Содержание
Производство полимеров в промышленных масштабах началось в начале 20-го века. Практически одновременно промышленность начала производить искусственные полимеры методом переработки целлюлозы и синтетические полимеры методом переработки низкомолекулярного сырья (фенола, формальдегида, стирола, винилхлорида, акрила). Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.
На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.
Применение полимерных материалов в домашнем хозяйстве с самого начала было одной из первых задач промышленности, производящей полимеры. Полиэтиленовые ведра, тазы много легче металлических – вот и желанное облегчение труда. На предприятиях общественного питания мы встречаем небьющуюся легкую пластмассовую посуду.
Полимерные материалы находят все большее применение в производстве мебели. Моющиеся обои из пенистого материала обеспечивают одновременно уют и праздничную обстановку в помещении. Современные надежные в эксплуатации покрытия для пола, изготавливаемые из полимерных материалов, также облегчают уборку помещений.
Рассматриваемая область постоянно развивается, за счет чего стали появляться композитные материалы. Они обходятся намного дороже полимеров, но при этом обладают исключительными физическими, химическими и механическими качествами. В ближайшее время полимерные материалы будут все также активно применяться в самых различных областях, так как альтернативы для их замены пока не существует.
Мировое производство полимеров в 2016 г. составило 270 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Жизнедеятельность общества неизбежно связана с образованием отходов на всех стадиях производства и переработки полимерных материалов.
В океанах планеты сосредоточено такое количество мусора, что можно уже говорить о новых рукотворных материках, образованных из плавающих кусков пластмасс. Этот «бульон» из пластмасс представляют угрозу всему живому.
Как отмечается в отчете Еврокомиссии, пластик составляет около 80 процентов всего морского мусора. Только в европейских водах каждый год оказывается около 150 тысяч тонн пластика. Это лишь небольшая часть из 8 миллионов тонн по всему миру. Ученые предупреждают, что такой «пластиковый суп» из мелких частиц пластика диаметром всего 5 миллиметров угрожает здоровью естественной океанической среды.
В процессе распада пластика получается своего рода суспензия. Морские обитатели, рыба и птица принимают ее за кормовые организмы, поэтому заглатывают. Так, в рыбе, пойманной у берегов Калифорнии и Индонезии, которую продают на местных рынках, были обнаружены пластмассовые отходы и текстильные волокна.
По подсчётам около 90% всех морских птиц, погибающих на берегу, умирают от того, что съедают различный пластиковый мусор, принимая его за пищу.
На настоящий момент не существует эффективных программ по очистке океана от загрязнения пластиком, и проблема усугубляется с каждым годом.
Люди научились получать полимерные материалы, но пока не научились их массово перерабатывать и использовать их так, чтобы не загрязнять окружающий нас мир. Именно эта задача стоит сейчас перед техническим прогрессом. И не смотря ни на что, можно с уверенностью сказать, что полимерам принадлежит будущее.
Человек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шёлк, хлопок и т. п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трёхмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого появились ранее.
Первый полностью синтетический полимер был получен в Бельгии Лео Бакеландом в 1908 г. Вместо видоизменения природных полимеров он синтезировал новый при помощи взаимодействия фенола с формальдегидом. Названный бакелитом, он широко применялся для изготовления декоративных деталей и в электротехнике.
Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях — путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.
В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы — целлулоид — был получен ещё в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят плёнки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной плёнки из нитроцеллюлозы.
Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Лео Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу — продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трёхмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т. п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.
Благодаря усилиям Генри Форда, перед началом Первой мировой войны началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, затем также и синтетического каучука. Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в Советском Союзе, Англии, Германии и США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида, являющихся прекрасными электроизолирующими материалами, а также полиметилметакрилата — без органического стекла под названием «плексиглас» было бы невозможно массовое самолётостроение в годы войны.
После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, нейлон), начатое ещё до войны. В 50-х гг. XX в. было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан или полиэтилентерефталат. Полипропилен и нитрон — искусственная шерсть из полиакрилонитрила, — замыкают список синтетических волокон, которые использует современный человек для одежды и производственной деятельности. В первом случае эти волокна очень часто сочетаются с натуральными волокнами из целлюлозы или из белка (хлопок, шерсть, шёлк). Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение катализаторов Циглера-Натта, что привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов и, прежде всего, полипропилена и полиэтилена низкого давления (до этого было освоено производство полиэтилена при давлении порядка 1000 атм.), а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны — наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны — элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.
Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. XX в. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.Заключение
Синтетические полимеры получают методами полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. Свойства синтетических полимеров зависят от их строения и молекулярной массы. Полимерные материалы с большей молекулярной массой характеризуются более высокой механической прочностью (на разрыв, изгиб, скручивание и пр.) и худшей растворимостью.
Характерной особенностью синтетических полимеров является полидисперсность — молекулы одного и того же полимера могут иметь разную величину, включая разное число структурных звеньев. Поэтому молекулярная масса полимера обозначает не истинную массу каждой молекулы, а лишь некоторое среднее ее значение.
При нагревании синтетические полимеры плавятся, а при охлаждении обычно приобретают аморфную структуру из-за очень большой вязкости расплава перед его затвердеванием. Однако синтетические полимеры могут приобретать и кристаллическую структуру. В этом состоянии у них более высокая температура плавления и они становятся значительно более прочными. Синтетические полимеры делятся на термопластические, способные многократно переплавляться без заметного изменения свойств, и термореактивные, необратимо затвердевающие при более или менее продолжительном нагревании в результате протекания термохимических реакций. Синтетические полимерные материалы по многим свойствам существенно превосходят черные и цветные металлы, древесину, стекло, требуют меньших капитальных затрат на организацию их производства и обходятся значительно дешевле.
