3.6 Sljedeća jedinica Aromatski ugljikovodici
3.5

Umjetni polimeri

Moći ću:
  • objasniti proces adicijske polimerizacije
  • razlikovati prirodne i sintetičke polimere
  • objasniti utjecaj otpadnih umjetnih polimera na okoliš.

Uvod

Lego–kocke među najljepšim su igračkama vašeg djetinjstva. Rado se sjećate trenutaka provedenih u igri, kao i onih težih trenutaka kada je trebalo riješiti problem kako od njih složiti kućicu, avion ili nešto treće. Kockice su lijepih boja, ali su i tvrde. To dobro znaju svi koji su barem jednom stali bosom nogom na nju, ali kocka se nije oštetila niti se savila. Zašto je to tako? Osobine tvari ovise o njezinu sastavu i građi, a lego-kocka napravljena je od triju vrsta polimera koji joj daju takve osobine i pripada skupini ABS plastike (akronitril, butadien, stiren).

Fotografija prikazuje razonobojne lego-kocke.
Lego-kocke

Što je polimer?

Polimer je velika molekula sastavljena od mnogo jednakih manjih dijelova.

Manji dijelovi nazivaju se monomeri.

U svakodnevnom govoru polimere često nazivamo plastika.

Postoje prirodni i sintetički polimeri.

Prirodni polimeri: vuna, pamuk, svila – materijali koji se koriste od davnina.

 

Što je polimer?

Polimer je velika molekula sastavljena od mnogo jednakih manjih dijelova. Manji dijelovi nazivaju se monomeri. Polimer sastavljen samo od jedne vrste monomera jest homopolimer. Polimer građen od dviju ili više vrsta monomera ubraja se u kopolimere. U svakodnevnom govoru polimere često nazivamo “plastika”, ali je zapravo riječ o velikoj skupini različitih tvari s različitim svojstvima i uporabom.

Postoje prirodni i sintetički polimeri. Vuna, pamuk i svila prirodni su polimerni materijali koji su korišteni još od davnih vremena.

Fotografija prikazuje raznobojne šešire i šalove načinjene od prirodnih polimera - vune, svila i pamuka.
Prirodni polimeri: vuna, pamuk, svila - materijali koji se koriste od davnina.

Od prirodnih polimera spomenimo još DNK, RNK i bjelančevine.

Skupina sintetičkih polimera vrlo je brojna.

Mnogi predmeti koji su se nekad izrađivali od drveta ili kože, danas se izrađuju od plastike.

Od plastike su izrađeni bojni predmeti koje svakodnevno koristimo: boce za tekućine i druga ambalaža, dijelovi namještaja, kućanskih aparata i automobila, pribor za pisanje i još mnogo što.

Od prirodnih polimera spomenimo još DNK, RNK i bjelančevine.

Skupina sintetičkih polimera vrlo je brojna i čini veći dio kemijske organske industrije. Mnoge predmete koje se nekad izrađivalo od drveta ili kože, danas se izrađuje od plastike. Od plastike su izrađeni bojni predmeti koje svakodnevno koristimo u svojem životu: boce za tekućine i druga ambalaža, dijelovi namještaja, kućanskih aparata i automobila, pribor za pisanje i još mnogo što.

Fotografija prikazuje mnoštvo predmeta koje koristimo u svakodnevnom životu, a načinjeni su od plastike: slamke, mobitel, radio, bocu deterdženta za pranje posuđa, četku za pranje boca, CD, igračku, kuhalo za vodu, plastičnu čašu i flomaster.
Predmeti koje koristimo u svakodnevnom životu, načinjeni od plastike

Polimere dijelimo u dvije skupine prema vrsti monomera koji ih izgrađuju.

To su kondenzacijski i adicijski polimeri.

Kondenzacijski polimeri općenito su kombinacija dviju različitih komponenata u alternirajućoj strukturi.

U postupku polimerizacije se često, ali ne uvijek, oslobađa mala molekula, npr. voda.

