На основному етапі реалізується профільно-орієнтаційний курс, що передбачає більш змістовний діалог зі школярами про можливі шляхи продовження освіти після закінчення основної та старшої школи, про шляхи досягнення успіху в післяшкільної життя. Також в ході вивчення курсу кожен учень за допомогою викладача або педагога - психолога конкретизує, які пріоритетні фактори впливають саме на його індивідуальний вибір після закінчення основної школи.
На заключному етапі профільної орієнтації передбачається повторне використання діагностичних матеріалів (або їх окремих елементів), які застосовувалися на пропедевтическом етапі, а також рефлексивне осмислення результатів вивчення інших елективних курсів передпрофільне підготовки. Іншими словами, досвід вивчення елективних курсів, виконання проектних робіт, проходження соціальних практик повинен виконувати роль не тільки складання індивідуальної колекції досягнень, але й інструмента самоідентифікації та самопрезентації в різних варіантах продовження освіти [14].
Профільне навчання передбачає можливість для кожного учня навчатися за індивідуальним навчальним планом, який будується на основі базисного плану і включає наступні основні блоки:
- Базові загальноосвітні предмети, які є обов'язковими для всіх учнів у всіх профілях навчання;
- Профільні загальноосвітні предмети, що включають предмети підвищеного рівня, що визначають спрямованість кожного конкретного профілю навчання, які є обов'язковими для учнів, що вибрали даний профіль (наприклад, фізика, хімія, біологія - профільні предмети у природничо - науковому профілі);
- Елективні курси, обов'язкові курси за вибором учнів, які визначаються профілем навчання. Вони реалізуються за рахунок часу, відведеного на компонент освітньої установи.
Зміст перших двох блоків навчальних предметів визначається федеральним компонентом державного стандарту загальної освіти і контролюється ЄДІ [9].
Курси за вибором відіграють важливу роль у системі профільного навчання на старшій ступені школи. На відміну від факультативних курсів, що існують у школі в даний час, елективні курси в рамках профільного навчання обов'язкові. Кількість елективних курсів у складі профілю повинна бути надмірною у порівнянні з курсами, які зобов'язані вибрати учні. За елективний курсам ЄДІ не проводиться. Приблизне співвідношення базових загальноосвітніх, профільних загальноосвітніх предметів і елективних курсів визначається пропорцією 50:30:20.
Отже, створення елективних курсів - найважливіша частина забезпечення профільного навчання [6].
I. 2. Класифікація елективних курсів
Можна виділити наступні типи елективних курсів з хімії:
1. предметні курси, мета яких - поглиблення і розширення змісту профільного загальноосвітнього курсу хімії.
1. 1. курси підвищеного рівня, спрямовані на поглиблене вивчення всіх розділів предмета «хімія» та узгоджені з основною програмою як тематично, так і за часом.
1. 2. спецкурси, в яких поглиблено вивчаються окремі розділи профільного курсу хімії, що входять до обов'язкової програми предмета (наприклад, «Будова і властивості органічних сполученні», «Хімія полімерів», «Хімічна технологія»). Обрана тема вивчається більш глибоко, ніж ця ж тема в рамках курсів підвищеного рівня.
1. 3. спецкурси, в яких поглиблено вивчаються окремі розділи основного курсу хімії, не входять до обов'язкової програми («Квантова хімія», «Хімія плазми», «Ядерна реакція», «Комплексні сполученні»).
1. 4. прикладні елективні курси, мета яких - ознайомлення учнів з найважливішими і методами застосування знань на практиці, розвиток інтересу учнів до сучасної техніки і виробництва («Хімія в сільському господарстві», «Хімія в побуті», «Хімія у вирішенні проблем навколишнього середовища»).
1. 5. елективні курси, в яких вивчаються хімічні методи пізнання природи («Методика і техніка хімічного експерименту», «Квантово - хімічне моделювання», «Як робляться відкриття», «Математичні методи і моделі в хімії»).
1. 6. елективні курси, присвячені історії хімії («Сучасні проблеми хімії», «Історія органічної хімії», «Нобелівські премії з хімії»).
1. 7. елективні курси, змістом яких є складання і рішення задач з хімії («Рішення олімпіадних завдань з хімії», «Експериментальні задачі з хімії», «Завдання з хімії з практичним змістом з хімії»).
2. Міжпредметні елективні курси, що забезпечують інтеграцію знань учнів про природу і суспільство («Алхімія як феномен культури», «Сталий розвиток і хімія», «Екологічна хімія», «Хімія і здоров'я», «Економіка хімічної промисловості», «Природно - наукова картина світу »).
3. Курси за вибором з предметів, що не входять до базового навчального плану, але підтримують їх вивчення, соціалізацію, професійне самовизначення учнів (наприклад, «Світ професій», «Ефективна поведінка в конфлікті», «Інформаційна культура і мережевий етикет») [5].
Курси за вибором повинні допомогти у вирішенні двох найважливіших завдань. Перша з них - створення умови для того, щоб учень утвердився в зробленій ним виборі напрямку подальшого навчання, пов'язаного з певним видом професійної діяльності, або відмовився від нього.
Вибір п'ятнадцятирічним людиною життєвого шляху і пов'язаний з цим вибір профілю навчання дуже часто є не остаточним. Найчастіше в цьому віці школяр точно знає те, що йому не подобається, чим він майже напевно займатися не буде. Відповісти ж на це питання щодо того, чим, власне, він хоче займатися в житті, він не може - він прости ніколи не пробував (не мав можливості) серйозно зайнятися гуманітарними науками чи, наприклад, лінгвістикою. Одним словом, не було в учня в навчальному плані місця для проб і помилок. Цим місцем можуть і повинні стати елективні курси певного виду. Цей вид елективних курсів називається «пробні».
Аналогом пробних елективних курсів можна вважати ту частину колишніх факультативів, програми яких були орієнтовані на знайомство з видами діяльності, характерними для людини, що працює в тій чи іншій освітній галузі. Різниця полягає лише в тому, що факультативи вивчалися не всіма і після уроків, а елективні курси для всіх і є складовою частиною індивідуального плану учня.
Друге завдання - допомогти старшокласнику, яке здійснило початковий вибір освітньої галузі для більш ретельного вивчення, побачити різноманіття видів діяльності, пов'язаних з нею.
Припустимо, учень утвердився в думці, що він повинен освоювати програму філологічного класу. Але ким він буде - журналістом, літературним критиком або коректором, він поки не вирішив. Для подібного рішення у нього немає поки що підстав, реального досвіду для рефлексії. У вирішенні цієї проблеми також можуть допомогти елективні курси певного виду. Курси за вибором даного виду називаються «орієнтаційні» [15].
I. 3. Психолого-педагогічні вимоги до розробки елективних курсів
Вимоги до навчальних видань для профільного навчання спрямовані на реалізацію особистісно орієнтованого підходу до навчання і виховання, на створення умов для самоосвіти та творчої роботи учнів. Сформулюємо основні вимоги, якими слід керуватися при розробці елективних курсів.
В основу розробки курсу повинні бути покладені принципи, що відповідають логіці відбору та реалізації змісту особистісно орієнтованої освіти. Це:
1. систематизація, виділення «базового ядра» інформації з тієї чи іншої галузі професійної діяльності, зміст якої підлягає дидактичної трансформації;
2. цілепокладання, створення цільового проекту;
3. трансформація змісту професійної діяльності на дидактичні об'єкти;
4. проектування технології вивчення курсу;
5. інструменталізація, оформлення відібраного змісту і технології його освоєння у вигляді програм, навчальних і методичних видань.
Місце курсу в освітньому процесі
При розробці змісту та навчально-методичної системи елективного курсу необхідно чітко позначити місце курсу в співвідношенні з загальноосвітніми та базовими профільними предметами. Важливо показати, які Міжпредметні зв'язки реалізуються при вивченні елективного курсу, які загальнонавчальні, профільні та спеціальні (хімічні) вміння та навички при цьому розвиваються, яким чином створюються умови для активізації пізнавального інтересу учнів, професійного самовизначення.
Цілі і завдання вивчення курсу бажано формулювати в термінах, зрозумілих і вчителю, і учням. З метою вказується, для чого вивчається курс, які освітні потреби від задовольняє. Відповідно до цілей ставляться завдання вивчення курсу: що необхідно для досягнення цілей, над чим конкретно треба працювати і вчителеві і учням при вивченні курсу.
