КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие материалы называют пластмассами?

2.Что такое простые и сложные пластмассы?

3.Каковы условия получения фенолформальдегидных смол, новолачных, резольных и резитов?

4.В чем сущность механизма реакции поликонденсации?

5.Какие сложные пластмассы изготавливаются на основе резольных смол и каковы их технические достоинства перед другими материалами?

6.Какова технология производства текстолита?

7.Что такое стеклотекстолит? Каковы его свойства и применение?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коровин Н.В. Курс общей химии. - М.: Высшая школа, 2001. – С. 450-466.

85

________________________________________________________________

86

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 34В

ДЕСТРУКЦИЯ ПЛАСТМАСС

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Пластмассами называются материалы, изготовленные на основе органических высокомолекулярных веществ, полимеров, способных при определенных условиях формоваться вследствие их пластичности. Молекулы - полимерные соединения состоят из очень большого числа атомов углерода и это определяет ряд их физико-химических свойств.

Помимо большого числа положительных качеств, обеспечивших широкое применение пластмасс в различных отраслях народного хозяйства, имеются отрицательные свойства. Одним из них является старение пластмасс – процесс, при котором под влиянием различных факторов изменяется состав и строение полимерных молекул. Одной из разновидностей старения является деструкция пластмасс. При деструкции происходит разрушение макромолекул высокомолекулярных соединений, сопровождающееся изменением их структуры, понижением молекулярного веса, обусловливающим изменение физико-химических, механических, электрических и других свойств.

Деструкция пластмасс может происходить под действием физических факторов: тепла (термическая деструкция); света (фотохимическая деструкция); излучения (радиационная деструкция); при механическом разрушении макромолекул (механическая деструкция), например, при дроблении, истирании, при действии ультразвука; при действии химических агентов: окислителей (окислительная деструкция) и др. веществ.

Деструкция пластмасс часто приводит к ухудшению свойств полимерных материалов; однако ее нельзя рассматривать только как отрицательное явление.

Например, она широко используется при совмещении пластмасс с различными веществами, при производстве резины и пластикатов, при получении блок – привитых полимеров и т.д.

Механизм деструкции полимеров чаще имеет радикально цепной характер. При этом происходит разрыв химической связи между атомами углерода, образующих цепь молекулы полимера, и образование всевозможных «осколков» - веществ с малым молекулярным весом.

Частным случаем деструкции пластмасс является образование молекул мономера из полимера. В этом случае происходит реакция деполимеризации.

Деполимеризация полимерных соединений происходит при нагревании, независимо от того состоят ли цепи только из одних атомов углерода или в них входят также атомы кислорода, азота, серы и других элементов.

87

ОТНОШЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПЛАСТМАСС К НАГРЕВАНИЮ.

1.Полиэтилен (-СН2-СН2-)n − белое, твердое, но эластичное вещество, легче воды. Размягчается при температуре около 1000С, разлагается при 1150С. Из этого следует, что изделия из полиэтилена следует оберегать от сколько-нибудь значительного нагревания.

2.Поливинилхлорид (винилпласт) (-СН2-СНCl-)n . Порошкообразное, нетоксичное вещество белого цвета. Еще менее термостоек, чем полиэтилен, т.к. размягчается уже при 50-600С, легко сверлится, сваривается при нагревании горячим воздухом до 2000С. При деструкции не образует мономера.

3.Политентрафторэтилен (-СF2-СF2-)n . В России известен под названием фторопласт – 4, в США – тефлон. Это белое порошкообразное

вещество, похожее на парафин. Политетрафторэтилен не плавится, но размягчается при температуре около 3000С. Изделия из политетрафторэтилена можно применять при температуре от – 700 до 2600С. При нагревании полимера в вакууме до 4900С начинается заметный его распад с образованием в основном тетрафторэтилена.

4.Полистирол:

Полистирол нетоксичное вещество. Бывает прозрачный и непрозрачный. Прозрачный полистирол внешне похож на полиметилметакрилат, но при постукивании звенит, а пленка из него дребезжит. Полистирол не стоек по отношению к нагреванию: размягчается уже при 80-900; при 1000 – подвергается деполимеризации.

5. Полиметилметакрилат (акрилат, плексиглас – органическое стекло):

Из всех пластмасс полиметилметакрилат наиболее прозрачен. Полимер размягчается при 70-800С и до 100-1250С. При нагревании до 3000С подвергается деполимеризации с выделением мономера, желтоватой жидкости со специфическим запахом.

6. Капрон (−NH−(CH2)5 −CO−)n. Термопластичный полимер плавится при 2150С. При нагревании свыше 2150С разлагается с выделением аммиака.