Adicijski polimeri građeni su od monomera koji pripadaju skupini ugljikovodika alkena i njihovih derivata.

Nastajanje polimera

U reakciji polimerizacije sudjeluju male molekule alkena koje sadrže dvostruku vezu pri kraju svoje molekule.

Polimer nastaje pretvaranjem dvostruke veze monomera u jednostruke veze polimera.

Na primjeru etena prikazan je proces adicijske polimerizacije:

\ce{n CH2 \bond{2} CH2 →[\textrm{katalizator}] \bond{1} (\bond{1} CH2 \bond{1} CH_{2}) \bond{1})_{n} \bond{1}}

pri čemu n označava velik broj molekula.

Polimere dijelimo u dvije skupine prema vrsti monomera koji ih izgrađuju. To su kondenzacijski i adicijski polimeri.

Kondenzacijski polimeri općenito su kombinacija dviju različitih komponenata u alternirajućoj strukturi. Monomeri podložni kondenzacijskoj polimerizaciji različiti su od onih koji su podložni adicijskoj polimerizaciji i imaju dva glavna svojstva: (i) imaju neku od funkcijskih grupa kao što su alkoholi, amini ili karboksilne kiseline, (ii) svaki monomer ima barem dva reaktivna mjesta, što obično znači dvije funkcijske grupe. U postupku polimerizacije se često, ali ne uvijek, oslobađa mala molekula, npr. voda.

Adicijski polimeri građeni su od monomera koji pripadaju skupini ugljikovodika alkena i njihovih derivata.

Nastajanje polimera

U reakciji polimerizacije sudjeluju male molekule alkena koje sadrže dvostruku vezu pri kraju svoje molekule. Polimer nastaje pretvaranjem dvostruke veze monomera u jednostruke veze polimera.

Na primjeru etena prikazan je proces adicijske polimerizacije:

 

\ce{n CH2 \bond{2} CH2 →[\textrm{katalizator}] \bond{1} (\bond{1} CH2 \bond{1} CH_{2}) \bond{1})_{n} \bond{1}}

pri čemu n označava velik broj molekula.

 

Polimerizacijom etena nastaje polieten.

Polieten je mekan i elastičan materijal, proziran, otporan na vodu i većinu kemikalija.

To je najčešći polimer te ima široku primjenu (boce, folije, vrećice).

Na proizvodima od polietena nalazi se trokutasti znak u čijoj je sredini kratica za polieten (PE).

Ovisno o traženim fizičko-kemijskim osobinama i uvjetima proizvodnje, proizvodi se kao:

  • polietilen niske gustoće – engl. Low Density PoliEthylene (LDPE), oznaka 4 u trokutu na ambalaži
  • polietilen srednje gustoće – engl. Medium Density PoliEthylene (MDPE)
  • polietilen visoke gustoće – engl. High Density PoliEthylene (HDPE), oznaka 2 u trokutu na ambalaži
  • polietilen ultravisoke molekulske mase – engl. Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE)

Polimerizacijom etena nastaje polieten. Reakcija se odvija pri povišenom tlaku (150 – 300 MPa), povišenoj temperaturi (300 °C) i uz prisutnost tragova kisika kao katalizatora.

Polieten je mekan termoplastični materijal, proziran, otporan na vodu i većinu kemikalija. To je najčešći polimer te ima široku primjenu (boce, folije, vrećice). Na proizvodima od polietena nalazi se trokutasti znak u čijoj je sredini kratica za polieten (PE). Ovisno o traženim fizičko-kemijskim osobinama i uvjetima proizvodnje, proizvodi se kao:

  • polietilen niske gustoće – engl. Low Density PoliEthylene (LDPE), oznaka 4 u trokutu na ambalaži
  • polietilen srednje gustoće – engl. Medium Density PoliEthylene (MDPE)
  • polietilen visoke gustoće – engl. High Density PoliEthylene (HDPE), oznaka 2 u trokutu na ambalaži
  • polietilen ultravisoke molekulske mase – engl. Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE)
Fotografija prikazuje oznaku za recikliranje utisnutu na dnu boce. Oznaka se sastoji od 3 strelice savinute u oblik trokuta. U sredini trokuta je otisnut broj 2, a ispod trokuta slova HDPE. Ova oznaka govori da se radi o polietilenu visoke gustoće.
Oznaka za jednu vrstu polietena

Drugi primjeri adicijskih polimera:

  • polipropilen (PP)
  • polivinilklorid (PVC)
  • politetrafluoreten (PTFE)
  • polistiren (PS).

