Поняття про штучні волокна на прикладі ацетатного волокна. Біологічне значення вуглеводів

II Семестр

Тема 4. ОКСИГЕНОВМІСНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

Урок 48

Тема уроку. Поняття про штучні волокна на прикладі ацетатного волокна. Біологічне значення вуглеводів

Цілі уроку: дати учням уявлення про класифікацію волокон; формувати знання про штучні волокна на прикладі ацетатного волокна; розвивати вміння учнів застосовувати отримані знання для складання рівнянь хімічних реакцій, розв’язання задач; показати значення для людини розвитку органічного синтезу на прикладі хімічних волокон різного призначення;

довести важливе біологічне значення вуглеводів та їхню роль у житті й діяльності людини.

Тип уроку: комбінований урок засвоєння знань, умінь і навичок і творчого застосування їх на практиці.

Форми роботи: семінар.

Обладнання: зразки штучних волокон і виробів з них.

ХІД УРОКУ

I. Організація класу

II. Перевірка домашнього завдання. Актуалізація опорних знань. Мотивація навчальної діяльності

Ви вже знайомі з матеріалами, виготовленими з натуральних волокон, – це бавовна, льон, шерсть, шовк.

Згадаймо походження натуральних волокон.

Для виробництва тканини люди з давніх-давен

використовували ті волокна, які давала їм природа, – волокна рослин і вовну тварин. З розвитком землеробства люди почали вирощувати бавовник і льон, які дають гарне й міцне волокно. Але натуральні волокна недостатньо міцні й вимагають складної технологічної обробки. І люди почали шукати більш дешеву сировину для виготовлення тканин.

Уже в XVII ст. англієць Роберт Гук висловив думку про можливості одержання штучного волокна. Однак промисловим шляхом штучне волокно для виготовлення тканин одержали лише наприкінці XIX ст. У Росії перший завод з виробництва штучного шовку став до ладу в 1913 р. у підмосковному місті Митищі.

Наразі все більше тканин виробляють з хімічного волокна. Рідко коли в гардеробі сучасної людини можна натрапити на річ, виготовлену виключно з натурального волокна. Сьогодні майже всі натуральні тканини містять добавки, що поліпшують їхні властивості.

III. Вивчення нового матеріалу

ПОЛІСАХАРИДИ: КРОХМАЛЬ, ЦЕЛЮЛОЗА

1. Розповідь учителя

Штучні волокна одержують із природних високомолекулярних сполук.

Сировиною для таких волокон є полімери, що трапляються в природі в готовій формі (целюлоза, білки). Штучне волокно являє собою тонку безперервну нитку. Тканина з такої пряжі має рівну гладеньку поверхню з чітким малюнком переплетення. Зі штучних волокон виробляють матеріали: ацетат, віскозу, штапель, модаль. Ці тканини приємні на дотик, тривалий час залишаються сухими й мають чудові повітропроникні властивості. Сьогодні, завдяки новітнім технологіям, тканини зі штучних волокон не лише не поступаються за своїми фізико-хімічними й експлуатаційними характеристиками натуральним тканинам, але і є їхньою гідною заміною.

Хімічні текстильні волокна одержують шляхом переробки різної за походженням сировини.

За цією ознакою вони поділяються на дві групи:

– штучні (віскозні, ацетатні, мідно-амоніакові);

– синтетичні (поліестерові, поліамідні, поліакрилонітрильні, еластанові).

Виробництво хімічних волокон поділяється на три етапи.

Етап І. Одержання прядильного розчину Для штучного волокна: розчинення целюлозної маси в лузі. Для синтетичного волокна: поєднання хімічних реакцій різних речовин.

Етап ІІ. Формування волокна Пропуск розчину крізь фільєри.

Кількість отворів у фільєрі – 24-36 тис. розчин твердне, утворюючи тверді тонкі нитки.

Етап ІІІ. Обробка волокна

Нитки промивають, сушать, крутять, обробляють високою температурою. Потім підбілюють, красять, обробляють розчином мила.

