Поняття про пластмаси

Пластмасами, або пластиками, називають матеріали на основі полімерів. Окрім полімерів вони містять тонкоподрібнені або корот-коволокнисті наповнювачі, пігменти та інші сипкі компоненти. Різні наповнювачі надають пластмасам певних унікальних властивостей. На основі одного полімеру виготовляють багато різноманітних пластмас, що мають різні властивості залежно від числа та масової частки наповнювачів.

Зазвичай наповнювачами є:

• барвники — для надання кольору, оскільки всі полімери безбарвні;

• пластифікатори — для надання різних механічних властивостей (гнучкості, еластичності, твердості тощо);

• армувальні компоненти — для підвищення міцності;

• тепло- та світлостабілізатори — для зменшення чутливості до теплоти та світла відповідно, оскільки перепади температури та яскраве сонячне світло можуть спричинити руйнування виробів з деяких полімерів.

Наприклад, гумка для стирання та ручка-перо (мал. 33.1) виготовлені з різних матеріалів — гуми та ебоніту відповідно. Але обидва ці матеріали виготовлені на основі одного полімеру — каучуку. Або целофан та ацетатний шовк (мал. 33.2) — це різні матеріали на основі целюлози.

Першу штучну пластмасу було отримано 1855 року англійським металургом Олександром Парксом на основі целюлози, обробленої нітратною кислотою. Він назвав новий матеріал паркезіном, який пізніше отримав поширену назву целулоїд.

Найпоширеніші полімери та полімерні матеріали

Людина здавна використовує природні полімерні матеріали: шкіру, хутро, вовну, бавовну та шовк — для виготовлення одягу; цемент, вапно та глину — для будівництва. Широке використання синтетичних полімерів почалося у XX столітті.

Сьогодні людство використовує багато різноманітних полімерних матеріалів у різних сферах діяльності: у техніці, промисловості,

побуті тощо. На пластмасових виробах обов’язково має бути зазначено, з яких полімерів вони виготовлені, оскільки в кожного полімеру є певні межі застосування, наприклад «не нагрівати», «не використовувати для зберігання харчових продуктів». Полімер, з якого виготовлено виріб, позначають трикутником з відповідним числом усередині, іноді під трикутником указують англомовну абревіатуру полімеру (мал. 33.3).

Сьогодні використовують близько 70 різних полімерів, на основі яких виготовляють сотні різноманітних матеріалів. Найпоширеніші полімери та сфери їх застосування наведено в таблиці 15.

Таблиця 15. Найпоширеніші полімери, їх позначення й формули та сфери застосування

Назва полімеру	Позна чення	Формула	Застосування
Поліетилен- терефталат			Виготовлення тари для напоїв: мінеральної води, фруктових соків тощо, бліс-терної упаковки, поліестер-ного волокна
Поліетилен високої густини (поліетилен низького тиску)			Виготовлення пляшок, фляг, напівжорсткої упаковки. Вважається безпечним для зберігання харчових продуктів
Полівініл хлорид			Виготовлення труб, садових меблів, покриття для полу, віконних профілів, жалюзі, ізоляційної стрічки, тари для мийних засобів. Непридатний для харчових продуктів
Поліетилен низької густини (поліетилен високого тиску)			Виготовлення брезенту, пакетів для сміття, плівки та гнучкої упаковки. Вважається безпечним для зберігання харчових продуктів

Назва полімеру	Позна чення	Формула	Застосування
Полі пропілен			Виготовлення обладнання та бамперів для автомобілів, іграшок, труб для водопроводів, упаковки для харчових продуктів. Вважається безпечним для зберігання харчових продуктів
Полістирол, пінополі стирол			Виготовлення плит для теплоізоляції будівель, пінома-теріалів, харчової упаковки, столових приборів і чашок, іграшок, ручок тощо. Небезпечний у разі горіння

Крім наведених у таблиці 15, існує ще багато полімерів. Так, політетрафлуороетилен (тефлон, або фторопласт, PTFE) використовують як покриття для виробів, що зазнають дії високих температур та тертя, зокрема побутового посуду, водонепроникних тканин, імплан-тів для кардіохірургії. Із полівінілацетату (PVA) виготовляють клей ПВА, водоемульсійні та акрилові фарби. Із поліуретану виготовляють декоративні покриття, клеї, підошви для взуття, напівжорсткі елементи автомобільних салонів. А поліметилметакрилат (плексиглас, оргскло, PMMA) використовують для виготовлення прозорих деталей літаків, інтер’єрів, торгового обладнання, приладів, штучних кришталиків для імплантації в око.

