Ziele
Die Ziele dieses Labors sind:
- Eigenschaften und Anwendungen von synthetischen Thermoplasten verstehen
- Vergleichen Sie die physikalischen Eigenschaften von „Big Six“ -Kunststoffen
- Identifizieren Sie alltägliche Kunststoffe anhand ihrer physikalischen Eigenschaften
- Zeichnen Sie Grundstrukturen von Polymeren bei gegebener Monomerstruktur
Das Wort „Polymer“ bedeutet „viele Einheiten“. Ein Polymer kann aus vielen sich wiederholenden Einheiten bestehen, bei denen es sich um kleine Monomermoleküle handelt, die kovalent gebunden wurden. Abbildung 1 (aus Chemistry in Context) zeigt ein einzelnes Monomer und ein Polymer aus identischen Monomeren, die miteinander verbunden sind. Ein Polymer kann Hunderte von Monomeren mit insgesamt Tausenden von Atomen enthalten.
Beispiele für natürlich vorkommende Polymere sind Seide, Baumwolle, Holz, Baumwolle, Stärke, Naturkautschuk, Haut, Haare und DNA. In den frühen 1900er Jahren begannen Chemiker, natürliche Polymere zu replizieren und synthetische Polymere herzustellen, beginnend mit Nylon, das Seide in seiner Festigkeit und Flexibilität nachahmt.
Kunststoff ist eine Art synthetisches Polymer. Derzeit werden mehr als 60.000 Kunststoffe für industrielle und kommerzielle Zwecke hergestellt. Ungefähr 75% der hierzulande verwendeten Kunststoffe können als eine von sechs Arten oder „Die großen Sechs“ eingestuft werden. Diese Polymere sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
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Nein. |
Name |
Abbreviation |
Uses |
|---|---|---|---|
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polyethylene terephthalate |
PET |
clear bottles and containers, fleece, carpet |
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high-density polyethylene |
HDPE |
opaque bottles and containers, buckets, crates |
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polyvinyl chloride |
PVC |
rigid from: pipes & credit cards; soft form: tubing |
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low-density polyethylene |
LDPE |
bags, films, sheets, bubble wrap, toys |
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polypropylene |
PP |
bottle caps, yogurt containers, furniture |
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polystyrene |
PS |
expandable form: styrofoam; kristall form: CD fällen |
Diese sechs Polymere sind thermoplastisch: Sie können geschmolzen und umgeformt oder recycelt werden. Die Nummern werden verwendet, um die Identifizierung der Kunststoffe zu erleichtern, so dass sie für das Recycling getrennt werden können. Das auf Kunststoffverpackungsmaterialien verwendete Symbol sind drei Pfeile in Dreiecksform mit der Anzahl der Kunststoffe in der Mitte. Dieses Symbol erleichtert das Recycling, indem es die Identifizierung von Kunststoffen erleichtert.
Die sechs großen Thermoplaste haben diese allgemeinen Eigenschaften:
- recycelbar
- unlöslich in Wasser
- beständig gegen die meisten Chemikalien
- leicht und dennoch stark
- kann geformt werden
- kann mit Pigmenten eingefärbt werden
- normalerweise aus Erdöl hergestellt
- wird verwendet, um Artikel herzustellen, die keine Alternativen zu anderen Materialien haben
Der häufigste der sechs großen Kunststoffe ist Polyethylen hoher Dichte (HDPE). Es besteht aus sich wiederholenden Einheiten des Monomers Ethylen
– (H2C—CH2) n-
Monomere werden in einer Additionspolymerisationsreaktion miteinander verknüpft. Jedes neue Monomer fügt einem Ende eine kovalente Bindung hinzu; Die Gesamtzahl der Monomere im Polymer wird durch den Index n dargestellt. Die Abbildung rechts zeigt einen Teil der Polymerkette. Wie viele Monomere sind vorhanden?
In diesem Experiment analysieren Sie Kunststoffpolymere qualitativ auf physikalische Eigenschaften wie Opazität, Flexibilität, Haltbarkeit und Bruchfähigkeit. Sie analysieren auch die Dichte jedes Kunststoffs, indem Sie überprüfen, ob Pelletproben in drei Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte schwimmen oder sinken.
In diesem Labor stellen Sie einen Polymer-Hüpfball her, der eine chemische Reaktion zwischen Borax und Klebstoff verwendet. Kleber enthält das Polymer Polyvinylacetat, das sich bei Reaktion mit Borax vernetzt (Diagramm unten). Nach der Vernetzung ist der Klebstoff nicht mehr flüssig, sondern fester. Das Hinzufügen von Maisstärke hilft, die Moleküle so zusammenzubinden, dass sie ihre Form behalten.
