Ідинтифікація полімеру
НАЦІОНАЛЬНИЙ
ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ
ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
Хіміко-технологічний
факультет
Кафедра
хімічної технології композиційних матеріалів
КУРСОВИЙ
ПРОЕКТ
З
полімерізаційні (поліконденсаційні) матеріали
на
тему:Ідинтифікація полімеру
Студента
__ІІ_ курсу __ХП-41_ групи
напряму
підготовки 6.051301 Хімічна технологія
спеціальності
7.05130104
Хімічні
технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів
Павлункова
В. В
Керівник
Миронюк О.В.
Київ
- 2015
Вступ
Була поставлена задача: необхідно
ідентифікувати даний примірник матеріалу та зробити висновки відносно
можливості експлуатації даного матеріалу у слабко- та сильнолужному
середовищах. Для полегшення проведення робіт були надані фізичні характеристики
матеріалу: густина, температура плавлення, температура склування та зображення
ІЧ-спектру матеріалу.
Табл.1: Фізичні властивості даного
полімерного матеріалу
Густина матеріалу
|
1,33 г/см3
|
Температура склування
|
75 °С
|
Температура плавлення
|
260 °С
|
Рис.1: ІЧ-спектр виданого матеріалу
Результатом проведеної дослідницької
роботи повинен стати обгрунтований висновок відносно можливості застосування
виробів з данного матеріалу у даних умовах. У разі негативного висновку,
необхідно запропонувати альтернативний варіант заміни даного полімерного
матеріалу, попередньо обгрунтувавши свій вибір.
1. Ідентифікація виданого зразка,
методи досліджень
полімерний фізичний поліетилентерефталат молекула
Ідентифікація - встановлення,
утотожнення невідомого матеріалу з іншим відомим, шляхом певних дослідних
фізико-хімічних маніпуляцій.
Прості дослідження: порівняння
фізичних властивостей наявного зразка полімерного матеріалу з фізичними
властивостями інших відомих полімерних матеріалів, зразки яких можна знайти у
відкритих джерелах.
Табл.2: Порівняльна таблиця деяких
фізичних властивостей полімерів
Назва
|
ПЕВТ
|
ПВХ
|
ПЕТФ
|
ПП
|
ПС
|
Зразок
|
Густина
|
0,9..0,93
|
1,210..1,500
|
1,380..1,400
|
0,9..0,91
|
1,07..1,13
|
1,33
|
Температура плавлення(°C)
|
103…110
|
150…220
|
~260
|
160…170
|
~240
|
~260
|
Температура склування(°C)
|
-40…-35
|
81…87
|
70…75
|
-20…-10
|
100
|
75
|
Ефект при горінні
|
Синє полум`я
|
Коптить, самозатухає
|
Коптить, самозатухає
|
Яскраве полум`я
|
Коптить, запах
|
Коптить, самозатухає
|
Розрив(МПа)
|
11,5
|
-
|
172
|
62
|
-
|
Слід зазаначити, що в даній таблиці
приведені властивості для певних марок полімерів.
· ПЕВТ-5803-020 ГОСТ
16337-77 вищий гатунок;
· ПВХ-С-5868ПЖ;
· ПЕТФ-ТВЕРПЕТФ;
· ПП-сополімерпропілену
і етилену РР7540L;
· ПС-Полістирол
загального призначення 500.
З даної порівняльної таблиці можна
зробити висновок, що наш зразок полімерного матеріалу схожий за своїми
фізичними властивостями на Полівінілхлорид (ПВХ) та Поліетилентерефталат
(ПЕТФ). Обидва матеріали, як і даний зразок, схожі за параметрами температури плавлення,
температури скловання, густини та характером горіння. Щоб провести точну
ідентифікацію даного зразка, необхідно використати ІЧ-спектри. Маючи ІЧ-спектр
вихідного матеріалу можна порівняти його із ІЧ-спектрами Фурье передбачених
матеріалів (ПВХ та ПЕТФ).
Рис.2: ІЧ спектр Фурье для ПВХ
Рис.3: ІЧ спектр Фурье для ПЕТФ
Порівнявши ІЧ-спектри ПЕТФ, ПВХ та
вихідного матеріалу, можна зробити висновок, що даний полімерний матеріал більш
за все є поліетилентерефталатом, ніж полівінілхлоридом.
Аналізуючи фізичні властивості та
ІЧ-спектр вихідного полімерного матеріалу та різних полімерів, можна дійти
висновку, що наданий зразок полімерного матеріалу є поліетилентерефталатом.