Проблема охорони довкілля від забруднення полімерними речовинами

Більшість полімерів, що використовують для виробництва полімерного упакування, є біоінертними (поліетилен, поліпропілен тощо) і не розкладаються в природних умовах протягом тривалого часу. Унаслідок біоінертності пластмасові вироби суттєво не впливають на здоров’я людини та стан живої природи, але використання їх у великих кількостях спричиняє їх накопичення на сміттєзвалищах і у водоймах. Оскільки вони не гниють, то велика кількість пластмасових виробів вимушує займати під сміття нові площі, що згодом може перетворити нашу планету на одне велике сміттєзвалище (мал. 33.4, а).

Скупчення відходів з пластмас утворюють у Світовому океані під впливом течій так звані сміттєві плями. Сьогодні відомо п’ять таких

великих скупчень сміття у Тихому, Атлантичному й Індійському океанах. Ці плями складаються переважно з пластикових відходів густонаселених прибережних зон континентів. Пласти-кове сміття небезпечне ще й тим, що морські тварини можуть не розгледіти прозорі предмети, що плавають у воді, заковтнути їх і загинути (мал. 33.4, б).

Усе це вимагає невідкладних заходів для збереження навколишнього середовища згідно з концепцією сталого розвитку. Спалювати пластикові відходи не можна, оскільки під час горіння виділяються токсичні речовини. Тому впроваджують нові технології з їх переробки. Уже кілька років у багатьох містах України та всього світу працює програма зі збирання пластикових пляшок окремо від іншого сміття (мал. 33.5). їх переробляють на нові пляшки та інші вироби.

Сьогодні дуже важливим є створення нових пластикових матеріалів, які швидко (протягом одного-двох років) розкладаються в природних умовах. Такі матеріали називають біороз-кладними пластиками. У ряді країн (Японія, СІЛА, деякі країни Євросою-зу тощо) уже сьогодні значну частину пакувальних матеріалів виготовляють з таких екологічно безпечних матеріалів (мал. 33.6).

У процесі розкладання в природних умовах макромолекули біо-розкладних пластиків спочатку розкладаються на фрагменти з меншою молекулярною масою — олігомери, які потім переробляються бактеріями. Кінцевими продуктами розпаду є вуглекислий газ і вода.

Біорозкладні полімери використовують також у медицині, наприклад шовний матеріал для хірургії на основі водорозчинних полімерів. Перспективним є використання біорозкладних полімерів як імплантів, які можуть поступово замінюватися в організмі кістковою, хрящовою або іншою живою тканиною.

Ключова ідея

Пластмаси — дешеві та цінні матеріали завдяки властивостям, що перевершують властивості природних матеріалів. Але завдяки ксенобіотичнос-ті вони становлять загрозу для навколишнього середовища.

Контрольні запитання

515. Які матеріали називають пластмасами?

516. Які речовини використовують для створення пластмас?

517. Наведіть приклади полімерів, пластмас на їх основі та виробів, що з них виготовляють.

518. У який спосіб маркують вироби з пластмас?

519. У чому полягає природоохоронний аспект застосування пластмасових виробів людством?

Завдання для засвоєння матеріалу

520. Для полімерів, наведених у таблиці 15, складіть формули мономерів.

521. Для чого необхідне маркування пластмасових виробів?

522. Як ви вважаєте, що мають на увазі, коли про безпечність полімерів пишуть «Вважається безпечним для...»? Чому у цьому випадку не пишуть більш конкретно про безпечність чи небезпечність матеріалів?

Міні-проекти

523. Розробіть план експериментів для дослідження того, як швидко розкладаються звичайні та біорозкладні пластмаси. Якщо вчитель схвалить ваш план, виконайте свої експерименти, використовуючи різні споживчі товари.

524. Виготовлення покриття з полімерної плівки.

У кабінеті хімії разом з учителем виконайте експериментальний проект. Під час роботи дотримуйтеся правил безпеки.

Полімерними плівками часто покривають таблиці чи малюнки для запобігання забрудненню та пошкодженню паперової поверхні. Для створення полімерної плівки на папір наносять розбавлені розчини полімерів. Для приготування таких розчинів 1-2 г подрібненого полімеру (оргскло, полістирол) розчиняють у 50 мл придатного органічного розчинника (можна використати рідину для зняття лаку або бензин). Розчин наносять кілька разів після повного висихання попереднього шару. Покриття виготовляють на відкритому повітрі або у витяжній шафі, щоб уникнути отруєння леткими розчинниками.

Це матеріал з підручника Хімія 10 клас Григорович