Відбір змісту елективного курсу повинен здійснюватися на основі як морфологічного, так і функціонального аналізу. У ході морфологічного аналізу з'ясовується взаємозв'язок предметного змісту елективного курсу та змісту базових та профільних курсів з культурознавчої, компетентнісної, наукової та професійної точок зору. Функціональний аналіз визначає функції навчального змісту: опис досліджуваних об'єктів, процесів і явищ, їх якісне пояснення; осмислення, як на теоретичному, так і на рівні практичного перетворення дійсності.
Таким чином, при відборі змісту вирішуються такі питання: які факти, поняття, уявлення, ідеї, принципи і цінності повинні пропонуватися для розкриття і засвоєння навчального предмета; які вміння та навички, методи та види діяльності, а також досвід їх освоєння будуть сформовані; для яких хімічних професій (прикладних областей хімії) корисні формуються вміння і навички; які розділи і з яких шкільних курсів повинні бути освоєні (як учнями, так і вчителем) попередньо, перед початком вивчення елективного курсу; у вигляді яких матеріалів реалізується зміст курсу (навчальний посібник , робочий зошит для учнів, методичний посібник для вчителя, хрестоматія, електронні та мультимедійні посібники, Інтернет - ресурси і т. п.).
Методи і форми навчання повинні визначатися вимогами профілізації навчання, врахування індивідуальних особливостей учнів, розвитку і саморозвитку особистості. Провідне місце в профільному навчанні слід відвести методам проблемного, практичного та дослідницького характеру, стимулюючим пізнавальну активність учнів. Це дискусії, експерименти, навчальні проекти, робота в творчих майстернях. Значною повинна бути частка самостійної роботи з різними джерелами навчальної інформації.
При визначенні форм організації навчальних занять слід виходити насамперед із специфічних цілей курсу. Оскільки, в принципі, не виключається вивчення елективного курсу навіть одним учням, необхідно передбачити варіанти вивчення як в колективних, так і в індивідуально - групових формах. Важливо передбачити використання таких методів і форм навчання, які давали б уявлення учням про умови і процесах майбутньої професійної діяльності у відповідності з обраним профілем навчання, тобто в якій - то мірі моделювати ці процеси.
Тематичний план включає в себе основний зміст всіх розділів і тем курсу з розподілом навчального часу. Окремо виділяються практичні та лабораторні роботи, екскурсії, робота над учбовими проектами і ін
Підбираються додаткові навчальні матеріали: література для вчителя і для учнів (основна і додаткова), електронні видання (компакт - диски, навчальні комп'ютерні програми), Інтернет - ресурси.
Важливим елементом методичного забезпечення елективного курсу є визначення очікуваних результатів вивчення курсу, а також способів їх діагностики та оцінки. Очікуваний результат вивчення курсу - це відповідь на питання: які знання, вміння, досвід, необхідні для побудови індивідуальної освітньої траєкторії в школі і подальшої професійної діяльності, будуть отримані, які види діяльності будуть освоєні і які цінності будуть запропоновані для засвоєння? Результати мають бути значущими в першу чергу для самих учнів, що необхідно для забезпечення привабливості курсу на етапі первинного знайомства з ним і його вибору школярами.
Не менш важливо продумати систему контролю рівня досягнень учнів та критерії оцінки. Необхідно розробити форми проміжного контролю та підсумкової залікової роботи з курсу [5].
I. 4. Аналіз шкільних навчально-методичних комплектів з теми «Полімери»
Тема «Полімери» підручників Р. Г. Іванової, Л. С. Гузєєв, О. С. Габрієляна розглядається в 11 класі. Однак у підручнику О. С. Габрієляна цей матеріал представлений також у 9 класі і в 10 класі. Відразу слід зазначити, що підручники Л. С. Гузьо та О. С. Габрієляна багаторівневі і розраховані як базового рівня, так і для шкіл природно - наукового профілю.
У підручнику Р. Г. Іванової (11 клас) [7] знайомство з основними поняттями теми «Полімери» починається з § 45 «Загальні поняття про синтетичні полімери». Далі матеріал викладається наступним чином:
§ 46. «Синтез полімерів»
§ 47. «Пластмаси»
§ 48. «Синтетичні волокна»
§ 49. «Синтетичні каучуки»
З цього розділу пропонуються лабораторні досліди:
Досвід 10. «Вивчення властивостей поліетилену»
Досвід 11. «Вивчення властивостей полівінілхлориду»
Досвід 12. «Вивчення деяких властивостей капрону і лавсану»
Таким чином, на вивчення даного матеріалу в підручнику Р. Г. Іванової відводиться 17 сторінок і пропонуються 3 лабораторні роботи. Виходячи з програми курсу хімії для 8 - 11 класів початкової і середньої (повної) загальноосвітньої школи авторів Р. Г. Іванової та др.следует, що на вивчення теми «Полімери» відводиться 5 годин, з урахуванням того, що навчання хімії в 11 класі за підручником Р. Г. Іванової розраховано по 2 години на тиждень (всього 68 годин).
Підручник 11 класу Л. С. Гузей та ін [4] присвячений хімії органічних сполук. Тема «Полімери» представлена ​​в цій книзі главою 42 «Високомолекулярні речовини». Вивчення даного матеріалу побудовано таким чином:
§ 42. 1. ВМС
§ 42. 2. Будова ВМС
§ 42. 3. Фізичні властивості ВМС
Практичні заняття, запропоновані з цього розділу:
Практичне заняття № 9. «Дослідження властивостей пластмас»
Практичне заняття № 10. Дослідження властивостей синтетичних волокон в порівнянні з натуральними і штучними »
Практичне заняття № 11. Розпізнавання пластмас і волокон
Лабораторні досліди:
Досвід № 10. Ознайомлення з природними та хімічними волокнами
Досвід № 11: Вивчення властивостей термопластичних полімерів
У цьому підручнику також природні полімери як крохмаль, глікоген і клітковина (целюлоза), а також біополімери розглянуті главою раніше, тобто в главі 41 «Гетероциклічні сполуки». З цього розділу пропонується один лабораторний досвід:
Досвід № 9 «Взаємодія крохмалю з йодом, гідроліз крохмалю».
На вивчення даної теми в підручнику Л. С. Гузьо для глави 41 відводиться 12 сторінок, а для глави 42 - 13 сторінок; також запропоновані три лабораторних досвіду та три практичних роботи.
Оскільки підручник Л. С. Гузьо є дворівневим, то й програма курсу хімії для 8 - 11 класів загальноосвітніх установ передбачає різну кількість годин на вивчення цих тем:
А. На тему «Гетероциклічні сполуки» відводиться 6 / 8 годин;
Б. На тему «Високомолекулярні речовини» 4 / 5 годин, з урахуванням того, що навчання в 11 класі по цьому підручнику розраховано на:
1. 2 години на тиждень (всього 70 годин) - базовий рівень;
2. 3 години на тиждень (всього 103 години) - для поглибленого вивчення;
У підручниках О. С. Габрієляна [1] вивчення теми «Полімери» починає висвітлюватися в 9 класі у розділі «Органічні речовини» з § 40 «Амінокислоти і білки». Далі в § 41 «Вуглеводи» йдеться про природні полімерах, крохмалі та целюлозі, і закінчується вивчення даної теми § 42 «Полімери».
Практичні роботи:
Практична робота № 12 «Розпізнавання пластмас»
Практична робота № 13 «Розпізнавання волокон»
Отже, у підручнику О. С. Габрієляна на тему «Полімери» відводиться 15 сторінок і пропонується дві практичні роботи.
Програмою курсу хімії для 9 класу автора О. С. Габрієляна на вивчення глави «Органічні речовини», в яку входить розглянута нами тема «Полімери», відводиться 15 годин. Навчання розраховане на 2 години на тиждень (всього 68 годин).
У підручнику 10 класу О. С. Габрієляна [2] тема «Полімери» представлена ​​главою третьої «Штучні та синтетичні органічні речовини». Вивчення побудовано таким чином:
§ 21 «Штучні полімери»
§ 22 «Синтетичні органічні речовини»
Практична робота № 2 «Розпізнавання пластмас і волокон»
Весь навчальний матеріал викладається на 12 сторінках і закріплюється однієї практичною роботою.
Програмою курсу хімії для 10 класу автора О. С. Габрієляна на тему «Штучні та синтетичні органічні речовини» відводиться 4 години. Навчання розраховане на 2 години на тиждень (всього 68 годин).
