Урок 15 Штучні й синтетичні волокна - Хімія 11 клас - Старша школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Старша школа » Хімія 11 клас

Урок 15 Штучні й синтетичні волокна

Урок 15

Штучні й синтетичні волокна

Мета уроку: сформувати в учнів поняття про штучні й синтетичні волокна на прикладі капрону й лавсану, віскози й ацетатного шовку. Показати значення синтетичних і штучних волокон у промисловості; порівняти властивості синтетичних, штучних і натуральних волокон; розвивати науковий світогляд учнів; виховувати практичність і сприяти розвитку естетичного смаку.

Очікувані результати: учні повинні визначати позитивні та негативні властивості синтетичних і штучних волокон; учні повинні характеризувати загальні наукові й технічні принципи одержання синтетичних волокон; хімічний склад синтетичних волокон та їхнє застосування.

Обладнання: зразки синтетичних волокон, розчини кислот, лугів, вода, хімічні склянки.

                                                                                                                                                        

Тип уроку: комбінований.

  • 1. Організаційний етап

1.1. Привітання.

1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,

кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.

1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.

1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.

  • 2. Етап перевірки домашнього завдання

2.1. Фронтальне опитування за запитаннями з підручника.

2.2. Перевірка письмового завдання біля дошки.

2.3. Самостійна робота.

Учні отримують картки з назвами каучуків і описують їхні властивості й застосування.

  • 3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу

3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.

3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.

3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу, мотивація навчальної діяльності.

Слово вчителя

Здавна для виготовлення одягу людина користувалася природними волокнами, одержуваними з бавовни, льону, вовни деяких тварин, із ниток, що випрядає гусениця шовкопряда. Але цих джерел недостатньо для задоволення зростаючої потреби в тканинах. Шовковичний шовкопряд упродовж всього життя дає лише 1 г шовкової нитки, окрім того для його розведення необхідні шовковичні дерева, певні кліматичні умови й ретельний догляд. Бавовна росте повільно, вимагає багато світла, тепла, вологи. Тваринництво не в змозі забезпечити людство вовною в повному обсязі. Як створити волокно штучним способом? Чому наше століття часто називають синтетичним? Відповіді на ці та інші запитання ми спробуємо одержати на цьому уроці.

  • 4. Актуалізація опорних знань

Запитання до учнів

Що вам відомо про хімічні волокна, їхню структуру й використання?

5.  Етап засвоєння нових знань

1.         Класифікація волокон

 

 

Натуральними називаються волокна природного походження (рослинного або тваринного).

Хімічними називаються волокна, що були вироблені з молекулярних сполук (природних або синтетичних).

Штучними є волокна, що одержані хімічною обробкою природних полімерів, зокрема клітковини.

Синтетичними є волокна, що були синтезовані з низькомолекулярних сполук хімічним способом.

2.         Одержання штучних волокон

Здавна для виготовлення одягу людина використовувала природні волокна, що одержувала з бавовни, льону, вовни деяких тварин, з ниток, випрядених гусеницею шовкопряда. Зрозуміло, що цих джерел виявилося недостатньо, щоб цілком задовольнити зростаючу потребу в тканинах.

Гусениця шовковичного шовкопряда видавлює через вузьку протоку в’язку рідину і формує її в найтоншу нитку, що застигає на повітрі. Отже, щоб одержати штучне волокно, треба приготувати відповідну рідину і з неї спробувати витягти нитку.

Із цією метою бавовну обробили нітратною кислотою. У такий спосіб утворювалася нітроцелюлоза, що при розчиненні в суміші спирту з естером давала сироподібну рідину. З цієї рідини паличками вдавалося витягати нитки. Французький хімік Шардоне продавлював цей розчин крізь тонкі отвори в підкислену воду. Після розведення водою утворювалися шовковисті довгі нитки чистої нітроцелюлози.

Проте відомо, яка вогне- і вибухонебезпечна нітроцелюлоза. У плаття з такої тканини не погодилася б нарядитися жодна модниця. Щоб уникнути цього недоліку, одержані нитки піддавали денітрації.

Перші зразки були дуже дорогі. От якби навчитися виробляти штучні нитки з целюлози, що міститься в деревині, і не застосовувати при цьому дорогу нітратну кислоту.

Великим завоюванням хімії було створення саме такого способу. Цей спосіб зветься віскозним і є одним із найпоширеніших.

Виробництво віскозного шовку

Як відомо, у деревині целюлоза становить приблизно 50 % (за масою). Щоб виділити чисту целюлозу, деревину перетворюють у тріску і варять у великих закритих казанах, під тиском у кілька атмосфер, із розчином кальцій гідрогенсульфіту Ca(HSO3)2. Варіння продовжується близько доби. При цьому гідрогенсульфіт руйнує речовини, що склеюють волоконця клітковини, і вона виділяється у вільному вигляді. Целюлозу змішують з водою, виливають поступово на стрічку, що рухається. Після видалення води, висушування і розрізання утворюються аркуші так званої сульфітної целюлози, що нагадує собою картон. Частина сульфітної целюлози йде на вироблення паперу, а частина — на виробництво віскозного шовку.

