Урок 30 квітня

Тема уроку: Синтетичні волокна: фізичні властивості і застосування

Уважно опрацюй матеріал підручника §34

З давніх-давен люди застосовували льон як тканину для пошиття одягу, існує таке прислів’я: Людину зустрічають по одежі …. .

Потреби людства не можливо задовольнити лише використанням виробів із натуральних волокон, тому існують волокна, що створюють зі штучної сировини, тобто такої якої немає в природі. Такі волокна називаються синтетичними. 

       Що таке волокно?

Волокно́ — гнучке та міцне фізичне тіло обмеженої довжини з малими поперечними розмірами, яке придатне для виготовлення пряжі та текстильних виробів.

Класифікація волокон за викладеним новим матеріалом скласти схему класифікації волокон із прикладами.

Волокна за походженням поділяються на природні та хімічні.

Природні волокна поділяються на:

-        рослинного походження (бавовняне, лляне, конопляне);

-        тваринного походження (вовняне, шовкове);

-        мінерального походження (азбестове);

Хімічні волокна поділяються на:

-        штучні (віскозне, ацетатне);

-        синтетичні (капрон, найлон, лавсан, акрил).

Зупинимось докладніше на виробництві синтетичних волокон:

Переглянемо невеликий відеофрагмент з заводу виробництва синтетичних волокон: 

1.     стадія – в бункер засипають поліпропілен далі речовина плавиться при температурі 180 ⁰С.

2.     стадія – дана речовина потрапляє в міксер де обертається зі швидкістю 450 обертів за хвилину і перетворюється в однорідну суміш.

3.     стадія – однорідна суміш поступає через окремі отвори (фільєри) за допомогою стиснутого повітря утворюючи тонкі нитки які потрапляють на приймальний стіл, який обертається з сталою швидкістю і потім формується синтетичне волокно.

Синетичні волокна за методом добування поділяються на:

-        поліамідні (капрон, найлон, дедерон, лилион, перлон…);

-        поліестерні (лавсан, терилен, дакрон, тетерон….)

-        поліакрилонітрильні (нітрон …).

Капрон належить до поліамідних волокон, оскільки утворюється за рахунок амідних (пептидних зв’язків). В капрону існують міжмолекулярні водневі зв’язки – це надає волокну високої міцності. Воно має низку цінних властивостей:не вбирає вологу і через це швидко висихає, стійке проти стирання.

Інша група синтетичних волокон становлять поліестерні волокна. Справді у структурі згаданих волокон є естерні зв’язки. Полімер, з якого виробляють відоме волокно лавсан (терилен), утворюється внаслідок поліконденсації етиленгліколю і терафталевої кислоти. Взаємодія відбувається між гідроксильними та карбоксильними групами цих сполук.

Лавсанове волокно має цінні властивості: воно міцне, термостійке, на нього не діють розбавлені розчини кислот і лугів.

Характеристика волокон. Залежно від походження волокна поділяють на природні та хімічні.
Природні волокна бувають рослинного й тваринного походження. Це високомолекулярні сполуки, що синтезуються природним шляхом рослинними й тваринними організмами. З волокон рослинного походження на фабриках виготовляють лляні та бавовняні тканини, із шерсті тварин — шерстяні тканини, із коконів тутового шовкопряду — натуральний шовк. Тканини з природних волокон не завдають шкоди здоров'ю людини.
Однак тканин із природних волокон не вистачає, щоб повністю задовольнити попит на них. Тож на допомогу прийшла хімія. Учені використали знання про склад і будову природних полімерів — целюлози й білків, з яких утворені натуральні волокна бавовни й шерсті, і розробили технології виробництва хімічних волокон.
Розрізняють два види хімічних волокон: штучні й синтетичні. Штучні волокна виготовляють переробкою природних полімерних матеріалів.
До синтетичних волокон належать волокна, добуті із синтезованих полімерів. Це такі широко вживані волокна, як капрон, найлон, лавсан.
Капрон у промисловості добувають з епсилон-амінокапронової кислоти реакцією поліконденсації.
Пригадайте, які реакції називають реакціями-поліконденсації.
Капрон належить до поліамідних волокон, бо молекули епсилон-амінокапронової кислоти сполучаються в поліпептидний ланцюг за допомогою пептидних (амідних) зв'язків. Хімічний склад полімеру відображає формула

