Materiał powtórzeniowy odzież i opakowania (cz. II)

Transkrypt

1 Materiał powtórzeniowy odzież i opakowania (cz. II) I. Rodzaje opakowań A. Funkcje i zadania opakowań, wybór surowców na opakowania: zabezpieczenie produktów w czasie transportu, zabezpieczenie produktów przed czynnikami zewnętrznymi w trakcie magazynowani, koszty materiałów i produkcji, oddziaływanie produkt opakowanie, wpływ surowców i technologii produkcji na środowisko, odporność opakowania na oddziaływanie czynników zewnętrznych, Rodzaj opakowania metalowe papierowe szklane Rodzaje opakowań Materiał / surowiec Zastosowanie Zalety Wady metale: glin, stal nierdzewna cysterny, beczki, puszki ścier celulozowy, makulatura papierowa i tkaniny lniane oraz bawełniane, kartony, torebki, worki szkoło produkowane na bazie krzemionki, butelki i słoiki ropa naftowa i produkty jej przerobu, roztwory odczynników chemicznych, żywność (napoje i żywność), skroplone gazy, woda, ścieki i opady płynne, opakowania produktów w aerozolu, produkty sypkie, produkty żywnościowe, materiały budowlane, sprzęt elektroniczny, meble, napoje, mleko i przetwory owocowe, odczynniki chemiczne, kosmetyki, rozpuszczalniki organiczne duża wytrzymałość mechaniczna, łatwość formowania, lekkie w przypadku Al, łatwe w przetwarzaniu, lekkie, niska cena, łatwe w powtórnym przetworzeniu, możliwość łączenia z innymi materiałami odporne na czynniki chemiczne (wyjątek kwas fluorowodorowy, roztwory mocnych zasad), nieprzepuszczalne dla podatne na korozję, duża masa w przypadku stali, ograniczenia w zastosowaniu ze względu na reakcje z produktem, w środowisku nie podlegają biodegradacji, ulegają degradacji w procesach chemicznych lub elektrochemicznych, mała wytrzymałość mechaniczna, przepuszczalne dla substancji smakowych i zapachowych, łatwo palne, podatne na wilgoć, biodegradowalne, kruche (łatwe do stłuczenia) ciężkie, nie są biodegradowalne, nie powinny trafiać w wysypiska lecz do recyklingu

2 z tworzyw sztucznych tworzywa sztuczne na bazie polimerów lub polikondensatów syntetycznych (PE, PP, PS, PCV, PET, SI) butelki i szeroki asortyment pojemników, folie opakowania, napoje i produkty spożywcze, torby i opakowania jednorazowe, środki czystości, odczynniki chemiczne, sprzęt elektroniczny, ścieki i odpady ciekłe, woda, substancji smakowych i zapachowych, możliwość wielokrotnego użycia, prosty sposób mycia, łatwo do formowania, odporne na zarysowania lekkie i łatwe w produkcji, niewielkie ograniczenia w stosunku do przechowywanych produktów, nie przepuszczalne dla wody, gazów, substancji zapachowych i smakowych, bardzo długi okres procesu biodegradacji ( lat), możliwość wchodzenia w reakcje z produktami (np. PCV z zasadami, PE, PP, PS z tłuszczami), wiele z nich jest łatwopalnych, B. Ograniczenia w zastosowaniu opakowań: opakowania szklane nie nadają się do przechowywania kwasu fluorowodorowego i roztworów mocnych zasad, pod wpływem tych odczynników zachodzi proces chemicznego trawienia: SiO NaOH (aq) 2 Na + + SiO H 2 O SiO 2 + Ca(OH) 2(aq) CaSiO 3 + H 2 O SiO HF (aq) SiF H 2 O opakowania z PCV nie nadają się do przechowywania roztworów mocnych zasad, obecność podstawnika chlorowego w polimerze zwiększa jego reaktywność chemiczną z roztworem mocnej zasady (trawienie chemiczne polimeru) opakowania poliestrowe nie nadają się do przechowywania stężonych roztworów kwasów ze względu na proces hydrolizy estrów, opakowania PE, PP, PS nie mogą być stosowane do przechowywania tłuszczów, w których ulegają rozpuszczeniu.