У підручнику 11 класу О. С. Габрієляна [3] тема «Полімери» представлена ​​в розділі «Будова речовини». § 10 «Полімери». З цього матеріалу пропонується практична робота.
На вивчення даної теми відводиться 13 сторінок і одна практична робота.
Програмою курсу хімії 11 класу авторів О.С. Габрієляна і інших на вивчення теми «Будова речовини», в яку входить і вивчення полімерів відводиться 11 годин. Навчання розраховане на 2 години на тиждень (всього 68 годин).
Закінчуючи, хотілося б відзначити, що розподіл навчальних годин на вивчення теми «Полімери» у програмах різних авторів максимум 5 годин від загального часу. Деякі практичні та лабораторні роботи дуже схожі в різних підручниках, а часом і однакові, наприклад у автора Л.С. Гузель (11 клас) і О.С. Габрієляна (9, 10 клас). Таким чином, можна зробити висновок про те, що розробка елективного курсу по даній темі є актуальною.

РОЗДІЛ II. РОЗРОБКА ШКІЛЬНОГО Курси за вибором «ПОЛІМЕРИ НАВКОЛО НАС»
II. 1. Програма курсу профільної орієнтації для учнів 9 класу в рамках передпрофільне підготовки з курсу «Полімери навколо нас»
Пояснювальна записка
Програма елективного курсу «Полімери навколо нас» призначена для передпрофільне підготовки учнів 9 класу з орієнтацією на хіміко - біологічний профіль.
Об'єктивна основа формування фундаментального освітнього курсу «Полімери навколо нас» полягає в тому, що полімерне стан - особлива форма існування речовин, яка в основних фізичних та хімічних проявах якісно відрізняється від низькомолекулярних речовин. Тому головна увага в курсі приділяється розгляду основних властивостей високомолекулярних сполук відмінних від властивостей низькомолекулярних речовин. З одного боку, великі розміри і ланцюгове будова макромолекул зумовлюють появу ряду важливих специфічних властивостей, які визначають практичну цінність полімерів як матеріалів, а також їх біологічне значення. З іншого боку, хімічні перетворення і синтез полімерів здійснюється в результаті ряду звичайних хімічних реакцій, добре відомих з органічної хімії низькомолекулярних сполук. Проте участь в цих реакціях макромолекул, макрорадикалів, макроіонов вносить якісно нові аспекти в розгляд звичайних хімічних реакцій.
Даний освітній курс розширює та поглиблює базовий компонент хімічної освіти, забезпечує інтеграцію інформації хімічного і біологічного характеру. Він дозволить повніше врахувати інтереси і професійні наміри старшокласників, і, отже, зробити навчання більш цікавим для учнів, отримати більш високі результати.
Основні цілі елективного курсу:
1. Знайомство учнів з основами науки про полімери і її найважливішими практичними додатками.
2. Надання допомоги у виборі профілю подальшої освіти.
Завдання курсу
1. дати уявлення про полімери, їх будову, властивості та застосування;
2. розвивати спеціальні уміння та навички поводження з речовинами, вчити виконувати нескладні дослідження, дотримуючись правил її безпеки;
3. надати учням можливість реалізувати інтерес до хімії та застосувати знання про високомолекулярних речовинах в повсякденному житті;
4. розвивати загальнонавчальні вміння учнів: вміння працювати з науково - популярної і довідковою літературою, порівнювати, виділяти головне, узагальнювати, систематизувати матеріал, робити висновки;
5. розширити кругозір учнів;
Елективний курс розрахований на 16 годин. Програмою передбачено вивчення теоретичних питань, проведення практичних робіт, екскурсії.
Зміст курсу
Введення (1 ч.)
Загальні поняття про низькомолекулярних і високомолекулярних з'єднаннях (ВМС). Унікальні властивості полімерів. Природні і синтетичні полімери.
Тема 1. Будова полімерів (1 ч.)
Основні поняття: мономер, структурна ланка, ступінь полімеризації, молекулярна маса. Класифікація полімерів.
Тема 2. Синтез полімерів (2 ч.)
Реакція полімеризації. Радикальна полімеризація. Ініціатори. Механізм радикальної полімеризації. Інгібітори та регулятори радикальної полімеризації. Іонна полімеризація. Отримання і властивості ПЕНД і ПЕВТ. Реакція поліконденсації.
Тема 3. Фізичні властивості полімерів (2 ч.)
Кристалічні і аморфні області в полімері. Три фізичні стану аморфних полімерів (стеклообразное, високоеластичний та в'язкотекучий). Механічні властивості полімерів.
Тема 4. Волокна (1 ч.)
Природні, синтетичні, штучні волокна і їх характеристика. Отримання віскозного і ацетатного волокон. Виробництво капрону.
Тема 5. Пластмаси (2 ч.)
Поняття пластмас. Термопласти. Реактопластів. Екскурсія на «Фабрику іграшок».
Лабораторний практикум (3 ч.)
Практична робота 1. «Дослідження властивостей синтетичних волокон в порівнянні з натуральними і штучними», практична робота 2. «Дослідження властивостей пластмас».
Конференція (2 ч.). Отримання і застосування найбільш важливих синтетичних та природних полімерів.
Тема 6. Біополімери (1 ч.) Білки, полісахариди. Нуклеїнові кислоти.
Лабораторний практикум (1 ч.)
Практична робота 3. «Взаємодія крохмалю з йодом. Гідроліз крохмалю ».
Заліковий заняття (1 ч.)
II. 2. Тематичне планування навчального матеріалу курсу «Полімери навколо нас»
Заняття 1. Введення.
Загальні поняття про низькомолекулярних і високомолекулярних з'єднаннях (ВМС). Унікальні властивості полімерів. Природні і синтетичні полімери.
Форма заняття: лекція.
Освітній продукт: таблиця «Природні, синтетичні і штучні полімери» ».
Заняття 2. Основні поняття: мономер, структурна ланка, ступінь полімеризації, молекулярна маса. Класифікація полімерів за будовою макромолекули, з геометрії скелета, за характером розташування ланок, по природі атомів основного ланцюга, за характером розміщення елементарних ланок, по величині деформації, за способом переробки. ВМС у виробі.
Форма заняття: лекція.
Освітній продукт: опорний конспект, схема «Класифікація полімерів».
Заняття 3. Реакція полімеризації. Радикальна полімеризація. Фотохімічне ініціювання. Кінетика і механізм радикальної полімеризації.
Форма заняття: лекція.
Освітній продукт: опорний конспект.
Заняття 4. Іонна полімеризація. Отримання і властивості ПЕНД І ПЕВТ. Реакція поліконденсації.
Форма заняття: лекція, групова робота.
Освітній продукт: опорний конспект.
Заняття 5. Фізичні властивості. Кристалічні і аморфні області в полімері. Три фізичні стану аморфних полімерів. Механічні властивості полімерів.
Форма заняття: лекція
Освітній продукт: опорний конспект, тези.
Заняття 7. Природні, синтетичні, штучні волокна і їх характеристика. Отримання віскозного і ацетатного волокон. Виробництво капрону.
Форма заняття: лекція.
Освітній продукт: опорний конспект, таблиця «Волокна».
Заняття 8. Поняття пластмас. Термопласти. Реактопластів.
Форма заняття: екскурсія.
Освітній продукт: звіт про екскурсію.
Заняття 9. Практична робота 1 «Дослідження властивостей синтетичних волокон в порівнянні з натуральними і штучними».
Освітній продукт: звіт.
Заняття 10. Практична робота 2 «Дослідження властивостей пластмас».
Освітній продукт: звіт.
Заняття 11 - 12. Отримання і застосування найбільш важливих синтетичних та природних полімерів.
Форма заняття: конференція.
Освітній продукт: доповідь.
Введення.
У залежності від величини відносної молекулярної маси виділяють 3 групи речовин:
1. Низькомолекулярні сполуки (НМС).
2. Смоли.
3. Високомолекулярні сполуки (ВМС).
Якщо відносна молекулярна маса з'єднання нижче приблизно 500, то такі сполуки розглядають як НМС. Від 500 до приблизно 5000 - як смоли або олігомери., А вище 5000 - як ВМС або полімери.
Полімерами називають речовини, молекули яких складаються з вельми великого числа повторюваних (точно або наближено) ланок.