Після визначення матеріалу, можна
обґрунтувати, чи варто його використовувати за наведених умов.
. Використання матеріалу
Поліетилентерефталат (ПЕТФ,
ПЕТ, також дакрон, поліестер, лавсан) термопласт
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8>,
найпоширеніший представник класу поліефірів
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%96%D0%B5%D1%84%D1%96%D1%80%D0%B8>,
відомий під різними фірмовими назвами. ПЕТФ [-(OC)-C6H4-(CO)OCH2CH2O-]n - гетероланцюговий
поліестер
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%96%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%80>
терефталевої кислоти
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%84%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%B0_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>
(OH)-(CO)-C6H4-(CO)-(OH) і етиленгліколю
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B3%D0%BB%D1%96%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D1%8C>
(OH)-C2H4-(OH).
Тверда, безбарвна, прозора
речовина в аморфному стані і біла, непрозора в кристалічному стані. Переходить
в прозорий стан при нагріванні до температури склування і залишається в ньому
при різкому охолодженні і швидкому проході через т.зв. «зону кристалізації».
Одним з важливих параметрів ПЕТ є характеристична в'язкість, яка визначається
довжиною молекули
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D0%B0>
полімеру
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%96%D0%BC%D0%B5%D1%80>.
Зі збільшенням властивої в'язкості швидкість кристалізації знижується. Міцний,
зносостійкий, хороший діелектрик
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%96%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BA>.
Стійкий проти дії більшості органічних розчинників, але руйнується в лужних та
аміачних розчинах, розчиняється у фенолах і хлорофенолах. Стійкий проти дії
мікроорганізмів, тому його природний розклад надзвичайно повільний.
Поліетилентерефталат -
синтетичний лінійний термопластичний полімер, належить до класу поліефірів.
Даний матеріал може викорстовуватися як в аморфному, так і в кристалічному
стані. Аморфний поліетилентерефталат - твердий прозорий, кристалічний матеріал.
Ступінь кристалічності може бути відрегульована випалом при температурі між
температурою склування і температурою плавлення.
Товарний поліетилентерефталат
випускається зазвичай у вигляді грануляту з розміром гранул 2-4 міліметра.
Звичайне позначення
поліетилентерефталату на ринку - ПЕТ, але можуть зустрічатися і інші
позначення: ПЕТФ або PET або PETP (поліетилентерефталат), APET (аморфний
поліетилентерефталат).
У промисловому масштабі ПЕТ
почав випускатися у вигляді волокноутворюючого полімеру, але незабаром зайняв
одне з провідних місць і в індустрії полімерної упаковки. За темпами зростання
споживання в даний час поліетилентерефталат є найбільш швидкозростаючим
полімерним матеріалом.
ПЕТФ є основною складовою
кіно-, фото-, аеро- та рентгенплівок. В СРСР
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A0%D0%A1%D0%A0> єдине їх
виробництво було зосереджено на фірмі «Свема» (місто Шостка). Ці плівкові
вироби надзвичайно токсичні в разі пожежі.
Основними сферами
застосування ПЕТ у промисловості є три напрями:
· Волоконний ПЕТ -
армування шлангів, ремінних приводів, волокна для легкої промисловості;
· Тара ПЕТ - пляшки,
інша тара як для харчових, так і для технічних речовин;
· Плівки ПЕТ - велика
кількість різноманітної плівкової продукції.
Поліетилентерефталат має високу
хімічну стійкість до бензину, масел, жирів, спиртів, ефіру, розбавлених кислот
і лугів. Також даний матеріал не розчинний у воді,багатьох органічних розчинниках.
З іншого боку ПЕТФ нестійкий до дії кетонів, сильних кислот і лугів, ацетону,
хлорбензолу, хлороформу, хлоретилену, гарячої води (вище + 600С),
концентрованої оцтової кислоти, 40% плавикової кислоти, 10%.
Захоронення ПЕТФ не є можливим, бо
він здатний зберігатися мільйони років; цей матеріал неприпустимо спалювати,
оскільки при цьому утворюються отруйні гази.
Виходячи з хімічних властивостей
даного матеріалу можна зробити наступні висновки. Використання ПЕТ для
транспортування харчових рідин є оптимальним рішенням, проте лужне середовище
цих рідин буде руйнувати матеріал, як наслідок можливе попадання шкідливих
речовин полімеру у продукт. Як альтернативний вихід можна запропонувати
використовувати схожий за властивостями полімерний матеріал, проте він має бути
стійким до дії сильних лугів і кислот. Таким матеріалом може бути поліетилен.
