Materiał powtórzeniowy odzież i opakowania (cz. I)

Transkrypt

1 Materiał powtórzeniowy odzież i opakowania (cz. I) Tworzywa sztuczne I. Rodzaje tworzyw sztucznych: materiały, które składają się głównie z związków wielkocząsteczkowych (polimerów lub polikondensatów) polimeryzacja proces łączenia się związków o małych masach cząsteczkowych w związki wielkocząsteczkowe bez wydzielania produktu ubocznego, zdolność do polimeryzacja posiadają związki organiczne monomery posiadające w swoich cząsteczkach wiązania wielokrotne (podwójne lub potrójne) między atomami węgla (CH 2 = CH 2, CH 3 CH = CH 2, CH CH), polimer zbudowany jest z merów grup atomów powtarzających rytmicznie w łańcuchu, polimeryzacja przebiega wieloetapowo: aktywacja monomerów (temperatura, ciśnienie, katalizator) prowadząca do zerwania wiązania π (pi) i powstania reaktywnych rodników (atom lub grupa atomów obdarzona niesparowanym(mi) elektronem(mi): H 2 C = CH 2 H 2 C CH 2 wzrost polimeru łączenie się aktywnych monomerów w łańcuchy proste lub rozgałęzione, zakończenie polimeryzacji po wyczerpaniu się aktywnych monomerów polikondensacja proces łączenia się związków o małych cząsteczkowych w związki wielkocząsteczkowe z wydzielaniem produktu ubocznego, którym jest prosty związki nieorganiczny (H 2 O, NH 3 ), w przypadku polikondensatów (wielocukry, białka, kwasy nukleinowe) określa się nazwy reszt (reszta glukozy, reszty aminokwasów, w poniższym przykładzie reszty kwasu tereftalowego i glikolu)

2 podział polimerów i polikondensatów ze względu na pochodzenie / otrzymywanie Polimery / Polikondensaty Naturalne Modyfikowane Syntetyczne modyfikowane polimery lub polikondensaty poddane modyfikacji (octan celulozy, azotan(v) celulozy, guma i ebonit produkty wulkanizacji kauczuku, galalit produkt modyfikacji kazeiny (białka mlekowego) występują w środowisku naturalnym (kauczuk naturalny, celuloza, skrobia, białka, kwasy nukleinowe (RNA i DNA) otrzymywane syntetycznie w procesie polimeryzacji lub polikondensacji (PE, PS, PET, PP, PC, PCV, PTFE, silikony, PU, PA, PMMA) tworzywa sztuczne tworzone są na bazie polimerów lub polikondensatów, w celu nadania im określonych cech użytkowych dodaje się inne substancje: barwniki, plastyfikatory lub utwardzacze (zwiększając rozciągliwość lub sztywność), wypełniacze (np. sadza, kreda w proszku / obniża ich palność tworzywa), ważniejsze polimery i polikondensaty syntetyczne Polimer / polikondensat Skrót nazwy Wzór monomer Wzór polimeru Wzory meru(ów) polietylen PE CH 2 = CH 2 (etylen / eten) -(CH 2 -CH 2 )- n lub -(CH 2 )- n - CH 2 - polipropylen PP CH 2 = CH CH 3 (propylen / propen) - CH 2 i

3 poliacetylen PAC CH CH (acetylen / etyn) polimer przewodzący prąd elektryczny - (CH = CH )n lub (CH)= n - CH = Poli(chlorek winylu) Poli(tetrafluoroetylen) / teflon PCW PWC PCV PVC CH 2 = CHCl (chloroeten / chlorek winylu) PTFE CF 2 = CF 2 (tetrafluoroetylen / 1,1,2,2 tertrafluoroeten) -(CF 2 -CF 2 )- n lub -(CF 2 )- n - CH 2 - CF 2 - i Polistyren / styropian PS H 2 C = CH C 6 H 5 (styren / fenyloeten / fenyloetylen) - CH 2 i poli(metakrylan metylu) /PMMA / plexiglas PMMA ester metylowy kwasu 3-metylopropenowego - CH 2 - i Poli(tereftalen etylenu) polikondensat Silikony / polikondensaty PET SI polikondensat otrzymywany w reakcji estryfikacji glikolu HO-CH 2 -CH 2 -OH kwasem tereftalowym (kwas benzeno-1,4-dibarboksylowy) HOOC-C 6 H 4 -COOH (CH 3 ) 2 Si(OH) 2 / dimetylosialanodiol patrz powyżej przykład polikondensacji (każdy z tych związków może utworzyć dwa wiązania estrowe)

