Пластмаси

Резерви і фактори підвищення продуктивності праці

Резерви підвищення продуктивності праці поділяються на 2 групи.

1. Резерви зниження трудомісткості (тобто можливість скоротити витрати часу праці робітників і ІТП) за рахунок механізації і автоматизації виробничих процесів, вдосконалення організації виробництва і праці.

2. Резерви покращання використання робочого часу за рахунок ліквідації можливих його втрат (ліквідація непродуктивних витрат (часу) праці, пов’язаних з браком, відхиленням від технології тощо).

Фактори підвищення продуктивності праці:

Матеріально-технічні – пов’язані з НТП, тобто застосування ефективної техніки, вдосконалення технології, підвищення якості матеріалів, тощо.

Організаційні – пов’язані з підвищенням рівня концентрації, спеціалізації і кооперування, раціонального розміщення підприємств.

Економічні – пов’язані з впровадженням у виробництво економічних методів управління, вдосконаленням ціноутворення, фінансово-кредитного механізму та ін.

Соціальні – дії, що спрямовані на підвищення мотивації діяльності працюючих у виробництві і інших сферах суспільного життя.

Практика показує, що всі фактори взаємозв’язані і діють одночасно.

Визначення терміну: матеріал –речовина (або комбінація речовин), оброблена чи створена людиною для виготовлення певного об’єкта з корисними функціями.

Завдання:

1. Назвати матеріали природного походження.

2. Назвати матеріали штучно створені людиною.

Сучасні матеріали вражають розмаїттям. Це такі як: пластмаси, синтетичні каучуки й гума, штучні й синтетичні волокна.

Що спільного між ними?

- матеріали виготовлені з природних чи синтетичних високомолекулярних сполук.

- Сировиною для їх виготовлення є переважно продукти нафтохімії.

- З них виготовляють посуд, меблі, ізоляційні матеріали,деталі до техніки, одяг.

- Вони добре горять, або не горять зовсім.

- Добре розтягуються,або міцні і крихкі.

- Можуть виділяти шкідливі речовини при нагріванні.

Пластмаси – матеріали, виготовлені на основі полімерів і здатні внаслідок впливу нагрівання і тиску набувати певної форми і зберігати її після охолодження або тверднення.

Можна пластмаси розподілити на групи на основі синтетичних високомолекулярних сполук та на основі біосировини, штучних матеріалів.

Пластмаси на основі біосировини - мають унікальні властивості. Такі пластмаси розкладаються в природному середовищі і не чинять негативного впливу на довкілля. Виготовлені вони на основі природних полімерів. Їх виготовляють з модифікованого крохмалю, целюлози, хітозану (який виділяють з панцирів крабів, креветок).

Назвіть природні джерела таких сполук.

Штучні матеріали – виготовляють при обробці природних полімерів. До них додають пластифікатори, наповнювачі, барвники і цим самим задають певних властивостей.

Синтетичні сполуки – це продукти синтезу на основі вуглеводневої сировини. Виготовлення їх іде на основі переробки: нафти, газу, вугілля.

Спрогнозуйте котра група матеріалів найбільш небезпечна для екології. Чому?

Залежно від того, як на пластмаси впливає нагрівання, їх ділять на дві великі групи: термопластичні і термореактивні. До термопластичних пластмас відносяться такі пластмаси, які від нагрівання і підвищення тиску не зазнають істотних хімічних змін. Вони стають лише пластичними або текучими, а від охолодження знову тверднуть, набуваючи попередніх властивостей. До цієї групи відносять поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол, поліаміди… Для них можлива ре циклізація – повторна переробка без втрати властивостей.

До термореактивних пластмас належать полімери, які від нагрівання змінюють свої фізико – хімічні властивості, зокрема втрачають здатність плавитися і розчинятися в органічних розчинниках. Це зумовлено тим, що відбуваються хімічні реакції між макромолекулами і утворюється просторова структура полімеру. До цієї групи пластмасі відносять фенол формальдегідні, сечовино формальдегідні, епоксидні, поліефірні, та деякі інші види смол.

Маркування. Що відомо учням про маркування виробів з пластмас?

