Polymery
Transkript
POLYMERNÍ MATERIÁLY Kontakt: Tomáš Křenek email: [email protected] UL204 STRUKTURA PŘEDNÁŠKY: 1. Co je to polymer? 2. Přírodní polymery 3. Syntetické polymery 3.1 Syntéza polymerů 3.2 Struktura, fázové stavy 3.3 Termoplasty 3.4 Reaktoplasty 3.5 Kaučuky 4. Nakládání s polymerními odpady 1. Co je to polymer? Monomer – látka, jejíž molekuly mají schopnost se za vhodných podmínek spojovat v makromolekuly (např. ethen, propen, benzen atd.) Polymer - látka sestávající z molekul jednoho nebo více druhů atomů (většinou atomy uhlíku, vodíku a kyslíku, často dusíku, chloru, křemíku) nebo skupin spojených navzájem ve velkém počtu. To, co odlišuje polymery od jiných materiálů je řětězcová struktura jejich molekul, t.j. dlouhá lineární řada vzájemně spojených atomů nebo skupin atomů představuje převažující strukturní motiv, který může (ale nemusí) být občas přerušen místy větvení (např. u větvených nebo roubovaných polymerů, případně u polymerních sítí). Přeměna styrenu (monomeru) na polysteren (polymer) Výjimečnost v chování těchto látek oproti látkám nízkomolekulárním (např. voda, líh) můžeme vysvětlit na základě značného nepoměru mezi délkou a šířkou makromolekuly a kvalitativně rozdílným typem vazeb v hlavním řetězci (vazby chemické, neboli kovalentní) a mezi řetězci (vazby fyzikální). Délka makromolekul umožňuje jejich vzájemné zaplétání, což je příčinou zcela charakterických polymerních vlastností (elastičnost, vysoká viskozita polymerních roztoků a tavenin, pomalá rozpustnost atd.) Jevy ovlivňující odlišné chování polymerů ■ Zapletení řetězců. ■ Sumární působení mezimolekulárních sil ■ Časově závislý pohyb Struktura polymerních materiálů Makromolekulární látky: synonymum pro polymer, tj. látka o relativní molekulové hmotnosti 104 až 106 (nízkomolekulární látka – sloučenina o relativní molekulové hmotnosti desítek až stovek) KLASIFIKACE PODLE TYPU MAKROMOLEKULÁRNÍHO ŘETĚZCE ■ Mer – opakující se jednotka v makromolekule polymeru, jejíž chemické složení odpovídá složení molekuly příslušného polymeru ■ Homopolymer – polymer, jehož molekuly se skládají z merů jednoho druhu ■ Kopolymer – polymer, jehož molekuly se skládají z dvou nebo více druhů ■ Lineární polymer – polymer, jehož molekuly jsou tvořeny prostými řetězci. ■ Rozvětvený polymer – polymer, jehož makromolekuly jsou tvořeny hlavními řetězci, ke kterým jsou chemickou vazbou připojeny řetězce postranní (obvykle mnohem kratší) → rozvětvení 2. ZÁKLADNÍ PŘÍRODNÍ POLYMERY Přírodní kaučuk - Z chemického hlediska jde o cis-1,4-polyisopren. Z tropického stromu kaučukovníku brazilského (Hevea brasiliensis) se nařezáváním jeho kůry získává surový kaučuk (latex). Ten se upravuje srážením např. kyselinou mravenčí, pere vodou a suší na materiál zvaný krepa. Jeho dalšími úpravami (přídavkem plniv, dalších aditiv a vulkanizací) se vyrábí "přírodní kaučuk" čili přírodní pryž. Sběr latexu tzv. čepováním Makromolekula celulózy Celulosa (buničina) - polysacharid sestávající z beta-glukosy. Jednotlivé glukosové jednotky jsou spojené vazbou β 1,4 a tvoří dlouhé, nerozvětvené řetězce, které jsou zcela nerozpustné ve vodě. Celulosa je hlavní stavební látkou rostlinných primárních buněčných stěn a podílí se na stavbě sekundárních buněčných stěn; je nejrozšířenějším biopolymerem na zemském povrchu, ročně jí vzniká až 1,5×109 tun. Mimo to se však vyskytuje i u některých živočichů, konkrétně u pláštěnců. Vychozí látka k výrobě hedvábí, celofánu. 