Vorgehensweise
Sicherheit
Es sollten keine in diesem Experiment verwendeten Materialien aufgenommen werden.
Persönliche Schutzausrüstung (PSA) erforderlich: schutzbrille, Laborkittel, geschlossene Schuhe Materialien und Ausrüstung
Proben von Big Six Plastics (gekennzeichnet mit Recyclingsymbolen), Pellets von Big Six Plastics, 1:1 95% Ethanol / Wasser-Lösung, destilliertes Wasser, 10% NaCl-Lösung, 3 kleine Reagenzgläser, Glasrührstab, Waschflasche mit destilliertem Wasser, 3 kleine Becher, 3 Plastiklöffel, Pappbecher, Ulmenkleber, Borax, Maisstärke, Lineal
Teil A: Physikalische Eigenschaften Eigenschaften von Kunststoffpolymeren
Proben verschiedener Kunststoffe sind auf der Frontbank erhältlich. Identifizieren Sie die Proben, indem Sie nach der Nummer / dem Recycling-Symbol suchen. Verwenden Sie diese Proben, um die physikalischen Eigenschaften jeder Art von Kunststoff zu analysieren: Recyclingfähigkeit, Opazität, Haltbarkeit / Härte und Flexibilität.
Teil B: Dichteprüfungen von Big Six-Kunststoffen
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Es werden drei Lösungen unterschiedlicher Dichte verwendet:
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Lösung A = 1:1 95% Ethanol/Wasser, Dichte = 0,94 g/cm3
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Lösung B = destilliertes Wasser, Dichte = 1,0 g/cm3
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Lösung C = 10% NaCl, Dichte = 1.08 g /cm3
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Besorgen und beschriften Sie drei kleine Reagenzgläser: Lösung A, B und C. Geben Sie etwa 3 ml (zwei volle Tropfspritzer) in jedes Reagenzglas.
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Legen Sie ein Stück von jedem Kunststoff in jedes der drei Reagenzgläser. Schieben Sie jedes Stück mit einem Glasrührstab unter die Flüssigkeitsoberfläche. Oberflächenspannungen führen dazu, dass der gesamte Kunststoff schwimmt, bis jeder mit der Stange „benetzt“ und eingetaucht ist.
Notieren Sie, ob die Probe schnell sinkt, langsam sinkt, auf der Oberfläche schwimmt oder unter der Oberfläche schwimmt (aber nicht nach unten sinkt).
Wenn die Probe schwimmt, hat sie eine geringere Dichte als die Lösung. Dies kann relativ zu einer anderen Probe sein, die schwimmt. Wenn die Probe sinkt, hat sie eine höhere Dichte als die Flüssigkeit. Die Probe kann auch relativ zu anderen Proben schnell oder langsam absinken.
4. Testen Sie jede der sechs Kunststoffarten entsprechend, um die Tabelle im Laborbericht zu vervollständigen.
Teil C: Polymer-federnd Bälle
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Erhalten vordere Bank: pappbecher mit ca.100 ml Elmers Kleber (Probenbecher wird auf 100 ml markiert), Lineal und 3 Plastiklöffeln. Besorgen Sie sich eine Waschflasche mit destilliertem Wasser.
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Erhalten von ihrem schließfach: 3 kleine becher, rührstab, kleine messzylinder
Herstellung von Polymer Bouncy Ball #1:
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In einem Becherglas hinzufügen:
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3 ebene Löffel Kleber
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5 mL destilliertes Wasser
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1 ein Löffel Boraxpulver
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NICHT UMRÜHREN. Lassen Sie die Zutaten für 10-15 Sekunden interagieren. Dann verwenden rührstab zu mischen. Sobald sich die Mischung nicht mehr rühren lässt, nehmen Sie sie aus dem Becher und formen Sie die Kugel mit Ihren Händen. Der Ball beginnt klebrig und unordentlich, verfestigt sich jedoch beim Kneten.
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Notieren Sie physikalische Beobachtungen über den Ball in der Tabelle: Ist der Ball dehnbar? goopy? schleimig?
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Verwenden Sie das Lineal und halten Sie den Ball in einer Höhe von 30 cm (= 12 Zoll) über der Bank. Lass den Ball fallen und zeichne auf, wie hoch er springt.
Herstellung Polymer Bouncy Ball #2:
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In einem Becherglas hinzufügen:
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3 ebene Löffel Kleber
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5 mL destilliertes Wasser
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1 ein Löffel Maisstärke
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1 ein Löffel Borax
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Wiederholen Sie die Schritte 2-4 vom vorherigen.
