Tarbekeemia­tooted, plastid ja kiudained

  • Millest koosneb plast?
  • Mille poolest erinevad tehislikud ja looduslikud kiud?
  • Kuidas toimivad pesuvahendid?

Tarbekeemia kodudes

Meil on kodus rohkesti tarbekeemia­tooteid. Kuigi enamasti on neile lisatud kasutamisõpetus, on vaja tunda ka toodete ja materjalide keemilisi omadusi, et neid õigesti kasutada ja hooldada. Näiteks kui pesta ainult villast koosnevat riideeset pesumasinas tavaprogrammiga, siis võib see märgatavalt kokku tõmbuda. Nimelt on villakiud kaetud soomuskihiga. Kuumuse ja hõõrdumise mõjul muutub see soomuskiht krobeliseks, mille tõttu haakuvad villakiud üksteise külge. Selle tulemusena  muutubki villast ese väiksemaks. 

Kui villast riideeset pestakse pesumasinas tavaprogrammiga, tõmbub see kokku

Plastid

Järjest enam on hakatud kasutama plaste. Plast koosneb polümeerist, plastifikaatorist, värvainest, täiteainest ja säilivust pikendavast ainest. Kuna polümeer (vt ptk 5.4) moodustab põhiosa plastist, siis olenevadki plasti omadused peamiselt polümeeri omadustest.

Plastid on odavad, kerged, üsna tugevad ja väga hästi töödeldavad. Neid saab kuumalt vormida või vastava vormi sisse polümeriseerida. Tuleta meelde, kuidas tekkis eteenist polüeteen (vt ptk 5.4).

Plastide head omadused on painduvus, elastsus ja sitkus. Kuid neil on ka miinuseid: madalal temperatuuril muutuvad plastid kõvaks ja rabedaks. Osa puhtaid polümeere on ka toatemperatuuril liiga rabedad. Seepärast lisatakse neile enne polümerisatsiooni plastifikaatorit, näiteks määrdeõli, mis muudab plasti sitkeks ja painduvaks. PVC-põrandakate ja tehisnahk on valmistatud polüvinüül­kloriidist, millel on suur plastifikaatorisisaldus.

Plastide halb omadus on vähene vastupidavus kõrgemal temperatuuril. Enamik neist pehmeneb, kui temperatuur on üle 100 °C, või hakkab temperatuuri­vahemikus 150–200 °C kõrbema. Samuti kipuvad plastid õhu ja valguse toimel, aga ka lihtsalt aja jooksul vananema ja muutuvad pudedaks.

Plast sobib hästi 3D-printimiseks. See muutub kuumutamisel vedelaks, aga tahkub jahtudes kiiresti
PVC-põrandakate on valmistatud polüvinüülkloriidist, millel on suur plastifikaatorisisaldus
  • Plastifikaatorit lisatakse, et vähendada plasti elastsust.
  • Plast sisaldab erinevaid koostisosi, millest kõige rohkem on polümeeri.
  • Plast on üldiselt odav ja hästi töödeldav materjal.
  • Plast on kõrgel temperatuuril stabiilne.
  • Plast võib vananedes muutuda pudedaks.

Polümeeride liigitamine

Polümeeri struktuuri ja omaduste põhjal liigitatakse plastid termoplastseteks (termoplastid) ja termoreaktiivseteks (reaktoplastid).

Termoplastsete plastide põhipolümeerid koosnevad üksikutest pikkadest polümeersetest molekulidest. Kuumutamisel termoplastid järk-järgult pehmenevad ja muutuvad lõpuks voolavaks. Orgaanilistes lahustites nad enamasti lahustuvad.

Tähtsamad termoplastid on polüeteen (kilekotid), polüstürool (pastapliiatsid), polüvinüülkloriid (reliin) ja orgaaniline klaas.

Termoplastse polümeeri struktuur

Termoreaktiivsete plastide põhipolümeerid on ruumilise struktuuriga. Selline struktuur tekib, kui termoplastse polümeeri niiditaolised molekulid seotakse põiksidemetega kolme­mõõtmeliseks võrguks.

Termoreaktiivsete polümeeri struktuur

Niisuguses võrgus ei saa enam eristada üksikuid polümeerseid molekule. Kogu plastitükk on üks suur molekul. Seetõttu ei muutu termoreaktiivsed plastid kuumutamisel pehmeks ega lahustu ka lahustites. Selline on näiteks kummi.

