Урок на тему " Пластмаси"

Про матеріал

Урок на тему " Пластмаси", Синтетичні високомолекулярні речовини .Полімери, реакції полімеризації і поліконденсації.

Перегляд файлу

Міністерство освіти і науки України

Вище професійне училище №24

Конспект уроку

на тему:

“Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси.”

Виконав:

Викладач хімії

Степанюк Ірина Михайлівна

Тема: Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси

Мета уроку:

Навчальна: поглибити й розширити знання учнів про роль хімії у створенні нових матеріалів; показати можливості застосування нових синтетичних матеріалів з оригінальними властивостями; визначити роль органічної хімії у створенні нових матеріалів, зокрема полімерів (пластмас), показати різноманітні сфери застосування полімерів;

Розвивальна: розвивати логічне мислення учнів,увагу, пам'ять, пізнавальний інтерес і творчу активність .

Виховна: Формувати в учнів елементи екологічного мислення, прищеплювати любов до природи, виховувати активну життєву та громадську позицію, патріотизм.

Тип уроку: Урок засвоєння нових знань і умінь.

Форма проведення: Урок-семінар.

Навчально-матеріальне забезпечення: комп’ютер, мультимедійний про-ектор, презентація, відеофільм, таблиці, листівки, тестові завдання, карткові завдання ” Доміно ”, дошка, крейда.

Міжпредметні зв’язки: Фізика, біологія, екологія, географія, виробниче навчання.

Хід уроку

«Широко простягає хімія руки свої у справи людські. Куди не подивимось, куди не оглянемось, скрізь обертаються перед очима нашими успіхи її старанності».

М. В. Ломоносова

I. Організаційний етап. Створення емоційного настрою.

Будь-який вид людської діяльності, починаючи з готування їжі й закінчуючи запуском космічних кораблів, так чи інакше пов’язаний із використанням різних матеріалів. Виробництво більшості видів матеріалів ґрунтується на хімічних процесах. Розробка й одержання нових матеріалів та вдосконалення існуючих — одне з головних завдань сучасної хімії.

Запитання до учнів

1. У чому полягають основні цілі наукових розробок у створенні нових матеріалів?

Учні мають дійти висновку, що цілі наукових розробок полягають у тому, щоб:

будь-яку речовину зробити матеріалом або його компонентом;

на основі однієї речовини створити різноманітні матеріали.

2. Які нові матеріали, що були створені останнім часом, вам відомі?

Для будь-якого хіміко-технологічного процесу потрібна апаратура, що виготовлена з таких матеріалів, які здатні протидіяти різноманітним агресивним впливам, у тому числі хімічним, механічним, термічним, електричним, а в деяких випадках навіть радіаційним і біологічним.

Хімічна галузь постачає промисловості та сільському господарству різні матеріали і сировину. Це паливо, мастила, хімічні волокна, пластмаси, синтетичні каучуки, мінеральні добрива, мийні засоби, парфуми, фармацевтичні препарати, луги, кислоти, розчинники, вибухові речовини тощо.

Ці слова великого російського вченого-природодослідника М. В. Ломоносова, висловлені майже 250 років тому, і сьогодні не втратили свого значення. Навпаки, вони звучать з особливою силою, оскільки на сьогодні роль хімії в житті суспільства постійно зростає.

Запитання до учнів

— Щоб, на вашу думку, сказав великий учений, якби опинився у XXI столітті?

II.Актуалізація опорних знань. Мотивація навчальної діяльності.

а) Повідомлення теми нового матеріалу.
б) Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.

Полімери — це високомолекулярні сполуки, молекули яких складаються з великого числа мономерних ланок, що сполучені між собою хімічними зв’язками.

Наприклад, полімер (—CH₂—CH₂—)_n складається з n ланок етену.

Число n називається ступенем полімеризації.

Молекули полімерів можуть мати лінійну, розгалужену й зшиту будову. Це позначається на властивостях пластмас, зокрема, зумовлює такі їх властивості, як термопластичність і термореактивнісь.

Полімеризація – процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної

Полімеризацією етилену і його гомологів добувають поліетилен, поліпропілен та багато інших.

Поліконденсація – реакція утворення полімеру внаслідок взаємодії функціональних груп молекул мономера, яка відбувається з виділенням води, амоніаку або інших низькомолекулярних сполук

Пластичні конструкційні матеріали на основі органічних полімерів називають пластмасами.

Основними представниками полімерних матеріалів є пластмаси, каучуки і волокна.

Історія

Першу пластмасу було отримано британським металургом і винахідником Александром Парксом у 1855 році. Паркс назвав її «паркезин» (потім стали називатицелулоїд). Паркезин вперше було представлено на Всесвітній виставці в Лондоні у 1862 році

Щоб надати полімеру потрібних властивостей і перетворити їх на пластмасу у полімерну масу додають наступні компоненти.