2. ZÁKLADNÍ PŘÍRODNÍ POLYMERY Škrob – zásobní látka hromadící se v některých rostlinách (brambory, obilí, kukuřice, rýže) ve formě škrobových zrn. Škrobová zrna se ve studené vodě nerozpouštějí a v teplé bobtnají. Použití: v potravinářství, k výrobě lepidel a pojiv, v papírnickém průmyslu, farmacii Bílkoviny – bez nich není možná existence žádného živého organismu. Jsou součástí všech živých buněk. Jantar – nejstarší polymer - fosilizovaná pryskyřici některých stromů stará 25 až 40 milionů let 3. SYNTETICKÉ POLYMERY Historie plastů: 1835 – laboratorní příprava polyvinilchloridu (jeho průmyslová výroba však byla zavedena až v r.1925 v Německu) 1862 - Alexandr Parkes (1813-1890) vyrobil tvarovatelný materiál z nitrátu celulosy. Rozpustil vlákna celulosy v kyselině dusičné, přidal kafr a roztok odpařil. Tento plast se nazýval „parkesin“ využíval se pak při výrobě předmětů do domácnosti a okrasných předmětů, jako i např.: spona do vlasů. 1909 - prvním používaným plně syntetickým plastem byl BAKELIT, reaktoplast vznikající polykondenzací fenolu a formaldehydu. 3. SYNTETICKÉ POLYMERY Příprava polymerů Primární zdroje Basic Petrochemical Polymerní Materiály Konečné produkty Plasty Plasty ROPA ROPA Ethylen Ethylen Propylen Propylen Styren Styren Vinyl VinylChlorid Chlorid Butadien Butadien Cyclohexan Cyclohexan Acetylen Acetylen Zemní Zemníplyn plyn HDPE HDPE LDPE LDPE LLDPE LLDPE PP PP PVC PVC ABS ABS PA PA Acetal Acetal PC PC PUR PUR PBT PBT atd. atd. Elastomery Elastomery Vlákna Vlákna Adheziva Adheziva++ povlaky povlaky ROPA – ČERNÉ ZLATO – primární surovina pro přípravu plastů ROPA – hnědá až nazelenalá hořlavá kapalina tvořená směsí uhlovodíků, především alkanů. Pravděpodobně vznikla rozkladem zbytků pravěkých rostlin a živočichů. Nachází se ve svrchních vrstvách zemské kůry – nejčastěji v oblasti kontinentálních šelfů. Je základní surovinou petrochemického průmyslu. Naleziště ropy jsou pod nepropustnými vrstvami, v hloubkách až 8 km pod zemským povrchem. Ropa při těžbě buď vyvěrá pod tlakem, nebo je čerpána. Vyskytuje se společně se zemním plynem. Ázerbájdžán: Příběh demokracie utopené v ropě Prokázané světové zásoby ropy podle zprávy British Petrol r.2005 (v mld. barelu) 3.1 SYNTÉZA POLYMERŮ - ZÁKLADNÍ REAKCE POLYMERACE – POLYKONDEZACE - POLYADICE POLYMERACE Řetězová reakce volného počtu monomerů, při níž vznikají dlouhé makromolekuly monomeru. Chemické složení polymeru je stejné, jako chemické složení monomeru. Polymery mohou vzniknout z molekul obsahujících alespoň jednu dvojnou vazbu postupným připojováním (tzv. adicí, zde se jedná o polyadici) molekul na dvojnou vazbu molekuly předcházející vzniká např. polyethylen (PE, PP). Polymerace ethylenu na polyethylen Podle druhu aktivních částic rozlišujeme polymeraci radikálovou, iontovou a koordinační 3.1 SYNTÉZA POLYMERŮ - ZÁKLADNÍ REAKCE POLYKONDEZACE Chemická reakce, kterou z nízkomolekulárních látek vzniká makro-molekulární látka a jako vedlejší produkt vzniká jiná nízkomolekulární látka (většinou voda). Podmínkou je, aby monomery měly alespoň dvě raktivní skupiny. Rozdíl mezi polymerací a polykondenzací – produkt polymerace (polymer) má stejné chemické složení jako výchozí monomer, kdežto produkt polykondezace (označuje se běžně jako polymer, ale správný termín je polykondenzát) má jiné chemické složení, než výchozí nízkomolekulární látky. Tímto typem reakce vznikl např. bakelit - polykondenzace fenolu a formaldehydu, Polykondenzací vznikají také tesil, PET. 3.1 SYNTÉZA POLYMERŮ - ZÁKLADNÍ REAKCE POLYADICE Sloučeniny, jejichž molekuly obsahují násobné vazby, mohou být mimo vzájemné spojování schopny adičních reakcí se sloučeninami, jejichž molekuly obsahují vhodné funkční skupiny. Mají-li tyto