Kiudained

Kiudained on ülitähtsad lõnga ja kangaste valmistamisel. Kõik kiudained on polümeerid, mille omadused sõltuvad tugevalt nende keemilisest koostisest ja struktuurist. Kiudained jagatakse looduslikeks, tehis- ja sünteeskiudaineteks. Looduslikud kiudained jagunevad omakorda tselluloos­kiududeks ja valkkiududeks.

Looduslikud kiudained on näiteks puuvill ja lina
Sünteetilistest kiudainetest kangad on tavaliselt vett  tõrjuvate omadustega
Spordiriietes kasutatakse sünteeskiude, mis on spetsiaalselt toodetud nii, et need laseksid õhku läbi ja kuivaksid kiiresti

Looduslikest kiudainetest valmistatud rõivad on tervislikud: nad märguvad ja lasevad hästi läbi veeauru. Looduslikke kiudaineid saab kergesti värvida mitmesuguste värvainetega. Looduslikud kiudained on veesõbralikud; seda on ka enamik tekstiilivärvaineid.

Tehis- ja sünteeskiudained on sageli odavamad kui looduslikud, nad on tugevad ja kulumis­kindlad ning välimuselt ilusad. Osa neist, näiteks polüestrid, on ka keemiliselt vastupidavad. Kuid polüamiidid kardavad väga happeid. Tehis- ja eriti sünteeskiud lasevad looduslike kiudainetega võrreldes märksa halvemini läbi veeauru. See on tingitud nende vett tõrjuvatest omadustest. Sellepärast on 100%-lisest sünteeskiust rõivad üsna ebatervislikud, kui ei kasutata spetsiaalset tootmisviisi materjalile poorsuse andmiseks või ei lisata mõnda ainet omaduste muutmiseks. Sünteeskiude segatakse sageli puuvilla või villaga. Vett tõrjuvate omaduste tõttu on sünteeskiudaineid tavaliste värvainetega raske värvida. Seetõttu ei värvita mitte kiude, vaid lahus või sulatis, millest sünteeskiud valmistatakse. Nii saadakse absoluutselt pesukindlad värvilised kiud, sest värvaine on kiu sees. Ainult pealt värvitud looduslikud, eriti aga tehis- ja sünteeskiud, pole nii pesukindlad.

      • Tihti raske värvida
      • Sageli odav
      • Veesõbralik
      • Sageli kallis
      • Kerge värvida
      • Vett tõrjuv

      Tselluloos- ja valkkiud

      Tsellulooskiud on taimse päritoluga. Nagu nimetus viitab, koosnevad nad peamiselt tselluloosist (vt ptk 6.1). Tselluloos­kiududest on tähtsaim puuvill. Puuvilla saadakse puuvillapõõsa seemnete lennukarvadest (need on samasugused nagu võilillel, ainult palju pikemad). Puuvill sisaldab üle 90% puhast tselluloosi. Lina- ja kanepikiud saadakse vastavate taimede vartest. Nendes on tselluloosi vähem, umbes 75%. Ka on neid raskem toota: taimevartest tuleb kiud eraldada mehaaniliste ja keemiliste võtetega. Puuvillane riie on pehme ja soojapidav. Linane riie on jämedam ja tugevam, ent suurema soojusjuhtivusega. Veekindlaks muudetud paks linane riie on present. Kanepist valmistatakse peamiselt köit ja nööri.

      Õitsev lina
      Villa saadakse lamba karvkattest

      Valkkiud on loomse päritoluga. Villa saadakse lamba, aga ka muude loomade karvkattest. Vill on väga kohev, pehme ja suurepärase soojapidavusega. Ka märg vill peab hästi sooja erinevalt enamikust teistest tekstiilkiududest. Villal on veel teinegi eriline omadus: kuuma veega ja mehaaniliselt mõjutades saab villa vanutada. Vanutamisel haakuvad villakiud üksteise külge ja moodustavad ilma igasuguse sideaineta tiheda ja tugeva vildi.

      Looduslikud tekstiilkiud mikroskoobi all. Kuidas on villa vanutamine seotud villakiu pinnastruktuuri iseärasustega?

      Tselluloosikiud on  päritoluga, valkkiud on  päritoluga looduslikud kiud. Tselluloosikiud on näiteks  , valkkiu tüüpiliseks näiteks on .