Opišimo neka svojstva i primjenu dvaju polimera.

  • Politetrafluoreten, PTFE, (teflon), vrlo je postojan i ima visoko talište (320 do 400 °C). Nije zapaljiv, otporan je na atmosferilije. Upotrebljava se u kemijskoj industriji za izradu cjevovoda, pumpi, reaktora, spremnika, koji su otporni na kemikalije. Rabi se u avionima i svemirskim letjelicama za spremnike za gorivo, izolaciju kabela i za zaštitna odijela. Fiziološki je neškodljiv, toplinski stabilan i zato se rabi za izradu aparata i posuđa u kućanstvu (tave, roštilj).
  • Polivinilklorid, PVC, industrijski se proizvodi od 1937. godine. Koristi za izradu raznih cijevi, PVC prozora i varta, kao i za izolaciju električnih žica. U medicini se od PVC-a izrađuju vrećice za krv, cijevi za transfuziju i podne obloge u operacijskim dvoranama. To je teško zapaljiv i biološki nerazgradiv materijal koji opterećuje odlagališta otpada i zato ga je potrebno reciklirati. Spaljivanjem PVC-a nastaju jako otrovni organski spojevi dioksini i furani, ali i klorovodik koji, ako dođe u atmosferu, s vlagom iz zraka daje klorovodičnu kiselinu, koja je jedan od uzročnika kiselih kiša.
Za znatiželjne
Fotografija prikazuje različite uporabne predmete načinjene od prozirne plastike - čaše, čepove, tube, boce i vrećice.

U svojem okruženju (kuća, škola) pronađite što više različitih predmeta izrađenih od različitih plastičnih masa (posuđe, ambalaža, igračke, vrećice…), a zatim ih razvrstajte s pomoću njihovih identifikacijskih kodova kojima se označavaju umjetni polimeri – pogledajte sadržaj galerije Neki najčešći simboli za recikliranje plastike.

Za tri najzastupljenije vrste plastike koje ste prikupili navedite neke primjere uporabe u svakodnevnom životu. Rezultate svojih istraživanja usustavite radom u skupini: načinite infografiku koju možete izraditi s pomoću alata Piktochart.

Neki najčešći simboli za recikliranje plastike

Fotografija prikazuje simbol za recikliranje plastike. Na gornjem dijelu su tri strelice postavljene u obliku trokuta što označava da se taj plastični predmet može reciklirati.. U trokutu je broj 1. U takvoj ambalaži najčešće kupujemo vodu i sokove. Ispod trokuta je natpis PET koji označava vrstu plastike. Plastične proizvode s ovakvom oznakom preporučljivo je koristiti samo jednom.
Fotografija prikazuje simbol za recikliranje plastike. Na gornjem dijelu su tri strelice postavljene u obliku trokuta što označava da se taj plastični predmet može reciklirati.. U trokutu je broj 3. . Ispod trokuta je natpis PVC koji označava vrstu plastke. Od te vrste plastike izrađuje se plastična ambalaža za hranu, boce, igračke i sl. S obzirom da ova vrsta plastike ispušta kemikalije koje nepovoljno utječu na ljudsko zdravlje, stručnjaci preporučuju korištenje drugih vrsta plastike.
Fotografija prikazuje simbol za recikliranje plastike. Na gornjem dijelu su tri strelice postavljene u obliku trokuta što označava da se taj plastični predmet može reciklirati.. U trokutu je broj 5. U takvoj ambalaži najčešće kupujemo jogurt. Ispod trokuta je natpis PP koji označava vrstu plastike.
Fotografija prikazuje simbol za recikliranje plastike. Na gornjem dijelu su tri strelice postavljene u obliku trokuta što označava da se taj plastični predmet može reciklirati.. U trokutu je broj 6. Ispod trokuta je natpis PS koji označava vrstu plastike - polistiren. Od polistirena se najčešće izrađuju plastične čaše i priboj za jelo. Ta se vrsta plastike ne smije zagrijavati je tada postaje štetna za zdravlje ljudi.
Fotografija prikazuje simbol za recikliranje plastike. Na gornjem dijelu su tri strelice postavljene u obliku trokuta što označava da se taj plastični predmet može reciklirati.. U trokutu je broj 4. Ispod trokuta je natpis PEBD koji označava vrstu plastike. Od ove vrste plastike najčešće se izrađuju plastične vrećice.
1 / 6