Добавками можуть бути:

стабілізатори — речовини, які уповільнюють старіння (сажа, сірчані сполуки, феноли);
мастильні матеріали — речовини, що усувають прилипання матеріалу до прес-форми, збільшують його текучість, зменшують тертя між частинками композиції (віск,стеарин, олеїнова кислота);
барвники — речовини, що надають пластмасовим виробам декоративного вигляду (охра тощо.);
каталізатори — речовини, що прискорюють твердіння пластмаси (уротропін, оксиди металів);
антистатики — речовини, які перешкоджають виникненню і накопиченню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів;

пороутворювачі — речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється поро- та пінопласти з пористою структурою

Термопластичні полімери – полімери, які після нагрівання і подальшого охолодження зберігають свої властивості (поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид).

Термореактивні полімери – полімери, які після нагрівання і подальшого охолодження втрачають пластичність та деякі інші властивості (фенолформальдегідні смоли).

Властивості полімерів залежать від молекулярної маси, хімічного складу й структури молекул.

4.Семінар (доповіді учнів)

Поліетилен (ПЕ, PE — polyethylene) — полімер етилену, твердий, легкий і водостійкий матеріал, гарний діелектрик з високою морозостійкістю (до — 60 °C), стійкий проти агресивних середовищ. Застосовується для виготовлення кабелів, плівок, труб, ємностей технічного і побутового призначення тощо. Недоліки: низька гранична температура експлуатації, висока газопроникність і низька маслостійкість. За способом отримання поділяється на:

поліетилен низької щільності (LDPE Low Density PE) або поліетилен високого тиску (ПЕВТ), який отримують полімеризацієюетилену у присутності кисню та ініціаторів (пероксидних сполук) при температурах 200…300 °C;
поліетилен високої щільності (HDPE Hight Density PE) або поліетилен низького тиску (ПЕНТ), який отримують полімеризацією на каталізаторах Ціглера — Натта при 80 °C і тиску 0,3…0,5 МПА в суспензії або газовому середовищі;
поліетилен середнього тиску (високої щільності) — ПЕСТ — отримують полімеризацією у присутності оксидів Co, Mo, V при 130…170 °C і тиску 3,5…4 МПа.

Поліпропілен (ПП, PP — polypropylene) — полімер пропілену, твердий матеріал загальнотехнічного призначення, що має високі електроізоляційні властивості, водо- і хімічну стійкість. Існують марки, що отримали допуск до контакту з харчовими продуктами. Недоліки: низька морозостійкість (— 15 °С), горючість, незадовільна склеюваність, здатність накопичувати статичну електрику. Використовується в медицині, харчовій промисловості (пакувальні плівки) та електротехніці.

Полістирол (ПС, PS — polystyrene) — продукт полімеризації стиролу, термопласт загальнотехнічного призначення. Завдяки гарним механічним властивостям, прозорості і зовнішньому вигляду, він використовується у світлотехніці та виробах культурно-побутового призначення. Він гарно обробляється різанням та склеюється. Чудовий діелектриком у широкому діапазоні частот, завдяки чому використовується в електротехніці. Нетоксичний, водо- і радіаційно стійкий, через що використовується у харчовій галузі і медичній техніці. Недоліки: крихкість при нормальних умовах, низька ударна в'язкість, здатність до статичної електризації, низька теплостійкість та хімічна стійкість, горючість. Поширення набув спінений ПС (пінопласт). Для покращення властивостей використовують співполімери полістиролу з акрилонітрилом, метилметакрилатом, α-метилстиролом. Найбільшого поширення отримали удароміцні співполімери стиролу з бутадієновим чи бутадієнстирольним каучуком, що отримали назву — «удароміцний полістирол» (УПС, ASR — Advanced Styrene Resine).

Полівінілхлорид (ПВХ, поліхлорвініл, PVC — Polyvinyl chloride) — аморфний полімер вінілхлориду з високою міжмолекулярною взаємодією. ПВХ — атмосферостійкий, самозгасаючий при горінні полімер, однак при горінні виділяються екологічно шкідливі діоксини. При нагріванні до температур 150…170 °С починає розкладатись з виділенням хлороводню. Тому до нього вводять термостабілізатори (солі кальцію, цинку, барію). На практиці мають справу з вініпластами, пластикатами і пластизолями ПВХ, а також полівінілхлоридним волокном.

вініпласти— жорсткі матеріали на основі ПВХ, що містять стабілізувальні добавки і мастильні речовини. Характеризується високою міцністю, ударною в'язкістю, антикорозійними властивостями. Використовується в машинобудуванні.