Молекули ВМС називають макромолекулами.
Природно, межі між вищеназваними сполуками досить умовні; фізичним критерієм віднесення з'єднання до ВМС є неможливість знайти зміну властивостей в результаті приєднання або втрати ще одного або декількох ланок.
Існують відмінності у властивостях НМС і ВМС. Макромолекули ВМС є нелетучими, на відміну від молекул НМС. Практично всі полімери мають ланцюгове будову, тобто довжина макромолекули багато більше діаметру.
Унікальні властивості полімерів:
- Анізотропія властивостей кристалічних, рідко - кристалічних та аморфних полімерів (приводить до того, що на практиці полімери здатні утворювати волокна і плівки).
- Дуже висока еластичність і в'язкопружність.
- Розчини полімерів, на відміну від звичайних при малих концентраціях речовини (1 - 2%), втрачають плинність.
Всі ВМС за походженням поділяються на:
1. Природні
2. Синтетичні
3. Штучні
До природних полімерів відносяться: целюлоза, білки, крохмаль, нуклеїнові кислоти, натуральний каучук, графіт, силікати.
До синтетичних полімерів відносяться: поліетилен, полістирол, полівінілхлорид, капрон, лавсан, каучуки, скловолокно.
Синтетичні полімери отримують за допомогою реакцій полімеризації і поліконденсації таких речовин, яких немає в природі.
До штучних полімерам відносяться: Ацетилцелюлоза, нітроцелюлоза, гума.
Штучні полімери отримують з природних полімерів, використовуючи хімічні методи, які не зачіпають (не міняють) головну ланцюг.
Тема 1. Будова полімерів
Низькомолекулярне речовина, з якого по реакціях полімеризації або поліконденсації отримують полімери, називають мономером. Наприклад, мономером політетрафторетилену (- CF ₂ - CF ₂ -) _n є тетрафторетілен (CF ₂ = CF _2).
Повторюється ділянку структури молекули полімеру носить назву структурної ланки. Звичайно як такої ланки вибирають фрагмент, відповідний одній молекулі мономеру. Наприклад, у структурі політетрафторетилену (- CF ₂ - CF ₂ -) _n в якості структурної ланки розглядають групу - CF ₂ - CF ₂ -, а не - CF ₂ -.
Середнє число структурних ланок у молекулі полімеру називається ступенем полімеризації (поліконденсації). Це число може варіюватися в дуже широких межах - від тисяч до десятків мільйонів. При цьому слід завжди пам'ятати, що мова йде саме про середню величину. У речовині - полімері є молекули з різною молекулярною масою. До них непридатний закон сталості складу, оскільки неминучі коливання складу молекул на одне, десять, сто (деякий не дуже велике число) ланок практично не впливають на властивості. Наприклад,
n CH ₂ = CH ^{УФ - світло} (- СН ₂ - СН -) _n

СН ₃ СН ₃
Число n у формулі полімеру - є ступенем полімеризації.
Поняття молекулярна маса для полімерів має деякі особливості. При полімеризації в макромолекули з'єднується різне число молекул мономеру в залежності від того, коли станеться обрив зростаючої полімерного ланцюга. Внаслідок цього утворюються макромолекули різної довжини і, отже, різної маси, тому зазвичай вказується для цієї речовини молекулярна маса - це тільки середнє її значення.
Для полімерів існує средневесовая (1) молекулярна маса і среднечісловая молекулярна маса (2).
М _w = Σ qw _(i) M _i = Σ q _(i) M _i ² / Σ qn _(i) M _i (1)
M _n = Σ qn _(i) M _i = Σ n _i M _i / Σ n _i (2)
ВМС класифікують:
I. в залежності від будови макромолекули:
- Молекулярні, що складаються з хоча і великих, але окремих лінійних або розгалужених молекул (поліетилен).
- Просторові, (- СН ₂ - СН ₂ -) _n представляють собою одну гігантську молекулу (гума).
II. з геометрії скелета макромолекули:
А. ланцюгові полімери (лінійні полімери);
Б. розгалужені полімери (містять бічні відгалуження від декількох атомів до великих ланцюгів)
- Древообразованіе;
- Зореутворення;
- Гребенеподібний;
В. зшиті полімери;
Г. сходові;
Д. спірополімери;
III. За характером розташування ланок:
А. гомоцепні полімери (один тип мономерів);
Б. сополімери (кілька типів мономерів)
- Статистичні сополімери;
АААВВАВВВАА
- Чергуються сополімери;
АВАВАВ
- Блок сополімери (полімери, лінійні молекули яких складаються з чергуються блоків одного або декількох сополімерів);
АААВВВ
- Щеплені сополімери (складаються з послідовностей мономерних ланок одного типу і бічних відгалужень іншого типу);
АААААААААА


ВВВ ВВВ
IV. У залежності від того з яких атомів побудована ланцюг:
А. гомоцепні полімери (поліетилен); (- СН ₂ - СН ₂ -) _n
В. гепіроцепние полімери (ланцюг складається з атомів О, S, C і т.д.)
V. За характером розміщення елементарних ланок в макромолекулярної ланцюга розрізняють:
А. регулярні;
В. нерегулярні.
Регулярність будови виражається в правильно повторюваному розташуванні атомів або їх груп у ланцюгу. Наприклад, молекули мономеру типу СН ₂ = СН - R можуть приєднуватися одне до одного з утворенням макромолекулярної ланцюга двома шляхами. Приєднання може йти за типом ά, ά - («голова до голови») і β, β - («хвіст до хвоста»):
n ^β CH ₂ = ^ά CH .... - ^Β CH ₂ - ^ά CH - ^ά CH - ^β CH ₂ - ....
RRR
Або за типом ά, β - («голова до хвоста»)
n ^β CH ₂ = ^ά CH .... - ^Β CH ₂ - ^ά CH - ^β CH ₂ - ^ά CH - ....


RRR
Заступники R в макромолекулярної ланцюги можуть займати різне становище. Просторове розташування (спрямованість) їх також може бути різним. З цим пов'язане поняття стереорегулярних полімерів, яке визначається чергуванням заступників R в просторі з певною періодичністю.
Серед стереорегулярних полімерів розрізняють:
1. Регулярні полімери:
а. полімери сіндіотактіческой структури - бічні групи розташовані послідовно по обидві сторони від головного ланцюга:


б. полімери ізотактичного структури - всі бічні групи - заступники розташовані по один бік від головної макромолекулярної ланцюга:

2. До стереонерегулярним полімерам відносяться полімери атактіческой структури - розташування бічних груп - заступників безладно:


VI. Матеріали виготовлені з полімерів поділяють на:
А. еластомери (каучуки, гума);
Б. пластомеров (пластики);
В. волокна (целюлоза).
VII. в залежності від способу переробки ВМС у виробі:
А. термопласти (переробляються розплавленими);
Б. реактопласти (для переробки вимагають хімічної модифікації) [1, 19, 20].

Тема 2. Синтез полімерів
Існують 2 основних способи одержання полімерів - реакція полімеризації і реакція поліконденсації.
Реакція полімеризації - це хімічний процес з'єднання безлічі вихідних молекул низькомолекулярного речовини (мономеру) у великі молекули (макромолекули) полімеру, що не супроводжується виділенням побічних низькомолекулярних речовин (Н ₂ О, HCl).
У реакцію полімеризації вступають ненасичені мономери, у яких подвійний зв'язок знаходиться між вуглецевими атомами або між вуглецем і будь-яким іншим атомом:
n H ₂ C = CH ₂ (етилен) → [H ₂ C = CH _2] n
Як видно з прикладу, реакція полімеризації не призводить до зміни елементного складу мономера. Як і будь-яка інша хімічна реакція, полімеризація починається з розриву одних хімічних зв'язків і виникнення інших. Такий розрив може відбуватися або за гетеролітичних, або гомолитического механізму. У першому випадку утворюються іони, у врот - вільні радикали.
Полімеризація, що протікає через утворення іонів називається іонної, а що йде за участю вільних радикалів - радикальною.
Таким чином, радикальна та іонна полімеризація різняться природою активного центру, початківця і ведучого макромолекулярних ланцюг.
Полімеризація мономерів протікає по ланцюговому механізму.
I. Радикальна полімеризація
Активним центром ланцюгової полімеризації є вільний радикал. Реакція радикальної полімеризації складається з трьох основних стадій: ініціювання, росту ланцюга і її обриву.