З отриманої целюлози не можна безпосередньо випрясти нитки, її треба спочатку перетворити на розчин, щоб потім із грузлого розчину витягати нитки. Целюлоза не розчиняється ні у воді, ні в зазвичай уживаних органічних розчинниках. Але виявилося, що якщо на целюлозу подіяти спочатку концентрованим розчином лугу, а потім карбон(IV) сульфідом (CS2), то вона перетворюється на речовину, що є розчинною в розведених розчинах лугу.

У промисловості для одержання мідно-амоніачного шовку використовується бавовняне волокно — линт. Щоб виділити целюлозу з купрум-амоніачного комплексу, розчин видавлюють крізь фільтри в теплу воду чи розчин лугу. Нитки, що утворяться, пропускають потім крізь розчин сульфатної кислоти.

Мідно-амоніачний шовк називають павутиною з міцністю сталі. Однак він тонший за павутину і за натуральний шовк та за міцністю мало поступається останньому, а за красою навіть перевершує його.

Для ацетатного волокна характерною є особлива міцність.

Усі розглянуті раніше волокна складаються з целюлози, хоча вона в процесі переробки піддається перетворенням. Ацетатне волокно істотно від них відрізняється тим, що є естером (складним ефіром) целюлози. Воно не набухає у воді та менше ніж інші втрачає міцність у вологому стані.

  • Ацетатне волокно є дорожчим за віскозне, оскільки на його виробництво витрачаються такі дорогі речовини, як оцтовий ангідрид, ацетон тощо.

3.         Властивості штучних волокон, їх застосування

Ацетатне волокно

Ацетатні волокна за багатьма властивостями перевищують бавовну, шовк, натуральний шовк, вовну, але поступаються полікремонітрильним і поліефірним. За стійкістю до дії мікроорганізмів ацетатне волокно перевищує природне. Тканини з ацетатного волокна добре драпіруються. Триацетатні тканини, що піддалися термообробці є формостійкими. Основні недоліки ацетатного волокна: електризується і має малу гігроскопічність. Ацетатні нитки використовують при виготовленні трикотажної білизни, тканини для підбивок і штор; триацетатні нитки — платтів, купальників. Джгутове ацетатне волокно використовують у виготовленні сигаретних фільтрів.

Віскоза

Залежно від призначення віскозні волокна виробляють у вигляді текстильних ниток або штапельного волокна. Віскозні волокна піддають різним видам обробки і сушать. Залежно від способу формування і обробки віскоза може бути матовою або блискучою, дуже або слабо гується з гладкою або структурованою поверхнею.

Змінюючи зовнішній вигляд, віскозі можна надати властивостей будь-якого натурального волокна — матова віскоза приємна на дотик подібна до бавовни, блискуча — нагадує шовк, а віскозна тканина з потовщеннями імітує льняне домоткане полотно.

Віскоза за своїми властивостями найбільше подібна до натуральних волокон.

Переваги віскози:

•     м’якість;

•     шовковистість;

•     висока гідрофільність;

•     здатність легко і рівномірно забарвлюватися;

•     здатність легко змішуватися з іншими волокнами;

•     мало електризується;

•     доступність і низька ціна.

Недоліки:

•     зниження міцності в мокрому вигляді (тому рекомендується сухе чищення);

•     втрата міцності під дією сонячного світла;

•     усадка;

•     схильність до гниття.

  •  

Незважаючи на велику кількість переваг віскози, частка штучних волокон у загальному обсязі виробництва хімічних волокон становить лише 15 %. Чому? По-перше, щоб усунути серйозні недоліки віскози потрібно значно вдосконалювати існуючі технології.

По-друге, виробництво віскози дуже токсичне — завжди існує можливість виділення вибухонебезпечного сірковуглецю в атмосферу, а отруйних сполук Цинку — у водні басейни.

Проте відповідної заміни волокнам з целюлози досі немає. Кращий вихід — нові технології та вирішення екологічних проблем шляхом зниження шкідливості виробництва.

 

4.         Виробництво синтетичних волокон

Виробництво хімічних волокон ділиться на три етапи.

 

I           Одержання прядильного розчину (розплаву)

Шляхом хімічних реакцій різних речовин

II          Формування волокна

Пропускання розчину через фільтри (кількість отворів у фільтрі — 24–36 тис.)

Розчин твердне, утворюючи тверді тонкі нитки

III         Обробка волокна

Нитки промивають, сушать, крутять, обробляють високою температурою. Потім відбілюють, фарбують, обробляють розчином мила

 

Вихідні матеріали для синтетичних волокон мають задовольняти вимогам і мати велику молекулярну масу, витягнуту форму молекул, розчинятися і утворювати концентровані в’язкі розчини або плавитися і переходити у в’язкоплинний стан.

Використовуючи різні за природою мономери і цілеспрямовано впливаючи на умови реакцій полімеризації та на процес формування волокна з розчину (або розплаву), можна одержати волокна з багатьма заздалегідь заданими властивостями.

