cele
celem tego laboratorium jest:
- zrozumieć właściwości i zastosowania syntetycznych tworzyw termoplastycznych
- Porównaj właściwości fizyczne „wielkiej szóstki” tworzyw sztucznych
- Zidentyfikuj codzienne Tworzywa sztuczne według ich właściwości fizycznych
- narysuj podstawowe struktury polimerów, gdy dana struktura monomeru
słowo „polimer” oznacza „wiele jednostek”. Polimer może składać się z wielu powtarzających się jednostek, które są małymi cząsteczkami monomeru, które zostały kowalencyjnie związane. Fig.1 (z chemii w kontekście) przedstawia pojedynczy monomer i polimer złożony z identycznych monomerów połączonych ze sobą. Polimer może zawierać setki monomerów, w sumie tysiące atomów.
przykładami naturalnie występujących polimerów są jedwab, bawełna, Drewno, Bawełna, skrobia, kauczuk naturalny, skóra, włosy i DNA. Na początku XX wieku chemicy zaczęli replikować polimery naturalne i tworzyć polimery syntetyczne, zaczynając od nylonu, który naśladuje jedwab w jego wytrzymałości i elastyczności.
plastik jest rodzajem syntetycznego polimeru. Obecnie produkuje się ponad 60 000 tworzyw sztucznych do celów przemysłowych i handlowych. Około 75% tworzyw sztucznych używanych w tym kraju można sklasyfikować jako jeden z sześciu rodzajów, czyli „wielkiej szóstki”. Polimery te są wymienione w poniższej tabeli.
|
Nie. |
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; forma kryształu: obudowy CD |
te sześć polimerów jest termoplastycznych: można je stopić i przekształcić lub poddać recyklingowi. Numery służą do ułatwienia identyfikacji tworzyw sztucznych, dzięki czemu można je oddzielić do recyklingu. Symbol stosowany na plastikowych materiałach opakowaniowych to trzy strzałki w kształcie trójkąta, z numerem plastiku w środku. Symbol ten ułatwia recykling, ułatwiając identyfikację tworzyw sztucznych.
termoplasty wielkiej szóstki mają te ogólne cechy:
- możliwość recyklingu
- nierozpuszczalny w wodzie
- odporny na większość chemikaliów
- lekki, ale mocny
- może być kształtowany
- może być barwiony pigmentami
- zwykle wykonany z ropy naftowej
- używane do produkcji przedmiotów, które nie mają alternatyw z innych materiałów
najczęstszym z sześciu tworzyw sztucznych jest polietylen o wysokiej gęstości (HDPE). Składa się z powtarzających się jednostek monomeru etylen
— (H2C-CH2)N—
monomery są połączone ze sobą w reakcji polimeryzacji addycyjnej. Każdy nowy monomer dodaje się do jednego końca wiązaniem kowalencyjnym; całkowita liczba monomerów w polimerze jest reprezentowana przez indeks dolny, N. otrzymany polimer jest łańcuchem monomerów połączonych ze sobą. Rysunek po prawej przedstawia jedną część łańcucha polimerowego. Ile monomerów jest obecnych?
w tym eksperymencie będziesz jakościowo analizował polimery z tworzyw sztucznych pod kątem fizycznych właściwości nieprzezroczystości, elastyczności, trwałości i łamliwości. Będziesz również analizować gęstość każdego tworzywa sztucznego, sprawdzając, czy próbki granulatu pływają lub toną w trzech cieczach o różnych gęstościach.
w tym laboratorium wykonasz polimerową dmuchaną Kulę za pomocą reakcji chemicznej między boraksem a klejem. Klej zawiera polimer polioctan winylu, który łączy się z sobą w reakcji z boraksem (rysunek poniżej). Po usieciowaniu klej nie jest już płynny, ale bardziej solidny. Dodanie skrobi kukurydzianej pomaga związać cząsteczki tak, aby utrzymały swój kształt.
procedura
bezpieczeństwo
żadne materiały użyte w tym doświadczeniu nie powinny być spożywane.
