Сходным полимером является поливинилхлорид. Если к ацетилену присоединить хлороводород, то образуется газообразное вещество винилхлорид, или хлорвинил.
Винилхлорид полимеризуется также, как и этилен. Из поливинилхлорида получают химически и механически стойкую пластмассу.
Производство и использование винилхлорида относят также к категории взрывоопасных и пожароопасных (категория А). Винилхлорид в газообразном состоянии оказывает наркотическое действие, продолжительное пребывание в помещение, в атмосфере которого содержится большое количество винилхлорида, вызывает головокружение и потерю сознания. ПДК в рабочих помещениях составляет 3∙ 10-5 кг/м3. При концентрации 1 ∙ 10-4 кг/м3 вызывает раздражение слизистых оболочек, а запах начинает ощущаться даже при 2 ∙ 10-4 кг/м3. Вдыхание паров при открытом испарении мономера вызывает острое отравление. Другие мономеры, используемые при производстве политетрафторэтилена, политрифторхлорэтилена, поливинилфторидов также не менее токсичны.
В настоящее время для очистки окружающей природной среды от пластмассовых отходов активно разрабатываются два основных подхода:
- захоронение (хранение отходов на свалках);
- утилизация.
Захоронение пластмассовых отходов – это бомба замедленного действия и перекладывание сегодняшних проблем на плечи будущих поколений.
Более щадящим приемом является утилизация, которую можно разделить на ряд главных направлений:
- сжигание;
- пиролиз;
- рециклизация – переработка.
Однако как сжигание, так и пиролиз отходов кардинально не улучшают экологическую обстановку [6]. Повторная переработка в определенной степени решает этот вопрос, но и здесь требуются значительные трудовые и энергетические затраты: отбор из бытового мусора пластической тары и упаковки, разделение по виду пластиков, мойка, сушка, измельчение и только затем переработка в конечное изделие. Для активизации направления по рециклизации пластмассовых отходов в ряде стран принимаются законодательные нормативы по обязательному сбору и переработке пластиковой тары и упаковки. Так Европейские директивы предусматривают при изготовлении пластмассовой упаковки применять 15% вторичных пластмасс, а в Германии эта квота составляет 50% и должна увеличиваться до 60%. Специалисты считают, что это технически невозможно, так как только для транспортных и непищевых продуктов возможно применение до 25% вторичных пластмасс, но не для пищевых продуктов [7].
Следует отметить, что сбор и повторная переработка полимерной тары и упаковки приводит к удорожанию упаковки, качество рециклизованного продукта также ниже продукта, полученного непосредственно первичным изготовителем. К тому же не каждый потребитель согласен использовать упаковку из рециклизованного полимера.
Радикальным решением проблемы «полимерного мусора», по мнению специалистов, является создание и освоение широкой гаммы полимеров, способных при соответствующих условиях биодеградировать на безвредные для живой и неживой природы компоненты.
Именно биоразлагаемость высокомолекулярных соединений и будет приоритетным направление разработки, которое позволит исключить значительное число проблем «полимерного мусора», возникающего при использование полимерной тары и других изделий из полимеров [8].
В настоящий период можно выделить три основных направления развития этой области:
- полиэфиры гидроксикарбоновых кислот;
- пластические массы на основе природных воспроизводимых природных полимеров;
- придание биоразлагаемости промышленным высокомолекулярным синтетическим материалам.
Первый в мире биоразлагаемый полимер Биопол (Biopol) – полигидроксиолконоаты на основе 3-гидроксивалериановой кислот – был получен в процессе ферментации полисахаридов (сахара, крахмала) под действием бактерии Alcaligeneseutrophys. Биопол – термопласт, который перерабатывается экструзией, выдуванием и другими традиционными методами. Полученные из этого полимера изделия за несколько недель разлагаются микроорганизмами почвы с образованием углекислого газа и воды. С использованием указанных бактерий сложные сополиэфиры получают из такого сырья как бутиленгликоль, бутиролактон, масляная и хлормасляная кислота. Пленки из таких сополимеров разлагаются в почве через 2 недели после захоронения.
Использование смесей полимеров для получения различных материалов с необходимым комплексом свойств также является очень прогрессивным направлением с различных точек зрения. При создании биоразлагаемых смесей полимеров, как правило, применяется следующий принцип: к синтетическому полимеру добавляют хорошо биоразлагаемый полимер (природный или синтетический). В качестве природных чаще всего используют полисахариды, в первую очередь крахмал и целлюлозу.