4 II. Polimery i polikondensaty naturalne i modyfikowane: Polimer / Źródło Metody modyfikacji i zastosowanie polikondensat Kauczuk Sok mleczny (mleczko lateksowe) otrzymywane z Kauczukowca brazylijskiego (Howea brasiliensis) Lateks / kauczuk - polimer izoprenu / CH 2 = C(CH 3 ) CH = CH 2 cząsteczki polimeru są poskręcane, tworzą pętelki, polimer jest elastyczny, posiada słabą wytrzymałość mechaniczną produkuje się jednorazowe rękawiczki lateksowe, modyfikacja polega na wulkanizacji w podwyższonej temp. z siarką, w zależności od liczby wysyconych wiązań otrzymuje się gumę lub ebonit o podwyższonej twardości i podwyższonej odporności na wysokie temperatury, mniejszej ścieralności, Celuloza naturalny polikondensat, glukozy C 6 H 12 O 6 budulec ścian komórkowych roślin, źródłem jest drewno (w Polsce głównie Sosna pospolita), guma - produkcja ogumienia dla pojazdów, węży, uszczelek, obuwia, odzieży wodoodpornej, wykładziny podłogowe (gumoleum, gumolit) barwę czarną gumy uzyskuje się przez dodanie sadzy ebonit zawiera 25-30% siarki dlatego jest twardszy i bardziej odporny na ścieranie, bardziej kruchy, niż guma która zawiera do 3% siarki w stosunku do kauczuku, odporny na czynniki chemiczne, dobry izolator ciepła i prądu elektrycznego, stosowany do produkcji skrzynek akumulatorowych, wykładzin ochronnych i antykorozyjnych, drobnego sprzętu elektrotechnicznego i części aparatury chemicznej, elementów izolacyjnych w przemyśle elektrotechnicznym, chemicznym i w radiotechnice, elementów instrumentów muzycznych, wyrobów biżuteryjnych, rękojeści sztućców, łańcuchy celulozy (C 6 H 10 O 5 ) n tworzą włókna ułożone równolegle, połączone wiązaniami wodorowymi, które nadają włóknom sztywność i zwiększają wytrzymałość, mechaniczną, ścier drzewny stosowany jest do produkcji papieru, celuloza modyfikowana: octan celulozy ester kwasu octowego i celulozy, termoplastyczny odporny na