1988р Товариство пластмасової промисловості запровадило систему маркування й ідентифікаційні коди для всіх видів пластмас. Маркування складається з трьох стрілочок у формі трикутника, у середині яких розміщена цифра.

РЕТЕ (РЕТ) або ПЕТ) – поліетилен терфталат

HDPE або ПВТ – поліетилен високого тиску

V, PVC або ПВХ - полівінілхлорид

LDPE або ПНД – поліетилен низького тиску

PP або ПП - поліпропілен

PS або ПС - полістирол

OTHER або ІНШЕ (на можна рециклізувати)

3. Синтетичні каучуки, гума.

Каучуки – полімерні матеріали різноманітного складу і призначення. Вперше були виготовлені з соку дерева гевеї. У 15 - 16 століттях з природним каучуком проводились дослідження, по покращенню його властивостей. За цей час отримали великий об’єм інформації. У 1819 році розпочали виробництво одягу. Результат був невтішний, але стимулював до досліджень.

Каучуки характеризуються - пружністю, еластичністю, здатністю утримувати наповнювачі і піддаватись дії пластифікаторів. Класифікація каучуків

кк	Натуральний	Поліізопреновий	(-сн2- с(сн3) = сн – сн2-)n
Полібутадієновий	(-сн2 – сн = сн – сн2-)n

	Синтетичний	Поліізопреновий	(-сн2 – с(сн3 = сн – сн2 -)n цис і транс форми
Поліхлоропреновий	(сн2 – с(сl) = сн – сн2 -)n
Полібутадієнстирольний	(-сн2 – с(сн3 = сн – сн2 -)n (- сн(с6н5) – сн2-)

2.Гума – продукт вулканізації каучуку. Вулканізація – нагрівання каучуку з сіркою, при цьому молекули каучуку сполучаються між собою зв’язками з атомами Сульфуру. Залежно від вмісту Сульфуру в матеріалі розрізняють:

- м’яку гуму (масова частка Сульфуру до 5%)

- тверда гума (масова частка Сульфуру 20%).

Гума з часу виникнення і в теперішній час є цінний матеріал для техніки та народного господарства.

Учням пропонується назвати галузі застосування і вироби з гуми відомі їм. На основі яких властивостей ґрунтується використання гуми.

1. Синтетичні каучуки і гума на їх основі – мають переваги над природнім каучуком.

Їх можна отримувати з одного виду речовин чи різних видів і цим самим надавати необхідних властивостей. Це явище співполімеризації – утворення полімерів за участі двох мономерів.

2. Каучуки загального і спеціального призначення.

(За галузями їхнього застосування)

Класифікація	Особливості використання	Властивості	Вироби
Загального призначення	Широке коло споживчої продукції	Висока еластичність за звичайних температур	Шини, транспортерні стрічки, взуття…
Спеціального призначення	Вузька спеціалізація, специфічні, екстремальні умови	Стійкість до дії розчинників, технічних масел, кисню, озону, зберігають високу еластичність у широкому діапазоні температур	Ізоляція, прокладки до техніки,шланги, взуття, антикорозійне покриття

Додатковий матеріал до уроку

Пластичні маси (пластмаси, пластики). Під пластичними масами розуміють велику групу матеріалі, основу яких становлять високомолекулярні сполуки, що від нагрівання та підвищення тиску можуть набувати різної форми і зберігати її. Найхарактерніша властивість пластмас – висока пластичність.

Пластмаси в два рази легші від алюмінію і в 5 – 8 раз – від сталі. За міцністю деякі з них перевершують окремі марки сталі і можуть використовуватись для виготовлення танкової броні, ракетних двигунів і літаків. Пластмаси використовують як замінники дефіцитних кольорових матеріалів – свинцю, міді, нікелю, олова, алюмінію, а також чорних металів.

Вихідними речовинами для синтезу полімерів є низькомолекулярні сполуки (мономери). Найважливішими видами сировини для добування мономерів є попутні і природні гази, нафта та продукти сухої перегонки кам’яного вугілля.

Карболанцюгові полімери

Поліетилен. Вихідним мономером для синтезу поліетилену у промисловості є етилен.