3 C. Pasywacja metali stężony i rozcieńczony kwas azotowy(v) przewozi się / magazynuje w cysternach aluminiowych lub stalowych (żelaznych), metale w kontakcie z tym kwasem ulegają pasywacji z wytworzeniem warstewki Al 2 O 3, która tworzy powłokę ochronną (jest odporny na działanie kwasu) 2 Al + 6 HNO 3(stęż.) Al 2 O NO H 2 O, 2 Al + 2 HNO 3(rozc.) Al 2 O NO + H 2 O, 2 Fe + 6 HNO 3(stęż.) Fe 2 O NO H 2 O, 2 Fe + 2 HNO 3(rozc.) Fe 2 O NO + H 2 O, stężony kwas siarkowy(vi) przewozi / magazynuje w cysternach stalowych (żelaznych), w kontakcie z kwasem (na zimno) powstaje tlenek żelaza Fe 3 O 4, warstwa pasywacyjna zabezpiecza metal przed dalszym roztwarzaniem: Fe + 4 H 2 SO 4(stęż. zimny) FeO٠Fe 2 O SO H 2 O D. Zagospodarowanie opadów: Sposoby zagospodarowania Segregacja Utylizacja Recykling zniszczenie spalenie przemysłowe w kontrolowanych warunkach (spalarnie posiadają systemy filtrów zatrzymujących szkodliwe spaliny, w zależności od typu spalarni produktem utylizacji są pierwiastki, podział odpadów na grupy: szkło białe, szkło kolorowe, metale, tworzywa sztuczne, papier i tekstylia bawełnianie i lniane, odpadki organiczne ponowne wykorzystanie odpadów do wytworzenia nowych produktów złom metalowy hutnictwo, makulatura zakłady papiernicze, szkło huty szkła, tworzywa sztuczne - termoplasty (powtórne użycie, lub przeróbka na paliwa i rozpuszczalniki). E. Tworzywa biodegradowalne: celuloza, białka nie stanowią zagrożenia dla środowiska, ulegają biodegradacji w procesie gnicia, butwienia lub fermentacji przy udziale mikroorganizmów, rozkładają się na sole mineralne i humus + CO 2 + CH 4 + H 2 O + NH 3 + H 2 S / określone substancje gazowe w zależności od warunków tlenowych i składu związku organicznego poddanego kompostowaniu, w celu skrócenia okresu rozkładu polimerów / polikondensatów syntetycznych dodaje się substancje organiczne, które stanowią pokarm dla bakterii lub grzybów, zmodyfikowanie PCV, PP, PE przez dodanie celulozy, skrobi, białek zmienia charakter tych polimerów z nierozkładalnych na biodegradowalne, proces biodegradacji modyfikowanych polimerów może przebiegać w warunkach tlenowych lub beztlenowych: w. tlenowe: polimer + tlen CO 2 + H 2 O + sole mineralne + humus, w. beztlenowe: polimer CO 2 + CH 4 + H 2 O + sole mineralne + humus.

4 Przykłady zadań Zad. 1 Szkło pod wpływem roztworów silnych zasad ulega trawieniu, ponieważ w reakcję z tymi odczynnikami wodzi składnik szkła: a) Na 2 SiO 3 ; b) SiO; c) CaSiO 3 ; d) SiO 2. Zad.2 Biodegradacja, to proces rozpadu związków organicznych w tym polimerów / polikondensatów: a) chemicznego; b) biologicznego; c) fizycznego; d) fizyko-chemicznego. Zad. 3 Depolimeryzacja to proces odwrotny do polimeryzacji, produktem termicznego rozkładu PE i PP są odpowiednie węglowodory nienasycone - alkeny, po procesie recyklingu PE i PP produkty mogą być wykorzystane jako surowiec do innych syntez. Zapisz równania reakcji depolimeryzacji tych polimerów. Zad. 4 W procesie pasywacji glinu w kontakcie z kwasem azotowym(v) powstaje tlenek glinu. Czy istotę tego procesu można opisać równaniem reakcji: Al 2 O 3 + HNO 3 reakcja nie zachodzi: NIE / TAK Zad. 5 Które z równań reakcji chemicznych ilustruje proces pasywacji żelaza w kontakcie ze stężonym kwasem siarkowym(vi): a) Fe + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 ; b) 2 Fe + 3 H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 )3 + 3 H 2 ; c) Fe + 4 H 2 SO 4 Fe 3 O SO H 2 O; d) Fe + 2 H 2 SO 4 Fe(HSO 4 ) 2 + H 2. Zad. 6. Wyrobów z tworzyw sztucznych na bazie PCV nie można spalać w warunkach niekontrolowanych ponieważ: a) jest trudno palny; b) w trakcie ogrzewania uwalnia się toksyczny chlorowodór; c) domieszki w tworzywie mogą przechodzić w toksyczne związki; d) wszystkie odp. są poprawne. Zad. 7 Papier kredowany (potoczne zwany kreda ) jest stosunkowo trudnopalny. Wskaż jeden ze składników, który utrudnia spalanie tego papieru. Zad. 8 Celuloza jest polikondensatem glukozy, wzór celulozy (C 6 H 10 O 5 ) n. Przyjmując, że masa cząsteczkowa celulozy wynosi u, oblicz wartość n (liczbę reszt glukozy w cząsteczce). Zad. 9 Wybierz i podkreśl właściwe określenie w zdaniu: Do produkcji opakowań na tłuszcze ciekłe i stałe stosuje się tworzywo sztuczne na bazie PP, PE / PVC, kwas fluorowodory przechowuje się w naczyniach szklanych / PCV, wodne roztwory mocnych zasad w naczyniach szklanych lub z PCV / PP, natomiast do pojemników na żywność ciepła o dobrej izolacji termicznej stosuje się tworzywo sztuczne na bazie SI / PS.

