IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ВТОРИЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.1 Проблема
Современные ученые выделяют порядка нескольких десятков основных вопросов, которые требуют особенного внимания, и одной из глобальных проблем нашего мира является утилизация твердых бытовых отходов. В современном мире человек ежедневно производит несколько килограммов мусора - это и жестяные банки из-под консервов и напитков, и полиэтилен, и пенополистирол, и стекло, и прочие отходы.
К сожалению, в настоящее время их вторичное использование осуществляется только в странах с высокоразвитым уровнем жизни. Во всех прочих подобные бытовые отходы вывозятся на свалки, территория которых зачастую занимает огромные площади. В странах с низким уровнем жизни кучи мусора могут лежать прямо на улицах. Это способствует не только загрязнению почвы и воды, но также увеличивает рост болезнетворных бактерий, что, в свою очередь, приводит к широкому распространению острых и порой смертельных заболеваний. Необходимо отметить, что даже атмосфера Земли заполнена тоннами мусора, оставшегося после запусков исследовательских зондов, спутников и космических кораблей на просторы Вселенной. А поскольку избавиться от всех этих следов человеческой деятельности естественным путем достаточно сложно, необходимо разработать эффективные методы переработки твердых отходов.
Многие современные государства внедряют национальные программы, которые способствуют распространению легкоперерабатываемых материалов. Что же с этим делать? Как спасти планету?
Я решила идти маленькими шагами. Пенопласт - как и пластик плохо разлогается, а значит, загрязнет нашу планету. Его мы используем ежедневно, следовательно он ежедневно тоннами по всему миру попадат в утиль.
лёгкий заполнитель отсеков, обеспечивающих непотопляемость судов (чаще маломерных);
материал для изготовления поплавков, спасательных жилетов и нагрудников;
материал для изготовления медицинских тар, в том числе для транспортировки донорских органов;
теплоизолятор и звукоизолятор в строительстве;
конструкционный строительный и отделочный материал (формообразующие и декоративные элементы);
теплоизолятор в бытовых приборах (например, в холодильниках);
упаковка для различных товаров (особенно хрупких), в том числе для пищевых;
материал моделей, применяемых при литье (металлов) по выплавляемым моделям.
1.2 Актуальность темы
Каждый современный житель Земли прекрасно знает, что экологические проблемы планеты - настоящий бич 21 века. Также многие задумываются о вопросе сохранения и восстановления окружающей среды. Ведь иначе будущим поколениям достанется лишь безжизненная поверхность. Вполне вероятно, что хотя бы раз в жизни каждый из нас задавал себе вопрос: "Какие экологические проблемы планеты существуют в настоящее время и что я могу сделать для их разрешения?" Казалось бы, и вправду, что может всего один человек? Тем не менее каждый из нас способен на многое. Во-первых, начать самостоятельно "ухаживать" за окружающей средой. Например, выбрасывать мусор в строго отведенные контейнеры, причем будет не лишним еще и обращать внимание на разделение отходов на конкретные материалы (стекло в один бачок, а пластик - в другой). Помимо этого, вы можете регулировать и постепенно снижать потребление как электроэнергии, так и других ресурсов (вода, газ), необходимых для вашего комфортного проживания. В том случае, если вы являетесь водителем и стоите перед выбором подходящего транспортного средства, то следует обратить внимание на автомобили, обладающие пониженным содержанием вредных соединений в выхлопных газах. Также будет правильным - и для вас, и для всей планеты в целом - небольшой объем двигателя, установленного в выбранную модель машины. И, как следствие, пониженный расход топлива. Мы можем вторично использовать сырье. А следствием из этого будет, во-первых, меньший расход полезных ископаемых, во-вторых, меньшее выделение газов в атмосферу нашей планеты, и в-третьих, спасение Земли от загрязнения.
1.3 Цели
найти способ вторичной переработки пенопласта
найти применение переработанному веществу
1.4 Задачи
изучить происхождение пенопласта
изучить химические и физические свойства пенопласта
найти расворитель пенопласта
провести эксперемент
сделать выводы
2.Основная часть
2.1 История создания пенопласта
Изобретатель: Эдуард СимонСтрана: ГерманииВремя изобретения: 1839 г.
История пенопласта является ярким примером того, каким долгим может быть путь от открытия до практической реализации изобретения. Еще в 1831 году французский химик Бонастр, экспериментируя со смолой стираксового дерева, получил некую бесцветную жидкость, которая была легче воды. Экспериментатор назвал получившееся вещество стиреном.
Спустя восемь лет в Берлине аптекарь Эдуард Симон также экспериментировал с различными натуральными смолами, в том числе — стираксом (смолой Ликвидамбара дальневосточного). И если Бонастр выделил свой стирен путем сухой перегонки, то Симон дистиллировал стиракс и на выходе получил маслянистое вещество, которое назвал стиролом.