Етилен у промислових масштабах добувають з газів крекінгу і піролізу нафтопродуктів та коксових газів. Як каталізатор цієї реакції використовують алюміній оксид чи сульфатну кислоту.

Синтез поліетилену. Уперше низькомолекулярні полімери етилену добув у 1884 році російський учений Г. Г. Густавсон. Високомолекулярні полімери етилену синтезував лише в 1936 радянський учений О. І. Дінцес і приблизно в той же період англійські дослідники Фесетт і Джібсон.

Властивості поліетилену. Поліетилен – тверда, роговидна речовина молочно – білого, а іноді жовтувато білого кольору. За зовнішнім виглядом і на дотик нагадує парафін. У звичайних умовах він досить стійкий проти дії кислот (за винятком нітратної кислоти), лугів і органічних розчинників. При нагріванні до 80⁰С, він може розчинятися у тетрахлорометані, бензолі, толуолі, ксилолі. Поліетилен стійкий проти дії низьких температур (до – 70⁰С), газо – і водонепроникний, має добрі електроізоляційні властивості.

Поліетилен – типовий, наполовину кристалічний, полімер, в якому одночасно поєднуються кристалічна й аморфна фази.

Під впливом тепла і сонячного проміння на повітрі поступово окислюється (старіє), внаслідок чого погіршуються його фізико – механічні властивості. Стійкість проти окиснення можна підвищити введенням анти окиснювачів. Стабілізуючу властивість проявляє також сажа, додають в межах 2%.

При радіоактивному опроміненні підвищується теплостійкість, але зменшується еластичність і розчинність.

Використання поліетилену. Випускають у гранулах і у вигляді плівок. Виготовляють вироби шляхом штампування, пресування, лиття під тиском і дуття.

Широко використовується як ізоляційний матеріал при виготовленні різних деталей радіотехнічної апаратури, для ізоляції електричних кабелів, особливо для високочастотних ліній і тих, які прокладають під землею і водою. З поліетилену виробляють вентилі, клапани,крани для хімічних апаратів, хімічний посуд ля зберігання мінеральних кислот і лугів. Особливо широко використовують для виробництва водопровідних, каналізаційних та інших видів труб, які значно легші за металеві, стійкі проти корозії і не лопають при замерзанні в них води. Виготовляють значну кількість кухонного осуду: миски, хлібниці, глечики, відра…

Газонепроникну плівку поліетилену широко використовують як чудовий пакувальний матеріал для харчових продуктів і галантерейних виробів. Її також широко використовують у сільському господарстві для покриття оранжерей, теплиць і парників.

Полімери галогенопохідних вуглеводнів

Полівінілхлорид. Вихідним продуктом для синтезу полівінілхлориду є вінілхлорид СН₂ = СНСl. За нормальних умов вінілхлорид – це безбарвний газ з температурою кипіння – 14⁰С і температурою плавлення – 159⁰С. Він має специфічний ефірний запах і проявляє наркотичну дію.

Основну масу полівінілхлориду випускають у вигляді білого аморфного порошку, густина якого становить 1,4 г/см³ і температура розм’якшення близько 85⁰С.

Полімер характеризується високою полі дисперсністю. Ступінь полімеризації для різних фракцій одного і того самого полімеру становить 100 – 2500. Чим більше високомолекулярних фракцій, тим вища еластичність і морозостійкість. Молекулярна маса становить 18000 – 170 000 і залежить від способу і режиму полімеризації.

Низькомолекулярні полімери хлорвінілу розчиняються в ацетоні, складних ефірах і кетонах. Полівінілхлорид стійкий проти дії кислот, лугів, спиртів, насичених вуглеводнів, нерозчинний у воді.

Полівінілхлорид належить до групи термопластичних смол і є основою у виробництві двох видів пластмас – вініпласту і пластикату. Вініпласт – жорсткий, пружний матеріал. Він не горить, висока хімічна стійкість і механічна міцність. Випускають і вигляді плівок, листів, трубок, стержнів.