А. Ініціювання (освіта активного центру). На цій стадії відбувається утворення вільних радикалів (R '·), які легко взаємодіють з різними неграничними сполуками (мономерами).
R '· + СН ₂ = СН ₂ R → R' - CH ₂ - CHR
Залежно від способу утворення вільних радикалів, початківців реакційну ланцюг, розрізняють кілька видів полімеризації: термічну, фотохімічну, радіаційну та ініційовану.
Одним з найбільш поширених і часто застосовуються на практиці методів полімеризації є ініційована полімеризація. Вона активується сполуками, які легко розпадаються на вільні радикали в умовах полімеризації. Такі з'єднання називають ініціаторами полімеризації. Вони містять у своїх молекулах нестійкі хімічні зв'язки (О - О, N - N, S - S, O - N і ін), які розриваються при набагато меншій енергії, ніж це потрібно для утворення вільного радикала з молекули мономеру (при її активації ). Ініціаторами можуть бути органічні пероксиди та гідропероксидів, деякі азо - і диазосоединения та інші речовини.
З ₆ Н ₅ - СО - О - О - СО - З ₆ Н ₅ → 2 С ₆ Н ₅ - СОО · → 2 С ₆ Н ₅ ·
Швидкість розпаду ініціатора на вільні радикали можна збільшити не тільки підвищенням температури, а й добавкою в реакційне середовище спеціальних речовин - промоторів і активаторів.
Б. Зростання ланцюга. Реакція росту ланцюга полягає в багаторазовому приєднання молекул мономера до усложняющемся щоразу радикалу зі збереженням вільного електрона в кінцевому ланці зростаючої макромолекули. Іншими словами, зростаюча макромолекулярная ланцюг повинна залишатися в період її зростання вільним макрорадикалів.
R '+ СН ₂ - СНR + СН ₂ = СНR → R' - СН ₂ - СНR - СН ₂ - СНR
R '- [- CH ₂ - CHR -] _{n +1} - CH ₂ - CHR і т.д.
У результаті таких послідовних реакцій приєднання подвійний зв'язок мономеру перетворюється на просту, що супроводжується виділенням енергії.
В. Обрив ланцюга. Кінець росту ланцюга пов'язаний із зникненням вільного електрона в кінцевої ланки макромолекули. Найчастіше це відбувається в результаті з'єднання між собою двох радикалів (реакція рекомбінації), що призводить до виникнення вуглеводневого ланцюга, не здатної до подальшого зростання.
R '- [- CH ₂ - CHR -] _n - CH ₂ - CHR + R' - СН - СН ₂ - R '→
R '- [- CH ₂ - CHR -] _n - CH ₂ - CHR - СН ₂ - R'
II. Іонна полімеризація
Іонна полімеризація протікає з утворенням або іона карбону, або карбаніона, з наступною передачею по зростанню ланцюга позитивного чи негативного заряду. Залежно від цього розрізняють катіонну (карбоніевую) і аніонну (карбаніонную) полімеризацію.
Іонна полімеризація, як і радикальна, - ланцюговий процес.
Іонна полімеризація проходить в присутності каталізаторів, що сприяють утворенню іонів. Тому іонна полімеризація називається також каталітичної полімеризацією. Процес іонної полімеризації протікає також в три стадії.
II. 1. Катіонна (карбоніевая) полімеризація. Для проведення такої полімеризації використовують каталізатори, що володіють електронно-акцепторними властивостями: кислоти, каталізатори Фріделя - Крафтса (AlCl _3, BF ₃ та ін.)
Полімеризацію проводять в присутності спеціальних добавок - сокаталізаторов (вода, кислоти, інші речовини, що є донорами електронів).
А. Ініціювання. На цій стадії відбувається взаємодія каталізатора (AlCl ₃₎ і сокаталізатора (НВ) з утворенням комплексної сполуки, яке проявляє властивості сильної кислоти
AlCl ₃ + НВ → [AlCl ₃ В] ^- + Н ⁺
Ця кислота, віддаючи протон молекулі мономеру, перетворює його в карбоніевий іон, урівноважений комплексним протиіонів (іонна пара):
[AlCl ₃ В] ^- Н ^{+ +} СН ₂ = СНR → СН ₃ - СНR _AlCl3В-
Сокаталізаторамі можуть бути ті речовини, які взаємодіють з каталізаторами. Роль сокаталізатора багато в чому залежить від характеру реакційного середовища. Велике значення має характер заступника в молекулі іономір. Електронодонорні заступники (R) створюють надлишок електронної густини на протилежному кінці молекули мономеру і цим сприяють приєднанню протона або карбатіона.
Б. Зростання ланцюга. У процесі росту ланцюга полярні молекули мономеру приєднуються до зростаючого йону, «проникаючи» між макрокарбкатіоном (з боку його зарядженої частини) і протиіонів (AlCl ₃ В ^-):
СН ₂ = СНR + СН ₃ - СНR → СН ₃ - СНR - СН ₃ - СНR _AlCl3В-→
СН ₃ - СНR - [- CH ₂ - CHR -] _n - CH ₂ - CHR _{AlCl3 В -}
В. Обрив ланцюга. Зростання ланцюга припиняється при відщепленні (регенерації) від зростаючого іона комплексної кислоти або каталізатора:


СН ₃ - СНR - [- CH ₂ - CHR -] _n - CH ₂ - CHR _{AlCl3 В -}


→ СН ₃ - СНR - [- CH ₂ - CHR -] _n - CH ₂ - CHRB
→ СН ₃ - СНR - [- CH ₂ - CHR -] _n - CH = CHR
У результаті каталізатор знову виділяється у вільному вигляді.
II. 2. Аніонна (карбаніонная) полімеризація. Каталізаторами цієї полімеризації служать електроннодонорние речовини - підстави, лужні метали, гідриди металів, амід калію, а також металлорганические з'єднання.
Механізм аніонної полімеризації в присутності каталізатора KNH ₂ в середовищі рідкого аміаку.
А. Ініціювання.
KNH ₂ ↔ До ^{+ +} NH ₂ ^- → H ₂ N - CH ₂ - CHR _{k +}
Електроноакцепторні заступники (R) в молекулі мономеру сприяють приєднанню аніону. Відтягуючи електронну щільність, вони створюють дефіцит електронів на кінці молекули, до якого приєднується негативно заряджена група (NH ₂ ^-).
Б. Зростання ланцюга.
H ₂ N - CH ₂ - CHR → H ₂ N - CH ₂ - CHR - CH ₂ - CHR _{K +} →
H ₂ N - [- CH ₂ - CHR -] _{n +1} - CH ₂ - CHR _{K +}
Як і при каталітичної полімеризації, мономер займає місце між макрокарбаніоном і протиіонів.
В. Обрив ланцюга. Припинення зростання макромолекулярної ланцюга може статися в результаті її взаємодії з розчинником:
H ₂ N - [- CH ₂ - CHR -] _{n +1} - CH ₂ - CHR _{K + +} HNH ₂ →
H ₂ N - [- CH ₂ - CHR -] _{n +1} - CH ₂ - CH ₂ R + KNH ₂
Особливе значення отримала аніонна полімеризація в присутності металоорганічних каталізаторів. З цих каталізаторів найбільш високою полимеризационной активністю володіють каталізатори Циглера - Натта - комплекси триетилалюмінію з солями титана: Al (C ₂ H _{5) 3} + TiCl ₄ (або TiCl _3). Ці каталізатори дозволили повністю змінити технологію одержання багатьох полімерів.
Наприклад, для синтезу поліетилену без таких каталізаторів потрібні досить жорсткі умови (тиск 150-200 МПа, 300 ⁰ С). Використовуючи ж каталізатори Циглера - Натта, поліетилен отримують при тиску, що не перевищує 1МПа, і температурі, яка не вище 60 ⁰ С. Поліетилен, синтезований без цих каталізаторів, називають поліетиленом високого тиску - ПЕВТ, на противагу поліетилену низького тиску - ПЕНД (з каталізатором Циглера-Натта).
Властивості поліетилену, отриманого при низькому тиску, відрізняються від властивостей поліетилену, отриманого при високому тиску. ПЕНД міцніше і жорсткіше, його щільність вище, а ПЕВТ - більш еластичний і гнучкий, при розтягуванні утворює прозору плівку.
