Пластмассы в автомобилях: полимеризация и утилизация

1. Полимеризация: пластик для автомобильных фар
2. Студенческая работа лист 1: синтез прозрачного полимера
3. Инструменты для каждой группы
4. Принцип безопасности
5. процедура
6. Восстановление пластика с автомобилей
7. Рабочий лист студента 2: восстановление пластика в классе
8. Материалы на группу
9. Принцип безопасности
10. процедура

Перевод Катаржины Бадуры.

Какие виды пластмасс используются для сборки автомобиля? Как они синтезируются и восстанавливаются? Марлен Рау и Питер Нентвиг представляют оба процесса, описанные в проекте «Химия в контексте».

Изображение предоставлено
Нико Гвидо / iStockphoto

Многие подростки интересуются автомобилями, которые содержат много разных пластиков: полимеры из масла или возобновляемые материалы. Интерес к автомобилям можно использовать для ознакомления с темой пластмасс и полимеров, например, на уроках органической химии.

Пусть ваши ученики посмотрят на несколько машин. Что они уже знают о пластиках, используемых в конструкции этих автомобилей? Что бы вы хотели узнать еще? Они могут классифицировать свои идеи в зависимости от различных частей автомобилей (см. Ниже, таблица 1).

Таблица 1: Использование пластмасс в автомобилях

• Делают ли пластмассы автомобили более экологичными? (снижение расхода топлива, восстановление пластиковых деталей)
• Прозрачные фары и задние фонари
• Летняя и зимняя резина
• Сильные ремни безопасности
• Термостойкие пластмассы, расположенные рядом с двигателем
• Пены в автокреслах

Важно, чтобы отдельные строительные элементы автомобиля должны соответствовать определенным требованиям (например, ремни безопасности должны быть прочными, но пружинящими), что означает, что материалы, из которых они изготовлены, должны иметь определенные характеристики (например, материал не легко рвется) и поэтому они должны быть строго определены (например, поли (этилентерефталат)). Если студенты сами не приходят к такому выводу, спросите их, почему одного типа пластика недостаточно для сборки автомобиля.

Упражнения, представленные в этой статье, касаются двух вопросов из списка, представленного в Таблица 1 : пластик, используемый в конструкции задних фонарей и способ, которым этот материал извлекается из автомобилей. Каждое из упражнений включает в себя рабочий лист и набор необходимой предметной информации. Эти задания предназначены для более продолжительной части урока (см. В рамка ), подходит для группы студентов в возрасте 16 лет, которые будут работать в небольших группах из двух или трех человек. Возьмите один или два 45-минутных урока для каждого задания.

Полимеризация: пластик для автомобильных фар

Изображение предоставлено
BASF 1998

Автомобильные фары имеют пластиковые крышки, которые позволяют им оставаться сухими и чистыми, а также - в некоторых случаях - придавать им цвет (например, красные задние фонари и оранжевые мигалки). Материал, используемый для этой цели, должен быть прозрачным, ярким, красочным, легким в формировании и относительно твердым. В этом упражнении мы поговорим о синтезе пластика, который используется в производстве автомобильных ламп. Это будет поли (метилметакрилат), также называемый ПММА.

Полиметилметакрилат широко известен как акриловое стекло или оргстекло и относится к группе пластмасс, называемой полимеризатами. Их основные особенности включают в себя тот факт, что в мономерной базовой единице имеется одна или две двойные связи. Под влиянием свободных радикалов (молекул, имеющих свободные неспаренные электроны) эти звенья превращаются в длинноцепочечные макромолекулы посредством реакции свободнорадикальной полимеризации.

Свойства макромолекул зависят от того, с какой стороны находятся цепи, что, в свою очередь, зависит от используемых мономеров. Используя различные мономеры для реакции формования полимерных пластиков, мы можем производить пластмассы, пригодные для производства различных пластиковых элементов. Например, толстые боковые цепи в ПММА препятствуют кристаллизации вещества во время создания кристаллических структур, которые могут вызвать рассеивание света. Вместо этого такие аморфные пластики являются прозрачными, что делает их идеальными заменителями стекла: более яркими, мягкими и менее подверженными раздавливанию.

Мы можем представить реакцию свободнорадикальной полимеризации с использованием, например, автомобильного топливного бака, изготовленного из полиэтилена. Полиэтилен образуется из этиленовых мономеров (этилен, C2H4) в реакции, инициированной перекисью бензоила. При нагревании до 90 ° С пероксид бензоила распадается на два свободных радикала. В тот момент, когда такой свободный радикал связывается с молекулой этена, он разрывает двойную связь, присутствующую в ней, и, таким образом, образуется новый, больший свободный радикал. Таким образом, начинается цепная реакция, которая прекращается только тогда, когда два свободных радикала реагируют друг с другом.