Плівки використовують як антикорозійний і електроізоляційний матеріал, а також для упаковки різних продуктів і матеріалів. Виготовляють: різні комунікації, вироби, деталі, труби для транспортування агресивних речовин та порівняно у високих температурах. Ним замінюють скло, кераміку, дерево, сталь.

Недоліками вінілпласту є його невисока теплоємність, крихкість при низьких температурах і зниження механічних властивостей при тривалому використанні.

Полімери кислот

Для виготовлення полі метилметакрилату використовують метилметакрилат – легко рухливу, прозору, безбарвну рідину з температурою кипіння 100,3⁰С.

Поліметилметакрилові смоли – безбарвні, прозорі речовини з аморфною структурою, густина їх становить 1,12 – 1,25 г/см³. Молекулярна маса залежно від способу добування становить 150 000 – 200 000 чи 20 000 – 150 000.

Полімер стійкий проти дії кислот, лугів і не розчиняється в бензині та маслах. Густина його становить 1,18 – 1,30 г/см³. При нагріванні до 180 – 200⁰С, він повністю переходить у пластичний стан, а при температурі вище 270⁰С – руйнується.

Використовують переважно як органічне скло (плексиглас). Воно прозоре, гнучке і не дає осколків, пропускає до 73% ультрафіолетового проміння, а звичайне скло – тільки 1%. Використовують скло для скління вікон автомобілів, тролейбусів, літаків, лікарень, шкіл, житлових будинків. З органічного скла виготовляють лінзи для фотоапаратів, мікроскопів, біноклів. З нього також виготовляють вази, посуд, ґудзики, лінійки, ручки.

Водними дисперсіями (типу латексу) поліакрилатів просочують деревину, шкіру, тканини, папір, щоб підвищити водостійкість і надати їм блиску.

Недоліком є низька теплостійкість і мала поверхнева твердість.

Полімери ароматичних сполук

Полістирол. Для синтезу полістиролу використовують стирол(вініл бензол) Це легко рухома, прозора рідина з температурою кипіння 146⁰С. Основною сировиною для їх добування є етилбензен.

Молекулярна маса становить 100 000 – 200 000 і залежить від умов та способу полімеризації. Полістирол – тверда, прозора, склоподібна речовина з густиною 1,05 – 1,08 г/см³ і температурою плавлення 85 – 110⁰С. Макромолекули мають лінійну будову.

Полістирол стійкий проти дії кислот (за винятком нітратної) і лугів, вологостійкий. Розчиняється в ефірах, кетонах і ароматичних вуглеводнях, але не розчиняється у спиртах і насичених вуглеводнях. Особливою цінністю є його добрі діелектричні властивості.

У хімічному відношенні проявляє високу активність. Здатний вступати у реакції гідрування, бромування, сульфування, нітрування.

Основним споживачем полістиролу є електротехнічна промисловість. З нього виготовляють ізоляційну плівку – стирофлекс, яку використовують для виробництва конденсаторів і для ізоляції спеціальних кабелів. Виробництво хімічного посуду, деталей для холодильників, радіоапаратури, оптичних виробів та багатьох виробів широкого вжитку. Упаковка харчових продуктів, фармацевтичних препаратів. У будівництві використовують пінопласти як теплоізоляційний матеріал.

Недоліки полістиролу є відносно висока крихкість, горючість і низька стійкість проти нагрівання.

Фенопласти. Під назвою фенопласти об’єднують велику групу полімерних сполук, що добувають поліконденсацією фенолів з альдегідами. Ці сполуки ще називають феноло – альдегідними смолами.

Новолачні смоли відносяться до термопластичних. Вони залишаються розчинними і плавкими навіть після довгого зберігання, а також коли нагріти їх до 150 – 180⁰С. Різновидності резину стійкі проти дії лугів. Бакеліт і карболіт мають високу стійкість проти дії пари брому, хлороводню і спиртових розчинів амоніаку.

Фенолформальдегідні смоли і пластики на їх основі – одні з найпоширеніших пластичних мас. Їх широко використовують для виробництва литих і пресованих фенопластів, шаруватих пластиків, лаків, клеїв.

Цінні властивості литих резитів - термостійкість і негорючість, добре піддається обробці на верстатах. Декоративні та ізоляційні матеріали.