Реакція поліконденсації - це хімічний процес з'єднання вихідних молекул мономеру в макромолекули полімеру, що йде з утворенням побічного низькомолекулярного продукту (найчастіше води).
У реакцію поліконденсації вступають мономери, що містять у молекулах функціональні групи (- ВІН, - СООН, галогени та ін.)
Мономери, що беруть участь в реакціях поліконденсації, повинні бути не менш ніж біфункціональність:
HOOC - (CH _{2) 4} - COOH + HNH - (CH _{2) 6} - NH ₂ ↔
HOOC - (CH _{2) 4} - CO - NH - (CH _{2) 6} - NH ₂ + H ₂ O
За допомогою реакцій поліконденсації отримують поліефіри, поліаміди, поліуретани, поліакріл і т. д.
Запитання і вправи
1. Які ви знаєте основні методи отримання полімерів?
2. Яка реакція називається полімеризацією? Наведіть приклади такої реакції.
3. Які мономери можуть вступати в реакцію полімеризації?
4. Які різновиди полімеризації ви знаєте?
5. Яка частка є активним центром радикальної полімеризації?
6. З яких трьох стадій складається процес ланцюгової полімеризації?
7. Чим відрізняється радикальна полімеризація від іонної?
8. Які речовини каталізують катіонну полімеризацію?
9. Які каталізатори використовують при аніонної полімеризації?
10.Що є каталізатор Циглера - Натта?
11.Яка реакція називається поліконденсацією? Чим вона відрізняється від реакції полімеризації?
12.Какие мономери можуть вступати в реакцію поліконденсації?

Тема 3. Фізичні властивості полімерів
ВМС знаходяться тільки в двох агрегатних станах - твердому і рідкому. По фазовому стані. Вони можуть бути аморфними або кристалічними. Аморфне будову мають полімери, макромолекули яких розташовані невпорядковано, хаотично. Таке розташування характерно для макромолекул нерегулярного будови. Наприклад, аморфними є атактичний поліпропілен, багато каучуки. Аморфні полімери - м'які, еластичні матеріали. Вони можуть існувати в наступних фізичних станах - вязкотекучем, високоеластичному і стеклообразном.
В'язкотекучий полімери, що мають аморфне будову (наприклад, низькомолекулярний поліізобутилен, фенолформальдегідні полімери - резол), необоротно змінюють свою форму під впливом навіть незначних механічних навантажень.
Високоеластичний полімери, що мають у ненапруженому стані аморфне будову (наприклад, каучуки та гуми), піддаються оборотної деформації під впливом невеликих навантажень. При нагріванні багато тверді полімери (полістирол, полівінілхлорид та ін) стають високоеластичними.
Скловидні полімери - тверді аморфні полімери, що не встигли при охолодженні закристалізувався, але втратили плинність. Вони мають аморфне або кристалічне будова і мало змінюють свою форму навіть при великих механічних навантаженнях. Після усунення дії останніх вони здатні відновлювати свою первинну форму.
Полімери, які переходять з високоеластичного стану в склоподібний при температурах нижче кімнатної, відносяться до еластичним, а при більш високих температурах - до пластиків.
Кристалічна будова мають полімери тільки стереорегулярних структури. Вони характеризуються впорядкованим розташуванням макромолекул. Кристалічні полімери звичайно є пластиками. На відміну від звичайних кристалічних твердих речовин кристалічні полімери не складаються з одних кристалів. Навіть саме поняття «кристал» для полімеру дещо відрізняється від звичайного. У кристалічних полімерів є області (зони), у яких окремі ділянки макромолекул мають щільну упаковку, що нагадує пластини ромбовидної форми - своєрідні кристали. Ці області сусідству з основною аморфною масою полімеру. Таким чином, аморфна і кристалічна частини складаються з однакових макромолекул, але в аморфній частині вони розташовані безладно, а в кристалічній - щільно упаковані за рахунок упорядкованого розташування.
Слід зауважити, що в полімері між крайніми формами будови - аморфної і кристалічної - існує багато різних форм впорядкованості (фібрили, монокристали, сфероліти і т. д.) і невпорядкованості (аморфні пачки, глобули та ін.)
Отже, основною умовою кристалізації полімерів є стереорегулярних будова їх макромолекул. Будь-яке порушення регулярності перешкоджає процесу кристалізації. Тому, наприклад, поліетилен лінійного будови має більш високу кристалличность, ніж поліетилен з розгалуженими ланцюгами. Зшивання («містки») між полімерними ланцюгами заважають кристалізації в такій же мірі, як і розгалуженість ланцюгів. Макромолекули полімеру повинні бути достатньо гнучкими, рухливими, що полегшує їх упаковку в щільні структури. Якщо ж полімерний ланцюг жорстка, то кристалізація не відбувається.
Ступінь кристалічності одного і того ж полімеру може змінюватися. Наприклад, при розтягуванні полімеру його макромолекули приймають паралельне розташування відносно один одного. При цьому кристалличность його зростає. Кристалічні полімери мають більш високими механічними показниками, ніж аморфні.

Тема 4. Шкільна лекція «Волокна» (1 ч.) 9 клас
Загальний метод навчання: пояснювально - ілюстративний
Форма навчання: фронтальна
План лекції:
1. класифікація волокон
2. природні волокна
3. штучні волокна: отримання віскозного і ацетатного волокон
4. синтетичні волокна: виробництво капрону
1. Волокна - протяжні, гнучкі, міцні тіла з малими поперечними розмірами, придатні для виготовлення пряжі та текстильних виробів.
Волокна ділять на натуральні (природні) і хімічні. Натуральні волокна можуть бути рослинного або тваринного походження. Хімічні волокна в свою чергу поділяють на штучні й синтетичні. Класифікацію волокон можна представити у вигляді схеми (додаток 1).
2. Природні волокна:
Волокно рослинного походження - бавовна, льон.
Бавовняне волокно одержують з субтропічного рослини - бавовнику. Склад бавовняного волокна:
- Целюлоза - 96%
- Пентозани - 1 - 2%
- Жири і воску - 1%
- Азотовмісні й білкові речовини - 0,3%
- Зола - 0,2 - 0,4%
Бавовняне волокно легке, достатньо міцне, м'яке, гігроскопічна. Складається з декількох скручених елементарних волоконець. Між волоконцами є порожні простори, тому бавовна добре вбирає і випаровує вологу. Хороша гігроскопічність бавовни пов'язана також з його будовою: гидроксогрупп целюлози утворюють з молекулами води водневі зв'язки.
Волокна тваринного походження - вовна і шовк.
Шовк виробляють численні гусениці і павуки. Найважливіше значення має тутового шовкопряда. Основа нитки - білок - фібріон шовку (78%). Елементарні фібріоновие нитки склеєні білковим речовиною-серізіном (20%). Лялечку з кокона вбивають струменем гарячого повітря. При зануренні коконів у воду серізін розм'якшується, так що обертаються у водяній бані щітки можуть захоплювати кінці шовкових ниток із коконів. З'єднують 4 - 10 ниток, намотують їх на котушки і висушують. З 3 - 4 тисяч метрів волокна отримують 900 метрів шовкової нитки.
Вовна - волокна волосяного покриву овець, кіз, верблюдів та інших тварин.
3. Штучні волокна:
Найбільше значення серед штучних волокон займають ацетатне і віскозне волокна, одержувані з деревної целюлози.
Без попередньої обробки деревної целюлози з неї не можна одержати міцне волокно: її необхідно перевести в розчинний стан. Целюлозу переводять у діацетат целюлози, діючи на неї оцтової кислотою. Розчин діацетату целюлоза продавлюють через фильеру з великим числом дрібних отворів. Нагріте повітря випаровує ацетон, а пучок тонких волоконець, що виходить з фільєри, скручують в одну безперервну нитку. Так отримують ацетатне волокно.
Отримання віскозного волокна:
З целюлози отримують лужну целюлозу, яку потім обробляють сірковуглецем - ксантогеніруют. Водний розчин ксантогената целюлози потім видавлюють через отвори фільєри в осадительную ванну з сірчаною кислотою, яка омилюваного ксантогенат целюлози. Утворюється регенерованої целюлози з орієнтованими макромолекулами. Орієнтація полімерних ланцюгів вздовж осі волокна відбувається під час його формування.
4. Синтетично волокна:
з синтетичних волокон найбільший інтерес представляють полиамидное волокно - поліамід - 6 (капрон) та поліефірне - полиэтиленгликольтерефталат (лавсан).