      Siid

      Siid erineb teistest looduslikest kiududest selle poolest, et siidiliblika röövik siidiuss toodab seda täpselt sama moodi, nagu toodetakse tööstuses tehis- ja sünteeskiude. Siidiuss pressib siidinäärmetest välja valgulahust, mis õhu käes tardub kohe ühtlase läbimõõduga läikivaks siidikiuks. Kõik teised looduslikud kiud on tekkinud aegamööda kasvades ja seetõttu ei ole kiu läbimõõt ühtlane. Siid on väga ilus ja kallis tekstiil, seetõttu on leiutatud mitmesuguseid tehis- ja sünteeskiude, mis on välimuselt siidiga sarnased, kuid palju odavamad.

      Siidiussid ja nende kookonid

      Tehis- ja sünteeskiudained

      Tehiskiudude lähteaineteks on looduslikud polümeersed materjalid, peamiselt tselluloos. Teatavasti ei lahustu tselluloos vees ega üheski tavalises lahustis, v.a mõned kemikaalide lahused. Siirupitaoline tselluloosilahus pressitakse läbi väga peente aukude (filjeeride) mõne teise sobiva kemikaali lahusesse, milles tselluloos muutub uuesti lahustumatuks. Tselluloosist tekivad väga pikad ühtlase jämedusega siiditaolised kiud, need kedratakse niidiks, millest kootakse kangas. Nii valmistatakse tehissiidi.

      Sünteeskiudained valmistatakse sünteetiliselt. Lähteaineks on väikese molekuliga ained, mille liitumisel tekivad pikad polümeersed molekulid. Reaktsioon kulgeb analoogiliselt eteenist polüeteeni saamisega (vt ptk 5.4). Tekkinud polümeer lahustatakse sobivas orgaanilises lahustis või muudetakse kuumutamise teel vedelaks. Lahusest või sulatisest valmistatakse läbi peente avade pressides pikad kiud nagu tehiskiud­ainete puhulgi. Kui lahusti aurab ära või sulatis jahtub, saadakse tugev peen kiud. Nii valmistatakse polüamiid-, akrüül-, polüester­kiudu jt tekstiilkiudaineid.

      Filjeer ehk peente avadega seadis, mis vormib polümeeri kiududeks
      Polüamiidkiududest koosnev materjal Nomex® on tulekindel. Seda kasutatakse tuletõrjujate riiete valmistamiseks 
      Polüamiidkiududest koosnev materjal Kevlar® on äärmiselt tugev. Seda kasutatakse kuulikindlate vestide ja kiivrite valmistamiseks
      Akrüülist tehakse ujumisriideid

      Kiud, mille lähteaineks on looduslikud polümeersed materjalid (nt tselluloos) on . Kiud, mida saadakse sünteetiliselt analoogselt eteenist polümeeri saamisega, on .

      Pesemisvahendid

      Pesemisvahendite hulka kuuluvad seebid, šampoonid ja pesupulbrid. Vanimaks pesemisvahendiks on seep (vt ptk 5.7). See koosneb rasvhapete sooladest, mis on lahuses ioonidena, näiteks C17H35COO-ioon ja Na+-ioon. Seebi anioon koosneb pikast vett tõrjuvast süsivesinikrühmast —C17H35 ja veesõbralikust laenguga osast —COO. Kui seepi vees lahustada, kogunevad seebi anioonid mustuseosakeste pinnale nii, et vett tõrjuv osa on pööratud sissepoole, s.t mustuseosakeste poole. Laetud osad on aga pööratud väljapoole, s.t vee poole. Nii aitab seep pestavalt pinnalt mustuseosakesi lahti kangutada ja lahusesse viia. Seebi puuduseks on see, et ta on tugevalt aluseline. Uuemad pesemisvahendid, mis toimivad muidu samamoodi nagu seep, on neutraalsed ega pane silmi kipitama, kui nendega nägu pesta.

      Kui seepi vees lahustada, kogunevad seebi anioonid mustuseosakeste pinnale nii, et vett tõrjuv osa on pööratud mustuseosakeste poole, laetud osad on aga pööratud vee poole
      Müügil on palju erinevaid pesupulbreid, seepe, šampoone jmt 

      Seep koosneb  sooladest, mis on lahuses . Seebi anioon koosneb pikast  süsivesinikrühmast ja  laenguga osast.

      • C17H35COONa
      • CH3COONa
      • C17H35COOCH3
      • C15H31COONa
      • C17H35COOH
      • C17H36

      Värvid ja liimid

      Argielus läheb sageli tarvis värve ja liime. Mõlemad on tarbekeemia­tooted ja neil on palju ühiseid omadusi. Nii värvide kui ka liimide peamised koostisosad on polümeerid. Mõlemad on algul vedelad, kuid kõvastuvad kasutamise käigus. Samuti nakkuvad (kleepuvad) nad tugevasti pinnaga, millele neid kantakse. Värv kaitseb pinda välis­mõjude eest ja muudab pinna ilusamaks, liim liidab omavahel kaks pinda. Läbipaistvat heledat värvi nimetatakse lakiks. Lakile värvainet lisades saame emaili.