Через несколько дней полученное вещество уплотнилось до состояния желе. Как предположил Симон, это произошло в результате процесса окисления, и поэтому измененное вещество он назвал оксидом стирола (стиролоксидом). В те года изделия из пенопласта, а точнее из аналогичных материалов не имели популярность, вследствие чего работы над созданием уникального материала были приостановлены.
Но в 1845 англичанин Джон Блит и немец Август Вильхельм вон Хохман заинтересовались стиролом и продолжили серию экспериментов. Так стало известно, что стирол сгущается и без кислорода. Позднее выяснилось, что это вещество, названное химиками метастиролом, было идентично стиролоксиду Симона.
В 1866 Марселин Бертелот определил, что метастирол образуется из стирола путем полимеризации. Но промышленность и технологии второй половины 19-го века все еще не готовы были увидеть в этом экспериментальном веществе способы применения. Для этого он должен был стать твердым.
И вот в 1922 году Герман Штаудингер провел исследования стирола и выявил, что при его нагреве образуются цепочки макромолекул. Новое вещество уже было материалом. Открытие Штаудингера способствовало возникновению массового производства полимеров и пластмасс, за что он и получил Нобелевскую премию «За исследования в области химии высокомолекулярных веществ».
Пионером производства пенопласта стала немецкая компания BASF из Людвигсхафена. В 1931 году ее инженеры построили аппарат, который экструдировал полистирол через горячую трубу, и резак, который его резал в виде шарика. Эти шарики были прочными, как алюминий и при этом очень гибкими.
До изобретения пенопласта оставался один шаг — и он был сделан тем же концерном BASF в 1949 году, когда ее инженером Фрицем Штясны был запатентован метод вспенивания полистирола. Исследования нового материала продемонстрировали, прежде всего, его теплоизоляционные свойства. И уже спустя два года началось промышленное производство пенопласта в качестве теплозащиты при строительстве под маркой Styropor»,.
На основе этого патента в 1951 году «BASF» начала промышленное производство теплоизоляционного материала под торговой маркой «Styropor», который выпускается, и по сей день.
Сегодня, производство пенопласта осуществляется более простыми и эффективными методами. Основной, из которых – вспенивание гранулята с последующим подогревом и запеканием вспененных частиц. После чего осуществляется финальная резка пенопласта.
2.2 Физические и химические свойства
Пенопласты обладают высокими теплоизолирующими свойствами при условии, что температура эксплуатации (конкретного вида пенопласта) не превышает температуры его деструкции (разрушения, потери структуры);
Пенопласты, разрешенные к применению в строительстве и для упаковки, не являются токсичными материалами, некоторые его виды (например, пенополистирол) допустимы для контакта с пищевыми продуктами, что позволяет широко использовать его в качестве упаковки продуктов питания и для одноразовой посуды (однако следует информировать потребителя об опасности его нагрева);
Пенопласты чрезвычайно легкие материалы, благодаря чему они довольно удобны в монтаже, укладке и креплении, но обращение может усложниться при порывах ветра и при транспортировке.
Тем не менее, при этом:
Пенополистирол легко разрушается под воздействием многих технических жидкостей (бензол, дихлорэтан, ацетон) и их паров, что следует учитывать в том числе при выборе лакокрасочных материалов в строительстве и отделке. В низших спиртах, низкомолекулярных алифатических углеводородах, простых эфирах, фенолах и воде пенополистирол нерастворим.
Факт применения пенополистирола в строительстве конкретного здания ещё вовсе не означает, что кем-то заблаговременно предприняты все необходимые и достаточные меры против того, что кем-либо когда-либо за время существования здания будут применены в ремонте и отделке какие-либо материалы (краски, лаки, и т. п.) содержащие, например, кетоны (см. «ацетон»), соответственно приводящие к порче (разрушению) пенополистирола. Соответственно, теоретическая применимость пенополистирола в строительстве сильно ограничена фактическими условиями его применения.
На рынке предложения стройматериалов встречаются пенопласты, которые в конкретных фактических условиях эксплуатации способны (в течение срока использования) прямо или косвенно наносить вред как потребительским свойствам здания (ухудшение теплоизолированности), так и здоровью живых организмов в нём (включая людей).
Пенопласт не подвержен воздействию микроорганизмов, не создает благоприятной среды для развития водорослей и грибов, однако благодаря неровной (шероховатой) поверхности создает условия для закрепления на поверхности изделия из пенопласта колоний микроорганизмов (водорослей);
Легкость обработки при помощи любых подсобных инструментов, в том числе пилы, ножа и т. п., не должна вводить в опасное заблуждение. Пенопласт легко режется горячей проволокой, однако это требует соблюдения правил безопасности (работы должны выполняться на открытом воздухе или в проветриваемых помещениях).
Большинство видов пенопластов при горении выделяют крайне токсичные вещества, что ограничивает их применение в отделке жилых помещений и фасадов зданий.