Капрон отримують з капролактану, який під впливом води розмикає цикл, утворюючи ε - капронову кислоту. З цієї кислоти в результаті поліконденсації утворюється полімер лінійної структури:
n H ₂ N - (CH _{2) 5} - COOH → [- NH - (CH _{2) 5} - CO -] n + (n-1) H ₂ O
Домашнє завдання: Заповнити таблицю

Назва волокна (групи волокон)	Речовина, що становить основу волокна	Формула полімеру	Властивості волокон	Вироби з волокна

Тема 5. Пластмаси
Пластмасами називають матеріали, виготовлені на основі полімерів, здатні набувати при нагріванні задану форму і зберігати її після охолодження.
Пластмаса - це суміш декількох речовин; полімер - це лише одна з них, але найважливіше. Він пов'язує всі компоненти пластмаси в єдине, більш-менш однорідне ціле. Тому полімер називають сполучним.
Перетворювати у готовий виріб простіше пластмаси, які оборотно твердіють і розм'якшуються. Це так звані термопласти, або термопластичні полімери. Їх можна раціонально обробляти і переробляти методом лиття під тиском, вакуумного формування, профільним пресуванням. До таких пластмасам відносяться поліетилен, полістирол, полівінілхлорид, поліаміди.
Якщо ж у процесі формування вироби відбувається зшивання макромолекул і полімер, твердея, набуває сітчасте будова, то ця речовина вже не можна повернути в в'язкотекучий стан нагріванням або розчиненням.
Такі пластмаси називають реактопластів або термореактивними полімерами. До них відносяться фенолформальдегідні, карбамідні і поліефірні смоли.
Екскурсія на «Фабрику іграшок»
План екскурсії:
1. Знайомство з технологією виробництва пластмасових іграшок.
2. Знайомство з технологією виробництва ляльок з поліхлорвінілового пластикату марки «Пластизоль Д - 17 І».
3. Відвідування ділянки збірки ляльок з окремих деталей.
4. Відвідування дільниці з виробництва м'яких іграшок.
Конференція на тему «Отримання і застосування найбільш важливих синтетичних та природних полімерів»
З року в рік зростає виробництво синтетичних полімерів, це пов'язано з широким розмаїттям їх корисних властивостей, а також з порівняно невисокими цінами на вихідну сировину. У порівнянні з іншими матеріалами полімери мають ряд переваг. Так, вони легше металів, мають достатню міцність (деякі - міцніше сталі), стійкі до агресивних середовищ, не піддаються корозії. Незважаючи на їх деякі недоліки (невисоку теплостійкість і низьку морозостійкість, схильність до деструктивних процесів), полімери сьогодні використовують практично у всіх галузях промисловості.
До найбільш поширеним синтетичним полімерам відносять поліетилен, полістирол, полівінілхлорид, поліметилметакрилат, політетрафторетилен, епоксидні і фенолформальдегідні полімери і д.р. На їх основі отримують пластмаси, еластомери, волокна, клеї, лаки, мастики і герметики.
Поліетилен [- СН ₂ - СН ₂ -] _n - продукт полімеризації етилену. У залежності від способу отримання розрізняють, як правило, поліетилен високого та низького тиску. Поліетилен низького тиску має, в основному, лінійну структуру, а поліетилен високого тиску - розгалужене будову. Поліетилен високого тиску - м'який і еластичний матеріал, а поліетилен низького тиску характеризується високим ступенем кристалічності, великою щільністю і більш високою молекулярною масою. Всі поліетилени володіють високою морозостійкістю (низькою температурою крихкості) і можуть експлуатуватися при температурах до - 70 ^о С. Поліетілени стійки до багатьох агресивних середовищ (кислоти, луги і т.д.) і органічним рідин; на холоді вони не розчиняються в органічних розчинниках, хоча набухають у деяких з них.
Поліетілени представляють собою воскоподобние матеріали (іноді прозорі), що випускаються промисловістю у вигляді блоків, листів і гранул; переробляються вони в вироби головним чином методами лиття під тиском, екструзія (витискування різного полімеру через сопло шприц - машини) і видування. З поліетилену виробляють безшовні корозійностойкіе трубки, ізоляційні оболонки електропроводів і плівки, що широко застосовуються в якості пакувального матеріалу, для виготовлення покриттів, перегородок, куль, в сільському господарстві і т.д. За допомогою лиття під тиском або видування отримують різну тару (пляшки, склянки, відра, корзини, бочки тощо). Завдяки своїм прекрасним діелектричним властивостям поліетилен широко застосовується для ізоляції електричних кабелів, в телебаченні, радіолокації і для багатодротової телефонного зв'язку.
Поліетилен добре зварюється. Пропускаючи струмінь стисненого повітря з завислими в ній частками полімеру через воздушноацетіленовое полум'я і направляючи цей струмінь на металеві вироби, можна покрити їх суцільним захисним шаром (метод газополум'яного напилення). Той же результат досягається при зануренні розігрітого до 250 - 300 ^о С вироби у суспензію полімеру. Поліетилен переробляється і звичайними методами механічної обробки.
Істотним недоліком поліетилену є його швидке старіння, яке, однак, різко сповільнюється при введенні в полімер різних противостарители, таких як феноли, аміни і газова сажа.
Поліпропілен [- СН ₂ - СН (СН ₃₎ -] _n отримують іонної полімеризацією пропілену.
Поліпропілен - тверде, жирна на дотик речовина, є найбільш легким з усіх відомих жорстких полімерів; він відрізняється високою міцністю на розрив, жорсткістю і твердістю. По міцності на розрив і удар і по теплостійкості він перевершує поліетилен, полівінілхлорид і полістирол.
У стереорегулярних поліпропілену такі ж діелектричні властивості, як і у поліетилену, але краща хімічна стійкість, при підвищених температурах. За допомогою тих же методів, які використовуються при переробці поліетилену, з поліпропілену виготовляються труби для гарячих рідин, прозорі плівки з низькою проникністю для рідин, газів і парів, пляшки флакони і різні судини для хімічної промисловості. Використовують у будівництві. Може застосовуватися для армування цементу. Значні перспективи має поліпропіленове волокно, яке прядеться сухим методом без застосування розчинників і пластифікаторів.
Поліізобутилен [- СН ₂ - С (СН _{3) 2} -] _n отримують іонної полімеризацією ізобутилену в присутності каталізаторів AlCl _3, BF _3, AlBr _3.
Низькомолекулярний поліізобутилен - в'язка рідина, високомолекулярний - еластичний продукт, що нагадує каучук. Ці матеріали відрізняються від натурального каучуку тим, що вони зберігають еластичні властивості при дуже низьких температурах (до - 55 ^о С). Завдяки своїй насиченості поліізобутилену не здатні вулканізованої звичайними методами і при кімнатній температурі стійки до дії лугів, галогенів і майже всіх кислот. Вони легко кристалізуються при розтягуванні, хоча в нерастянутом стані аморфні. Поліізобутилен володіє прекрасними діелектричними властивостями, тому його застосовують у електроізоляційної промисловості.
Поліізобутилен окислюється киснем при тривалому впливі сонячного світла (під впливом ультрафіолетових променів). Цей недолік значною мірою усувається шляхом додавання до полімеру активних наповнювачів (сажа, тальк, графіт) або інших полімерів (поліетилен, каучук, фенольноальдегідная смола).
Поліізобутилен добре розчиняються в ароматичних вуглеводнях, сірковуглеці і хлорованих вуглеводнях, але не розчиняються в багатьох полярних розчинниках, таких як спирти та складні ефіри. Розчини поліізобутилену використовуються в якості клею.
Зважаючи на високу корозійностійкої поліізобутилен знайшов широке застосування, як футеровочні (обкладочних) і прокладочний матеріал. Листи з нього використовуються для захисту металевих труб і для обкладки реакторів, залізничних цистерн і кіслотохраніліщ. Вони містять поряд з полімером до 70% наповнювачів (сажа, графіт, азбест, тальк), які вводяться в масу на гарячих вальцях. Листи можуть бути з'єднані за допомогою зварювання. Методом екструзії з поліізобутилену виробляють трубки, оболонки і стрічки.
