Prof. Ing. Václav Švorčík, DrSc

Prof. Ing. Václav Švorčík, DrSc. Ústav inženýrství pevných látek Fakulta chemické technologie Vysoká škola chemicko-technologická v Praze tel.: 220445149, 220445150 e-mail: [email protected]

V.Švorčík, [email protected]



tkáňové inženýrství

RDG REDV

DGEA

YIGSR IKVAV RDG

KRSR

elektronické inženýrství CD/DVD

balení potravin




Co jsou polymery? Dva nejrozšířenější druhy organické hmoty bílkoviny celulóza -

základní složka všech živých buněk hlavní část buněčných stěn rostlin (potrava, kůže a kožešiny, textilní vlákna, dřevo atd.)

Polymery (poly = mnoho, meros = část) makromolekulární látky vznikající z monomeru (monos = jediný) chemický proces se nazývá polymerací monomeru Pořadí a typ monomerů ovlivňuje vlastnosti polymerů molekuly lineární, rozvětvené nebo zesíťované





Polymerní materiály plast může být tvářen (plastikos = vhodný ke tváření) plasty - termoplasty a reaktoplasty termoplasty ohřevem měknout (plastický stav) reaktoplasty netavitelné a nerozpustné elastomery se vracejí do původního tvaru, jsou elastické kompozity - systémy, které jsou složeny z více fází, jedna je pevná, materiál se synergickým účinkem


Mezníky ve vývoji makromolekulární chemie a technicky významných polymerů 1493 Objevení přírodního kaučuku Evropany při druhé Kolumbově 1736 Přírodní kaučuk v Evropě 1791 Impregnace tkanin kaučukovými roztoky (objev S. Peala) 1839 Vulkanizace kaučuku sírou (Ch. Goodyear) 1868 Prům. využití nitrátu celulosy k výrobě brýlových obrouček (J. W. Hyatt) 1888 Vynález pneumatiky na jízdní kolo (J. B. Dunlop) 1892 Příprava viskózových vláken (Ch. F. Cross, E. J. Bevan, C. Beadle) 1893 E. Fischer - struktura celulosy je makromolekulární 1894 Vlákna z acetátu celulosy (P. Schützenberber) 1898 Izolace kaseinu z mléka (W. Kirsche) 1909 Objev fenolformaldehydových pryskyřic (L. H. Baekeland) 1914 Prům. výroba polydimethylbutadienu a jeho zpracování na tvrdou pryž 1919 Prům. výroba plastů na bázi kaseinu


1924 H. Staudinger vyslovil předpoklady lineární struktury PS 1926 Prům. využití alkydových pryskyřic 1927 Prům. využití polyvinylchloridu a acetátu celulosy 1928 Komercializace polymethylmethakrylátu PMMA (O. Röhm) 1930 První produkce polystyrenu (PS) 1931 Prům. využití chloroprenového kaučuku (CR) 1935 Příprava prvního polyamidu nylonu 6,6 (W. H. Carothers) 1936 Prům. využití polyvinylacetátu (PVAC), polyakrylonitrilu (PAN), kopolymeru styrenu a akrylonitrilu (ABS) a akrylových polymerů 1937 Vynález polyurethanů (O. Bayer) 1938 Objev PTFE, PA6 a epoxidových pryskyřic (P. Schlack) Prům. PS, PA, polyvinylacetalů, PVDC, výroba HDPE 1939 Prům. využití butylkaučuku (IIR) 1940 Příprava PET (J. R. Whinfield a J. T. Dickinson), výroba vláken 1941 Prům. využití PE a PAN vláken 1942 Prům. využití polysiloxanů