5 II. Włókna naturalne, sztuczne i syntetyczne A. Podział włókien: włókna struktury o długości przynajmniej 100-krotnie większej od jej średnicy, Rodzaj włókna Pochodzenia włókna Charakterystyka włókna naturalne mineralne włókna nieorganiczne azbest, włókniste struktury minerałów krzemionkowych, obecnie nie stosowany ze względu na zagrożenia dla zdrowia (wdychane drobiny w formie igiełek mają działanie onkogenne) niepalne, w przeszłości stosowany do produkcji tkanin ognioodpornych roślinne włókna organiczne / celulozowe (len, konopie, bawełna), zwierzęce włókna organiczne / białkowe (jedwab naturalny, wełna), chemiczne nieorganiczne włókna szklane, metaliczne, węglowe sztuczne włókna organiczne otrzymane przez modyfikację włókien naturalnych (zmodyfikowana celuloza - jedwab sztuczny) syntetyczne włókna organiczne otrzymane syntetyczne (włókna poliestrowe, poliamidowe, polimerowe anilana). B. Włókna naturalne i sztuczne/ zmodyfikowane włókna naturalne oraz metody ich odróżniania Włókno naturalne Źródło włókna Charakterystyka i zastosowanie wełna owcza, wielbłądzia, kozia (kaszmir), królicza (Angora) polipeptyd (białko) polikondensat aminokwasów białkowych, w cząsteczkach włókien miedzy resztami aminokwasów występują wiązania peptydowe (amidowe), włókno higroskopijne (pochłania wilgoć zewnętrzną i pot), absorbujące promieniowanie uv, żółknie pod wpływem promieniowania słonecznego, daje się barwić, trudno palna (pod wpływem wysokich temp. topi się i zwęgla), może wywoływać uczulenia, dobory izolator ciepła, produkcja tkanin odzieżowych, koców, dzianin swetry, rękawice, czapki, szaliki, jedwab naturalny kokony gąsienic motyla (Jedwabnik morwowy) skarpety, pod względem chemicznym jest białkiem tak jak wełna, wytrzymałość mechaniczna większa niż wełny, nie chłonie wilgoci, pod wpływem wysokich temp. zachowuje się tak jak wełna, łatwo daje się barwić, produkcja tkanin sukienkowych, pościelowych, galanterii odzieżowej kraty, chusty, szaliki, apaszki,