Тривале навантаження при кімнатній температурі викликає у поліізобутилену необоротну деформацію («холодна плинність»); для усунення цього небажаного явища поліізобутилен змішують з природними і синтетичними смолами. Широке застосування отримали суміші поліізобутилену та поліетилену.
Полістирол [- СН ₂ - СН (С ₆ Н ₅₎ -] _n отримують радикальною полімеризацією стиролу.
Полістирол - безбарвне, тверде склоподібна речовина. Термопластічен, має високі діелектричні показники, легко фарбується. До недоліків полістиролу слід віднести крихкість, легку схильність до деструкції під впливом кисню повітря і світла. Полістирол один з найперших (відомий більше 100 років) і найпоширеніших полімерів. Застосовують, головним чином, як ізоляційний матеріал в радіотехніці і телебаченні, для виготовлення пінопластів, галантерейних виробів і предметів домашнього ужитку. Пінополістирол знайшов застосування в будівництві, холодильній техніці, транспорті. Удароміцний полістирол використовують для виготовлення ванн, корпусів холодильників. Відоме застосування знайшла механічна обробка блоків і пластин з полістиролу у виробництві лінз та електротехнічних деталей.
Полівінілхлорид (ПВХ) [- СН ₂ - СН (Cl) -] _n продукт радикальної полімеризації вінілхлориду.
Полівінілхлорид - термопластичний матеріал, стійкий до агресивних речовин, стійкий до стирання.
Промисловість випускає два види матеріалу на основі полівінілхлориду:
1. м'який і еластичний пластифікований полімер - пластикат;
2. жорсткий непластифікований полімер, змішаний з 2 - 3% стабілізатора - вініпласт.
Вініпласт представляє собою твердий пружний продукт з високою міцністю на удар і порівняно хорошими механічними властивостями. Їх маси, отриманої вальцюванням порошкоподібного полімеру зі стабілізаторами, формують листи, плівки, труби, вентилі, деталі насосів тощо; які можуть експлуатуватися при температурах, що не перевищують 50 - 60 ^о С. Вініпласт зварюється, склеюється і добре переробляється механічними методами; їм можна футерувати електролізні ванни, резервуари кислот і посуд.
Для виробництва рукавичок, калош, взуття, плащів і т.д. широке застосування знайшли полівінілхлоридні пасти, що представляють собою тонкодісперсіонного полімеру в пластифікатори. Внаслідок порівняно невеликий в'язкості і липкості таких паст їх можна наносити у вигляді тонкого шару на тканину, папір, шкіру або форму. На холоді паста довгий час практично не змінюється, при нагріванні ж відбувається швидке набухання полімеру і перетворення пасти в монолітну міцну і еластичну плівку. Полівінілхлорид використовується також для виготовлення м'яких і жорстких пінопластів.
Методом екструзії (витискування) з ПВХ можна отримувати різні будівельні вироби: плінтуси, карнизи, дверні ручки і т.д. Також ПВХ використовують для виробництва лінолеуму. З розчинів ПВХ формують поливинилхлоридное волокно - хлорин, що застосовують у виробництві фільтрувальних і негорючих тканин, спецодягу, нетканих матеріалів, а в суміші з іншими волокнами - для виготовлення килимів, штучної шкіри, пухнастих трикотажних виробів.
Полівінілацетат (ПВА) [- СН ₂ - СН (ОСОСН ₃₎ -] _n отримують радикальною полімеризацією вінілацетату.
ПВА - твердий, безбарвний і прозорий полімер, що має низьку термостійкість (розм'якшується при 40 ^о С). Набухає у воді, розчиняється в органічних розчинниках. Є сировиною для отримання полівінілового спирту. Завдяки високій адгезії до багатьох матеріалів (скла, металів, деревині і д.р.) ПВА у вигляді дисперсії часто входить до складу лаків і клеїв, а також застосовують для покриття дерева, тканини, паперу (що миються шпалери), кераміки - для надання їм гідрофобних властивостей. Поливинилацетатная дисперсія (ПВАД) входить до складу високоемульсіонних фарб. ПВА - основа клеїв і сполучна при виготовленні полімербетон.
Поліметилметакрилат («органічне скло» або «плексиглас»)
[- СН ₂ - С (СН ₃₎ (соосно ₃₎ -] _n отримують радикальною полімеризацією метилметакрилату.
Поліметилметакрилату - прозорий полімер, стійкий до дії агресивних речовин. Термопластічен. Має здатність пропускати 74% ультрафіолетового випромінювання (для порівняння: кварцове скло пропускає 100%, а звичайне силікатне-віконне - 0,6%). Полімер здатний забарвлюватися в багато кольору. Поліметилметакрилат використовують у виробництві високоміцних стекол для скління салонів літаків, машин і при виробленні часових і оптичних стекол. Полімер застосовують у зубопротезної практиці.
Політетрафторетилен (тефлон або фторопласт - 4) [- СF ₂ - СF ₂ -] _n отримують радикальною полімеризацією тетрафторетилену.
Фторопласт - 4 - сіруватий, важкий полімер, який має гарні діелектричні властивості. Гідрофобний. Має високу механічну міцність і хімічну стійкість. Пластичний, дає самі тонкі плівки. Застосовують у виробництві електроізоляційних плівок, підшипників, ущільнювачів, поршневих кілець, труб, прокладок, протезів органів людини. Політетрафторетіленовая суспензія служить для нанесення антикорозійних, антифрикційних і електроізоляційних покриттів на метали.
Епоксидні полімери (смоли).
Такі полімери можуть бути у вигляді в'язких рідин або твердих крихких речовин. Епоксидні полімери характеризуються значною атмосферо і вологостійкістю, а також інертністю до багатьох хімічних і агресивним з'єднанням. Мають прекрасною адгезією до металів, деревині, бетонів, пластмасам. Застосовують для створення пленкообразних лаків. Вони є основою клеїв, герметиків, служать в якості зв'язуючих для армованих пластиків. Будучи нешкідливими для людини, вони можуть служити для захисту стінок консервної тари.
Фенолоформальдегідні полімери.
Ці полімери одержують поліконденсацією фенолу з формальдегідом. Приєднуючись до фенолу, формальдегід спочатку утворює спирти:
Потім слід поліконденсація фенолоспіртов з виділенням води:
При кислотному каталізі при взаємодії фенолу і формальдегіду утворюється лінійний полімер - новолак:
Новолакі використовують для виробництва лаків і пресувальних порошків.
При поліконденсації фенолу з надлишком формальдегіду в лужному середовищі отримують розгалужені полімери - резол:
або просторові полімери - резита.
Резол знаходять застосування у виробництві пластмас з наповнювачами (фенопластов). З них формують різні вироби, а також використовують для виготовлення шаруватих пластиків, просочуючи резол матеріал (текстоліт) або папір (гетинакс). Резольной полімери йдуть на виробництво лаків, пресспорошков, клею БФ. Фенолоформальдегідні полімери володіють високою хімічною і механічною стійкістю. Тому вони використовуються для виробництва деяких деталей автомашин, електрообладнання, телефонного та телевізійної апаратури.
До природних полімерів відносять білки і нуклеїнові кислоти, целюлозу та її похідні, крохмаль, каучук.
Целюлоза [С ₆ Н ₉ Про ₄ (ОН)] _n та її похідні.
1. целюлоза або клітковина, - головна складова частина оболонок рослинних клітин, що виконує функцію конструкційного матеріалу. Целюлоза в чистому вигляді зазвичай не зустрічається, але волокна бавовнику (очищена вата) і фільтрувальний папір можуть служити зразком майже чистої целюлози (до 96%).
2. за своєю будовою целюлоза є лінійний полімер. Целюлоза входить до складу багатьох наповнювачів і безпосередньо використовується у виробництві текстильних матеріалів та паперу, вона також піддається хімічним перетворенням з метою одержання штучного волокна, пластичних мас, лаків, фарб.
3. при обробці целюлози концентрованим розчином лугу отримують лужну целюлозу:
[C ₆ H ₇ O ₂ (OH) _{3] n} + nNaOH = [C ₆ H ₇ O ₂ (OH) ₂ ONa] _n + nH ₂ O
Така целюлоза використовується в якості проміжного продукту для виробництва ксантогената целюлози, який служить для отримання віскозного волокна:
S
[C ₆ H ₇ O ₂ (OH) ₂ ONa] _n ^nCS2 [C ₆ H ₇ O ₂ (OH) ₂ - O - C - SNa] _n
^{ксантогенат целюлози}