Učební texty k výuce chemie – školní rok 2016/2017
Makromolekulární látky Makromolekuly • látky složené z velkého počtu atomů vázaných chemickými vazbami do dlouhých řetězců • látky s velkou relativní molekulovou hmotností (104 – 107) •
výchozí sloučeninou je monomer
Monomerní (stavební) jednotky – pravidelně se opakující části řetězce makromolekuly, má stálé chemické složení. Molekuly monomeru musí obsahovat • násobnou vazbu, např.
•
alespoň dvě reaktivní skupiny, např.
Polymerační stupeň n • udává počet stavebních jednotek v makromolekule, udává velikost makromolekuly •
sloučeniny s n <10 ..... oligomery, sloučeniny s n > 10 ..... polymery
Stavební jednotka neboli mer – pravidelně se opakující část makromolekuly, která má stále stejné chemické složení Strukturní jednotka – nejjednodušší uspořádání stavebních jednotek ve struktuře molekuly. Homopolymer – polymer, u kterého je stavební jednotka totožná se strukturní jednotkou Kopolymer – strukturní jednotka se skládá z odlišných stavebních jednotek strukturní jednotka stavební jednotka
stavební jednotka
polyreakce n H2C
CH
CH CH2 +
n H2C
CH
CH2 CH
CH
CH2 CH2 CH
buta-1,3-dien
styren
butadien-styrenový kaucuk
monomer
monomer
kopolymer
Biopolymery – polymery biologického původu (biomakromolekulární látky)
1
n
Učební texty k výuce chemie – školní rok 2016/2017
Klasifikace polymerů Přírodní polymery – bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny, polyterpeny Syntetické polymery a) podle vzniku připravené polymerací připravené polykondenzací připravené polyadicí b) podle tvaru makromolekulárního řetězce lineární rozvětvené plošně zesíťované prostorově zesíťované c) podle chování při zvýšené teplotě
termoplasty reaktoplasty
Pro praktické využití se k termoplastům a reaktoplastům přidávají tzv. aditiva, která slouží jako jejich změkčovadla (činí je tvárnějšími), plniva (zvětšují jejich objem, ne však na úkor kvality), pigmenty (obarvují je) a antioxidanty (brání jejich pozvolnému rozkladu kyslíkem). Syntetické polymery vznikající polymerací Polymerace • •
•
Polyreakce, při které reagují monomery na polymer bez vzniku vedlejšího produktu. Vícenásobná adice o radikálová o iontová Rozlišujeme o homopolymerace – o kopolymerace –
Polymery připravené polymerací: Polyethylen PE
Vlastnosti monomeru - nejedovatý, hořlavý, narkotikum bez nežádoucích účinků Vlastnosti polymeru •
pevný, houževnatý, odolný proti vodě, chemikáliím a mrazu, nízká propustnost vodních par, výborný elektroizolátor, zahříváním se dá tvarovat, není rozpustný v organických rozpouštědlech. 2
Učební texty k výuce chemie – školní rok 2016/2017
Použití polymeru •
fólie pro obalovou techniku, stavby skleníků, vodoinstalační zařízení, potrubí, láhve na chemikálie, užitkové předměty, síta, cedníky, vědra, kelímky, vaničky, umělé cévy ve zdravotnictví
Polypropylen PP
Vlastnosti monomeru - narkotikum s nežádoucími reakcemi krevního oběhu Vlastnosti polymeru lehký, odolný vůči teplotě do 120°C, elektroizolátor Použití polymeru •
•
fólie pro obalovou techniku, elektroizolační materiál, zdravotnické potřeby (lze je sterilizovat), textilní vlákna
Polyvinylchlorid PVC
Vlastnosti monomeru jedovatý, narkotikum, způsobuje závratě, ztrátu orientačních schopností, ve větším množství ztrátu vědomí, je karcinogenní Vlastnosti polymeru • málo odolný teplotám nad 45°C a mrazu, odolný proti kyselinám a zásadám, R v acetonu, elektroizolátor Použití polymeru • • •