Прийнято таку класифікацію хімічних волокон залежно від виду вихідної сировини:

– штучне волокно (з природних полімерів): гідратцелюлозні, ацетилцелюлозні, білкові;

– синтетичне волокно (із синтетичних полімерів): карболанцюгові, гетероланцюгові.

Іноді до хімічних волокон зараховують мінеральні волокна, які одержують з неорганічних сполук (скляні, металеві, базальтові, кварцові).

Штучні волокна

– Гідратцелюлозні

1. Віскозні, ліоцел.

2. Мідно-амоніакові.

– Ацетилцелюлозні

1. Ацетатні.

2. Триацетатні.

– Білкові

1. Казеїнові.

2. Зеїнові.

Тканини зі штучних волокон

Зупинимося на деяких з них більш докладно.

Віскозне волокно

Сировиною для виробництва віскозного волокна є деревна целюлоза, одержувана з ялинових трісок і тирси плюс хімічні речовини. Віскозне волокно дуже схоже на волокно натурального шовку.

Змінюючи товщину, блиск, звивистість волокон, віскозній тканині можна надати вигляду шовку, бавовни, вовни. Віскозні волокна м’які, гладенькі, але менш міцні, ніж натуральний шовк. Віскоза краще, ніж бавовна, вбирає вологу, але має слабку пружність, тому тканини з цих волокон дуже мнуться.

Горять волокна швидко, рівно, полум’я яскраве, залишається запах паленого паперу. Після згоряння залишають попіл ясно-сірого кольору.

Ацетатне волокно

Сировиною для ацетатного волокна служать відходи бавовни плюс хімічні речовини. Ацетатні волокна погано вбирають вологу, мають більшу пружність, ніж віскоза, тому майже не мнуться й добре зберігають форму. Горить ацетатне волокно дуже повільно, жовтим полум’ям, залишаючи оплавлені кульки й кислуватий запах.

Синтетичні волокна – це волокна, які одержують шляхом синтезу з природних низькомолекулярних сполук (фенолу, етилену, ацетилену, метану та ін.) у результаті реакції полімеризації або поліконденсації переважно з продуктів переробки нафти, кам’яного вугілля й природних газів. Ці волокна мають хімічний склад, аналогічного якому не існує серед природних матеріалів. Поліамідне, поліефірне, поліакрилонітрильне – усе це синтетичні волокна.

Наразі завдяки застосуванню передових технологій синтетичним волокнам надають усе нових якостей, наприклад, використовуючи методи хімічної або механічної обробки. Найбільш популярними є такі волокна, як нейлон, акрил, поліамід, поліестер, спандекс, еластан. Розвиток промисловості зумовив чудові споживчі якості синтетичних волокон, що навіть перевершують натуральні.

Усі сучасні синтетичні матеріали мають такі цінні властивості, як здатність швидко вбирати й відводити конденсат, вологу від поверхні тіла. Досягається цей ефект за рахунок або структури використаних волокон, або спеціального плетива ниток. До того ж, сучасні синтетичні матеріали швидко сохнуть, дуже міцні й довговічні, легкі, практично не мнуться. Практика довела, що носіння одягу на основі синтетичних тканин дозволяє підвищити працездатність людини в екстремальних умовах.

Синтетичні волокна

(у дужках наведено торговельні назви)

– Карболанцюгові (містять у ланцюзі макромолекули виключно атоми Карбону)

1. Поліакрилонітрильні (нітрон, орлон, акрилан, кашмілон, куртель, дралон, вольпрюла).

2. Полівінілхлоридні (хлорин, саран, віньйон, ровіль, тевірон).

3. Полівінілспиртові (вінол, мтілан, вінілон, куралон, віналон).

4. Поліетиленові (спектра, дайнема, текмілон).

5. Поліпропіленові (геркулон, ульстрен, найден, мераклон).

– Гетероланцюгові (крім атомів Карбону містять у ланцюзі макромолекули атоми інших елементів)

1. Поліефірні (лавсан, терилен, дакрон, тетерон, елана, тергаль, тесіл).

