POLYMERY PRINCIPY, STRUKTURA, VLASTNOSTI Doc. ing. Jaromír LEDERER, CSc.
O čem budeme mluvit • Úvod do chemie a technologie polymerů • Makromolekulární řetězce • Struktura, fázový stav a základní vlastnosti polymerů • Mechanismy vzniku • Principy průmyslových syntéz • Hlavní typy polymerů
Obecné vlastnosti polymerů
pevné nebo elastické transparentní, průsvitné nebo neprůsvitné tvrdé nebo měkké odolné vůči povětrnostním vlivům nebo degradabilní odolné vůči vysoké nebo nízké teplotě.
Použití polymerů • Plasty – – – – –
obalová technika stavebnictví strojírenství elektrotechnika, elektronika nábytkářství
• Nátěrové hmoty – (filmotvorné polymery + pigmenty + plniva + ředidla)
• Lepidla a tmely – lepidla termoplastická a reaktivní
• Vlákna – přírodní, chemická
• Kaučuky
Oblast aplikace polymerů
Spotřeba polymerů v Evropě
Použití polymerů • Plasty – – – – –
obalová technika stavebnictví strojírenství elektrotechnika, elektronika nábytkářství
• Nátěrové hmoty – (filmotvorné polymery + pigmenty + plniva + ředidla)
• Lepidla a tmely – lepidla termoplastická a reaktivní
• Vlákna – přírodní, chemická
• Kaučuky
Použití PUR v automobilech
Úvod do chemie a technologie polymerů • POLYMERY – Elastomery – Plasty • Termoplasty • Reaktoplasty (Termosety)
– Pryskyřice
Trochu historie • Indiáni v Jižní Americe….“plačící dřevo“ ..přírodní kaučuk • Goodyear…vulkanizace • Dr.Dunlop.. Pneu (1888) • Igelit (1925) PVC • Celuloid (1873) J.Hyatt • Bakelit (1909) L.Beakland • Nylon (1935) W.Carothers • Ziegler – Natta – koordinační katalyzátory
Hlavní typy polymerů •
• • • • • • • • • •
ABS (AKRYLONITRIL, BUTADIEN A STYREN) ASA (AKRYLONITRIL, STYREN A AKRYLÁTY) SBR (BUTADIEN STYRENOVÝ KAUČUK) CA (ACETÁT CELULOSY) EP (EPOXIDOVÉ PRYSKYŘICE) E/P (KOPOLYMER ETHYLENUA PROPYLENU) EPDM (ETHYLEN-PROPYLENOVÝ KAUČUK S DIENEM) EVA (KOPOLYMEN ETHYLENVINYLACETÁT) SI (SILIKON) UF (MOČOVINOFORMALDEHYDOVÁ PRYSKYŘICE) MF (MELAMINOFORMALDEHYDOVÁ PRYSKŘICE)
• • • • • • • • • • • • • •
HDPE (POLYETHYLEN O VYSOKÉ HUSTOTĚ) LDPE (POLYETHYLEN O NÍZKÉ HUSTOTĚ) LLDPE(POLYETHYLEN O NÍZKÉ HUSTOTĚ S LINEÁRNÍ STRUKTUROU) PA (POLYAMIDY) PAN (POLYAKRYLONITRIL) PC (POLYKARBONÁTY) PET (POLYETHYLENTEREFTALÁT) PF (FENOLFORMALDEHYDOVÁ PRYSKYŘICE) POP (POLYFENYLENOXID) PP (POLYPROPYLEN) PS (POLYSTYREN) PUR (POLYURETAN) PVC (POLYVINYLCHLORID) UP (NENASYCENÁ POLYESTEROVÁ PRYSKYŘICE)
Co jsou polymery – a co je charakterizuje ? • • • • •
Složení Velikost molekul Tvar molekul polymeru Organizovanost molekul polymeru Vliv na vlastnosti
Hlavní monomery • • • • • • • • • • • • • • • •
ethylen (g) b.v. –101 °C propylen (g) b.v. – 44 °C buteny (g) b.v. –9 °C styren (l), b.v. 145 °C divinylbenzen (l), b.v. 184 °C alfa-methylstyren (l), b.v. 172°C vinylchlorid (g), b.v. – 14°C kyselina akrylová (l) b.v. 141 °C k.methakrylová (l) b.v. 163 °C akrylonitril (l) b.v. 77 °C vinylacetát (l) b.v. 73 °C 1,3 – butadien (g) isopren (l) b.v. 34 °C anilin (s) b.t. 89 °C fenol (s) b.t. 41 °C bisfenol A