6 bawełna krzewy Bawełny kosmatej, włókienka otaczające nasiona w torebce nasiennej polisacharyd polikondensat zbudowany z reszt glukozy powiązanych wiązaniami glikozydowymi, między równolegle ułożone cząsteczki polisacharydu powiązane są wiązania wodorowymi, włókno higroskopijne, dające się barwić, wytrzymałość termiczna wyższa niż wełny i jedwabiu, ale łatwo palna, tkaniny są gniotliwe, ulegają mechaceniu, produkcja tkanin ubraniowych, pościelowych, dekoracyjnych (zasłony, obrusy), bielizny, opatrunkowych, len łodygi Lnu zwyczajnego, pod względem chemicznym i budowy jest polisacharydem, tak jak bawełna, włókna celulozowe lnu są znacznie dłuższe niż w przypadku bawełny, pozostałe właściwości analogiczne jak bawełny, jednak bardziej gniotliwy, mniej delikatny, włókna bardziej kurczliwe, zastosowanie takie jak bawełny, tkaniny są bardziej przewiewne niż bawełniane, stąd popularne na odzież letnią, konopie łodygi Konopi siewnej właściwości i zastosowanie jak lnu, włókna mają większą wytrzymałość mechaniczną, stąd produkcja lin okrętowych, bawełna merceryzowana zmodyfikowana bawełna merceryzacja chemiczny proces uszlachetniania bawełny w celu usunięcia matowej otoczki na włóknie bawełny przez jego naprężanie i działanie stężonym roztworem NaOH, włókno staje się połyskliwe i wykazuje większą wytrzymałość mechaniczną, jedwab sztuczny jedwab wiskozowy zmodyfikowana celuloza pod wpływem kwasów i zasad, otrzymany produkt formowany jest w włókna, które w kąpieli w roztworach soli amonowych lub wodorosiarczanu(vi) sodu następuje regeneracja celulozy, tkaniny o właściwościach podobnych do jedwabiu naturalnego z tym, że włókna są higroskopijne, jedwab octanowy surowce do produkcji włókien sztucznych: nieorganiczne szkło, tlenki, węgiel, metale, organiczne celuloza, białka, kauczuk, zmodyfikowana celuloza (octan celulozy), włókna o połysku jedwabiu, wytrzymałości większej niż włókna celulozowe, mniej gniotliwe i delikatniejsze, mniej kurczliwe i bardziej odporne na pranie niż tkaniny z włókien lnianych,

7 odróżnianie włókien naturalnych i sztucznych Włókna roślinne próba płomieniowa / spalanie włókna doprowadzone do temperatury zapłonu spalają się całkowicie bez dostępu płomienia zewnętrznego próba ksantoproteinowa naniesiony stężony kwas azotowy(v) nie powoduje pojawienia się żółto-pomarańczowego zabarwienia (negatywna próba dla włókien bawełnianych, lnianych i jedwabiu sztucznego), Włókna zwierzęce próba płomieniowa / spalanie włókna doprowadzone do temperatury zapłonu ulegają topnieniu i zapalają się, bez dostępu płomienia zewnętrznego płomień włókna gaśnie, procesowi towarzyszy zapach palących się włosów, próba ksantoproteinowa naniesiony kwas na włókna (niebarwione) powoduje pojawienia się żółto-pomarańczowego zabarwienia, pozytywna próba dla wełny, jedwabiu naturalnego. C. Włókna syntetyczne włókna syntetyczne otrzymuje się z polimerów lub polikondensatów syntetycznych (poliamidy, poliestry, poliuretany), Włókno syntetyczne Surowiec Właściwości i zastosowanie poliamidowe poliamidy (PA) nylon 6 / stylon, nylon 66 włókna odporne na działanie wody, rozcieńczonych roztworów kwasów i zasad oraz rozpuszczalników, duża wytrzymałość mechaniczna i rozciągliwość, niegniotliwe, produkcja rajstop, pończoch, tkanin dekoracyjnych, lin, wykładzin dywanowych, dodatek do tkanin z włókien naturalnych, tkaniny namiotowe, na czasze spadochronowe, na parasole, tkaniny membranowe (nieprzepuszczalne dla kropel wody ale przepuszczalne dla pary wodnej i gazów, goreteks tkanina produkowana na bazie nylonu i teflonu jest wodo i wiatroodporna), poliuretanowe poliuretany (PUR) włókna o dużej sprężystości, odporne na utlenianie i promieniowanie słoneczne, włókna do produkcji rajstop, odzieży sportowej (stroje pływackie obecnie zakazane w zawodach), poliestrowe poliestry (PET) włókna o dużej odporności mechanicznej i chemicznej, łatwe w praniu, szybko schnące, niegniotliwe, tkaniny polarowe stosowane są do produkcji odzieży, lin, tkanin dekoracyjnych (firany, zasłony, obrusy) dodatek do tkanin z włókien naturalnych, akrylowe poliakrylonitryl włókno wełnopodobne, elana stosowana do produkcji ubrań i dzianin, może być dodatkiem do tkanin wełnianych.