Глава II. ТЕМА «ПОЛИМЕРЫ» В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ
Химия – одна из стремительно развивающихся областей знания, результаты ее ускоренного развития в макро- и микромасштабах проявляются в повседневной жизни. А вот время на изучение этой дисциплины в школе неуклонно сокращается. И это не может не увеличивать пропасть между наукой и содержанием школьного предмета. Мы убеждены, что содержание школьного курса химии и процесс обучения должны отражать не упрощенные представления об особенностях развития химической науки, а состояние современного знания, реальную сложность объекта познания химии.
2.1 Урок по теме «Полимеры» в 9-х классах
Цель урока: познакомить учащихся со способом получения поливинилхлорида и возможностями его применения, а также обобщить знания учащихся о высокомолекулярных соединениях.
Задачи обучения: сформировать понятиеполимеры, расширить представление о способах получения, свойствах и способах применения различных типов полимеров в промышленности.
Задачи развития: продолжить развитие у учащихся основных приемов мышления (умения анализировать, сравнивать и т.д.), совершенствовать умение учащихся самостоятельно работать с дополнительной информацией.
Задачи воспитания: продолжить химическое образование школьников.
Ход урока
I. Организационный момент (1-2 мин.)
- посадка детей;
- проверка принадлежностей;
- отметка отсутствующих и т.д.
II. Опрос домашнего задания (10 мин.)
1. Что такое аминокислоты?
2. Какие функциональные группы имеют в своей молекуле аминокислоты?
3. Что такое белки?
4. Как образуются белки?
5. Какова роль аминокислот и белков в живых организмах?
III. Изучение нового материала (20 мин.)
Полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы которых образуются в результате соединения множества одинаковых звеньев – составных частей молекулы полимера.
Первоначальные сведения о полимерах в школьном курсе рассматриваются при изучении полимеризации этилена и пропилена (с.166, §63, Химия, 9 класс) [9]. Сходным полимером является поливинилхлорид. Если к ацетилену присоединить хлороводород, то образуется газообразное вещество винилхлорид, или хлорвинил:
H ─ C ≡ C ─ H + H ─ Cl → H2C ═ CHCl
винилхлорид
Винилхлорид полимеризуется также, как и этилен:
H2C ═ CHCl+ H2C ═ CHCl+ … → ( ─ CH2 ─ C ─ H ─)n
|
Cl
поливинилхлорид
Из поливинилхлорида получают химически и механически стойкую пластмассу.
Знакомясь с диенами, вы получили также первоначальные знания о природном каучуке и синтетических каучуках (с.166, §63, Химия, 9класс). Первые сведения вы получили также о природных полимерах крахмале и целлюлозе (с.175, §70, Химия, 9 класс) [9]. К сложным природным полимерам иногда причисляют и белки.
Чтобы получить представление, сколь велико значение только одного вида полимеров – фенопластов, рассмотрите табл.40.
Таблица 40. Важнейшие фенопласты ФФС.
| Характеристика фенопластов | Виды фенопластов | ||||
| Текстолит | Волокнит | Гетинакс | Стеклопласт | Карболит | |
| Исходные материалы, спрессованные при повышенной температуре. | Хлопчатобумажная ткань, пропитанная ФФС | Обрезки хлопчатобумажной ткани, пропитанная ФФС | Бумага, пропитанная ФФС | Стеклянная ткань и стекловолокно, пропитанные ФФС | Древесная мука, пропитанная ФФС |
| Свойства | Выдерживает большие нагрузки, легко поддается обработке | Высокая износоустойчивость | Очень хороший электроизо-ляционный материал | Механически прочный материал, устойчивый к коррозии | Хороший электроизо-ляционный материал, устойчивый к коррозии |
| Применение | Изготовляют детали машин и аппаратов (зубчатые колеса, шарикоподшипники) | Изготовляют автомобильные диски сцепления, дуги тормозов, ступеньки эскалаторов и др. | Используют в электро- и радиотехнике как хороший электроизоляционный материал | Производят детали больших габаритов (надстройки для автомобилей, автоцистерны, лодки и др.) | Изготовляют телефонные аппараты, электровыключатели, контактные гнезда и др. |
IV. Закрепление знаний (5 мин.)
1. Что такое полимеры?
2. Как получают полиэтилен, полипропилен и поливинилхлорид (напишите уравнения реакций)?
3. Перечислите важнейшие фенопласты и области их применения?
V. Домашнее задание (3 мин.)
Ответьте на вопросы и выполните упражнения 1-12, §72, стр.179 [9].
Именно таким образом выглядит план урока в школе по теме «Полимеры».
Остальные сведения о полимерах сводятся к материалам различных приложений, в которых рассматриваются в основном природные, синтетические и искусственные волокна. Основные классы полимеров, вопросы получения полимеров и не менее важные вопросы рециклизации и утилизации отработавших полимеров в школьном курсе химии не рассматриваются.