. Поліетилен
Поліетилен (-СН2-СН2-)n - є
карбоцепним полімером
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%96%D0%BC%D0%B5%D1%80>
аліфатичного органічного вуглеводня олефінового ряду етилену
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD>.
Термопластичний насичений полімерний
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%96%D0%BC%D0%B5%D1%80>
вуглеводень <https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%83%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%8C>;
твердий, безколірний, жирний на дотик матеріал. Він легший за воду, горить
повільно синюватим полум'ям без кіптяви.
Хімічні властивості: стійкий
до дії води, не реагує з лугами <https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%83%D0%B3%D0%B8_(%D1%85%D1%96%D0%BC%D1%96%D1%8F)>
будь-якої концентрації, з розчинами нейтральних, кислих і основних солей,
органічними і неорганічними кислотами
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B8>,
навіть концентрованою сірчаною кислотою
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%96%D1%80%D1%87%D0%B0%D0%BD%D0%B0_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>,
але розкладається при дії 50%-ої азотної кислоти <https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%B0_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>
при кімнатній температурі і під впливом рідкого чи газоподібного хлору
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%BB%D0%BE%D1%80> і фтору
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%82%D0%BE%D1%80>. При температурі
вище 70°C він набухає та розчиняється у хлорованих і ароматичних вуглеводнях.
При кімнатній температурі не розчиняється і не набухає в жодному з відомих
розчинників. При підвищеній температурі (80° C) розчинний в циклогексані
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BA%D1%81%D0%B0%D0%BD>
ічотирихлористому вуглеці
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%BE%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%B8%D1%85%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%B9_%D0%B2%D1%83%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D1%86%D1%8C>.
Під високим тиском може бути розчинений в перегрітій до 180° C воді
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0>. З часом,
розкладається з утворенням поперечних міжланцюгових зв'язків, що призводить до
підвищення крихкості на тлі невеликого збільшення міцності. Нестабілізований
поліетилен на повітрі піддається термоокислювальній деструкції
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%86%D1%96%D1%8F>
(термостарінню). Термостаріння поліетилену проходить за радикальним механізмом,
супроводжується виділенням альдегідів, кетонів, перекису водню та ін.
Фізичні властивості: еластичний,
жорсткий, залежно від ваги виробу стійкий до низьких температур до -70 ° С,
ударостійкий, не ламається, з хорошими діелектричними властивостями, з
невеликою поглинальною здатністю. фізіологічно нейтральний, без запаху.
Поліетилен низької щільності (0,92 - 0,94 г / см3) - м'який; поліетилен високої
щільності (0,941 - 0,96 г / см3) - твердий, дуже жорсткий.
Експлуатаційні властивості:
поліетилен стійкий до нагрівання у вакуумі та атмосфері інертного газу. Під
дією сонячної радіації, особливо УФ променів, піддається фотостарінню (в якості
світлостабілізаторів використовується сажа, похідні бензофенолу). Поліетилен
практично нешкідливий; з нього не виділяються небезпечні для здоров'я людини
речовини.
Висновки
У висновках я б хотів зазначити, що
поліетилен є більш стійким, ніж ПЕТФ. Саме інертність поліетилену до дії
лужного середовища в даній ситуації є вирішальною перевагою над ПЕТ. Виходячи з
цього, я б рекомендував замінити даний матеріал під назвою поліетилентерефталат
на поліетилен, адже саме поліетиленова тара підходить для використання в даних
умовах.
Список використаної літератури
1. A.K. van der Vegt & L.E. Govaert,
Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5
<https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B5%D1%86%D1%96%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0:%D0%94%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%B0_%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3/9040723885>
. В. П. Кухар -Біоресурси потенціальна
сировина для промислового органічного синтезу
<http://www.nbuv.gov.ua/Portal/chem_biol/kin/07kvppos.pdf>
. Андрушків Б., Вовк І., Погайдак О.
Удосконалення економічного інструментарію пошуку нових ресурсів в умовах
пострадянського суспільства
<http://archive.nbuv.gov.ua/portal/soc_gum/Gev/2012_3/EC_A_MAN/012.pdf>
4. Деркач Ф.А. Хімія.- Л.: 1968