5 słoma, len, konopie działanie wody, tłuszczów, trudnopalny, produkcja błon fotograficznych i filmowych, opraw okularów, farb i lakierów wodoodpornych, azotan(v) celulozy / celuloid ester kwasu azotowego(v) i celulozy, łatwopalny, stosowany do produkcji bezdymnego prochu strzelniczego pocisków snajperskich (bawełna strzelnicza), Kazeina białko występujące w mleku galalit zmodyfikowana kazeina, która zostaje poddana procesowi homogenizacji i zahartowaniu (H-CHO) w formalinie, przyjmuje postać masę rogowej, mało odporny na działanie wody (pęcznieje i pęka), stosowany wyrobu zabawek i przedmiotów galanteryjnych (np. guzików), żetonów, Jedwab polikondensat białkowy (nić pajęcza, nici motyla (Jedwabnika morwowego) nasadek piór i długopisów, oprawek do okularów, figur szachowych, nić pajęcza bardzo duża rozciągliwość do 40% i elastyczność, wytrzymałość większa od stali (o przekroju równym przekrojowi nici pajęczej) III. Polimery syntetyczne Polimer / polikondesant Właściwości Zastosowanie Poli(chlorek winylu) / PCV Polimer odporny na działanie kwasów i tłuszczów, nieodporny na działanie zasad i rozpuszczalników organicznych, niepalny, wprowadzony do płomienia topi się z wydzielaniem toksycznych produktów (HCl), mięknie w temp o C, odzież przeciwdeszczowa, wykładziny podłogowe, oploty izolacyjne kabli elektrycznych, powłoki antykorozyjne, rury wodociągowe, kanalizacyjne, rynny, panele elewacyjne, cewniki medycznych, strzykawki, igielit na skocznie narciarskie i boiska piłkarskie, karty bankomatowe, elementy pojazdów, zabawki, sprzęt gospodarska domowego - kosze, wiadra, węże, pojemników na tłuszcze, pojemniki na odczynniki chemiczne, Polietylen / PE Polimer odporny na działanie kwasów, zasad i uszkodzenia mechaniczne do temp. 50 o C, nieodporny na węglowodory ciekłe i tłuszcze, wytrzymałość cieplna 80 o C, ulega rozkładowi na monomery, łatwopalny farby, folie opakowaniowe, butelki, żagle, zabawki, galanteria, pojemniki na żywność

6 Polipropylen / PP Polistyren / PS Politetrafluoroeten / teflon / PTFE Poli(metakrylan metylu) /PMMA / plexiglas Silikony / SI Poli(tereftalen etylenu) / PET (poliestry, zawierają wiązanie estrowowe) Poliwęglany / PC (poliestry, zwierają wiązanie estrowe ) Właściwości polimeru podobne do PE, większa odporność cieplna (110 o C) i wytrzymałość mechaniczna, Polimer stosunkowe odporne mechanicznie, ale kruchy, odporne na działanie związków nieorganicznych z wyjątkiem kwasów, wrażliwy na rozpuszczalniki organiczne, mała odporność cieplna, palny, Polimer odporny chemicznie i termicznie, bardzo duża wytrzymałość mechaniczna, niepalny, tłusty w dotyku, duża odporność cieplna (od o C do 350 o C) Polimer o dobrej przezroczystości i wytrzymałości mechanicznej, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych, kwasach i zasadach, odporność cieplna do 100 o C, palny Polikondensaty ciecze lub oleiste ciecze, odporne na czynniki chemiczne i fizyczne, niepalne Polikondensat duża wytrzymałość mechaniczna i termiczna (do 150 o C), odporny na większość rozpuszczalników organicznych i rozcieńczone kwasy, włókna poliestrowe są rozciągliwe, trudno palny, Polikondensat otrzymywany z estru kwasu węglowego i bisfenolu (w praktyce ester otrzymuje się w reakcji fosgenu - COCl 2 z bisfenolem), duża wytrzymałość sieci rybackie, sznurki, worki siatkowe na warzywa, zabawki, pojemniki na wodę i odczynniki chemiczne, płyty termoizolacyjne, pojemniki na żywność i kosmetyki, zabezpieczenia dla sprzętu elektronicznego, drobne elementy galanteryjne i zabawki, taśmy uszczelniające w gazociągach, wodociągach, aparatura chemiczna, dodatek do smarów, okładziny naczyń do gotowania i smażenia, grubsze powłoki jako pokrycia dachowe, ubranie gazoszczelne dla strażaków, szyby nietłukące się i przepuszczalne dla uv, soczewki do sprzętu optycznego, elementy do sprzętu elektronicznego, kleje, oleje silnikowe i hydrauliczne, farby, formy do ciast, uszczelki, maski do nurków i implanty medyczne, fugi sanitarne, uszczelniacze, butelki na napoje, folie izolacyjne, włókna elany (tkanina polarowa), szyby samochodowe, samolotowe, kuloodporne, tarcze, osłony kasków i hełmów folie izolacyjne, soczewki, element konstrukcyjne maszyn, płyty CD,

