tavoitteet
tämän laboratorion tavoitteena on:
- synteettisten kestomuovien ominaisuuksien ja käyttötapojen ymmärtäminen
- vertaa ”Big Six” – muovien fysikaalisia ominaisuuksia
- tunnista arkimuovi niiden fysikaalisten ominaisuuksien perusteella
- Piirrä polymeerien perusrakenteet, kun niille on annettu monomeerirakenne
sana ” polymeeri ”tarkoittaa”monta yksikköä”. Polymeeri voi koostua monista toistuvista yksiköistä, jotka ovat kovalenttisesti sidottuja pieniä monomeerimolekyylejä. Kuvassa 1 (kemia kontekstissa) on yksi monomeeri ja polymeeri, joka koostuu identtisistä monomeereistä, jotka ovat sidoksissa toisiinsa. Polymeeri voi sisältää satoja monomeerejä, yhteensä tuhansia atomeja.
esimerkkejä luonnossa esiintyvistä polymeereistä ovat silkki, puuvilla, puu, puuvilla, tärkkelys, luonnonkumi, nahka, hiukset ja DNA. 1900-luvun alussa kemistit alkoivat monistaa luonnonpolymeerejä ja luoda synteettisiä polymeerejä alkaen nailonista, joka jäljittelee lujuudessaan ja joustavuudessaan silkkiä.
muovi on eräänlainen synteettinen polymeeri. Tällä hetkellä yli 60 000 muovia valmistetaan teollisiin ja kaupallisiin tarkoituksiin. Karkeasti 75% tässä maassa käytetyistä muoveista voidaan luokitella yhdeksi kuudesta tyypistä, tai ”Big Six”. Nämä polymeerit on lueteltu alla olevassa taulukossa.
|
Ei. |
Name |
Abbreviation |
Uses |
|---|---|---|---|
|
polyethylene terephthalate |
PET |
clear bottles and containers, fleece, carpet |
|
|
high-density polyethylene |
HDPE |
opaque bottles and containers, buckets, crates |
|
|
polyvinyl chloride |
PVC |
rigid from: pipes & credit cards; soft form: tubing |
|
|
low-density polyethylene |
LDPE |
bags, films, sheets, bubble wrap, toys |
|
|
polypropylene |
PP |
bottle caps, yogurt containers, furniture |
|
|
polystyrene |
PS |
expandable form: styrofoam; kidemuoto: CD-kotelot |
nämä kuusi polymeeriä ovat kestomuoveja:ne voidaan sulattaa ja muotoilla uudelleen tai kierrättää. Numeroilla helpotetaan muovien tunnistamista, jotta ne voidaan erotella kierrätystä varten. Muovipakkausmateriaaleissa käytetty symboli on kolme kolmion muotoista nuolta, joiden keskellä on muovin määrä. Tämä symboli helpottaa kierrätystä helpottamalla muovien tunnistamista.
kuuden suuren termoplasteilla on nämä yleiset ominaisuudet:
- kierrätettävä
- veteen liukenematon
- kestää useimpia kemikaaleja
- kevyt mutta vahva
- voidaan muotoilla
- voidaan värjätä pigmenteillä
- yleensä valmistettu maaöljystä
- käytetään sellaisten tuotteiden valmistukseen, joilla ei ole vaihtoehtoja muista materiaaleista
yleisin kuutosmuoveista on Suuritiheyksinen polyeteeni (HDPE). Se muodostuu eteenin monomeerin toistuvista yksiköistä
-(H2C—CH2)n –
monomeerit liittyvät yhteen additiopolymerointireaktiossa. Jokainen uusi monomeeri lisää toiseen päähän kovalenttisen sidoksen; polymeerin monomeerien kokonaismäärää kuvaa alaindeksi, n. muodostuva polymeeri on monomeerien ketju, joka on sidoksissa toisiinsa. Kuvassa oikealla on yksi osa polymeeriketjusta. Kuinka monta monomeeria on?
tässä kokeessa analysoidaan kvalitatiivisesti muovipolymeerien fysikaalisia ominaisuuksia, kuten opasiteettia, joustavuutta, kestävyyttä ja murrettavuutta. Voit myös analysoida tiheys kunkin muovin tarkistamalla, pelletti näytteet kellua tai upota kolme nestettä eri tiheydet.