wymagany sprzęt ochrony osobistej (PPE) : okulary ochronne, fartuch laboratoryjny, buty z zamkniętymi palcami materiały i sprzęt
próbki tworzyw sztucznych Big Six (oznaczonych symbolami recyklingu), granulki z tworzyw sztucznych Big Six, roztwór etanolu/wody 1:1 95%, woda destylowana, 10% roztwór NaCl, 3 małe probówki, szklany pręt mieszający, butelka do mycia wodą destylowaną, 3 małe zlewki, 3 plastikowe łyżki, kubek papierowy, klej Elmera, boraks, skrobia kukurydziana, linijka
część a: Właściwości fizyczne polimerów z tworzyw sztucznych
próbki różnych tworzyw sztucznych są dostępne na przedniej ławce. Zidentyfikuj próbki, szukając numeru / symbolu recyklingu. Użyj tych próbek do analizy właściwości fizycznych każdego rodzaju plastiku: możliwości recyklingu, nieprzezroczystości, trwałości/twardości i elastyczności.
część B: testy gęstości tworzyw sztucznych Big Six
-
zastosowane zostaną trzy rozwiązania o różnych gęstościach:
-
roztwór a = 1:1 95% etanol / woda, gęstość = 0,94 g / cm3
-
roztwór B = woda destylowana, gęstość = 1,0 g / cm3
-
roztwór C = 10% NaCl, gęstość = 1.08 g / cm3
-
-
uzyskać i oznaczyć trzy małe probówki: roztwór A, B i C. dodać około 3 mL (dwa pełne kroplomierz tryska) do każdej probówki.
-
Umieść po jednym kawałku każdego plastiku w każdej z trzech probówek. Wciśnij każdy kawałek pod powierzchnię cieczy za pomocą szklanego drążka mieszającego. Naprężenia powierzchniowe powodują, że cały plastik unosi się, aż każdy z nich zostanie „zwilżony” i zanurzony za pomocą pręta.
Zapisz, Czy próbka tonie szybko, tonie powoli, unosi się na powierzchni lub unosi się pod powierzchnią (ale nie tonie na dnie).
jeśli próbka unosi się, ma gęstość mniejszą niż gęstość roztworu. Może to być w stosunku do innej próbki, która pływa. Jeśli próbka tonie, ma gęstość większą niż gęstość cieczy. Próbka może również szybko lub powoli opadać w stosunku do innych próbek.
4. Przetestuj odpowiednio każdy z sześciu rodzajów tworzyw sztucznych, aby wypełnić tabelę w raporcie laboratoryjnym.
część C: polimerowe Kulki dmuchane
-
uzyskaj ławkę przednią: papierowy kubek z około 100 mL kleju Elmera (próbka kubka zostanie oznaczona na 100 mL), linijką i 3 plastikowymi łyżkami. Uzyskaj butelkę do mycia z wodą destylowaną.
-
uzyskaj z szafki: 3 małe zlewki, pręt mieszający, mały cylinder z podziałką
wykonanie polimerowej dmuchanej piłki #1:
-
w szklanej zlewce dodaj:
-
3 poziom łyżek kleju
-
5 mL wody destylowanej
-
1 łyżka poziomowa proszku boraksu
-
-
nie mieszać. Pozostawić składniki do interakcji przez 10-15 sekund. Następnie użyj mieszadła, aby wymieszać. Gdy mieszanka stanie się niemożliwa do wymieszania, wyjmij ją z zlewki i uformuj piłkę rękami. Piłka zacznie się lepka i niechlujna, ale zestali się, gdy jest ugniatana.
-
zapis fizycznych obserwacji piłki w tabeli: czy piłka jest rozciągliwa? goopy? oślizgły?
-
użyj linijki i przytrzymaj piłkę na wysokości 30 cm nad ławką. Upuść piłkę i zapisz, jak wysoko się odbija.
Wykonanie Polimerowej Dmuchanej Piłki #2:
-
w szklanej zlewce dodaj:
-
3 poziom łyżek kleju
-
5 mL wody destylowanej
-
1 łyżka poziomowa skrobi kukurydzianej
-
1 łyżka poziomowa boraksu
-
-
powtórz kroki 2-4 z poprzedniego.
wykonanie polimerowej dmuchanej piłki #3:
-
w szklanej zlewce dodaj:
-
3 poziom łyżek kleju
-
1 łyżka poziomowa skrobi kukurydzianej
-
1 łyżka poziomowa boraksu
-
-
powtórz kroki 2-4 z poprzedniego.