sloučeniny ve svých molekulách alespoň dvě funkční skupiny, může mnohonásobnou adicí vzniknout polymer. Proto této reakci říkáme polyadice. Složení konečného produktu (polyadukt) se neliší od výchozí směsi. Na rozdíl od polymerace však poskytuje polyadice strukturu základního článku produktu odlišnou od struktury výchozích látek. Příkladem je vznik polyuertanů ZÁKLADNÍ ZPŮSOBY VÝROBY POLYMERŮ ■ Polymerace v monomerní fázi – polymerace samotných monomerů (chemicky nejjednodušší způsob) ■ Roztoková polymerace – způsob výroby polymeru z roztoku monomeru ■ Suzpenzní polymerace – způsob výroby polymeru rozptýleného ve vodě ■ Emulzní polymerace - způsob výroby polymeru rozptýleného ve vodě v přítomnosti tzv. emulgátoru ■ Disperzní polymerace – polymerace suspenzní a emulzní ZÁKLADNÍ KLASIFIKACE POLYMERŮ Z HLEDISKA JEJICH CHOVÁNÍ ZA BĚŽNÉ A ZVÝŠENÉ TEPLOTY ■ Elastomery – vysoce elastické polymery, které můžeme za běžných podmínek malou silou značně deformovat bez porušení, přičemž deformace je převážně vratná. Nejpočetnější skupinou elastomerů jsou kaučuky, z nichž se vyrábí pryž. ■ Plasty – za běžných podmínek většinou tvrdé polymery, často i křehké. Při zvýšené teplotě se stávají plastickými (odtud název plasty) a tvarovatelnými. Pokud je tato změna z plastického do tuhého stavu vratná nazýváme je TERMOPLASTY (PE, PP, PET, PAD, atd.) Pokud jde o změnu nevratná (neopakovatelnou, trvalou), protože je výsledkem chemické reakce – jedná se o REAKTOPLASTY (např. fenolformaldehydová pryskyřice – původní obchodní název bakelit). 3.2 FÁZOVÉ STAVY POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ Vysoká molekulová hmotnost polymerů způsobuje neobyčejně vysoký bod varu, který se nachází ve všech případech nad teplotou jejich rozkladu. PLYNNÝ STAV POLYMERŮ NEEXISTUJE POLYMERY SE NACHÁZEJÍ POUZE V KAPALNÉM NEBO TUHÉM STAVU Polde pravidelnosti geometrie rozlišujeme: ■ vysoce uspořádaný stav molekulárních řetězců – KRYSTALICKÝ. ■ neuspořádaný stav – AMORFNÍ (SKLOVITÝ). ■ stav přechodový mezi stavem sklovitým a kapalným – tzv. stav KAUČUKOVITÝ (projevuje se značnou VRATNOU deformací) ■ stav PLASTICKÝ – umožňuje NEVRATNOU deformaci PŘECHODOVÉ TEPLOTY Důležité teploty pomocí jichž lze určit hranice mezi jednotlivými fázovými stavy ■ Tm – teplota tání (melting point) – přechod do kapalné fáze Pro krystalické polymery –Tm ostrá hranice Pro amorfní polymery – Tm – rozmezí teplot (není ostrá hranice) ■ Tg – teplota skelného přechodu – hranice mezi tuhým (skelným – tvrdým, křehkým) stavem a stavem kaučukovitým (vysoce elastickým) ■ Tf – teplota toku – viskózní tok; hranice mezi vratnou a nevratnou deformací; nad touto hranicí přechází polymer do plastického stavu Termomechanická křivka Závislost deformace vznikající působením určité síly po určitou dobu za dané teploty. (Charakteristická pro každý polymer) Termomechanická křivka amorfního (1) a dvou různých krystalických (2,3) polymerů KRYSTALICKÝ STAV Krystalizační schopnost polymeru ovlivňují především tyto faktory: ■ polarita skupin polymerního řetězce ■ jeho geometrická pravidelnost ■ objem substituentů, případný počet rozvětvení a délka postraních řetězců ■ ohebnost polymerního řetězce Krystalizace probíhá ve dvou krocích 1. Dochází k vytvoření stabilního krystalizačního zárodku, který se rozrůstá v uspořádání řetězců, které následně vytvářejí paralelní uspořádané sítě. Tyto sítě jsou k sobě přitahovány meziatomovými silami, které stabilizují jejich polohu. Následné působení valenčních sil napomáhá k vytvoření trojrozměrného uspořádání molekul. 2. Druhý krok spočívá v růstu krystalické oblasti. Na uspořádanou síť se napojují a stabilizují další řetězce. Tento proces odehrávající se v blízkosti bodu tání soupeří s tepelně aktivovanou pohyblivostí řetězců. Podle krystalizační schopnosti polymerů je můžeme dělit na: ■ se sklonem k samovolné krystalizaci ■ samovolně nekrystalizující ■ nekrystalizující za žádných okolností (SEMI)KRYSTALICKÝ STAV Mezimolekulární síly způsobují vzájemné přibližování řetězců a jejich urovnání do poloh o nejnižší energii. Teplený pohyb jednotlivých segmentů makromolekul má však opačný účinek. Má-li dojít ke k uspořádání struktury do pravidelných krystalů, musí být kohezní energie větší než energie tepelného pohybu. To vymezuje teplotu krystalizace na rozsah mezi Tg a Tm Teplota ■ Krystalická fáze nikdy netvoří celý objem polymeru. Krystalizuje tzv. krystality obklopené amorfní fází. Semikrystalická struktura. ■ Čím větší podíl krystalické fáze ve struktuře – tím lepší mechanické vlastnosti (houževnatost, tažnost) AMORFNÍ STAV – zcela nahodilé polohy atomů Zamezení pohybu řetězců (příliš nízká teplota) Obtížnější pohyb řetězců (nižší teplota) Snadný pohyb řetězců (vysoká teplota – kapalná fáze) Zvyšující se teplota zvětšuje prostor mezi makromolekulárními řetězci – usnadňuje jejich pohyb ZÁVISLOST MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ NA TEPLOTĚ Pevnost Skelný stav Teplota skelného přechodu TG TM Kaučukovitá oblast Tok kapalné fáze Teplota Termomechanická křivka – závislost deformace vznikající působením určité síly po určitou dobu za dané teploty. (Charakteristická pro každý polymer) Pevnost KRYSTALICKÁ VERSUS KRYSTALICKÁ STRUKTURA POLYMERU Amorfní Krystalická Amorfní TG Krystalická TG Krystalická TM Teplota VLIV PODÍLU KRYSTALINITY NA DEFORMACI V ZÁVISLOSTI NA TEPLOTĚ Pevnost Vysoká krystalinita Střední krystalinita Nízká krystalinita Amorfní stav Teplota KAUČUKOVITÝ STAV Polymer lze v tomto stavu poměrně malou silou do neobvyklé míry vratně deformovat, takže jej nelze definovat jako tuhou látku, ale nelze jej definovat ani jako kapalinu, protože při deformaci nedochází k nevratnému toku, který charakterizuje stav plastický a kapalný. ■ U látek jako jsou např. sklo nebo kovy překročí elastická deformace málokdy 1 % - protože polohy atomu jsou fixovány. ■ Kovalentní vazby a rotační pohyby v dlouhých řetězcích však umožňují pohyb jednotlivých atomů v mnohem větším rozsahu. Umožňují elastickou deformaci až několik set %. Charakteristické rysy elastomerů: 1. Teplota polymeru musí být nad Tg 2. Tyto polymery vykazují schopnost neobvyklé elastické deformace a rychlého smrštění po odlehčení 3. Elastomery mají nízký (popř. zanedbatelný) obsah krystalické fáze 3.3 TERMOPLASTY Termoplasty jsou polymery, které lze zvýšením teploty uvést do stavu plastického ze stavu tuhého, a že tato změna je vratná. ■ Polyolefiny a fluoroplasty ■ Vinylové polymery ■ Styrenové a akrylové polymery ■ Polyestery ■ Polyamidy ■ Polyuretany Polyethylen (PE) ■ Termoplast vznikající polymerací ethenu Jeho vlastnosti silně závisí na molekulové hmotnosti, prostorovém uspořádání a stupni krystalinity, které ovlivňuje způsob výroby. ■ Výroba: PE lze připravit tzv. beztlakou polymerací (za použití katalyzátorů) nebo středotlakou (7MPa) polymerací (katalýza pomocí oxidů kovů. Dva základní typy PE rozdělené podle hustoty (která je mírou linearity a krystalinity polymeru) ■ LDPE – Low Density PolyEthylene – rozvětvený typ makromolekuly ■ HDPE – High Density PolyEthylene – lineární typ makromolekuly ■ Chemická odolnost vzrůstá se zvětšující se krystalinitou. Odolává vodě, neoxidujícím chemikáliím. Rozpouští se ve vroucím benzenu, toluenu. ■ Výborná odolnost vůči nízkým teplotám. Křehne až při -1200C. ■ Tvarová stálost do 900C. Polyethylen (PE) Použití: ■ Technické výrobky - folie, trubky, pláště kabelů, kanystry ■ Spotřební zboží – výrobky pro domácnost, hračky ■ Je nejrozšířenějším obalovým materiálem ■ UHMW (High molecular weight polyethylene) – kluzné vodící elementy, filtry, ložiska, šneky, vytlačovací stroje, součásti kloubních protéz, lisovací formy na keramiku. Polypropylen (PP) ■ Výroba: polymerací propylenu, Výsledkem jsou polymery s velmi pravidelnou strukturou danou uspořádáním substituentů CH3. V komerčních produktech se požaduje tzv. index izotakticity. ■ Stupeň krystalinity: 60 až 75 %. ■ Teplota tání čistého isotaktického PP je 176°C, obchodní typy 160 - 170°C. ■ Výborné elektroizolační vlastnosti, chemická odolnost. ■ Tepelná odolnost: krátkodobě 135°C, dlouhodobě 100°C ■ Vyšší pevnost v tahu i tlaku, vyšší tvrdost a odolnost proti oděru než lepší odolnost vůči korozi za napětí a menší propustnost pro plyny PE ■ Křehkost při teplotách pod 0°C a nižší odolnost vůči atmosférické oxidaci. Zvýšení houževnatosti za mrazu lze dosáhnout kopolymerací propylenu s ethylenem nebo mísením PP s kaučuky. Fyzikální vlastnosti PP Polypropylen (PP) Použití PP: ■ Součásti strojů, přístrojů např. v automobilovém průmyslu, nárazníky, součásti vysavačů, ventilátory, trubky, vodní armatury, bazény injekční stříkačky (odolává sterilizačním teplotám) ■ Narozdíl od PE se hojně používá k výrobě mechanicky a chemický odolných vláken Fluoroplasty – strukturní analogy polyolefínů (polyalkenů), v jejichž makromolekulách jsou vodíkové atomy nahrazeny fluorovými a částečně chlorovými Polytetrafluoroethylen PTFE- TEFLON ■ PTFE je vysoce krystalický, nerozpustný pod teplotou tání (327oC). ■ Chemickou odolností předčí dokonce i ušlechtilé kovy, sklo, emaily, smalty, nerezavějící oceli !!! ■ Kombinace velké tepelné odolnosti a výborné mazací schopnosti => Použití – samomazná třecí ložiska, poteflonované pánve, nános teflonu na holicích čepelkách, povrchy rypadel, buldozerů Vinylové polymery – patří k nejdůležitějším plastům. Získávají se většinou polymerací obecného vzorce CH2 = CH – R. Polyvinylchlorid (PVC) Polyvinylchlorid (PVC) je jednou z nejpoužívanějších umělých hmot na Zemi. ■ Vyrábí se polymerací vinylchoridu (těkavý, jemně nasládlý plyn, bod varu = 13,9°C) a od většiny běžných plastů se liší obsahem chloru. ■ Relativně levná syntéza (suspenzní a emulzní polymerací, polymerací v monomerní fázi)– významné užitné vlastnosti – zpracovatelnost mnoha způsoby (válcováním, vytlačováním, vstřikováním, atd. ■ značná chemická odolnost (PVC se zpracovává kolem 180oC) ■ dobrá tepelná odolnost Přibližně polovina z celosvětově vyráběného množství se používá ve stavebnictví. PVC tak dnes v masovém měřítku nahrazuje tradiční stavební materiály jako dřevo, beton či hlínu a textilní materiály. !!! Ačkoliv má prakticky ideální stavební vlastnosti, výrazné obavy vzbuzují vlivy PVC na životní prostředí a lidské zdraví !!! (Polyvinylchlorid se vyrábí polymerací karcinogenního vinylchloridu) Polyvinylchlorid (PVC) Polystyren (PS) Lze jej snadno připravit všemi známými polymeračními technikami – používá se především tzv. radikálová polymerace (v monomerní fázi a suspenzní polymerace) Je tvrdý, křehký, světlopropustný, má vynikající izolační vlastnosti, fotooxidací křehne a žloutne Zpracovává se především vstřikováním. Odolává kyselinám a zásadám. Neodolává organickým rozpouštědlům, zejména benzenu, aldehydům a ketonům Při stárnutí křehne a vytvářejí