Фенолформальдегідні смоли, в основному, ідуть на виготовлення пресованих матеріалів, що являють собою суміш наповнювача із смолою. Щодо структури наповнювачі можна поділити на дві великі групи: волокнисті (бавовни, азбест, скляне волокно, деревина) і порошкоподібні (деревне борошно, каолін, мікроазбест, слюда, графіт). Гетинакс (наповнювач – папір), текстоліт – бавовняна тканина, склотекстоліт – скляне волокно чи тканина,

Гетинакс використовують у електромашинобудуванні та електротехніці завдяки високим ізоляційним властивостям. Текстоліт – твердий, діелектрик - виготовляють шестірні, вкладиші підшипників, шківи, гальмівні колодки. Склотекстоліт – велика механічна міцність, діелектрик, водостійкість, легкість і пружність. Використовують в електротехніці, авто і вагонобудуванні, авіаційній і ракетній техніці.

Додатковий матеріал до уроку

Природний каучук

Природній каучук є праобразом всіх отриманих синтезом полімерних матеріалів: синтетичних канчуків, пластмас, синтетичних волокон.

Відомий у Європі з кінця 15 століття. У 496р. учасники експедиції Христофора Колумба розповідали про дивовижні властивості темно – коричневих кульок – м’ячів, що їх вони бачили на острові Гаїті.

Ці пружні еластичні м’ячі індіанці виготовляли із соку дерева гевеї. Проте цим повідомленням на той час ніхто не зацікавився.

Лише 1735р. експедиція французьких учених виявила в Перу дивовижні дерева гевеї, що досягли 40м висоти і до 2м в діаметрі.

На деяких деревах були зроблені надрізи, я яких витікав густий, білий, подібний до молока, сік Індіанці називали його каа – о – чу, що означає «сльози дерева». Цей сік вони збирали в чашки, зроблені з шкаралупи горіхів. За дві години кожне дерево дає близько 250см³ соку. На повітрі сік густішав, а від нагрівання набував механічної міцності та еластичності. Індіанці виготовляли із соку гевеї незвичайне взуття: обмазували соком дерев’яні форми і потім обкурювали їх димом. При цьому утворювався щільний шар, який не пропускав води. Так вони виготовляли м’ячі, пляшки та інші вироби домашнього вжитку. Учасники експедиції зібрали колекцію виробів, а також описали добування і переробку молочного соку (латексу) з каучуконосних дерев. Вони привезли також колекцію зразків смоли каа – о –чу. Проте матеріал, привезений у Європу з Америки, не відразу знайшов застосування. Тривалий час не вдавалося використати таку цінну властивість каучуку, як водонепроникність.

У 18 столітті шматочками каучуку найчастіше стирали написане на папері. В 1819р. шотландський інженер Чарльз Макінтош запропонував розчиняти каучук у маслі, яке добували внаслідок перегонки кам’яновугільної смоли. Він заснував першу фабрику по виробництву водонепроникного одягу. Проте цей одяг був чутливий до зміни температури – з підвищенням її вироби ставали липкими і мали неприємний запах, а із зниженням ставали жорсткими і ламалися на згинах.

Почалися пошуки речовин, які б запобігли цим небажаним властивостям. Каучук змішували з різними хімічними сполуками але безуспішно. Лише в 1839р. Ч. Гудьїр під час проведення дослідів випадково упустив пластинку каучуку, на якій була зірка, на розжарену плиту і виявив, що з липкої маси каучук перетворився на пружну еластичну речовину, яка не боїться тепла і холоду.

Історія промислового використання каучуку розпочалась з 1839р., коли був відкритий процес вулканізації, що різко підвищує фізичні властивості каучуку. З цього часу пішов швидкий ріст його промислового використання. Найбільшу кількість його стала використовувати автомобільна промисловість, на другому місті стояла електротехнічна промисловість і виробництво різних гумових виробів. Монополістом виробництва природного каучуку довгий час залишалась Бразилія. Хоча насіння гевеї під страхом смерті вивозити заборонялось, в 1876р. англійці таємно вивезли насіння гевеї і посадили його на Цейлоні.