2. Поліамідні (капрон, найлон-6, перлон, дедерон, амілан, анід, найлон-6,6, родіа-найлон, ніплон, номекс).

3. Поліуретанові (спандекс, лайкра, вайрін, еспа, неолан, спанцель, ворін).

Тканини із синтетичних волокон

Сировиною для виробництва синтетичних волокон є гази – продукти переробки кам’яного вугілля й нафти. У результаті складних хімічних реакцій одержують синтетичні волокна, що відрізняються одне від одного хімічним складом, властивостями, характером горіння.

Зупинимося на найпоширеніших з них.

1. Поліефірні волокна (лавсан, кримплен та ін.).

2. Поліамідні волокна (капрон, найлон).

3. Поліакрилонітрильні волокна (нітрон, акрил).

4. Еластанове волокно (лайкра, дорластан).

2. Стисла характеристика методів одержання

У промисловості хімічні волокна виробляють у вигляді:

– штапельних (різаних) волокон завдовжки 35-120 мм;

– джгутів і джгутиків (лінійна густина відповідно дорівнює 30-80 і 2-10 г/м);

– комплексних ниток (складаються з численних тонких елементарних ниток);

– монониток (діаметром 0,03-1,5 мм).

Перша стадія процесу виробництва будь-якого хімічного волокна полягає в приготуванні прядильної маси (формувального розчину або розплаву), яку, залежно від фізико-хімічних властивостей вихідного полімеру, одержують шляхом розчинення його у відповідному розчиннику або переведення його в розплавлений стан.

Одержаний грузлий формувальний розчин ретельно очищують багаторазовим фільтруванням і видаляють тверді часточки й бульбашки повітря. За потреби розчин (або розплав) обробляють додатково: додають барвники, залишають для “дозрівання” (вистоювання) та ін. Якщо кисень повітря може окислити високомолекулярну речовину, то “дозрівання” здійснюють в атмосфері інертного газу.

Друга стадія полягає у формуванні волокна. Для цього розчин або розплав полімеру з допомогою спеціального дозувального пристрою подається в так званий фільєр. Фільєр являє собою невелику посудину з міцного теплостійкого й хімічно стійкого матеріалу з плоским дном, що має велику кількість (до 25 тис.) дрібних отворів, діаметр яких може коливатися від 0,04 до 1,0 мм.

У процесі формування волокна з розплаву тонкі його струмінці потрапляють крізь отвори фільєра в спеціальну шахту, де вони охолоджуються потоком повітря і тверднуть. якщо формування волокна здійснюється з розчину полімеру, то можуть бути застосовані два методи: сухе формування, коли тонкі струмки надходять у нагріту шахту, де під дією циркуляції теплого повітря розчинник звітрюється, а струмки тверднуть у волокна; мокре формування, коли струмки розчину полімеру з фільєра потрапляють у так звану осадову ванну, у якій під дією різних хімічних речовин, що містяться в ній, струмки полімеру тверднуть у волокна.

У всіх випадках формування волокна проводиться під натягом. Це робиться для того, щоб орієнтувати (розташувати) лінійні молекули високомолекулярної речовини вздовж осі волокна. якщо не зробити цього, то волокно буде значно менш міцним. Для підвищення міцності волокна його зазвичай додатково витягують після того, як воно частково або остаточно ствердне.

Після формування волокна збираються в пучки або джгути, що складаються з багатьох тонких волокон. Готові нитки намотують на котушки або шпулі.

3. Повідомлення учнів про штучні волокна та їх одержання

4. Повідомлення учнів про біологічну роль вуглеводів

IV. Первинне застосування одержаних знань

Керована практика

V. Підбиття підсумків уроку

¦ Які нові поняття ви вивчили сьогодні на уроці?

¦ Яке практичне значення для вас становлять отримані сьогодні знання?

Підбиваємо підсумки уроку, оцінюємо роботу учнів на уроці.

VI. Домашнє завдання

Опрацювати матеріал параграфа, відповісти на запитання до нього, виконати вправи.

Підготуватися до практичної роботи № 3.