2.3 Применение
лёгкий заполнитель отсеков, обеспечивающих непотопляемость судов (чаще маломерных)
материал для изготовления поплавков, спасательных жилетов и нагрудников
материал для изготовления медицинских тар, в том числе для транспортировки донорских органов
теплоизолятор и звукоизолятор в строительстве.
конструкционный строительный и отделочный материал (формообразующие и декоративные элементы).
теплоизолятор в бытовых приборах (например, в холодильниках)
упаковка для различных товаров (особенно хрупких), в том числе для пищевых
материал моделей, применяемых при литье (металлов) по выплавляемым моделям.
2.4 Эксперимент
2.4.1 Подготовка к эксперименту
Так как одной из химических свойств пенопласта является его легкое разрушение под воздействием многих технических жидкостей (бензол, дихлорэтан, ацетон) и их паров.
Следовательно, переработать пенопласт можно под воздействием ацетона и любого растворителя.
Изначально составим формулу и убедимся , что никакие вредные газы не будут выделятся при растворении.
Химическая реакция:
C8H8 + 2 C3H6O = O2 + 2 C7H10
стирол + ацетон = кислород + 5-метилциклогексадиен-1,3
на этом примере мы убедились что нас эксперимент будет абсолютно безопасным, но проводить его надо в вытяжном шкафу.
2.4.2 Проведение эксперимента
Нам потребуется:
ацетон
растворитель
пенопласт
мерный цилиндр
2 стаканчика
аналитические весы
таймер
Ход работы:
Отмерить по 10 мл технических жидкостей.
Взвесить пенопласт до начала проведения опыта.
Растворить пенопласт в жидкостях до того момента пока они не перестанут растворяться.
Проверить свойства полученного .
2.4.3 Эксперементальный вывод
На основе проведенных опытов у нас получилось, что в 10 мл растворителя 646 растворилось 7,7000г пенопласта и вышел продукт массой 11,4500г. Продукт легко мнется в руках не оставляя следов на них, цвет белый, можно использовать в качестве игрушки-антистресса для детей (после улетучивая запаха раствортелей), при растяжений похож на жевачку, высох при комнатной температуре 20 градусов через 10ч 27 мин и стал похож на пластик. А если в 10 мл растворителя растворить 5 г пенопласта , то получится клей, склеевающий: бумагу,дерево, пластик.
В случае с ацетоном вышло: в 10 мл ацетона растворилось 5,8200г пенопласта и вышел продукт массой 13,3000г. Мягкий на ощупь мягкий ,похож на лизуна, при растяжении не рвется, склеивает пластик, цвет белый, если скатать в шар то становится упругим и при броске отталкивается от поверхности, высох при комнатной температуре 20 градусов за 10ч 15 мин, после сушки приобрел свойства пластмассы.
А если взять 10 мл ацетона и растворить в нем половину ушедшего пенопласта, то мы получаем идеальный секундный клей: скливает пластик,бумагу, дерево,железо,плохо отмывается от рек.
3. Заключение
3.1 Вывод
В ходе полученных данных мы можем с уверенностью сказать, что переработка пенопласта безвреда, если соблюдать технику безопасности при работе с ацетоном. Получаются продукты, которые мы можем использовать в жизни. Продуктом в виде игрушки-антистресса легко заманить детей, а клей он нужен всем и всегда, ведь в этом мире все не вечно.
3.2 Результат
Мы нашли способ вторичной переработки пенопласта, при этом с полезными продуктами выхода. А значит с помощью этого мы не только немного очищаем нашу планету, но и изготавливаем нужные продукты для жизни.
4. Список литературы
1.Уайт, Дж.Л. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины Текст. / Дж.Л. Уайт, Д.Д. Чой // Пер. с англ. яз. под ред. Е.С. Цобкалло. СПб.: Профессия, 2007. - 256 е.: ил.
2. Крыжановский, B.K. Технология полимерных материалов Текст. / В.К. Крыжановский. СПб.: Профессия, 2008. - 534 е.: ил.
Крыжановский, В.К. Технические свойства полимерных материалов Текст.: Учеб. справ, пособие/ В.К. Крыжановский, В.В. Бур лов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская // 2-е изд., испр. и доп. -СПб.: Профессия, 2005. - 248 е.: ил.
Кербер, M. JI. Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии Текст. /МЛ. Кербер. СПб.: Профессия, 2008. -500 е., ил.
Дементьев, А.Г. Структура и свойства пенопластов Текст. /А.Г. Дементьев, О.Г. Тараканов. -М.: Химия, 1983. 176 е.: ил.
Тагер, A.A. Физико-химия полимеров Текст. /A.A. Тагер. М.: Химия, 1968.-540 е.: ил.Каргин, В.А. Краткие очерки по физико-химии полимеров Текст. /
B.А. Каргин, Г.Л. Слонимкий. М.: Химия, 1967. - 232 с.:ил.
Журков, С.Н. Микромеханика разрушения полимеров Текст. /
C.Н. Журков, B.C. Куксенко, А.И. Слуцкер // Проблемы прочности. 1971. №2. С. 45-50.