tässä laboratoriossa tehdään polymeeristä pomppupallo booraksin ja liiman välisellä kemiallisella reaktiolla. Liima sisältää polymeerin polyvinyyliasetaattia, joka ristisitoutuu itseensä reagoidessaan booraksin kanssa (kuva alla). Ristisidonnan jälkeen liima ei ole enää juoksevaa, vaan kiinteämpää. Maissitärkkelyksen lisääminen auttaa sitomaan molekyylit yhteen niin, että ne pitävät muotonsa.
menettely
turvallisuus
Tässä kokeessa käytettyjä aineita ei saa nauttia.
henkilönsuojaimet vaaditaan: suojalasit, Lab-takki, suljetut kengät materiaalit ja varusteet
näytteet Big Six-muovista (merkitty kierrätyssymboleilla), pelletit Big Six-muovista, 1:1 95% etanoli/vesiliuos, Tislattu vesi, 10% NaCl-liuos, 3 pientä koeputkea, lasinen sekoitussauva, pesupullo tislatulla vedellä, 3 pientä dekantterilasia, 3 muovilusikaa, paperikuppi, Elmerin liima, booraksi, maissitärkkelys, hallitsija
Osa A: fyysinen muovipolymeerien ominaisuudet
erilaisia muovinäytteitä on etupenkillä. Yksilöi näytteet etsimällä numero / kierrätyssymboli. Näiden näytteiden avulla voidaan analysoida kunkin muovityypin fyysisiä ominaisuuksia: kierrätettävyyttä, opasiteettia, kestävyyttä/kovuutta ja joustavuutta.
B osa: kuuden suuren muovin Tiheystestit
-
käytössä on kolme eri tiheydeltään erilaista ratkaisua:
-
liuos a = 1: 1 95% etanolia / vettä, tiheys = 0,94 g / cm3
-
liuos B = Tislattu vesi, tiheys = 1,0 g / cm3
-
liuos C = 10% NaCl, tiheys = 1.08 g / cm3
-
-
hankitaan ja merkitään kolme pientä koeputkea: liuos A, B ja C. lisätään noin 3 mL (kaksi täyttä tiputusputkea) kuhunkin koeputkeen.
-
asetetaan yksi pala kutakin muovia kuhunkin kolmeen koeputkeen. Työnnä jokainen pala nestepinnan alle lasisella sekoitustangolla. Pintajännitykset saavat kaikki muovit kellumaan, kunnes jokainen on ”kostunut” ja uponnut sauvan avulla.
merkitään, vajoaako näyte nopeasti, vajoaako se hitaasti, kelluuko se pinnalla vai kelluuko se pinnan alla (mutta ei vajoa pohjaan).
jos näyte kelluu, sen tiheys on pienempi kuin liuoksen. Tämä voi olla suhteessa toiseen kelluvaan näytteeseen. Jos näyte uppoaa, sen tiheys on suurempi kuin nesteen. Näyte voi myös vajota nopeasti tai hitaasti suhteessa muihin näytteisiin.
4. Testatkaa kukin kuudesta muovityypistä sen mukaisesti, täyttääksenne laboratorioraportin taulukon.
osa C: polymeeri Pomppupallot
-
Hanki etupenkki: paperikuppi, jossa on noin 100 mL Elmerin liimaa (näytekuppi merkitään 100 mL: aan), viivoitin ja 3 muovilusikaa. Hanki pesupullo, jossa on tislattua vettä.
-
Hanki kaapistasi: 3 pientä dekantterilasi, sekoitussauva, pieni asteittainen sylinteri
Making polymeeri Pomppupallo #1:
-
Lasimaljassa, lisää:
-
3 taso lusikalliset liimaa
-
5 mL tislattua vettä
-
1 taso lusikallinen booraksijauhetta
-
-
älä sekoita. Anna ainesosien vaikuttaa 10-15 sekuntia. Sekoita sitten sekoitussauvalla. Kun seosta on mahdotonta sekoittaa, ota se dekantterilasiin ja muovaa pallo käsilläsi. Pallo alkaa tahmeasti ja sotkuisesti, mutta jähmettyy vaivautuessaan.
-
kirjaa pöytään fyysiset havainnot pallosta: onko pallo venyvä? goopy? limainen?
-
käytä viivoitinta ja pidä palloa 30 cm: n korkeudella (=12 tuumaa) penkin yläpuolella. Pudota pallo ja tallentaa kuinka korkea se pomppii.
Making Polymeeri Pomppupallo #2:
-
Lasimaljassa, lisää:
-
3 taso lusikalliset liimaa
-
5 mL tislattua vettä
-
1 tason lusikallinen maissitärkkelystä
-
1 tason lusikallinen booraksia
-
-
Toista vaiheet 2-4 edellisestä.