пластикати — м'які матеріали на основі стабілізованого і пластифікованого ПВХ. Характеризуються негорючістю, еластичністю, технологічністю у переробці. Використовується як електроізоляційні покриття (кабельні пластикати) для роботи в діапазоні температур від −60 до 70 °C.

пластизолі (пасти) — дисперсії ПВХ у пластифікаторах. Використовується для виготовлення штучних шкір, взуття, іграшок. Широкого застосування набули спінені ПВХ (піно- і поропласти).

Тефлон (F₂C–CF₂) за особливу стійкість його назвали «органічною платиною». Він не розчиняється ні у «царській горілці», ні в органічних розчинниках. Стійкий проти холоду й нагрівання, світлостійкий, неотруйний. З нього виготовляють деталі машин й приладів, апаратів, що працюють у хімічно агресивному середовищі, у харчовій та електротехнічній промисловості, для виготовлення протезів судин, які легко затягуються клітинами тіла. З побутових виробів нам знайомі пательні та каструлі з антипригарним тефлоновим покриттям.

Поліметилметакрилат (ПММА, органічне скло, PMMA — Polymethyl methacrylate)^[ — полімер метилметакрилату, твердий прозорий без кольору аморфний матеріал загальнотехнічного призначення густиною 1,19 г/см³. Не розчиняється у воді, спиртах, стійкий до дії розбавлених лугів, кислот, фізіологічно не шкідливий і стійкий до біологічних середовищ. Морозостійкий (—60 °С). Характеризується високою прозорістю. Виготовляється у вигляді аркушів товщиною від 0,8 мм до 24 мм, які характеризуються високою атмосферостійкістю, гарними фізико-механічними та електроізоляційними властивостями. Застосовується в авіабудуванні (авіаційне скло), автомобілебудуванні (ковпаки ліхтарів), світлотехніці. Недоліки: низька міцність при ударі, горючість, низькі діелектричні характеристики при високих частотах, здатність до поверхневого розтріскування у присутності кисню.

Феноло-формальдегідні смоли - різновид конденсаційних смол, продукти поліконденсації фенолу C ₆ H ₅ OH з формальдегідом CH ₂ = O.

Феноло–формальдегідні пластмаси виготовляють з різними наповнювачами: текстоліт наповнюють бавовняною тканиною, склопластики – скловолокном. Ці матеріали застосовують у ракето- й машинобудувані, будівництві. Відходи деревини, оброблені феноло-формальдегідною смолою, перетворюються на матеріал, придатний для виготовленя меблів.

Щоб перевірити вашу увагу зіграємо у гру доміно (Робота з картками)

Пластикові відходи повинні перероблятися, оскільки при спалюванні пластику виділяються токсичні речовини, а розкладається пластик за 100-200 років.

Впродовж останніх 70 років вироби з пластику набули поширення, і ми вже просто не в змозі жити без них. За даними асоціації Plastics Europe, в результаті цієї «пластикової епідемії» виробництво пластмас виросло з 50 млн тон в 1950 році до 245 млн тон в 2008 році. Пластик — недорогий та неймовірно універсальний матеріал, що має властивості, котрі роблять його ідеальним для використання в багатьох галузях. Проте ці його якості також стали причиною екологічної проблеми. Ми почали жити на «одноразовий» лад, і, ймовірно, 50 % всіх пластикових виробів, що їх ми використовуємо, використовуємо лише один раз й одразу ж викидаємо.

Пластик — цінний матеріал, а пластикові відходи — результат його надмірного й нераціонального використання. Щорічно в світі використовується приблизно 500 млрд поліетиленових пакетів, а це більше 1 млн на хвилину, проте в середньому «термін служби» поліетиленового пакету становить 15 хвилин.

Пластикові відходи суттєво впливають на стан навколишнього середовища, а особливо — на берегову лінію та морську флору й фауну. У тихому океані плавають острови сміття більші за площу США.Пластикове сміття створює труднощі для морських мешканців. Відомо більше 250 видів морських тварин, які ковтали пластикове сміття або заплутувалися в ньому. Встановлено також, що в пластикову пастку потрапляє до 7,9 % деяких видів тюленів та морських левів. Виявлено більше 100 видів морських птахів та 31 вид морських ссавців, котрі проковтують предмети з пластику, помилково сприймаючи їх за їжу, і часто саме пластик стає причиною їхньої смерті.