Необходимо переименовать страницу– см. iteach:Именование статей
Содержание
Демченко Надежда Борисовна
Шелудченко Татьяна Арсеньевна
Тема проекта
Название проекта
Полимеры в жизни человека
Класс, предмет
10-11 класс, химия
Краткая аннотация проекта
Проект рассчитан на учащихся старших классов, осуществляется в течение 4 недель. Проект имеет большое практическое значение: полимеры используются человеком в повседневной жизни и без знания их свойств и особенностей сложно обеспечить безопасную среду обитания. Актуальность данной тематики обусловлена тем, что полимеры широко используются в науке, технике и других областях, современная жизнь без них немыслима. Ни одна отрасль промышленности не обходится без пластмасс, химических волокон, каучуков и резине на их основе. Трудно представить современный автомобиль, из которого убраны все детали, изготовленные из полимеров. Такой автомобиль представляет металлический не окрашенный каркас, в котором половина оборудования отсутствует, нет шин, аккумулятора, такой автомобиль, конечно же, не поедет. Повседневная жизнь немыслима без изделий из полимеров от полиэтиленовой пленки до посуды, а также жевательная резинка, белок молока, рыбы, мяса и такой углевод, как крахмал. А если возьмем производство лекарств, медицинского оборудования, то тут уж точно не обойтись без полимеров. Решив стать медицинскими работниками, учащиеся поняли, что тема про полимерные материалы для них весьма актуальна и необходима и её изучение следует расширить.
Во время работы над проектом обучающиеся будут развивать навыки и умения решать практические задачи исследования полимерных материалов, в том числе с использованием химических опытов, данных Интернет, развивать практические и аналитические умения, навыки, способности и знания в поисках решений проблемных ситуаций. У обучающихся будет формироваться познавательный интерес к предмету, развиваться химико – экологическое мышления.
Результатом проекта будет конкретизация знаний о полимерах, их практическом значении для повседневной жизни, здоровья, медицины, их утилизации в целях предотвращения экологической опасности, приобретение навыков исследовательской деятельности.
Вопросы, направляющие проект
Основополагающий вопрос
Может ли человек прожить без полимеров?
Проблемные вопросы
◦Теоретики: Имеет ли молекула полимера начало и конец? ◦Экспериментаторы: Как в домашних условиях распознать полимеры? ◦Технологи: Какова необходимость в синтетических смолах, каучуках и волокнах? ◦Экологи: Необходимо ли запретить полимеры?
Учебные вопросы
1. Что такое полимеры? 2. Какими физическими и химическими свойствами обладают различные полимеры? 3. Какое сырье используется для получения полимеров? 4. Какие химические процессы лежат в основе их получения? 5. С помощью каких качественных реакций можно распознать полимеры? 6. Какие последствия возможны при неправильном использовании полимерных материалов? 7. Есть ли в Белгородской области производства полимеров. 8. Какие вещества называют высокомолекулярными? Приведите примеры. 9. В результате, каких реакций получают высокомолекулярные соединения? 10. Чем отличаются реакции полимеризации и поликонденсации? 11. Каково значение высокомолекулярных веществ? 12. Какие реакции называют реакциями полимеризации? Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена. 13. Как ученым удалось выяснить строение макромолекул природного каучука? 14. Каковы физические и химические свойства природного каучука? 15. Чем отличаются каучуки от резины? 16. Перечислите области применения формальдегида. На каких свойствах основано его использование? 17. Что такое фенопласты? 18. Как образуется целлюлоза в природе? Составьте соответствующие уравнение реакций. 19. Какие волокна получают из целлюлозы и чем они отличаются друг от друга? 20. Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям, а какие – к мономерам и полимерам? На конкретных примерах поясните, чем отличается строение их молекул. 21. Поясните, что такое «структурное звено» и «степень полимеризации». 22. На конкретном примере покажите возможность образования полимера со стереорегулярным и стереонерегулярным строением. 23. Охарактеризуйте процесс получения полиэтилена и полипропилена в промышленности. Составьте уравнения соответствующих реакций: 24. Опишите свойства полиэтилена, полипропилена и тефлона. Где они применяются? 25. Составьте уравнения реакций, в которых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат. Где применяются эти полимеры? 26. На конкретных примерах поясните, чем отличаются реакции поликонденсации от реакций полимеризации. 27. В чем сущность процесса образования фенолформальдегидной смолы? Какие фенопласты из нее получают? 28. Какие полимеры называют термопластическими, а какие – термореактивными? Приведите примеры. 29. Поясните, кем и когда впервые в мире был разработан метод производства каучука. Составьте уравнения. 30. Чем отличается каучук от резины? 31. Какие условия следует соблюдать при долгом хранении автокамер, шин, резиновых трубопроводов и других изделий? Почему? 32. Какие основные виды волокон вам известны? Приведите примеры. 33. Чем отличаются искусственные волокна от синтетических? Приведите примеры. 34. Приведите примеры природных волокон растительного и животного происхождения. Каковы некоторые недостатки этих волокон перед синтетическими? 35. В чем преимущества искусственных волокон перед природными?
