Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Савчин

§ 28. СИНТЕТИЧНІ ВОЛОКНА

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

  • пояснювати суть реакцій добування синтетичних волокон;
  • порівнювати природні, штучні й синтетичні волокна;
  • обґрунтовувати значення полімерів у створенні синтетичних волокон.

Пригадайте, які реакції взято за основу добування високомолекулярних сполук.

Волокна та їхня класифікація. Волокна — матеріали, що складаються з довгих і тонких ниток, виготовлених із природних або синтетичних полімерів.

Ознайомимося з класифікацією волокон, скориставшись рис. 76.

Рис. 76. Схема класифікації волокон

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

Модель макромолекули лавсану зображено на рис. 77.

Рис. 77. 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 ВИВЧЕНЕ

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.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Назвіть основні види волокон.
  • 2. Поясніть, чим подібні та чим відрізняються природні й хімічні волокна.
  • 3. Охарактеризуйте фізичні властивості синтетичних волокон.
  • 4. Обчисліть масову частку Карбону в структурній ланці капрону.
  • 5. Масова частка целюлози в складі деревини становить 0,45. Обчисліть масу целюлози, якщо маса деревини дорівнює 600 кг.
  • 6. Обчисліть масові частки Нітрогену та Оксигену в структурній ланці найлону.
  • 7. Напишіть рівняння реакцій за наведеною схемою:

  • 8. Назвіть реакцію, що лежить в основі синтезу полімерів.

А естерифікація

Б гідрування

В полімеризація

Г дегідратація

  • 9. Укажіть назву реакції синтезу фенолоформальдегідної смоли.

А полімеризація

Б гідратація

В дегідрування

Г поліконденсація

  • 10. Установіть відповідність між назвами груп речовин, що надають пластмасам різних властивостей, та їхнім призначенням.

А стабілізатори

Б піноутворювачі

В пластифікатори

Г наповнювачі

1 надають еластичності

2 надають стійкості до дії температур

3 створюють пористість

4 надають забарвлення

5 урізноманітнюють властивості

НАВЧАЛЬНИЙ ПРОЕКТ

I. Оберіть самостійно тему навчального проекту з переліку тем, запропонованих програмою.

  • 1. Синтетичні волокна: їхнє значення, застосування в побуті та промисловості.
  • 2. Рециклінг як єдиний цивілізований спосіб утилізації твердих побутових відходів.
  • 3. Переробка побутових відходів в Україні та розвинених країнах світу.
  • 4. Перспективи одержання та застосування полімерів із наперед заданими властивостями.
  • 5. Дослідження марковання виробів із полімерних матеріалів і пластмас.
  • 6. Виготовлення виробів із пластикових пляшок.

II. Виконайте навчальний проект, спланувавши етапи його реалізації та строки виконання.

III. Проведіть презентацію проекту.