Підручник з Хімії. 10 клас. Попель - Нова програма

32. Пластмаси. Полімери — основа пластмас

Матеріал параграфа допоможе вам:

• скласти уявлення про пластмаси;

• дізнатися про найважливіші полімери, з яких виробляють пластмаси;

• з'ясувати переваги й недоліки пластмас як матеріалів.

Пластмаси. На певній стадії розвитку нашої цивілізації виявилося, що природні матеріали вже не задовольняють зростаючих потреб людей. Крім того, їх ресурси на планеті обмежені. Тому в другій половині ХХ ст. розгорнулися інтенсивні пошуки матеріалів на основі синтетичних полімерів. Хіміки зайнялися синтезом нових високомолекулярних сполук, дослідженням їхніх властивостей, розробленням та впровадженням у промисловість технологій виробництва полімерних матеріалів.

За своїми властивостями полімерні матеріали вигідно відрізняються від природних. Вони довговічніші, не зазнають корозії, мають невелику густину, достатню міцність; їх легко формувати, обробляти, фарбувати.

Значна кількість полімерів становить основу пластичних мас, або скорочено — пластмас.

Пластмаси — матеріали на основі полімерів, що зберігають після нагрівання і наступного охолодження надану їм форму.

Крім полімерів, пластмаси містять добавки, які покращують їхні властивості, підвищують стійкість до хімічно агресивних речовин, зміни зовнішніх умов. Добавками слугують розмелені деревина, крейда, графіт, а також сажа, подрібнений папір, волокна, барвники. Полімери у відповідних пластмасах є зв’язуючими компонентами. Якщо до мономера додати сполуку, яка при нагріванні розкладається з виділенням газу, то добутий полімер матиме вигляд застиглої піни; його називають пінопластом (мал. 86). Добавки-пластифікатори надають полімерному матеріалу пластичності.

Мал. 86. Блоки з пінопласту для утеплення будинків

Полімери — основа пластмас. Розглянемо найважливіші полімери, які входять до складу пластмас.

Поліетилен (-СН2-СН2-)n — безбарвний прозорий або білий напівпрозорий матеріал, що зовні нагадує парафін (мал. 87). Механічні та фізичні властивості поліетилену залежать від умов здійснення реакції полімеризації1.

1 Розрізняють поліетилен високого й низького тиску. Полімер другого виду має трохи більшу густину.

Мал. 87. Поліетилен

На поліетилен не діють вода, розчини кислот (крім концентрованої нітратної) і лугів, жири, масла. Однак цей полімер нестійкий щодо галогенів, при нагріванні розчиняється в рідких вуглеводнях та їх галогенопохідних, горить на повітрі.

Поліетилен — термопластичний полімер. Із нього виробляють водопровідні та каналізаційні труби, пакувальну плівку і плівку для теплиць, тару, предмети побуту, ємності для зберігання неорганічних кислот і лугів (мал. 88). Він також слугує тепло- й електроізоляційним матеріалом. Поліетиленові вироби є морозостійкими, але не витримують нагрівання вище 60—100 °С.

Мал. 88. Вироби з поліетилену

Політетрафторетилен (-CF2-CF2-)n, або тефлон, схожий на поліетилен. Він має високу хімічну стійкість, не руйнується навіть концентрованими кислотами, не розчиняється й не набрякає в жодному розчиннику. На відміну від поліетилену тефлон — негорючий полімер; він витримує досить високу температуру.

нагадує поліетилен не лише зовні, а й за більшістю властивостей. Він також належить до термопластичних полімерів лінійної будови. Поліпропілен, як і поліетилен, добувають, здійснюючи реакцію полімеризації (§ 31). Цей полімер використовують для виробництва волокон, труб, пакувальної плівки, тари, деталей технічної апаратури, предметів побуту, іграшок, одноразового посуду, а також як ізоляційний матеріал (мал. 89). Вироби з поліпропілену мають підвищену твердість, стійкі до тертя.

Мал. 89. Вироби з поліпропілену

— тверда речовина, стійка до розчинів лугів, кислот, більшості органічних розчинників. При нагріванні вище 110 °С сполука розкладається з виділенням хлороводню.