Ввиду того, что прядение капронового полотна производится не из раствора, а из расплава, капроновые изделия, вышедшие из употребления, снова могут быть использованы для повторной переработки.

88

7.Фенолформальдегидные пластмассы или фенопласты. Окрашены в

темный цвет от темно коричневого до черного. Неплавки. При нагреве до 3000С подвергаются деструкции с выделением фенола.

8.Каучуки. Каучуками, эластомерами называются полимеры, сохраняющие упругие свойства в пределах широкого интервала температур.

Внастоящее время применяют натуральные и синтетические каучуки. Натуральный каучук представляет собой полимер изопрена:

Нагревание натурального каучука приводит к его деполимеризации с выделением изопрена. Из искусственных каучуков самым термостойким является силиконовый. Он сохраняет эластичность и механическую прочность при температурах от – 900С до 2600С. Изделия из силиконового каучука могут эксплуатироваться при температурах от – 700С до 2500С.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Содержание работы заключается в осуществлении сухой перегонки пластмасс и позволяет пронаблюдать деструкцию последних. Работа выполняется в вытяжном шкафу. Сухая перегонка пластмасс производится в приборе, состоящем из сосуда (а), где производится нагревание пластмассы (этот сосуд закреплен в лапках штатива). Сосуд при помощи газоотводной трубки (б) соединяется с ловушкой (в), которая в свою очередь сообщается с сосудом – сборником продуктов деструкции (г). Назначение ловушки - не допустить засасывания раствора из сосуда-приемника в сосуд перегонки. Ловушка находится в резервуаре (д), заполненном водой и играющем роль холодильника. Этот резервуар также закреплен в лапках штатива.

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Деструкция полихлорвинила.

1.В пробирку для сухой перегонки (а) засыпьте небольшое количество (примерно на 1 см по высоте) мелко нарезанного полихлорвинила.

2.В пробирку-приемник (г) налейте небольшое количество воды с добавлением индикатора метилоранжа и в этот раствор погрузите конец отводной трубки ловушки.

3.Произведите нагревание пробирки (а) с пластмассой на спиртовке. При этом сразу же, если прибор герметичен, из конца отводной трубки, находящегося в растворе метилоранжа выделяются пузырьки воздуха.

89

При самом непродолжительном нагревании полихлорвинил подвергается деструкции с образованием хлористого водорода в виде густых белых паров и смеси различных низкомолекулярных продуктов, среди которых мономера не обнаруживается.

Когда белые пары HCl достигают сосуда-приемника, в последнем образуется кислая среда, на которую указывает красный цвет раствора. Напишите уравнение происходящей реакции деструкции.

Задание 2. Деструкция полиметилметакрилата (плексиглас).

В чистую высушенную пробирку для перегонки засыпьте 1/3 пробирки стружки полиметилметакрилата, присоедините газоотводная трубка, затем подставьте пустой приемник. Нагревание происходит до тех пор, пока из полимера конденсируются и собираются в приемнике пары в виде желтоватой жидкости. Если на эту жидкость подействовать бромной водой, то она обесцветится, что говорит о наличии двойных связей в получившемся продукте. Имеются ли двойные связи в исходном продукте, подвергающемся деструкции, т.е. полиметилметакрилате?

Напишите уравнение деструкции полиметилметакрилата, имея в виду, что при этом получается его мономер, метилметакрилат и взаимодействие метилметакрилата с бромной водой.

Задание 3. Деполимеризация каучука.

В чистую сухую пробирку засыпьте примерно 1/8 мелко нарезанного каучука, присоедините газоотводная трубка, в приемник налейте раствор КMnO4 с водой. При довольно продолжительном нагревании (10-15 мин) из каучука выделяется коричнево-желтоватые пары изопрена конденсирующиеся в жидкость, обесцвечивающие, благодаря наличию двойных связей, раствор перманганата в приемнике.

Уравнение деполимеризации натурального каучука:

Напишите реакцию взаимодействия изопрена с бромной водой. Каков ее механизм, напишите окислительно-восстановительные полуреакции с марганцем и изопреном

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое пластмассы?

2.Что такое деполимеризация и в каких условиях она осуществляется?

90

3.Какой продукт получается при деструкции полиметилметакрилата? Какова его формула?

4.Какой продукт получается при деструкции поливинилхлорида? Как это можно проверить? Каковы его формулы?

5.Что происходит при сухой перегонке натурального каучука? К каким углеводородам (предельным или непредельным) относится получившийся продукт? Как это проверить?

6.Какое отношение политетрафторэтилена к нагреванию?

7.Почему вышедшие из употребления изделия из капрона могут быть подвергнуты повторной переработке?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коровин Н.В. Курс общей химии. - М.: Высшая школа, 2001. – С. 450-466.

91