози, потрібно переробити, щоб одержати 100 кг ацетатного волокна, якщо виробничі втрати становлять 15 %?

Задача 2. На гідролізному заводі одержали 2 т спирту. Скільки витратили целюлози?

Запитання

1. Волокна якої рослини використовували давні люди? Тканини цих волокон було знайдено на муміях єгипетських фараонів і жерців, похованих у 3 тис. до н. е. На гробницях зображено процес його виготовлення. Про які властивості волокна йдеться та як воно називається?

2. Крохмаль і целюлоза мають однакову молекулярну формулу. Чому з крохмалю не прядуть нитки?

 

6. Підсумок уроку

7. Домашнє завдання

Вивчити § 16 (Хімія 11 Попель), дати відповіді на зап. 1-6 с.178, виготовити презентацію на тему «Волокна».