目的
この研究室の目的は次のとおりです:
- 合成熱可塑性樹脂の特性と用途を理解する
- “ビッグシックス”プラスチックの物理的性質を比較する
- 日常のプラスチックの物理的性質から特定する
- 単量体構造が与えられたときのポリマーの基本的な構造を描く
“ポリマー”という言葉は、”多くの単位”を意味します。 ポリマーは、共有結合された小さな単量体分子である多くの繰り返し単位から構成することができる。 図1（Chemistry in Contextから）は、単一の単量体と、同一の単量体が一緒に連結された重合体を示しています。 ポリマーは数百のモノマーを含むことができ、合計数千の原子を含むことができます。
天然に存在するポリマーの例は、絹、綿、木、綿、でんぷん、天然ゴム、皮膚、毛髪およびDNAである。 1900年代初頭、化学者は天然ポリマーを複製し始め、その強度と柔軟性で絹を模倣するナイロンから始まる合成ポリマーを作り始めました。
プラスチックは合成ポリマーの一種です。 現在、60,000以上のプラスチックは産業および商業目的のために製造されています。 この国で使用されているプラスチックの約75％は、六つのタイプ、または”ビッグシックス”のいずれかに分類することができます。 これらのポリマーは、以下の表に記載されている。
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いや |
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; クリスタルフォーム：CDケース |
これらの6つのポリマーは熱可塑性である:それらは溶け、造り直されるか、またはリサイクルすることができる。 それらはリサイクルのために分離することができるように、数字は、プラスチックの識別を容易にするために使用されています。 プラスチック包装材料に使用される記号は、三角形の3つの矢印で、真ん中にプラスチックの数があります。 この記号はプラスチックの同一証明をもっと簡単にすることによってリサイクルをもっと簡単にする。
ビッグシックス熱可塑性樹脂は、これらの一般的な属性を持っています:
- リサイクル可能
- 水に不溶
- ほとんどの化学物質に耐性
- 軽量で強い
- 成形することができます
- 顔料で着色することができます
- 通常は石油製
他の材料からの代替がないアイテムを作るために、ビッグシックスのプラスチックの中で最も一般的なのは高密度ポリエチレン（hdpe）です。 エチレン
—(H2C-CH2)n—
単量体の繰り返し単位で構成され、付加重合反応で一緒に連結されている。 それぞれの新しい単量体は、共有結合で一方の端部に追加され、ポリマー中の単量体の総数は、添字、nによって表されます。 右の図は、ポリマー鎖の一部を示しています。 どのように多くのモノマーが存在していますか？
この実験では、不透明度、柔軟性、耐久性、破断性の物理的特性について、プラスチックポリマーを定性的に分析します。 また、ペレットのサンプルが異なる密度の3つの液体に浮遊しているか、沈んでいるかを確認することで、各プラスチックの密度を分析します。
この研究室では、ホウ砂と接着剤の化学反応を用いてポリマー弾むボールを作ります。 接着剤にはポリビニルアセテートが含まれており、ホウ砂と反応するとそれ自体に架橋します（下の図）。 架橋後、接着剤はもはや流動性ではなく、より固体である。 コーンスターチを添加すると、分子がその形状を保持するように分子を一緒に結合するのに役立ちます。
手順
安全性
この実験で使用される材料は摂取しないでください。
個人用保護具(PPE)が必要: 安全ゴーグル、実験室のコート、閉鎖つま先の靴材料および装置
ビッグシックスプラスチックスのサンプル（リサイクル記号でマークされている）、ビッグシックスプラスチックスのペレット、1:1 95%エタノール/水溶液、蒸留水、10%NaCl溶液、3つの小さな試験管、ガラス攪拌棒、蒸留水付き洗浄ボトル、3つの小さなビーカー、3つのプラスチックスプーン、紙コップ、エルマーの接着剤、ホウ砂、コーンスターチ、ルーラー
パートA:プラスチックポリマーの物理的特性
フロントベンチには異なるプラスチックのサンプルが用意されています。 番号/リサイクル記号を探してサンプルを識別します。 これらのサンプルを使用して、リサイクル性、不透明度、耐久性/硬度、柔軟性など、各タイプのプラスチックの物理的特性を分析します。
パートB：ビッグシックスプラスチックスの密度試験
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異なる密度の3つの解が使用されます:
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溶液A=1:1 95%エタノール/水、密度=0.94g/cm3
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溶液B=蒸留水、密度=1.0g/cm3
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溶液Ｃ＝１ ０％Ｎａｃｌ、密度＝１。08g/cm3
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3つの小さい試験管を得、分類して下さい:解決A、Bおよびc.は各試験管に約3つのmL（2つの完全な点滴器のホヤ）を加えます。
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3つの試験管のそれぞれに各プラスチックの一つを置いて下さい。 ガラス感動的な棒が付いている液体の表面の下で各部分を押して下さい。 表面張力によりプラスチックすべてはそれぞれが棒を使用して”ぬらされ、水中に沈むまで浮かびます。
サンプルが急速に沈むか、ゆっくりと沈むか、表面に浮かぶか、表面の下に浮かぶかを記録します（ただし、底に沈むことはありません）。
サンプルが浮遊している場合は、溶液の密度よりも密度が低くなります。 これは、浮動する別のサンプルに相対的である可能性があります。 サンプルが沈む場合、それは液体の密度よりも大きい密度を有する。 試料はまた、他の試料に対して急速にまたはゆっくりと沈むことができる。
4. 実験室のレポートのテーブルを完了するために6つのプラスチックタイプのそれぞれを、それに応じてテストして下さい。
パートC:ポリマー弾力がある球
-
フロントベンチを入手: Elmerの接着剤のおよそ100つのmLが付いている紙コップ（サンプルコップは100つのmLに印が付いている）、定規および3つのプラスチックスプーン。 蒸留水で洗浄ボトルを得る。
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あなたのロッカーから得て下さい:3つの小さいビーカー、感動的な棒、小さい卒業させたシリンダー
ポリマー弾力がある球の作成#1:
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ガラスビーカーでは、追加します:
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3 接着剤のレベルスプーン
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5 mL蒸留水
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1 ホウ砂の粉の水平なスプーン