мономер

полимер

Таблица 2: Формирование пластика в процессе полимеризации
Изображение предоставлено Лейбницким научно-математическим институтом

Eten

полиэтен

пропен

полипропилен

Винилхлорид

Поливинилхлорид

стирол

полистирол

акрилонитрил

полиакрилонитрила

Метиловый эфир метакриловой кислоты

Поли (метилметакрилат)

Tetrafluoroetlen

политетрафторэтилен

В нашем эксперименте мы использовали бензоилпероксид для инициирования аналогичного процесса: вместо того, чтобы использовать этен для синтеза полиэтилена, мы будем использовать метил 2-метилпропеноат для получения поли (метилметакрилата)

Студенческая работа лист 1: синтез прозрачного полимера

материалы

Изображение предоставлено
Научный институт Лейбница
и математическое образование

• Метил 2-метилпропеноат (также известный как метилметакрилат; C5H8O2)
• Перекись бензоила (C14H10O4)
• Красный суданский краситель
• вода
• Ацетон (пропанон, C3H6O)

Инструменты для каждой группы

• вес
• горелка
• пробирка
• мерный стакан
• Часы стекло
• шпатель
• пипетка
• Алюминиевый контейнер после обогревателя

Принцип безопасности

Используйте перчатки и защитные очки и работайте под капюшоном. Метил 2-метилпропеноат, бензоилпероксид и ацетон являются легковоспламеняющимися; кроме того, ацетон является раздражителем. Поэтому все эти вещества следует использовать с особой осторожностью. Избыток красного суданского красителя нельзя выливать в канализацию.

Также проверьте общие правила безопасности ,

процедура

Изображение предоставлено
Научный институт Лейбница
и математическое образование

1. Взвесьте 0,2 г бензоилпероксида в пробирку.
2. Добавляют 10 мл метил 2-метилпропеноата
3. Чтобы окрасить пластик, который вы хотите получить, добавьте немного красного суданского красителя (достаточно, чтобы покрыть кончик шпателя)
4. Поместите пробирку в полный химический стакан на 90 ° C и поместите ее на горелку, см. Рисунок 3 ниже.

Реакция займет около 20 минут, после чего вы заметите, что раствор станет более вязким. А пока читайте информацию под заголовком « Полимеризация: пластик для автомобильных фар и опишите механизм свободнорадикальной полимеризации метил 2-метилпропеноата.

1. Перенесите раствор в алюминиевый контейнер после нагревателя.

Если пластик начинает затвердевать в пробирке, вы можете снова растворить его, добавив ацетон. Затем вы можете продолжить эксперимент, как описано, выделив больше времени на испарение ацетона.

1. Накройте контейнер после нагревателя стеклом для часов, таким образом сохраняя высокую температуру пластика, что ускоряет его установку.
2. Оставьте поли (метилметакрилат) на 24 часа, чтобы полностью сконцентрироваться, затем вытяните его из алюминиевого контейнера.

Как бы вы проверили свойства вашего пластика?

Восстановление пластика с автомобилей

Изображение предоставлено
Научный институт Лейбница
и математическое образование

В этом упражнении учащиеся сначала научатся извлекать пластик из автомобилей, а затем попробуют себя в процессе восстановления, превратив пластиковую бутылку в кусок пластика.

Что происходит, когда мы перестаем пользоваться машиной? Могут прийти в голову стопки ржавых автомобилей и старые шины для хранения, но на самом деле многие автомобильные детали перерабатываются для извлечения ценных материалов, в частности металлов.

Автомобильный пластик также может быть переработан одним из трех способов: как химический, так и топливный.

1. Автомобили могут быть отремонтированы с использованием старых деталей, таких как крылья. Со временем свойства пластика меняются, что снижает их удобство для повторного использования: например, солнечное излучение делает пластик более хрупким. К счастью, некоторые пластиковые элементы можно расплавить и превратить в изделия, для которых рекомендации по качеству ниже, например, брусья или садовые скамейки.
2. В результате некоторых химических реакций некоторые полимеры могут быть разделены на мономерные молекулы, которые затем могут быть использованы в новых процессах синтеза. Пластмассы могут быть использованы для производства других соединений, используемых в химической промышленности, например, одна тонна специальных пластмасс позволяет получать 600 кг метанола, который является не только важным продуктом для пластмассовой промышленности, но также используется в качестве источника энергии в виде топлива.
3. Измельченный пластик может быть непосредственно использован в качестве топлива, заменяя нефть и уголь, например, на электростанции с использованием вторичных материалов. Он также может быть использован вместо угля в печи чугуна (смотреть Рис. 4 ).

Рабочий лист студента 2: восстановление пластика в классе

Изображение предоставлено
Гиппократ / iStockphoto

Материалы на группу

• Горелка Бунзена
• Штатив из проволочной сетки
• Формочки для печенья различной формы
• Алюминиевая фольга
• нож
• Пластиковые отходы (желательно ПЭТ бутылки с минеральной водой)
• Набор красителей

Принцип безопасности

работать с защитными очками и под капотом. Не допускайте прямого контакта пламени с пластиком. Будьте осторожны, чтобы не порезаться.

Также проверьте общие правила безопасности ,

процедура

1. Используйте нож, чтобы раздробить пластик на мелкие фрагменты.
2. Положите дно и стенки формы для кекса фольгой, а затем заполните их измельченным пластиком до высоты 0,5 см. Если вам это нравится, попробуйте добавить небольшое количество dyegmx.a.
3. Поместите формы на штатив над горелкой Бунзена и медленно нагревайте их, пока пластик не расплавится.
4. Как только он остыл, удалите пластмассу из формы и удалите пластмассу.

Сравните свойства пластика до и после процесса восстановления. Какие выводы вы можете сделать о процессе восстановления пластика?

Внутри группы обсудите три метода восстановления, описанные под заголовком « Восстановление пластика из машины и сравните возможные приложения. Подумайте о результатах вашего эксперимента: какое применение можно найти для восстановленного вами пластика?

Похожие

Комментарии