Полівінілхлорид є термопластичним полімером. Його використовують для виробництва штучної шкіри, лінолеуму, труб, волокон, тари, різних деталей. Із полівінілхлориду виготовляють чоботи (мал. 90), захисні рукавички.

Мал. 90. Вироби з полівінілхлориду

— аморфний термопластичний полімер лінійної будови. Він не реагує з розбавленими розчинами лугів і кислот, розчиняється в деяких органічних розчинниках. Полістиролу можна надавати будь-якої форми і кольору; він добре склеюється та обробляється. Недоліки цього полімеру — невисокі міцність і термостійкість.

Вироби з полістиролу і пінополістиролу широко використовують у побутовій техніці, електроніці, будівництві, медицині. Із цього полімеру виготовляють звуко- і теплоізоляційні, облицювальні та декоративні плити, деталі для медичних приладів і систем переливання крові, тару для харчових продуктів, дитячі іграшки, рятувальні круги, буйки, захисні шоломи, одноразовий посуд тощо (мал. 91).

Мал. 91. Вироби з полістиролу

Недоліками пінополістиролу є крихкість і горючість. Плити із цього матеріалу повільно виділяють невеликі кількості стиролу С6Н5-СН=СН2 — токсичної речовини, здатної накопичуватися в організмі. Крім цього, пінополістирол легко спалахує й горить із виділенням кіптяви і шкідливих речовин.

Фенолоформальдегідний полімер (мал. 92) є основою фенопластів. Це термостійкі матеріали, нерозчинні у воді та органічних розчинниках. Із них виготовляють деталі електрообладнання, предмети побуту. Суміші фенопластів із відходами обробки деревини використовують у вигляді плит у будівництві, для виготовлення меблів. Наповнювачами у фенопластах слугують також бавовняне волокно, каолін тощо. Із фенолоформальдегідних полімерів виробляють склопластики — дуже міцні матеріали, які, крім полімеру, містять скловолокно або тканини з нього.

Мал. 92. Фрагмент макромолекули фенолоформальдегідного полімеру

Недоліком деяких фенопластів є те, що вони виділяють невеликі кількості токсичних речовин.

Відходи полімерів і довкілля. Дедалі більше полімерної плівки, використаних пластмасових виробів потрапляє в навколишнє середовище (мал. 93). Природа «не вміє» розкладати такі відходи. Їх утилізація є актуальним екологічним завданням.

Мал. 93. Звалище

У розвинутих країнах частину відпрацьованих полімерів і пластмас переплавляють та застосовують у виробництві плівки, тари, різного обладнання, а решту переробляють на органічні сполуки, горючі газові суміші. Іноді залишки полімерних матеріалів подрібнюють і додають до будівельних сумішей. Спалюючи відходи деяких полімерів, отримують теплову енергію. В Україні з відпрацьованого поліетилену виготовляють плівку для сільського господарства. На заміну поліетиленовим пакетам приходять паперові або зроблені з відходів целюлози (цей полімер порівняно швидко руйнується мікроорганізмами в природних умовах).

Цікаво знати

Більше ніж 10 % від маси всіх побутових відходів припадає на синтетичні полімери і пластмаси.

ВИСНОВКИ

Пластмаси — матеріали на основі полімерів, які зберігають після нагрівання і наступного охолодження надану їм форму. Пластмаси містять добавки, які покращують їхні властивості.

Поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол є термопластичними полімерами, а фенолоформальдегідні смоли бувають термопластичними і термореактивними.

Вироби з полімерів широко використовують у побуті, техніці, будівництві, медицині, інших сферах.

Забруднення довкілля відходами штучних полімерів є серйозною екологічною проблемою.

234. Назвіть полімери, які є основою пластмас, і наведіть їхні формули.

235. Чи впливає будова полімеру на його властивості? Відповідь обґрунтуйте.

236. Назвіть переваги і недоліки використання пластмас.

238. Обчисліть масові частки елементів у полівінілхлориді.

239. За матеріалами з інтернету підготуйте коротке повідомлення про полімер, який називають органічним склом, і сфери його застосування.