      Paljude värvide ja liimide valmistamisel kasutatakse lahusteid. Need on võrdlemisi kergesti lenduvad vedelikud (bensiin, lakibensiin, etanool, atsetoon, tärpentin jt). Peaaegu kõik lahustid on väga tuleohtlikud.

      Liim liidab kaks pinda
      Küünelaki saab eemaldada atsetooniga
      Värv muudab pinna välimust

      Ravimid, taimekaitse- ja putukatõrje­vahendid

      Enamik tänapäeval kasutatavaid ravimeid on valmistatud peamiselt sünteetilistest orgaanilistest ainetest. Ravimis on tavaliselt mitu koostisosa. Peale ühe või kahe ravi- ehk toimeaine sisaldavad ravimid glükoosi, et mõru või muidu ebameeldivat maitset paremaks muuta; tärklise­kliistrit, et tablett paremini koos püsiks, ja muid lisaaineid.

      Põllul, koduaias ja korteris kasutatakse mitmesuguseid taimekaitse- ja putukatõrje­vahendeid. Ka nende seas on selliseid aineid, mis on inimesele ja koduloomadele mürgised ning oskamatult kasutades ohtlikud.

      Taimekaitsevahendeid peab kasutama mõistlikult

      Mõtlemist

      Mida tuleks arvestada kemikaalidega töötades?

      Tarbekemikaalide mürgisus

      Ravimite tootmine Tallinna farmaatsiatehases

      Ei tohi unustada, et paljud ravimid võivad olla mürgised. Seetõttu on ravimitega kaasas väga üksikasjalik tarvitamisõpetus, mis tuleks hoolega läbi lugeda. Ravimeid valesti tarvitades võivad tekkida rasked mürgistused. Ravimite koostises on sageli väga keerulise struktuuriga ühendeid, mis on tundlikud õhuhapniku suhtes või lagunevad aja jooksul iseenesest. Seetõttu on ravimitel nagu toiduainetelgi kasutamistähtaeg.

      Taimekaitse- ja putukatõrje­vahendid püütakse valmistada nii, et nende toime oleks valikuline. See tähendab, et nad oleksid võimalikult mürgised viirus- ja seenhaigustele või kahjur­putukatele, aga võimalikult vähe mürgised soojaverelistele loomadele. Sellised vahendid ei tohi olla püsivad. Pärast kahjurite või haigusetekitajate hävitamist peavad need kiiresti lagunema vee, õhuhapniku ja päikesevalguse toimel, et nad ei saastaks ümbritsevat keskkonda.

      Ma tean, et ...

      • Plastid on sitked, tugevad, odavad, aga kõrgemal temperatuuril vähe vastupidavad.
      • Plastide liigid:
        • termoplastsed plastid (niiditaoliste molekulidega, pehmenevad kuumutamisel, lahustuvad orgaanilistes lahustites),
        • termoreaktiivsed plastid (ruumilise struktuuriga, ei pehmene kuumutamisel ega lahustu).
      • Kiudained võivad olla
        • looduslikud (tsellulooskiud nagu puuvill või lina, valkkiud nagu vill või siid),
        • tehislikud,
        • sünteetilised.
      • Looduslikud kiudained on veesõbralikud ja tervislikud.
      • Tehislikud ja sünteetilised kiudained on ilusad, tugevad, odavad ja vett-tõrjuvad, kuid ei ole nii tervislikud.
      • Tarbekeemiatooted on ...
        • pesemisvahendid,
        • ravimid, taimekaitse- ja putukatõrjevahendid (võivad olla mürgised),
        • happed ja alused,
        • värvid, liimid ja lahustid.

      Küsimused ja ülesanded

      1. Miks kasutatakse polüesterkiudu peaaegu alati koos puuvillaga?
      2. Kas sportlastel on tervislikum kanda puuvillaseid või nailondresse?
      3. Miks NaCl lahust ei saa kasutada pesemisvahendina?
      4. Nimeta viis värvi ja liimi.
      5. Nimeta viis tuntumat ravimit.
      6. Miks taimekaitsevahendid peavad õhu käes kiiresti lagunema?