se v něm trhliny. Použití: převážně se používá pěnový PS ve - stavebnictví – tepelná, zvuková izolace, v obalové technice (např.ochrana přístrojů při nárazu během dopravy) Polystyren (PS) – TEPELNĚ IZOLAČNÍ VLASTNOSTI Akrylové polymery Př. Polymethylmethakrylát Vznikají polymerací akrylových kyselin – kys. polyakrylovou, polymetakrylovou, jejich estery, amidy a nitrily. Mají velmi rozsáhlé použití – nátěrové hmoty, plasty, vlákna. Podle hlavního monomeru je rozčleňujeme na polyakryláty, polymethakryláty, polyakrylonitril (vláknařský polymer) Nejpoužívanější je polymethylmethakrylát – organické sklo, PLEXISKLO ■ Čirá a bezbarvá látka i při větších tloušťkách – náhrada skla ■ Odolnost proti stárnutí, pohlcuje UV záření, propouští IČ záření ■ Pevnost v tahu = 65 MPa POLYAMIDY Lineární polymery charakterizované hlavním polymerním řetězcem, v němž se pravidelně střídají skupiny –CO-NH- s větším počtem –CH2- skupin (methylenových) Nejvýznamnější zástupci: polykaprolaktam, obecně označovaný jako polyamid 6 nebo Nylon 6 Polykondenzací hexamethylendiaminu a kyseliny adipové vzniká polyamid 66, resp. Nylon 66 POLYAMIDOVÁ VLÁKNA jsou velmi pružná – modul pružnosti v tahu PA 6 = 1300 MPa, PA 66 = 1700 MPa Nejrozšířenější je použití - výroba dámských punčoch, podlahovin a sportovního odívání. POLURETANY (PUR) Vyrábí se polyadicí diizokyanátů a dvoj- nebo vícesytných alkoholů za vzniku uretanové vazby. Izokyanáty velmi snadno reagují se všemi sloučeninami, které obsahují aktivní uhlík (což je např.voda, alkoholy, fenoly, thioly, aminy, karboxylové kyseliny aj.) Nejvýznamnější použití polyuretanů – výroba lehčených hmot (pěnových materiálů). Připravují se přivedením všech složek do míchací hlavy, kde se vysokoobrátkovým míchadlem vytvoří viskózní kapalina, která po nalití do forem velmi rychle vypění (po 10 až 20 minutách může být pěna vyňata). Měkké pěny ρ=15 až 70 kg m-3 (matrace, laminování textilu, obaly) Tvrdé pěny ρ=10 až 600 kg m-3 (izolační materiály ve stavebnictví a strojírenství) 3.4 REAKTOPLASTY Polymery, které nevratnou chemickou reakcí přecházejí z lineárního do síťovaného stavu. Zahřátím nebo přidáním vytvrzovacího činidla tyto polymery vytvrzujeme – přecházejí do nerozpustného a netavitelného stavu (ztrácejí termoplastický charakter). Používá se jich k výrobě lisovacích hmot, vrstvených materiálů, lehčených hmot, lepidel, nátěrových hmot, prostředků pro úpravu dřeva, papíru, kůže. FENOPLASTY – fenolitické pryskyřice NOVOLAKY – produkty polykondenzace fenolu s nedostatkem formaldehydu, které lze vytvrdit teprve po přidání formaldehydu nebo jiného vytvrzovacího činidla REZOLY - produkty polykondenzace fenolu s přebytkem formaldehydu, které můžeme působením tepla snadno převést v nerozpustnou a netavitelnou hmotu zvanou rezit. Použití - laky, lisovací hmoty, vrstvené hmoty (lamináty), kyselinotvorné tmely, lepidla, pojiva u slévárenských pískových forem AMINOPLASTY – aminopryskyřice Reakční produkty aminosloučenin, zejména močoviny, melaninu, anilinu a jejich derivátů převážně s formaldehydem, které jsou schopny účinkem tepla nebo katalyzátoru dále reagovat a přecházet na vytvrzené makromolekulární hmoty. Použití: lepidla, pojiva, laky, úprava papíru, textilu, lisovací hmoty EPOXIDOVÉ PRYSKYŘICE Pryskyřičné látky, jejichž řetězce obsahují zpravidla více než jednu epoxidovou skupinu. Vyrábí se polykondenzací vícesytných fenolů s epoxidovou skupinou Jejich značná reaktivnost vede k sesíťovaným polymerním produktům. ■ Vynikající adheze k většině materiálů ■ Chemická odolnost ■ Minimální smrštění po vytvrzení Použití: lepidla, pojiva, laky, úprava papíru, textilu, lisovací hmoty, pojiva skelných laminátů Další typy pryskyřic: SILIKONOVÉ PRYSKYŘICE POLYESTEROVÉ PRYSKYŘICE 3.5 KAUČUKY Kaučuk je polymerní materiál přírodního nebo syntetického původu, vyznačující se velkou pružností, tedy schopností se účinkem vnější síly výrazně deformovat a poté opět zaujmout původní tvar. Kaučuky jsou tedy ELASTOMERY. Rozdělení syntetických kaučuků: ■ Izoprenové kaučuky ■ Butadienové kaučuky ■ Ethylenpropylenové kaučuky ■ Butylkaučuky kaučuky ■ Chloroprenové kaučuky ■ Butadienakrylonitrilové kaučuky ■ Akrylátové kaučuky ■ Polysulfidové kaučuky ■ Silikonové kaučuky ■ Fluorouhlíkové kaučuky Vulkanizace ■ Vulkanizace kaučuku – proces, při kterém se z termoplastického kaučuku stává netermoplastická pryž ■ síťování (vznik 3D struktury) ->zvýšení tvrdosti, pevnosti Charles Goodyear – patent v USA, polovina 19. stol. PŘÍDAVNÉ LÁTKY V POLYMERECH 1. Zpracovatelské přísady 2. Antidegradanty 3. Síťovací činidla 4. Přísady ovlivňující jiné fyzikální vlastnosti 5. Zpomalovače hoření 6. Jiné … Plastový výrobek = polymer + cca 20 přídavných látek Rozdělení polymerů podle jejich aplikace, nadmolekulární struktury a ceny Vybrané vlastnosti polymerních materiálů 4. ODSTRAŇOVÁNÍ A ZHODNOCOVÁNÍ POLYMERNÍCH ODPADŮ Současná světová roční spotřeba polymerních materiálů činí téměř 200 miliónů tun. Z toho představuje polyethylen 32 %, polypropylen 20 %, polyvinylchlorid 17%, polystyren 12%, polyuretany 6%. Značná životnost vůči běžnému vnějšímu prostředí, ceněná při aplikaci, se stává nevýhodnou, v okamžiku kdy výrobek doslouží a stává se odpadem. Např. úbytek obalové fólie z LDPE vlivem působení biologického prostředí představuje za 2,5 roku 0,35% hmotnosti. Osud PET lahví deponovaných na skládkách můžeme jen odhadovat, protože doba, po kterou jsou na skládky deponovány, je zatím kratší než doba, po níž by došlo ke znatelným změnám v materiálu!!! Možnosti nakládání s odpady Dva základní přístupy k polymerním odpadům: ZHODNOCENÍ / ODSTRANĚNÍ Z ekologického hlediska je nejpřijatelnější formou nakládání s odpady jejich RECYKLACE. (tj. proces, při němž byly použité a následně vyřazené výrobky sbírány, tříděny, zpracovány a materiál z nich získaný znovu vracen do užívání) ■ Primární recyklace – z polymerního odpadu se získává materiál stejných nebo podobných vlastností jako měl materiál původní ■ Sekundární recyklace – z polymerního odpadu se získává materiál značně odlišných vlastností než měl materiál původní ■ Fyzikální recyklace – z odpadního materiálu se získává nový materiál aniž by probíhaly chemické reakce ■ Chemická recyklace – chemický rozklad na nízkomolekulární sloučeniny, často monomery, z nichž se chemickou cestou vyrobí nový materiál ZNEŠKODNĚNÍ Skládky: plasty ani po uplynutí dlouhé doby nepodléhají významným oxidačním nebo biologickým přeměnám, čímž narušují proces přirozené homogenizace skládkového terénu => snaha o maximální omezení tohoto způsobu nakládání s plastovými odpady a využívání skládek jen k odstraňování je odpadu, který nelze žádným způsobem zhodnotit (cca 20% odpadů) Pyrolytická degradace: nejpokročilejší způsob chemické recyklace. Redukční analýza – působení CO, vody a tepla – transformuje odpadní polymery na ušlechtilá paliva Oxidační degradace: degradace při teplotě okolí, nebo (častěji) při zvýšené teplotě (900oC). Teplo se využívá k výrobě páry nebo elektrické energie. Spaliny je potřeba čistit. RECYKLACE ODPADNÍCH PLASTŮ ■ Téměř ve všech vyspělých státech se využívají odpady z polyolefinů – zpracovávají se hlavně na fólie, deskové