 

 

5.         Властивості та застосування синтетичних волокон

Як ми вже дізналися синтетичні волокна формують або з розплаву полімеру (поліаміду, поліестеру, поліолефіну), або з розчину полімеру (поліакрилонітрилу, полівінілхлориду, полівінілового спирту). Синтетичні волокна випускають у вигляді текстильних ниток, моноволокна, а також штапельного волокна. Різноманітність властивостей вихідних синтетичних полімерів дозволяє одержувати синтетичні волокна з різними властивостями, тоді як можливості варіювати властивості штучних волокон дуже обмежені, оскільки їх формують, як ми вже дізналися, практично з одного полімеру (целюлози або її похідних). Синтетичні волокна характеризуються високою міцністю, водостійкістю, зносостійкістю, еластичністю та стійкістю до дії хімічних реагентів.

Із 1931 р., окрім бутадієнового каучуку, синтетичних волокон і полімерів ще не було, а для виготовлення волокон використовували лише целюлозу.

Виробництво синтетичних волокон розвивається значно швидшими темпами, ніж виробництво штучних волокон. Це пояснюється доступністю вихідної сировини і швидким розвитком сировинної бази, меншою трудоємністю виробничих процесів і головне різноманітністю властивостей і високою якістю синтетичних волокон. У зв’язку з цим синтетичні волокна поступово витісняють не тільки натуральні, але і штучні волокна у виробництві деяких товарів народного споживання та технічних виробів.

Капрон

Волокно з поліамідних смол називають у нашій країні капрон.

Капрон або капронове волокно — біло-прозора, дуже міцна речовина. Еластичність капрону набагато вища за шовк. Капрон належить до поліамідних синтетичних волокон. Поряд із високою міцністю капронові волокна характеризуються стійкістю до стирання, дії багаторазової деформації. Капронові волокна не вбирають вологу, тому не втрачають міцності у вологому стані. Але у капронового волокна є й недоліки. Воно малостійке до дії кислот — макромолекули капрону піддаються гідролізу за місцем амідних зв’язків. Порівняно невеликою є і теплостійкість капрону. При нагріванні його міцність знижується, при 215 °С відбувається плавлення.

Вироби з капрону, або в поєднанні з капроном, стали вже звичними в нашому побуті. Із капронових ниток шиють одяг, який коштує набагато дешевше, ніж одяг із натуральних природних матеріалів. Із капрону виробляють рибальські сіті, волосінь, фільтрувальні матеріали, кордну тканину. Із кордної тканини виробляють каркаси авто-і авіапокришек. Капронова смола використовується для отримання пластмас, з яких виготовляють різні деталі машин.

Капрон добувають реакцією полімерізації:

.

Молекули капрону мають лінійну будову.

  •  

Лавсан

Лавсан (поліетилентерефталат) — представник поліефірів. Це волокно характеризується високою механічною міцністю та стійкістю до дії підвищених температур, світла, окислювачів, є гарним діелектриком. Лавсан є повноцінним замінником натуральної вовни. Плівки з нього при малій товщині мають велику міцність. Ця властивість використовується при виготовленні магнітофонної стрічки.

Волокно лавсану додають до натуральної вовни для виготовлення високоякісних тканин і трикотажу, що не мнуться. Його застосовують також у виробництві транспортерних стрічок, ременів, завіс, вітрил тощо.

Лавсан добувають реакцією поліконденсації між етиленгліколем і терефталевою кислотою:

Молекули лавсану мають розгалужену будову.

5. Властивості й застосування синтетичних волокон.

Демонстрація:

1. Витягування ниток зі смоли капрону чи лавсану.

2. Відношення волокон різних видів до розчинів кислот і лугів.

6. Порівняння властивостей синтетичних, штучних і натуральних волокон.

Лабораторний дослід № 6. Ознайомлення зі зразками натуральних, штучних і синтетичних волокон.

  • 6. Узагальнення й закріплення знань

6.1. Бесіда.

1. Схарактеризуйте процеси одержання штучних волокон і технологічні умови їхнього виробництва.

2. Схарактеризуйте процеси одержання синтетичних волокон і технологічні умови їхнього виробництва.

6.2. Робота з текстом «Випиши головне».

Учні мають прочитати пропонований текст і доповнити свій

конспект у зошиті інформацією, що вони вважають за важливу.

  • 7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання

7.1. Завдання для всього класу.

Підручник ________________________________________________

Робочий зошит ____________________________________________

Збірник завдань _ __________________________________________

7.2. Індивідуальне завдання.

Підготувати повідомлення про вплив органічних речовин на здоров’я людини за темами:

1. Органічні сполуки в продуктах харчування, воді й повітрі, їхній вплив на здоров’я людини.

2. Органічні речовини в медицині.

3. Органічні речовини в будівельних матеріалах.

4. Органічні сполуки в побуті.

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Категорія: Хімія 11 клас | Додав: uthitel (16.10.2014)
Переглядів: 6443 | Рейтинг: 3.7/3
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: