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]

Sylabus 1. Úvod do chemie polymerů (základní pojmy) 2. Syntéza polymerů a základní způsoby provedení polymerace 3. Stabilizace a odolnost polymerů 4. Struktura makromolekulárních látek (konfigurace, konformace) 5. Základní rysy mechanického chování polymerů 6. Orientované, smrštivé a vláknotvorné polymery 7. Základní postupy při zpracování polymerů 8. Chování polymerů v magnetickém a elektrickém poli 9. Filmotvorné vlastnosti polymerů 10. Interakce polymerů se svazkovým zářením a jejich biokompatibilita 11. Polymerní materiály pro elektroniku (rezisty) 12. Povrchová struktura polymerů a polymery pro optický záznam informací 13. Polymerní optická vlákna 14. Organické polovodiče a molekulární elektronika



Z jedné tuny plastového odpadu se při tom získají čtyři barely ropy, tj. 636 litrů ropy bez minerálních sedimentů.

EOG - Envion Oil Generátor produkuje z plastového odpadu znovu čistou ropu.

• zpracování jedné tuny plastového odpadu vyjde Envionu na 17 dolarů (necelých 300 kč), • uložení odpadu se na tunu pohybuje od 70 do 200 dolarů (kolem 3000 Kč) na tunu • recyklační postupy u plastového odpadu jsou náklady od 50 do 150 dolarů.


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 polymerů

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


Celosvětová spotřeba vybraných plastů v roce 2003 a její prognóza v roce 2010


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


Kopolymery mohou mít výchozí monomerní jednotky vzájemně navázány různým způsobem statistický kopolymer alternující kopolymer blokový kopolymer

roubovaný polymer

Polyamid 66 a 6


Vlákno

Pevnost Hustota v tahu g/ccm cN/dtex

Bod tání °C

PA 66

6

1,14

260

p-aramid 19

1,45

550

ocel

7,8

cca. 1600

3,5


Polyaramid (Kevlar) (aromatické polyamidy)


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

HDPE

LDPE


krystalizace vs. větvení HDPE ( ρ = 0.95-0.96 g.cm-3 ) LDPE ( ρ = 0.91-0.92 g.cm-3 )

krystal. podíl ca 90 % měkčí, elastičtější, nižší pevnost i odolnost vůči T

PE : nr. v rozpouštědlech za RT, propustný pro H2O, vzduch


V.Švorčík a kol., Polym. Degr. Stab. 91, 1219 (2006)


Modifikace PE (radiací a chemicky) ozářením: strukturní změny – štěpení a síťování roste odolnost vůči T, nerozp., netavitelný chlorace: omezení krystalizace, jako kaučuk, pro izolace chlorsulfonace: -[CH2-CH2]n- + 2Cl2 + SO2 --› ___Cl_______SO2Cl______ kaučuk, nerozpustný, odolný vůči ozonu kopolymerace: PE a PP ...kaučuk roubování: aminokyseliny nebo nanočástice

Prof. Ing. Václav Švorčík, DrSc

Recommend Documents