Herstellung von Polymer Bouncy Ball #3:
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In einem Becherglas hinzufügen:
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3 ebene Löffel Kleber
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1 ein Löffel Maisstärke
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1 ein Löffel Borax
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Wiederholen Sie die Schritte 2-4 vom vorherigen.
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Sie und Ihr Laborpartner können diese Hüpfbälle mit nach Hause nehmen, da alle Materialien ungiftig sind. Denken Sie jedoch daran, dass sie nicht essbar sind!
Bericht
Synthetische Polymere und Kunststoffe
Teil A: Physikalische Eigenschaften
Suchen oder wählen Sie jeweils einen Typ der folgenden Kunststoffpolymere und geben Sie die folgenden Eigenschaften an:
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Kunststoff anzahl |
Kurzbezeichnung (HDPE, LDPE, etc) |
Klar (ja oder nein) |
Undurchsichtig (ja oder nein) |
Flexibilität (kann gebogen werden?) |
Haltbarkeit (hart oder weich) |
Zerbrechlichkeit (kann geknackt werden?) |
Recycelbar (ja oder nein) |
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Teil B: Dichteprüfungen
Bericht für Kunststoffproben in jeder Flüssigkeit: sinkt schnell, sinkt langsam, schwimmt oben, schwimmt unter der Oberfläche
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Kunststoff anzahl |
1:1 ethanol/wasser dichte = 0,94 g/cm3 |
Wasser dichte = 1,0g/cm3 |
10% Dichte der NaCl-Lösung = 1.08 g /cm3 |
Relative plastische Dichten:
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Weniger als 0.94 g/cm3 |
Weniger als 1,0 g / cm3 |
Weniger als 1,08 g/ cm3 |
Mehr als 1,08 g/cm3 |
Rangfolge der Dichten:
(niedrigste) _______ _______ _______ _______ _______ _______ ( höchste)
Teil C: Polymer federnd Bälle
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Polymer Ball zusammensetzung |
Ungefähre Höhe bounced |
Physikalische Eigenschaften |
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Kugel #1: |
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Kugel #2 |
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Kugel #3 |
Fragen
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Welcher der sechs großen Kunststoffe war der flexibelste?
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Welcher der sechs großen Kunststoffe wäre das beste Material für jedes der folgenden Beispiele? Verwenden Sie kurze Namen, um jeden Kunststoff (z. B. HDPE) zu identifizieren.
ein Ersatz für ein Glasfenster ?
ein Take-out-Behälter für Lebensmittel?
eine flexible, erweiterbare Tasche zum Tragen von Gegenständen? ein leichter Flaschenverschluss? -
Ein unbekannter Kunststoff schwimmt in einer 10% igen NaCl-Lösung, sinkt aber in Wasser. Welchen Bereich möglicher Dichtewerte kann dieser Kunststoff haben? Schlagen Sie die Zusammensetzung dieses Kunststoffs vor.
4. Warum ist es wichtig, anhaftende Blasen bei den Dichtetests zu entfernen?
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PET-Kunststoff (Nummer 1) ist derzeit der wertvollste Kunststoffabfall. Schlagen Sie eine Möglichkeit vor, es kommerziell von anderen Kunststoffabfällen zu trennen.
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Manchmal werden Kunststoffbehälter aus zwei Polymeren und nicht nur aus einem hergestellt. Was würde mit dem Wasserdichtetest passieren, wenn HDPE und PVC gemischt würden?
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Warum sind Kunststoffrecycler sehr besorgt darüber, die verschiedenen Polymere zu identifizieren und nicht miteinander zu mischen?
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Die folgende Abbildung zeigt die Polymerisation von Polystyrol (PS). Kreisen Sie die ursprünglichen Monomere ein und bestimmen Sie, wie viele Monomere vorhanden sind.
9. Polyvinylchlorid (PVC) besteht aus dem Vinylchloridmonomer. Die Monomerstruktur und die allgemeine Reaktion sind rechts dargestellt.
Zeichnen Sie ein Polyvinylchloridpolymer, das aus fünf Monomeren besteht, die in einem Kopf-zu-Schwanz-Muster angeordnet sind.
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Wie heißt das Monomer für die von Ihnen hergestellten Hüpfbälle?
Welche Rolle spielt jedes der folgenden Elemente bei der Bildung des Polymers?
leim
Borax
Maisstärke
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Welcher Ball prallte am höchsten? Basierend auf Ihren Daten in der Tabelle, welche Verbindung war höchstwahrscheinlich dafür verantwortlich?