Making polymeeri Pomppupallo #3:
-
Lasimaljassa, lisää:
-
3 taso lusikalliset liimaa
-
1 tason lusikallinen maissitärkkelystä
-
1 tason lusikallinen booraksia
-
-
Toista vaiheet 2-4 edellisestä.
-
sinä ja labraparisi voitte viedä nämä Pomppupallot kotiin, koska kaikki materiaalit ovat myrkyttömiä. Muista kuitenkin, että ne eivät ole syötäviä!
raportti
synteettiset polymeerit ja muovit
A osa: Fysikaaliset ominaisuudet
Etsi tai valitse yksi tyyppi kutakin seuraavista muovipolymeereista ja ilmoita seuraavat ominaisuudet:
|
Muovinumero |
Lyhyt nimi (HDPE, LDPE jne.) |
Tyhjennä (kyllä tai ei) |
läpinäkymätön (kyllä tai ei) |
joustavuus (voidaan taivuttaa?) |
kestävyys (kova tai pehmeä) |
Murtuvuus (voidaan säröillä?) |
kierrätettävä (kyllä tai ei) |
| |
|||||||
| |
|||||||
| |
B osa: Tiheystestit
raportti muovinäytteistä kussakin nesteessä: uppoaa nopeasti, vajoaa hitaasti, kelluu päällä, kelluu pinnan alla
|
Muovinumero |
1:1 etanoli / veden tiheys = 0,94 g / cm3 |
veden tiheys = 1,0 g / cm3 |
10% NaCl-liuoksen tiheys = 1.08 g / cm3 |
suhteelliset Muovitiheydet:
|
alle 0.94 g / cm3 |
pienempi kuin 1,0 g / cm3 |
pienempi kuin 1, 08 g / cm3 |
suurempi kuin 1, 08 g / cm3 |
tiheyksien sijoitus:
(alin) _______ _______ _______ _______ _______ _______ (korkein)
osa C: Polymeeri Pomppupallot
|
Polymeerikuulakoostumus |
arvioitu korkeus pomppinut |
fyysiset ominaisuudet |
|
pallo #1: |
||
|
pallo #2 |
||
|
Pallo #3 |
kysymykset
-
mikä kuudesta suuresta muovista oli joustavin?
-
mikä kuudesta suuresta muovista olisi paras materiaali kuhunkin seuraavista esimerkeistä? Käytä lyhyitä nimiä jokaisen muovin tunnistamiseen (esim.HDPE).
lasi-ikkunan korvaaja ?
noutoastia ruokaa varten?
joustava, laajennettava laukku tavaroiden kuljettamiseen? kevyt pullonkorkki? -
tuntematon muovi kelluu 10-prosenttisessa NaCl-liuoksessa, mutta uppoaa veteen. Mikä on tämän muovin mahdollisten tiheysarvojen vaihteluväli? Ehdota tämän muovin koostumusta.
4. Miksi tiheystesteissä on tärkeää irrottaa mahdolliset tarttumakuplat?
-
PET-muovi (numero 1) on tämän hetken arvokkain jätemuovi. Ehdota tapaa erottaa se kaupallisesti muista jätemuoveista.
-
joskus muoviastioita tehdään kahdesta polymeeristä eikä vain yhdestä. Mitä tapahtuisi vedentiheystestille, jos HDPE ja PVC sekoitettaisiin?
-
miksi muovin kierrättäjät ovat hyvin huolissaan eri polymeerien tunnistamisesta eivätkä niiden sekoittamisesta toisiinsa?
-
alla oleva kuva kuvaa polystyreenin (PS) polymerointia. Ympyrä alkuperäiset monomeerit ja määrittää, kuinka monta monomeeria on läsnä.
9. Polyvinyylikloridi (PVC) koostuu vinyylikloridimonomeerista. Monomeerirakenne ja yleinen reaktio on esitetty oikealla.
piirretään polyvinyylikloridipolymeeri, joka koostuu viidestä monomeeristä, jotka on järjestetty päästä häntään-kuvioksi.
-
mikä on tekemiesi pomppupallojen monomeerin nimi?
mikä on kunkin seuraavan rooli polymeerin muodostumisessa?
liimu
booraksi
maissitärkkelys
-
mikä pallo pomppi eniten? Taulukon tietojen perusteella, mikä yhdiste oli todennäköisin syypää tähän?