výroba lepidel a laků novodur – neměkčený – vodovodní trubky novoplast – měkčený – podlahoviny, fólie, hračky, láhve, hadice, ubrusy
Polytetrafluorethylen PTFE
Vlastnosti monomeru - nejedovatý, jeho pyrolýzou však vznikají velmi jedovaté látky Vlastnosti polymeru odolává vyšším teplotám a chemikáliím, nejedovatý Použití polymeru •
•
k povrchové úpravě kuchyňského nádobí, v chemickém průmyslu a elektrotechnice
3
Učební texty k výuce chemie – školní rok 2016/2017
Polystyren PS
Vlastnosti monomeru - narkotikum, dráždí sliznice, jedovatý, podezřelý z karcinogenity Vlastnosti polymeru tvrdý, pevný, křehký, tepelný a zvukový izolátor, dobře se barví Použití polymeru •
• •
užitkové předměty – misky, kelímky, spotřební zboží pěnový PS – obalový a izolační materiál
Polybutadienový kaučuk
Vlastnosti polymeru - pevný v tahu, odolný proti oděru a vzniku trhlin Použití polymeru – k výrobě pneumatik Syntetické i přírodní kaučuky jsou elastomery, pro zvýšení elasticity se vulkanizují – zahřátím se sírou se vytvoří sirné můstky mezi jednotlivými lineárními makromolekulami kaučuku => zvýšení elasticity (materiál je účinněji smršťován). Vulkanizované makromolekuly kaučuku mají tedy částečně zesíťované molekuly (při vulkanizaci zaniknou některé dvojné vazby v makromolekule kaučuku). Vulkanizovaný a aditivy upravený kaučuk – PRYŽ.
Syntetické polymery vznikající polykondenzací Polykondenzace •
polyreakce dvou různých monomerů, z nichž každý má nejméně dvě reaktivní charakteristické skupiny – např.
•
vždy vzniká vedlejší produkt – nízkomolekulární sloučeniny – např. polymery připravené polykondenzací – polykondenzáty
•
4
Učební texty k výuce chemie – školní rok 2016/2017
Polymery připravené polykondenzací: Polyestery •
vyrábějí se z dvojsytných alkoholů a dikarboxylových kyselin
•
Používají se k výrobě nátěrových hmot a pryskyřic a textilních vláken Výroba polyesterových sklolaminátů – velmi pevné a odolné sloučeniny – k výrobě karoserií aut, střešních krytin, potrubí…
•
Polyamidy •
• •
Jejich molekuly obsahují peptidickou vazbu -CO-NH-, která se v řetězci pravidelně opakuje. Příkladem je nylon, silon Výzkumem polyamidů se zabýval Otto Wichterle (1913-1998)
Fenolformaldehydové pryskyřice (fenoplasty nebo bakelity) • •
Patří mezi nejstarší syntetické polymery (1907 Baekeland) Například polykondenzací fenolu a formaldehydu vzniká lineární polymer novolak: OH
OH H + n
n
H C
OH
OH
polykondenzace + H+
n H2O +
CH2
O n fenol
formaldehyd
novolak
Novolak je termoplast, R se v organických rozpouštědlech. Používá se k výrobě laků. Močovinoformaldehydové pryskyřice (aminoplasty) • •
Vznikají polykondenzací močoviny nebo jejích derivátů s formaldehydem. Např. umakart
Syntetické polymery vznikající polyadicí Polyadice • • •
Charakteristickým znakem polyadice je přesun vodíkového atomu v řetězci. Jeden z monomerů musí obsahovat slabě kyselý vodík, který může uvolnit Nevzniká vedlejší produkt
5
Učební texty k výuce chemie – školní rok 2016/2017 polyadice n HO
(CH2)4
n O
OH +
butan-1,4-diol
C
N
(CH2)6
N
C
O
hexamethylendiisokyanát
polyadice O
(CH2)4
O
CO
NH
(CH2)6
NH
CO n
polyurethan PUR
•
Polyurethany se používají k výrobě syntetických vláken, elastických pěnových látek (molitan) a lepidel. Uplatňují se mimo jiné také jako textilní vlákna.
Výhody a nevýhody plastů a jejich vliv na životní prostředí
6