Капрон — полімер лінійної будови. Капронове волокно дуже міцне, стійке до дії хімічних сполук, а також до розтягування й стирання, еластичне, не вбирає вологу. За зовнішніми ознаками подібний до натурального шовку.
Найлон отримують поліконденсацією двох речовин: гексаметилендіаміну та адипінової кислоти. Хімічний склад відображає формула

За своїми фізичними властивостями найлон дуже подібний до капрону. Добре поєднується з шерстю та бавовною, завдяки чому стає приємним на дотик, а сплетіння ниток утворює різноманітні структури.
Лавсан — поліестерне волокно, яке синтезують реакцією поліконденсації терефталевої кислоти з етиленгліколем. Загальна формула лавсану


Кулестержнева модель макромолекули лавсану Лавсан має високу міцність, пружність. На нього не впливають такі чинники, як світло й тепло, хімічні речовини. За зовнішніми ознаками та властивостями подібний до вовни, але перевершує її міцністю, не мнеться.
Пошуком легкого, але міцного синтетичного волокна займалась і С. Кволек.

Кволек Стефані Луїза (1923-2014) — американська вчена-хімік. Закінчивши коледж, планувала стати лікарем. З 1946 р. працювала в компанії «Du Pont», де серйозно захопилася хімією. Працюючи у фірмі, вона винайшла параамідне синтетичне волокно, у п'ять разів міцніше за сталь. Волокно відоме за назвою «кевлар». Це дало поштовх до створення нового напряму розвитку полімерної хімії. Учена-дослідниця була членкинею Національної академії наук, а також четвертою жінкою, яка була обрана до Національної зали слави винахідників США. Упродовж життя отримала безліч нагород за досягнення в галузі хімії полімерів, зокрема Національну медаль США (1996) за технології.
Застосування синтетичних волокон. Завдяки міцності й стійкості до впливів зовнішніх чинників синтетичні волокна набули широкого застосування. З них виготовляють нитки й тканини для пошиття чоловічого та жіночого одягу, пряжу для трикотажних виробів, кордні тканини. Крім того, з капронового волокна плетуть рибальські сітки, роблять волосінь, фільтрувальні матеріали. З капронової смоли відливають деталі машин і механізмів.
Найлон і лавсан застосовують у текстильній, автомобільній та машинобудівній промисловостях, медицині.
Виробництво синтетичних волокон захоплює науковців усього світу, оскільки використання природної сировини не задовольняє попит на матеріали для одягу. Сучасні тканини відрізняються своїми властивостями, зокрема можуть регулювати потовиділення, дихання та серцебиття, змінювати колір чи візерунок, самоочищатися, нагріватися й охолоджуватися. Це інноваційні матеріали, за якими майбутнє.
Синтетичні волокна використовують і як ізоляційний, ущільнювальний, термостійкий та довговічний матеріал.
ПІДСУМОВУЄМО
• Волокна — матеріали, що складаються з довгих і тонких ниток, виготовлених із природних або синтетичних полімерів.
• Волокна класифікують на природні та хімічні: природні — рослинного й тваринного походження; хімічні волокна поділяють на штучні та синтетичні.
• До синтетичних волокон належать капрон, найлон, лавсан.

• Синтетичні волокна набули широкого застосування завдяки їх міцності та стійкості до впливів зовнішніх чинників.   

ПЕРЕВІР СЕБЕ

Додаткове завдання. Волокно нітрон за зовнішнім виглядом більше, ніж інші волокна, схоже на шерсть. Воно досить міцне і добре зберігає тепло. З нітрону виробляють тканини для костюмів, светерів, спортивного одягу, а також штучне хутро. Мономером для добування нітрону є нітрил акрилової кислоти СН₂=СН – СΞ N. Складіть рівняння реакції. Обчисліть масу нітрону яку можна добути з 13,25 т нітрилу, що містить 20% домішок, якщо вихід продукту становить 95% від теоретично можливого.