Применение неньютоновских полимеров

XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Применение неньютоновских полимеров

Лазарев Ф.А. 1
1МБОУ ДО «Центр дополнительного образования детей «Родничок»
Гаврилова В.С. 1
1МБОУ ДО «Центр дополнительного образования детей «Родничок»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Полимеры – интереснейшие вещества с необычными свойствами. Полимеры, по сравнению с другими материалами, более лёгкие, прочные, а также водо- и газонепроницаемые. Это объясняет их широкую применяемость в различных отраслях экономики.

Все полимеры могут находиться только в твердом и жидком агрегатных состояниях. Кроме этого, существуют полимеры, которые могут переходит из жидкого агрегатного состояния в твердое при механическом воздействии. Такие полимеры называют неньютоновскими.

Меня заинтересовал вопрос, какое применение такому свойству полимеров можно найти в реальной жизни?

Тема моей работы:«Применение неньютоновских полимеров»

Актуальность: применение полимеров широко распространилось за последнее время, так как они позволяют производить уникальные сооружения, поэтому расширение возможностей их применения является актуальной задачей.

Цель работы: рассмотреть возможности применения неньютоновских полимеров.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Изучить, какие бывают полимеры и их отличительные свойства по сравнению с другими материалами.

  2. Провести эксперимент с получением неньютоновских полимеров из картофельного крахмала.

  3. Предложить различные варианты практического применения неньютоновских полимеров.

Гипотеза:необычные свойства неньютоновских полимеров могут найти широкое практическое применение.

Объект исследования: свойства полимеров.

Предмет исследования: неньютоновские полимеры.

  1. Основная часть

    1. Что такое полимер?

Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли», означающего «много» и «мерос», означающего «часть». Следовательно, полимеры представляют собой молекулы, состоящие из множества повторяющихся частей – мономеров.

Наиболее близко знакомый всем полимер – тот самый полиэтилен, из которого делают пакеты, продающиеся в любом магазине. Значит, мономер в таком соединении – этилен, а процесс получения из него полимера называют полимеризацией.

Полимеризация этилена происходит путем соединений молекул этилена между собой под воздействием высокого или низкого давления [1]. Изображение молекул этилена и полиэтилена представлено на рисунке 1.

а) б)

в)

Рисунок 1. Молекула этилена (а) и полиэтилена (б, в)

Различают три основных структуры полимеров [2]:

  1. Линейная, которая представляет собой цепочку повторяющихся звеньев.

  2. Разветвленная, имеющая боковые ответвления от главной цепочки, как у ветки дерева.

  3. Пространственная, в которой есть различные связи между цепями.

Описанные структуры полимеров представлены на рисунке 2.

а) б)

в)

Рисунок 2. Структура полимеров: линейная (а), разветвленная (б), пространственная (в)

По происхождению полимеры можно разделить на три группы [3]:

  1. Природные, которые создаются естественными природными процессами. К таким полимерам относя крахмал и белки.

  2. Синтетические, которые получены из мономеров путем химического воздействия, например рассмотренный выше полиэтилен.

  3. Искусственные, получаемые путем обработки природных полимеров. К таким полимерам относят резину, полученную из природного полимера каучука.

Большинство полимеров обладает высокой прочностью, позволяющей противостоять различным разрушающим воздействиям, а также имеют небольшую плотность, что делает их более легкими по сравнению с другими материалами. Также все полимеры могут находиться в природе только в твердом или жидком состоянии, а в газообразном – не могут.

    1. Получение неньютоновского полимера

В отличие от обычных жидкостей и твердых тел, неньютоновские полимеры ведут себя как жидкость при медленных и слабых нагрузках, оставаясь мягкими и гибкими, и превращаются в твердое состояние при быстром или сильном воздействии.

Попробуем получить неньютоновский полимер из картофельного крахмала, который, как мы уже знаем, является природным полимером:

1. Подкрашенный крахмал насыпаю в стакан (рисунок 3).

2. Добавляю небольшое количество теплой воды (рисунок 4).

3. Перемешиваю до однородного состояния (рисунок 5).

Рисунок 3. Насыпаю подкрашенный крахмал в стакан

Рисунок 4. Добавляю небольшое количество теплой воды

Рисунок 5. Перемешиваю до однородного состояния

Неньютоновский полимер готов, если перемещать ложечку медленно и аккуратно, полимер не оказывает большого сопротивления, но чем больше усилий прикладывается к ложечке и чем с большей скоростью она перемещается, тем больше полимер сопротивляется.

  1. Практическое применение неньютоновских полимеров

Какое же применение можно найти этому свойству неньютоновских полимеров? Из них можно делать искусственные неровности или, как их еще называют – лежачие полицейские, для дорог!

Если водитель едет медленно и аккуратно, то такой лежачий полицейский останется мягким и позволит автомобилю проехать (рисунок 6). Но если водитель едет с превышением скорости, то полимер затвердеет и создаст надежную преграду.

Изготовление лежачих полицейских из неньютоновских полимеров позволит сделать проезд для добросовестных водителей комфортнее, а также уменьшить загрязнение окружающей среды благодаря исключению торможения перед обычным лежачим полицейским.

Рисунок 6. Лежачий полицейский из неньютоновского полимера

Кроме того, я прочитал историю про Брюса Ли, который разбивал обычные боксерские груши, поэтому ему приходилось заказывать специальные груши для тренировок с металлическим основанием.

Боксерские груши, наполненные неньютоновским полимером, могли бы применяться для тренировок. Для новичков со слабой силой удара такие груши будут более мягкими, тогда как для более подготовленных спортсменов – более твердыми, что позволит сделать этот инвентарь более универсальным.

  1. Заключение

В процессе данной работы я познакомился с удивительным миром полимеров, которые отличаются от других обычных материалов по структуре и свойствам.

Самыми необычными мне показались неньютоновские полимеры из-за своей способности изменять свойства в зависимости от приложенных усилий. Я смог получить неньютоновский полимер путем смешивания картофельного крахмала и небольшого количества теплой воды.

Также мною было найдено и предложено несколько возможностей применения неньютоновских полимеров, а именно изготовление из них лежачих полицейских и боксерских груш.

Таким образом я считаю, что поставленные в ходе работы задачи выполнены полностью, а поставленная цель достигнута.

  1. Список литературы

  1. Гордий, И. / Всё о полимерах. Энциклопедия [Текст] // И. Гордий – Москва : Эксмо, 2021. – 175 с.

  2. Полимеры и мономеры [Электронный ресурс] – URL: https://umschool.net/library/himiya/polimery-i-monomery/

  3. Искусственные и синтетические полимеры [Электронный ресурс] – URL: https://foxford.ru/wiki/himiya/iskusstvennye-i-sinteticheskie-polimery?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F

Просмотров работы: 5