-
Ty i twój partner w laboratorium możecie zabrać do domu te dmuchane piłki, ponieważ wszystkie materiały są nietoksyczne. Pamiętaj jednak, że nie są one jadalne!
raport
polimery syntetyczne i Tworzywa sztuczne
część A: Właściwości fizyczne
Znajdź lub wybierz jeden rodzaj każdego z następujących polimerów z tworzyw sztucznych i zgłoś następujące cechy:
|
numer plastikowy |
krótka nazwa (HDPE, LDPE itp) |
Wyczyść (tak lub nie) |
nieprzezroczyste (tak lub nie) |
elastyczność (można zginać?) |
trwałość (twarda lub miękka) |
łamliwość (można złamać?) |
Możliwość recyklingu (tak lub nie) |
| |
|||||||
| |
|||||||
| |
część B: testy gęstości
raport dla próbek tworzyw sztucznych w każdej cieczy: tonie szybko, tonie powoli, unosi się na górze, unosi się pod powierzchnią
|
numer plastikowy |
1:1 Etanol / gęstość wody = 0,94 g / cm3 |
gęstość wody = 1,0 g / cm3 |
10% gęstość roztworu NaCl = 1.08 g / cm3 |
względne gęstości tworzyw sztucznych:
|
mniej niż 0.94 g / cm3 |
mniej niż 1,0 g / cm3 |
mniej niż 1,08 g / cm3 |
więcej niż 1,08 g / cm3 |
Ranking gęstości:
(najniższe) _______ _______ _______ _______ _______ _______ (najwyższe)
część C: Polimerowe Kulki dmuchane
|
kompozycja kulek polimerowych |
przybliżona wysokość odbita |
Właściwości fizyczne |
|
piłka #1: |
||
|
Piłka #2 |
||
|
Piłka #3 |
pytania
-
który z sześciu tworzyw sztucznych był najbardziej elastyczny?
-
który z sześciu tworzyw sztucznych byłby najlepszym materiałem dla każdego z poniższych przykładów? Użyj krótkich nazw, aby zidentyfikować każdy plastik (np. HDPE).
wymiana szyby ?
pojemnik na jedzenie na wynos?
elastyczna, rozszerzalna torba do przenoszenia przedmiotów? lekka zakrętka do butelek? -
nieznany plastik unosi się w 10% roztworze NaCl, ale tonie w wodzie. Jaki jest zakres możliwych wartości gęstości tego plastiku? Zaproponuj skład tego plastiku.
4. Dlaczego tak ważne jest usunięcie wszelkich przylegających pęcherzyków w testach gęstości?
-
plastik PET (numer 1) jest obecnie najcenniejszym odpadowym tworzywem sztucznym. Zaproponuj sposób na oddzielenie go komercyjnie od innych odpadów z tworzyw sztucznych.
-
czasami plastikowe pojemniki są wykonane z dwóch polimerów, a nie tylko jednego. Co stanie się z testem gęstości wody, jeśli HDPE i PVC zostaną zmieszane?
-
dlaczego recyklingowi tworzyw sztucznych bardzo zależy na identyfikacji różnych polimerów i nie mieszaniu ich ze sobą?
-
poniższy rysunek przedstawia polimeryzację polistyrenu (PS). Okrąg oryginalnych monomerów i określić, ile monomerów są obecne.
9. Polichlorek winylu (PVC) składa się z monomeru chlorku winylu. Struktura monomeru i ogólna reakcja są pokazane po prawej stronie.
narysuj polimer chlorku winylu złożony z pięciu monomerów ułożonych w wzór od głowy do ogona.
-
jak nazywa się ten monomer?
Jaka jest rola każdego z poniższych elementów w tworzeniu polimeru?
klej
boraks
skrobia kukurydziana
-
która piłka odbiła się najwyżej? Na podstawie danych z tabeli, który związek był za to odpowiedzialny?