materiály, přepravky atd. ■ Z PVC lahví – kanalizační trubky, desky ■ Zařízení Remarker – zpracovává všechny odpady termoplastů – lisování za zvýšené teploty –> desky, kontejnery, fólie atd. ■ Např. na palety z odpadních materiálů lze použít směs 50% plastového odpadu a 50% směs papírového odpadu ■ Netříděné plastové odpady – přepážky, latě na plot, meliorační trubky. Pomocí mohutného vytlačovacího stroje. BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÉ POLYMERY Rozmáhající se spotřeba obalových hmot a s ní spojená ekologická zátěž ústí v rozvíjení biologicky rozložitelných materiálů. Ve vhodném prostředí (kompost, odpadní vody, mořský voda, UV záření) se mohou tyto polymery vlivem působení mikroorganismů rozkládat na vodu, oxid uhličitý, popř. amoniak, metan. Základní rozpor Životnost, vlastnosti pro technické aplikace ROZLOŽITELNOST vs. Nedostatečné aplikační vlastnosti vedou k chemickým úpravám polymeru => Čím větší stupeň chemické modifikace, tím obtížnější rozklad v přirozeném prostředí. Např. chemická modifikace přírodní celulózy nepodléhá rozkladu ve spodních vrstvách skládek ani po 10 letech. BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÉ POLYMERY Potenciální materiál pro obaly – ŠKROB a jeho modifikace - jeden z nejlevnějších biodegradovatelných polymerů - škrob je obsažen v kukuřici, bramborech, pšenice, rýže Jílové nanoplnivo Montmorillonit MMT – vrstvená struktura schopná tzv. delaminace BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÉ POLYMERY BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝ NANOKOMPOZIT NA BÁZI JÍL(MONTMORILLONIT) - ŠKROB Částice montmorillonitu zvyšují tuhost kompozitu
Podobné dokumenty
Homeopatie č. 2/1994
přecitlivělost. Představují si, ţe byli zraněni. Onemocnění ze zklamané lásky, ze ţalu. To můţe být kausalita. Sankaran poskytuje zajímavou interpretaci touhy po hudbě, tanci a barvách společně s p...
VícePrůmyslové technologie II - EnviMod
Skripta jsou rozdělena do 14 kapitol, podobně jako 14 přednášek tohoto předmětu. Jsem si vědoma toho, že název téměř každé kapitoly by mohl být názvem studijního oboru. Jednotlivé kapitoly jsou pro...
VíceTECHNOLOGIE
BOZP ( bezpečnost a ochrana zdraví při práci ) - soubor opatření (technických, organizačních, výchovných), která při správné aplikaci nebo realizaci vytvoří podmínky k tomu, aby se pravděpodobnost ...
VíceVyztužené plasty a jejich aplikace
Epoxidové pryskyřice Epoxidové pryskyřice tvoří další skupinu polymerů, kterými se dají vytvářet vyztužené plasty (lamináty), které dosahují v některých případech vyšších mechanických parametrů ne...
VíceDodatek k podmínce Severní Amerika (severni_amerika | 8.8 MB)
síry a molybdenu (50 % světovétěžby). Americké průmyslové subjekty' strukturované do gigantických koncernů (korporací), patří k největšímna světě a plná polovina z nich se nachází v prvnísvětovédes...
VíceUčební text E02 Základy historické geologie
v prvotních etapách své existence nedokázala udržet. Proces odplyňování zemského nitra (tzv. degazace) byl poměrně krátký – trval asi 1 milion let. Druhotná atmosféra byla tvořena metanem, čpavkem,...
Vícepro BROUŠENÍ řetězů, vrtáků a pil, KUTÍ nástrojů Více
U nových zákazníků je vyžadovaná vratná finanční kauce, její výše je závislá na typu zapůjčeného stroje. Rozmezí vratných záloh se pohybuje od 500 Kč až do 50.000 Kč na zapůjčení jedenoho stroje. P...
VícePavla Dudková
tekutina z ječmene a pšenice ředěná na způsob vína, jinak se jednoduše živí lesními plody, čerstvě zabitou zvěřinou a syrovátkou.“ (Montanari 2003) Na přelomu 5.–6. století byl již styl stravování...
Více