1943 Prům. výroby PTFE, syntéza PVDF 1947 Prům. využití epoxidových pryskyřic 1948 Prům. využití kopolymeru akrylonitrilu, butadienu a styrenu (ABS) 1952 K. Ziegler objevil katalyzátory pro nízkotlakou polymeraci ethylenu 1953 G. Natta použil Zieglerovy katalyzátory pro přípravu stereoregulárního PP, H.Schnell vynalezl polykarbonáty (PC) 1954 Prům. využití polyurethanů (PUR) 1957 Prům. využití PP a PC 1958 Prům. využití polyacetalu (polyoxymethylenu) 1963 Terpolymery ethylen/propylen/nekonjugovaný dien (EPDM) 1964 Prům. využití polyfenylenoxidu, polyimidů, kopolymerů EVAc 1972 Kapalně krystalické polymery – aramidy (DuPont) 1983 Group transfer polymerace (DuPont) 1991 Využití metallocenových katalyzátorů pro komerční výrobu PE (Exxon)

Elastoméry (kaučuky)

Termoplasty


Reaktoplasty


Bakelit (fenolformaldehydová pryskyřice) L. H. Baekeland (1909)

první prakticky využitelná syntetická polymerní pryskyřice


Tato hmota byla používána např. při výrobě ve své době velmi oblíbených Trabantů


Výroba a spotřeba plastů

Celosvětová objemová produkce surové oceli a plastů v létech 1950-2003 (1 kg plastu resp. 8 kg oceli zaujímají objem1 l)


Světová spotřeba plastů ve vybraných průmyslových odvětvích v roce 2003


Příprava polymerů polymerační reakcí monomer

→

polymerace

→

polymer

podle „funkčních“ míst

polymery lineární x polymery rozvětvené x prostorově zesíťované


Syntéza polymerů 3 základní chemické reakce

a) polymerace

(rozdíl σ a π vazba)

b) polykondenzace

c) polyadice

Polymerační stupeň (p) průměrný počet spojených monomerních jednotek v řetězci


Příklad: polymerace PE 1. Radikálová

2. Iontová (ionová)

p= 1000-2000 atm T= 150-250°C plyn CH2=CH2, O2 ---› 2 O° vysokotlatý PE, rozvětvený rozvětvený, LDPE

a) nízkotlaká

p= 1-100 atm T= 20-100°C Ziegler-Natta: tEthAl + TiCl4 poměr Al/Ti řídí M bílý prášek, popř. granule lineární, HDPE

b) středotlaká

p= 35-100 atm T= 200-300°C katalyzátor – CrO3 (NiO3, MoO3) na silikaalumině lineární, HDPE


Molekulová hmotnost a její stanovení Molekulová hmotnost a její distribuce ovlivňují: teplotu měknutí polymerů, rozpustnost, viskozitu roztoků a tavenin, pružnost, pevnost, tepelnou stabilitu a další vlastnosti, zejména odolnostní charakteristiky

polymery – polydisperzní materiály - distribuce M – ovlivňuje vlastnosti, aplikace, zpracování, reologii (např. NR) - mechanická pevnost polymeru - polymerační stupeň (min. od 40 do 80) - distribuci M stanovujeme statisticky, z distribuce lze vypočítat střední (průměrnou) hodnotu molekulové hmotnosti distribuci M lze názorně vyjádřit distribuční křivkou


hmotnostní zlomek

molekulová hmotnost Distribuční křivka molekulových hmotností polymeru; Mn – číselný střed molekulové hmotnosti, Mw – hmotnostní střed molekulové hmotnosti polymeru


Experimentálně stanovíme: a) hmotnostní střed mol. hmotnosti Mw průměrná hmotnost 1 makromolekuly b) číselný střed mol. hmotností Mn průměrná hmotnost vztažená na 1 makromolekulu (např.: 107 hmotnost, 1000 molekul, Mn = 104) poměr Mw/Mn - stupeň polydisperzity (neuniformity) (šíře distribuce molekulových hmotností, hodnoty pro běžné polymery se pohybují mezi 1,5 až 2,0)

Prof. Ing. Václav Švorčík, DrSc

Recommend Documents