Пластик є небезпечним і для людського організму. В процесі полімеризації (утворення пластмас) деякі молекули основної речовини не досягають потрібної довжини і зберігають свою рухомість. Вони, проникаючи в їжу, й становлять небезпеку. Крім того, в пластмасах виявляють солі тяжких матеріалів, стабілізатори, пластифікатори. При нагріванні вони також зі стінок посуду переходять в їжу чи напій і потрапляють до організму людини. Ці небезпечні речовини можуть призвести до ряду захворювань: пухлин, діабету, змін в імунній та ендокринній системах, проблем в розвитку дітей.

Отож, проблема пластику поступово стає міжнародною, і кожна країна обирає свої методи боротьби. Минулого року Італія стала першою в Європі країною, що заборонила використання одноразових пластикових пакетів, котрі не розкладаються. Ряд країн, в тому числі Китай, ПАР, Кенія, Уганда, Бангладеш, заборонили використання тонких пластикових пакетів, а деякі (Руанда, Сомалі, Танзанія) ввели радикальнішу заборону на використання будь-яких пластикових пакетів. Ірландія в 2002 році ввела податок в розмірі 15 євроцентів за пакет, її прикладом скористалися Бельгія, Швейцарія, Німеччина, Іспанія, Норвегія та Нідерланди, а Уельс, окрім податку, ввів ще штраф для власників крамничок, котрі продовжують видавати пластикові пакети безкоштовно.

Перед використанням пластикових предметів обов’язково вивчіть їхнє марковання. На харчовому пластику зображені «склянка та виделка», а також може бути написано, для яких саме продуктів його можна використовувати

Способи переробки пластику

Машина за допомогою піролізу в реакторі з киплячим шаром при температурі близько 500 ° С і без доступу кисню розкладає шматки пластмасового сміття, при цьому багато полімерів розпадаються на вихідні мономери. Далі суміш розділяється перегонкою. Кінцевим продуктом переробки є віск, стирол, терефталева кислота, метилметакрилат і вуглець, які є сировиною для легкої промисловості.

Також є спосіб, застосовуваний багатьох розвинених країнах, - хімічна переробка полімерів. У результаті такої переробки можуть бути отримані низькомолекулярні або олігомерні продукти, які використовуються у лакофарбової промисловості.

Є механічна переробка пластику, в результаті якої одержують все той же пластик, але низької якості. Вторинний пластик змішують із первинним, його використовують в якості наповнювача, але виготовлення з нього харчової упаковки заборонено.

Пластики на основі фенольних смол, а також полістирол і поліхлорований біфеніл можуть розкладатися грибками білої гнилі. Однак для утилізації відходів цей спосіб є комерційно неефективним - процес руйнування пластику на основі фенольних смол може тривати багато місяців.

Маркування пластиків.

Для створення умов для утилізації пластикових предметів одноразового використання в 1988 році Співтовариством Пластикової індустрії (The Society of the Plastics Industry, Inc.) була запроваджена система з ідентифікаційними кодами для маркування всіх видів пластмас. Маркування містить три стрілки у формі трикутника, всередині якого поміщена цифра, що означає тип пластика:

PET PET або PETE — поліетилентерефталат. Зазвичай використовується для виробництва тари для мінеральної води, безалкогольних напоїв і фруктових соків, блістерних упакувань, оббивки. Такі пластики є потенційно небезпечними для харчового використання.

PE-HD PEHD або HDPE — поліетилен високої щільності. Використовується для виробництва водо- та газопровідних труб, пляшок, фляг, напівжорсткого упакування. Вважається безпечними для харчового використання.

PVC ПВХ або PVC — полівінілхлорид. Використовується для виробництва труб, садових меблів, покриттів підлоги, віконних профілів, жалюзі, тари для миючих засобів. Матеріал є потенційно небезпечним для харчового використання, оскільки може містити діоксини, бісфенол А, ртуть, кадмій.

PE-LD LDPE і PELD — поліетилен низької щільності. Виробництво брезентів, мішків для сміття, пакетів, плівки та гнучких ємкостей. Вважається безпечними для харчового використання.

PP — поліпропілен. Використовується в автомобільній промисловості (обладнання, бампери), або при виготовленні іграшок, а також в харчовій промисловості, в основному при виготовленні упакувань. Вважається безпечними для харчового використання.

PS — полістирол. Використовується при виготовленні плит теплоізоляції будівель, упакувань харчових продуктів, столових приладь і посуду, коробок для компакт-дисків та інших упакувань. Матеріал є потенційно небезпечним, особливо у випадку горіння, оскільки містить стирол.

OTHER або О — інші. До цієї групи відноситься інший пластик, котрий не може бути включений у попередні групи. В основному це полікарбонат. Полікарбонат не є токсичним для навколишнього середовища, але може містити небезпечний для людини бісфенол А. Використовується для виготовлення твердих прозорих виробів.