8 D. Włókna specjalne Włókno włókna aramidowe włókna węglowe (karbonizowane) włókna polietylenowe włókna metalowe włókna szklane mikrofibra włókna biostatyczna Właściwości i zastosowanie włókna należące do grupy poliamidów, tkanina (Kevlar) odporna jest na ogień, przecięcia, uderzenia pocisków, produkcja kamizelek kuloodpornych, rękawic, hełmów, kasków, strun rakiet tenisowych, wewnętrznych powłok nart, uporządkowana struktura nadaje im dużą wytrzymałość mechaniczną, składają się prawie wyłącznie z grafitu, powoduje, że są one nietopliwe i odporne chemicznie, produkcja wyrobów o dużej wytrzymałości mechanicznej i małej masie (np. żagle), włókna z PE niskociśnieniowego, w stosunku PE wysokociśnieniowego posiada znacznie większą wytrzymałość mechaniczną (10 krotnie większą od stali i o 40% większą od Kevlaru) stosowane do produkcji żyłek, żagli, sieci rybackich, węży strażackich, otrzymuje się z ciągliwych metali (złoto, srebro z 1kg można wyciągnąć nic o długości 10 km), stosowane w hafciarstwie (sztandary, kostiumy, dawniej odzież arystokracji), arrasy, stopione i wyciągnięte (wyciskane) szkło w nic, produkcja światłowodów, z domieszką z innych włókien odzież specjalną do służb ratowniczych (odzież ognioodporna, chemioodporna), tkanina z cienkich i splecionych ze sobą włókien poliamidowych i poliestrowych, tkanina o strukturze prążkowanej, o dużej pojemności wodnej, dobrze zbierającej kurze, na bazie mikrofibry produkuje się mopy, ściereczki do odkurzania, czyszczenia szkieł optycznych, monitorów, mycia karoserii samochodów, włókna z osadzonymi na krzemionce kationami srebra, które mają działanie bakteriostatyczne, włókno stosowane jako wyściółka do butów sportowych. Przykładowe zadania Zad. 1 Dysponując odczynnikami : wodne roztwory NaOH, H 2 SO 4, NH 3 ٠H 2 O; HNO 3 oraz niezbędny sprzęt laboratoryjny, wybierz odczynnik i zaprojektuj doświadczenie chemiczne (schemat lub opis) umożliwiające identyfikację włókna bawełnianego i włókna jedwabnego, zapisz obserwacje i wnioski. Zad. 2 Włókna naturalne zmodyfikowane (sztuczne) zawarte są wyłącznie w zbiorze: a) jedwab wiskozowy, bawełna merceryzowania, włókna aramidowe; b) bawełna, jedwab octanowy, włókna akrylowe; c) włókna polietylenowe, poliestrowe, poliamidowe, d) jedwab octanowy, jedwab wiskozowy, bawełna merceryzowana.

9 Zad. 3 Dla poniższych stwierdzeń przypisz P / prawda lub F / fałsz. a) jedwab wiskozowy i jedwab octanowy otrzymuje się przez modyfikację jedwabiu naturalnego : P / F, b) włókno bawełniane, lniane i konopne, to włókna naturalne będące polikondensatem glukozy: P / F, c) wszystkie włókna naturalne pochodzenia roślinnego są trudno palne lub niepalne: P / F, d) wełna owcza, wielbłądzia w ujęciu budowy chemicznej należy do polipeptydów: P / F. Zad. 4 Cząsteczki naturalnych włókien zbudowane są z reszt mniejszych jednostek, jak i niektóre włókna syntetyczne są polikondensatami cukrów pojedynczych lub aminokwasów połączonych określonym wiązaniem (posiadają charakterystyczne ugrupowanie atomów), w zależności o rodzaju polikondensatu mogą być to wiązania: glikozydowe, amidowe, estrowe. Dla n/w włókien naturalnych i naturalnych zmodyfikowanych / sztucznych oraz syntetycznych przypisz rodzaj wiązania w ich cząsteczkach: a) jedwab wiskozowy wiązanie., b) bawełna merceryzowana wiązanie, c) nylon wiązanie.., d) włókna polarowe wiązanie., e) jedwab naturalny wiązanie..., f) jedwab octanowy wiązanie, g) kaszmir i angora wiązanie., h) bawełna i len wiązanie., i) wełna owcza i wielbłądzia. j) stylon wiązanie.., Zad. 5 Dysponując źródłem ognia, zaproponuj doświadczenie umożliwiające odróżnię wełny owczej od włókien lnianych (obserwacje i wnioski). Zad 6. Poniższe grupy atomów przedstawiają wiązania w polikondensatach włókien, dla każdego ugrupowanie wybierz i przypisz: wiązanie estrowe, wiązanie amidowe, wiązanie glikozydowe: wiązanie wiązanie wiązanie