• • • • • • • • • • • • • • • •
chloropren (l) b.v. 60 °C formaldehyd (g) b.v. – 19 °C acetaldehyd (l) b.v. 20 °C epsilon – kaprolaktam (s) b.t. 64 °C dimethyldichlorsilan tolylendiisokyanát bis(4-isokyanátofenyl)methan kyselina adipová (s) b.t. 153 °C maleinanhydrid (s) b.t. 53 °C ftalanhydrid (s) b.t. 131 °C kyselina tereftalová (s) b.t. 427 °C ethylenglykol (l) b.v. 198 °C glycerol (l) b.v. 290 °C hexamethylendiamin (s) b.t. 42 °C močovina(s) b.t. 132 °C melamín (s) b.t. 354 °C
Základní struktura polymerů OObrázek : Základní struktura polymerů
AA) BB) CC)
lineární polymer rozvětvený polymer prostorově zesíťovaný polymer
Chemické složení AB kopolymerů
A) B) C) D)
homopolymer nepravidelný kopolymer blokový kopolymer alternující kopolymer
Chemické složení polymerů
AA)
BB) CC) DD)
homopolymer nepravidelný kopolymer blokový kopolymer alternující kopolymer
/směsné polymery = směsi polymerů/
Molární hmotnost polymeru
Molární hmotnost syntetických polymerů může nabývat hodnot od několika 10 000 g/mol až do několika 1 000 000 g/mol. Obrázek ukazuje jako příklad distribuční křivky molární hmotnosti (MMD) několika různých polymerních standardů.
Plasty a polymery
Co je polymer ?
Rozdělení polymerů, krystalizace
Co rozhoduje o vlastnostech polymeru ?
Složení polymerů
Vznik polymeru – adiční a kondenzační polymerace
NÁSOBNÁ VAZBA
2
A VÍCE FUNKČNÍ SKUPINY
POLYADIČNÍ POLYMERACE……POLYURETANY
Velikost molekuly polymeru
Distribuce velikostí molekul polymeru
Vyjádření rozsahu velikostí molekul polymeru
Polydisperzita
Význam polydisperzity
Co je krystalinita polymeru ?
O čem rozhoduje hustota ? Tuhost Bod tání Smrštivost
Tvrdost Odolnost k otěru Zakalenost Chemická odolnost
Vnitřní organizace molekul
Organizovanost molekul polymeru – amorfní a semikrystalické
•Čirost – zákal •Propletenostorganizovanost molekul •Bod tání •Smrštivost při chlazení taveniny •IsotropieAnisoptropie •Chemická odolnost
Struktury makromolekulárních řetězců
lineární
rozvětvená
zesíťovaná
Termomechanická křivka
T(g)-teplota zeskelnění 1….amorfní polymer
T(m) t.tání T(f) t.toku 2,3…..krystalický polymer
Tok taveniny – skrze vstřikovací tryskou
Molekuly se převalují…protahují…..vysoké protažení…vratný pochod
Hodnocení tokových vlastností polymerů • Tok : nevratná deformace způsobená smykovým napětím • Napětí: síla působící na jednotkovou plochu • Smykové napětí: napětí působící ve směru tečny k namáhanému tělesu • Smyková deformace: charakterizuje změnu tvaru polymeru při působení smykového napětí
Model toku
Viskozita
Smykové napětí …………smyková rychlost
Viskozita..odpor k toku
Vliv struktury na viskozitu polymerů
Chlazení taveniny amorfního polymeru
Chlazení taveniny semikrystalického polymeru
SHRNUTÍ SUMMARY