7 b. dobra przezroczystość, mechaniczna, odporny termicznie (do 150 o C), trudno palny, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych z wyjątkiem węglowodorów, sprzęt sportowy i wędkarskie, kadłuby jachtów, Poliamidy / PA Nylon 6 (stylon) polikondensat kwasu 6-aminoheksanowego: (H 2 N-(CH 2 ) 4 -COOH), Nylon 66 - polikondensat kwasu adypinowego (HOOC-(CH 2 ) 4 -COOH) i heksano-1,6-diaminy (H 2 N-(CH 2 ) 6 -NH 2 ) Poliuretany / PU / PUR Polikondensat: zawierające w cząsteczce wiązanie amidowe bardzo duża wytrzymałość mechaniczna i cieplna, odporne na rozpuszcz. niepolarne i wodę oraz słabe kwasy, trudno palne Poliaddukt (polimer powstający w reakcji poliaddycji du- lub trójizocyjaninów z związkami polihydroksylowymi (glikol etylenowy), w cząsteczce występuje charakterystyczne ugrupowanie atomów (uretanowe): włókna pończosznicze, tkaniny ubraniowe i przemysłowe, powłoki izolacyjne powierzchni metalowych, części maszyn, żyłki i linki i czasze spadochronów, pianki elastyczne podeszwy butów, gąbki do mycia, materace i meble tapicerowane, pianki sztywniejące panki izolacyjne ciepłociągów, i urządzeń chłodniczych, uszczelniacze pęknięć w ścianach. elastyczne (PUR gąbki) lub tężejące z czasem, odporne na wodę i rozpuszczalniki niepolarne, trudnopalne, duża wytrzymałość mechaniczna i cieplna, trudno palne, dobre izolatory ciepła. IV. Termoplasty i duroplasty termoplasty cząsteczki polimerów tworzą nieuporządkowany układ, w którym nie są one ze sobą połączone, pod wpływem temperatury miękną i topnieją, po ochłodzeniu twardnieją, mogą być przetwarzane wielokrotnie: (PE, PP, PV, PS, PET, PMMA, PTFE), duroplasty cząsteczki polimerów tworzą uporządkowany układ, w którym są one ze sobą połączone, pod wpływem układ ich jego powiązania ulega degradacji, co uniemożliwia powtórne ich przetworzenie: (PU, PUR, SI, żywice poliestrowe).

8 Przykłady zadań: Zad. 1 Przygotowano dwie odważki o tej samej masie polipropylenu i polietylenu. Wskaż, która z tych odważek zawiera mniej monomerów i merów, wskazanie uzasadnij. Zad.2 Zapisz wzór grupowy cząsteczki polimeru zbudowanego z 300 cząsteczek chloroetylenu (chloroetenu). Zad.3 W oparciu o wzór grupowy polimeru (CF 2 CF 2 ) n zapisz wzór grupowy meru w cząsteczce polimeru i monomeru, którego otrzymano polimer. Zad. 4 W oparciu o wzory grupowe dwóch polimerów ( CH 2 CH 2 ) n i (CH = CH) n, wskaż i uzasadnij, który z nich jest przewodnikiem, a który izolatorem prądu elektrycznego. Zad. 5 Ogrzewany polipropylen ulega rozkładowi na monomery, produkt rozkładu jest gazem łatwo palnym. Zapisz równania spalania monomeru przy różnym dostępie tlenu, dla każdego równania określ rodzaj spalania. Zad. 6 Wybierz i podkreśl właściwe określnie w zadaniach a) polimeryzacja, to proces rozpadu / łączenia cząsteczek związków małocząsteczkowych / wielkocząsteczkowych czyli monomerów / merów w związki wielkocząsteczkowe / małocząsteczkowe czyli polikondensaty / polimery, proces przebiega bez wydzielania / z wydzieleniem produktu ubocznego, b) polimeryzacji ulegają związki organiczne nasycone / nienasycone, czyli posiadające w swoich cząsteczkach wiązania wielokrotne / wyłącznie wiązania pojedyncze czyli alkany i ich pochodne / alkeny i alkiny i ich pochodne, c) polikondensacji ulegają związki organiczne posiadające jedną / dwie lub więcej grup funkcyjnych, które mogą utworzyć nowe wiązanie z cząsteczką wyłącznie tego samego związku / tego samego związku lub innego związku, proces przebiega bez wydzielania / z wydzieleniem prostego związku nieorganicznego (H 2 O, NH 3 ). Zad. 7 Naturalnym polikondensatem zwierającego reszty glukozy jest: a) jedwab i nić pajęcza; b) kwasy nukleinowe (DNA i RNA); c) celuloza i skrobia; d) kazeina (białko mleka). Zad. 8 Zasadniczy proces wulkanizacji kauczuku polega na ogrzewaniu: a) z sadzą; b) sproszkowaną kredą; c) siarką; d) ogrzewaniu bez dodatków.