Перший каучук з плантацій отримали в 1899р.; в 1910р. 10% всього світового виробництва каучуку давали плантації, до 1915р. відсоток зріс до 70. В 1946р. плантації Індонезії, Малайї, Індокитаю давали майже весь природній каучук.

Природній каучук являє собою пружну аморфну масу, що отримують з молочного соку (латексу), рослин – каучуконосів. Найбільш відомим каучуконосом є дерево гевея. Менша кількість каучуку міститься в багатьох культурах, переважно тропічних.

До каучуконосів можна віднести фікус, кок – сагиз, крим – сагиз.

Дослідники, які вивчали властивості латексу, помічали, що він подібний до молока. Латекс мав такий само колір і з часом, якщо його не збовтували, відстоювався, утворюючи на поверхні шар каучуку. Будова краплі латексу під мікроскопом також подібна до краплі молока. Маленькі кульки каучуку, які дуже нагадують кульки жиру в молоці, назвали глобулами. У латексі міститься в 10 разів більше каучуку, ніж жиру в молоці. Латекс гевеї - це емульсія рослинного соку з каучуком. Глобули каучуку сполучаються між собою, утворюючи більші частинки, які з’єднуються і поступово утворюють тверду масу. В латексі міститься 52 – 60% води, 34 – 37% каучуку, 2,0 – 2,7% білків, 1,7 – 3,4% смол, 1,5 – 4,0 цукрів і 0,2 – 0,7% золи.

В 50р. ХХ ст. навчились виробляти синтетичний каучук такої високої якості, що він став повністю заміняти природній.

Вивчення хімічних властивостей каучуку показало, що він володіє типовими для ненасичених сполук властивостями: приєднує Бром, бром оводень, а також піддається каталітичному гідруванню. Ще в кінці ІХХ ст.. було встановлено, що при нагріванні без доступу повітря каучук розпадається з утворення ізопрену СН₂=С (СН₃) – СН=СН_2.

Основи сучасних уявлень про каучук висвітлив у роботах К. Гаррієс в 1905 – 1912 рр. Він скористався методом озонування,

який з того часу був взятий на озброєння хіміками при вивченні ненасичених вуглеводнів.

Природній каучук є сумішшю полімерогомологів з різною молекулярною масою від 50 000 до 3 млн., основна маса припадає на фракції з молекулярною масою більше мільйона.

Природній каучук – лінійний полімер ізопрену, володіє не тільки строго регулярною будовою, але і певною конфігурацією біля подвійного зв’язку.

У природного каучуку здатність до розтягування дуже велика і досягає 1000 і більше відсотків. Це означає, що каучук і каучукоподібні речовини можна розтягнути в 10 і більше разів, і після зняття навантаження вони знову набувають свої попередні розміри. Досить цікава природа даного явища. Каучук набуває попередніх форм за рахунок теплових рухів. В звичайному, не розтягнутому стані нитковидні молекули каучуку мають різні форми (різні конформації), переважно хаотично – клубкоподібні. Каучук в його звичайному стані можна порівняти з «клубком змій». При розтягуванні його ниткоподібні молекули розміщуються більш упорядковано: ковзаючи одна повз іншу, вони розміщуються більш чи менш паралельно. Після зняття навантаження макромолекули в результаті теплового руху згортаються і повертаються до попередніх форм.

Для здійснення даного механізму необхідно ряд умов. Молекули повинні бути досить гнучкими, здатними набувати різних форм, певні міжмолекулярні сили.

Сирий, необроблений каучук володіє незначною пружністю. Вже при невеликому підвищенні температури стає схожим на пластичну смолу. В процесі вулканізації відбувається «зшивання» ниткоподібних молекул каучуку за допомогою місточків утворених сіркою. В результаті цього дещо зростає взаємодія між ланцюгами і підвищується пружність. При подальшій вулканізації кількість «S місточків» зростає, їх стає так багато, що вони міцно «зшивають» молекули каучуку, закріплюють їх нерухомо. Так каучук перетворюється на твердий нееластичний ебоніт.

Дата добавления: 2015-07-13