Opasnosti od otpada umjetnih polimera

Nafta je temeljna sirovina za proizvodnju većine polimera, ali i za druge važne spojeve poput lijekova. Prisjetimo li se da je količina nafte kojom raspolažemo ograničena, trebamo dobro razmisliti o načinu njezina korištenja. Velika količina polimernog materijala već je proizvedena, stoga brojni proizvodi završe kao otpad. Među takvim su proizvodima plastične vrećice iz trgovine. Vjerojatno ste upoznati s akcijom u kojoj se građanima savjetuje korištenje platnenih vrećica ili torbi umjesto plastičnih.

Torba od jute, alternativa plastici
Torba od jute, alternativa plastici

Problem otpadnih polimera predstavlja određenu opasnost za ekosustave jer većina polimera nije razgradiva i ne može se uključiti u normalan kružni tok tvari u prirodi. Time se narušava prirodna ravnoteža, zdravlje i život svih članova životne zajednice.

Fotografija prikazuje neodgovorno odlaganje otpada. Nerazgradiv plastični otpad odbačen je u prirodi.
Neodgovorno odlaganje otpada

Gospodarenje polimernim otpadom važna je djelatnost jer se najveći dio odnosi na polimere. Zbrinjavanje takva otpada zahtijeva stručnost jer se ne može jednostavno spaliti ili zakopati. Stoga se provode mjere recikliranja i postupci izbjegavanja odlaganja plastičnog otpada. U Hrvatskoj trenutačno posluje devet poduzeća za recikliranje polimera.

Fotografija prikazuje rad u pogonu za zbrinjavanje otpada. Radnici stoje pored trake na kojoj su različite vrte odpada te razvrstavaju otpad prema vrsti.
Rad u pogonu za zbrinjavanje otpada

Vulkanizacija gume

Kaučuk je prirodni polimer izoliran iz mliječnog soka drveta kaučukovca (Hevea brasiliensis).

Fotografija prikazuje izlijevanje mliječnog soka iz drveta kaučukovca. Na drvetu je izrezan dio kore i umetnut mali žlijeb pomoću kojeg tanki mlaz mliječnog soka teče u posudu. Mliječni sok je bijele boje.
Izlijevanje mliječnog soka iz drveta kaučukovca

Kaučuk pripada adicijskim polimerima, a monomerna jedinica jest izopren (2-metilbuta-1,3-dien). Prirodna je guma mekana i ljepljiva u toploj sredini, a krhka u hladnoj sredini. Kako se danas od mekanog kaučuka pravi elastična guma otporna na visoke i niske temperature?

Istražite priču o Charlesu N. Goodyearu. Koristeći alat Padlet,  na  online zidu dodajte svoje zabilješke i zanimljivosti  vezane za ovog  Amerikanca kojeg smatramo “ocem gume” i podijelite ih s učenicima u razredu.

 

Fotografija prikazuje prodavaonicu automobilskih guma. Gume su izložene na policama.
Prodaja i skladištenje automobilskih guma

Na kraju…

Primjenite znanje i riješite dopunjaljku!