9 Zad. 9 W procesie wulkanizacji zachodzi do procesu zrywania wiązania podwójnego w cząsteczkach kauczuku (w merach polimeru) i powstawania nowych wiązań: a) monomer monomer; b) monomer C monomer; c) monomer O monomer; d) monomer S monomer. Zad. 10 Polimery syntetyczne zawiera wyłącznie zestaw: a) PET, PMMA, SI, PU; PU; b) PP, PE, PET, PS PUR, PCV; d) PE, PS, PC; PP PU; d) PE, PS, PCV, PTFE, SI Zad. 11 Polimery lub polikondensaty naturalne modyfikowane zawiera zestaw: a) Octan celulozy, azotan(v) celulozy; b) galalit i guma; c) celuloid i ebonit; d ) wszystkie zestawy. Zad. 12 Wyłącznie niepalne lub trudnopalne polimery / polikondensaty zawiera tylko zestaw: a) PU, PA, SI, PET, PCV, PTFE; b) PET, PC, PP, PE, PS, PTFE; c) PP, PE, PS, PMMA, PET, PC; d) PP, PS, PAC, PE, PMMA. Zad. 13. Pojemniki do przechowywania tłuszczów stałych i płynnych mogą być wykonane z polimeru: a) PE; b) PS; c) PCV; d) PP. Zad. 14 Na 28 gramów etylenu (etenu) składa się 6,02٠10 23 cząsteczek tego związku. Oblicz liczbę monomerów i merów zawartych w torebce wykonanej z polietylenu o masie 500 mg. Zad. 15. Dla poniższych stwierdzeń / informacji przypisz P / prawda lub F / fałsz: Lp. Stwierdzenie / informacja P/F A Termoplasty tworzywa sztuczne, w których cząsteczki polimeru nie tworzą określonej struktury, pod wpływem podwyższonej temp. miękną i topnieją, mogą powtórnie być użyte. B PCV jest rozpuszczalny w tłuszczach a odporny na roztwory mocnych zasad, stąd powszechnie stosowany jest jako opakowania dla tych substancji. C PCV jest polimerem trudno palnym, ale jego produkty rozkładu pod wpływem silnego ogrzanie są silnie toksyczne. D Ogrzewany PP ulega depolimeryzacji / rozkładowi, produkt rozkładu / monomer jest związkiem niepalnym. E Duroplasty tworzywa posiadające określoną i uporządkowaną strukturę, w której cząsteczki polimerów powiązane się dodatkowymi wiązaniami, ogrzewane tracą pierwotną strukturę i nie mogą być powtórnie użyte. F Silikony, teflon posiadają dużą odporność termiczną i chemiczno-biologiczną oraz niewielki współczynnik tarcia ( tłuste w dotyku) stąd ich zastosowanie w do produkcji odpowiednio smarów łożyskowych lub olejów silnikowych, kosmetyków natłuszczających.