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かき混ぜないでください。 成分が10-15秒間相互作用するようにします。 それから混合するのに感動的な棒を使用して下さい。 混合物が攪拌することが不可能になったら、それをビーカーから取り出し、手でボールを成形します。 ボールは粘着性と乱雑から開始されますが、それが混練されるように凝固します。
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テーブル内のボールについての物理的な観察を記録する：ボールは伸縮性がありますか？ グーピー？ ぬるぬる？
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定規を使用し、ベンチの上の30cm(=12in)の高さで球を握りなさい。 ボールをドロップし、それがバウンスどのように高い記録。
ポリマー弾む球を作る#2:
-
ガラスビーカーでは、追加します:
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3 接着剤のレベルスプーン
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5 mL蒸留水
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1 コーンスターチのレベルスプーン
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1 ホウ砂のレベルスプーン
-
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前の手順2-4を繰り返します。
ポリマー弾力がある球の作成#3:
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ガラスビーカーでは、追加します:
-
3 接着剤のレベルスプーン
-
1 コーンスターチのレベルスプーン
-
1 ホウ砂のレベルスプーン
-
-
前の手順2-4を繰り返します。
-
材料すべてが無毒であるのであなたおよびあなたの実験室パートナーはこれらの弾力がある球を家に取るかもしれません。 しかし、彼らは食用ではないことを覚えておいてください！
レポート
合成高分子-プラスチック
パートA: 物理的特性
以下のプラスチックポリマーのそれぞれのタイプを検索または選択し、以下の特性を報告します:
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プラスチック数 |
短い名前（HDPE、LDPE、等) |
クリア(yesまたはno) |
不透明（はいまたはいいえ) |
柔軟性（曲げることができますか？) |
耐久性（ハードまたはソフト) |
Breakability（割れますか？) |
再生利用できる（はいまたはいいえ) |
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パートB：各液体中のプラスチックサンプルの密度試験
レポート: 急速に流し、ゆっくり流し、上に浮かび、表面の下で浮かぶ
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プラスチック数 |
1:1 エタノール/水密度=0.94g/cm3 |
水密度=1.0g/cm3 |
10% NaCl溶液密度=1。08g/cm3 |
相対的なプラスチック密度:
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0未満。94g/cm3 |
1.0g/cm3よりより少し |
1.08g/cm3よりより少し |
1.08g/cm3より多く |
ランキング：
（最低）) _______ _______ _______ _______ _______ _______ (最高)
パートC: ポリマー弾む球
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ポリマーボール組成 |
おおよその高さは跳ねました |
物理的特性 |
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ボール#1: |
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ボール#2 |
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ボール#3 |
質問
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ビッグシックスプラスチックスの中で最も柔軟だったのはどれですか？
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次の例のそれぞれのための最もよい材料は大きい6つのプラスチックのどれであるか。 各プラスチック（例えばHDPE）を識別するのに短い名前を使用しなさい。
ガラス窓の交換？
食品用の取り出し容器？
アイテムを運ぶための柔軟で拡張可能なバッグ？ 軽量のビンの王冠か。 -
未知のプラスチックは10%NaClの解決で浮かぶが、水で沈む。 このプラスチックが持つ可能性のある密度値の範囲は何ですか？ このプラスチックの組成を示唆しています。
4. 密度試験で付着している気泡を取り除くことが重要なのはなぜですか？
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ペットプラスチック（番号1）は、現時点で最も貴重な廃プラスチックです。 他の不用なプラスチックからそれを商業的に分ける方法を提案しなさい。
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プラスチック製の容器は、一つだけではなく二つのポリマーから作られることがあります。 HDPEとPVCが混合された場合、水密度試験はどうなりますか？
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なぜプラスチックリサイクル業者は、異なるポリマーを識別し、それらを一緒に混合しないことに非常に懸念しているのですか？
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下の図は、ポリスチレン（PS）の重合を示しています。 元のモノマーを丸で囲んで、いくつのモノマーが存在するかを決定します。
9. ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）は塩化ビニル単量体で構成される。 単量体の構造と一般的な反応を右に示します。
頭から尾のパターンに配置された五つのモノマーからなるポリ塩化ビニル重合体を描画します。
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あなたが作った弾む球のために、単量体の名前は何ですか？
ポリマーの形成における以下のそれぞれの役割は何ですか？
接着剤
ホウ砂
コーンスターチ
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どのボールが最高に跳ね返ったのですか？ 表のデータに基づいて、どの化合物がこれを担当した可能性が最も高いですか？