•POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •1 Polymery a plasty v praxi POLYSTYREN & KOPOLYMERY STYRÉMU RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. pospisil@gascontrolplast.cz 29716@mail.muni.cz •5. 3. 2018 POLYSTYREN & KOPOLYMERY STYRÉNU •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •2 •HOMOPOLYMER STANDARDNÍ POLYSTYREN (PS) •KOPOLYMER HOUŽEVNATÝ POLYSTYREN (HIPS – High Impact PS) •TERPOLYMER AKRYLONITRIL – BUTADIEN - STYREN (ABS) • Řada dalších kopolymerů ……………. POLYSTYREN (zkratky PS, HIPS) - základní informace 1 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •3 File:Polystyrene.svg Soubor:Styren.svg •POLY(1-FENYLETYLEN) POLYSTYREN - základní informace 2 •PS je typickým příkladem AMORFNÍHO TERMOPLASTU •AMORFNÍ TERMOPLAST charakterizuje TEPLOTA SKELNÉHO PŘECHODU •TEPLOTA SKELNÉHO PŘECHODU PS je cca. 90 °C (může se lišit při kopolymeraci a u HIPS) • •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •4 STYREN – nejdůležitější KOMONOMERY •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •5 150px-Acrylonitrile-2D-skeletal_svg.png Chemical_structure_of_butyl_acrylate_svg.png 200px-Maleic_anhydride_structure_svg.png 200px-Acrylic_acid_svg.png •AKRYLONITRIL •KYSELINA AKRYLOVÁ •BUTYLAKRYLÁT •MALEINANHYDRID •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •6 výroba PS _ 24032013809.jpg •Už se téměř NEPOUŽÍVÁ •Už se téměř NEPOUŽÍVÁ PS - základní informace 3 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •7 Tg__________623.jpg Tg versus tuhost ----624.jpg •Tuhost versus Tg & Tm •Tg měřené pomocí DSC PS Tg - informace 4 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •8 Tg PS vliv kinetický 001.jpg PS Tg - informace 5 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •9 Tg PS vliv kinetický 002.jpg PS Tg - informace 6 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •10 Tg PS vliv kinetický 006.jpg Tg PS vliv kinetický 005.jpg PS Tg – informace 7 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •11 Tg PS vliv kinetický 007.jpg Tg PS vliv kinetický 008.jpg PS – technologie výroby I •Výroba: •Suspenzní (dominantní) •Emulzní (téměř se nepoužívá) •Blokový (minoritní, ale velmi čistý) •Zpěňovatelný (přídavek PENTANU) •Forma na konci polymerace: •Perličky cca. 0,5 – 1,0 mm (SUSPENZNÍ) •Mikrokuličky (Zpěňovatelný) – – • •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •12 PS – technologie výroby II •Dodavatelská forma: •Granulát •Mikrokuličky (Zpěňovatelný) – – • •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •13 PS – trochu historie •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •14 933.jpg •ES = přímo se vytlačuje lehčená deska Blokový PS – začátky výroby nebyly lehké •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •15 932.jpg PS – technologie zpracování •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •16 •Vstřikování (cca. 75 % výroby) – LEGO, Igráček, vláčky PIKO atd. •Zpěňování •Vytlačování > tvarování za tepla (termoforming) • •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •17 vSTŘIKOVACÍ CYKLUS_ 24032013812.jpg Co to je houževnatý PS (HIPS) - I? •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •18 HIPS řezy _ 24032013811.jpg •HI = High Impact = VYSOKÁ HOUŽEVNATOST Co to je houževnatý PS (HIPS) - II? •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •19 934.jpg •Vnitřek částic dispergovaných v KONTINUÁLNÍ FÁZI PS HOMOPOLYMERU jsou jak kaučuk, tak PS, tak kaučuk s naroubovaným PS Co to je houževnatý PS (HIPS) - III? •Houževnatost dává materiálu BUTADIEN STYRÉNOVÝ nebo (častěji) BUTADIENOVÝ KAUČUK •Jeho roztok ve styrénu se polymeru je napřed BLOKOVĚ •Pak se přidá voda a aditiva a dopolymeruje se SUSPENZNĚ •Výsledkem jsou tedy zase malé perličky •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •20 Houževnatý PS (HIPS) versus standardní PS (Crystal clear) - 1 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •21 HIPS _ 24032013810.jpg Houževnatý PS (HIPS) versus standardní PS (Crystal clear) - 2 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •22 PS X HIPS.jpg Proč jsou styrénové termoplasty vhodné pro vstřikování? •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •23 •Smrštění výrobku •Co to je smrštění výrobku? •Jaká smrštění rozlišujeme? •Semikrystalické versus amorfní termoplasty •Normy na smrštění (ČSN, ISO, ASTM, ….) Styrénové termoplasty pro vstřikování PŘÍKLADY •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •24 536.jpg •OBECNĚ: •Různé díly domácích spotřebičů a spotřební elektroniky Výroba zpěňovatelného PS •Pouze homopolymer •Během suspenzní polymerace se přidá n-PENTAN (b.v. 36 °C) •Ten je zadržen ve výsledném produktu, tzv. PERLIČKÁCH •Omezená skladovatelnost, protože může n-pentan vytěkat! • •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •25 Technologie zpěňování PS •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •26 •Předpěnění, –Zrání •Dopěnění • • • •Původní perlička •Předpěněná částice (20 – 50x větší objemově) •ZRÁNÍ > pentan ven, vzduch dovnitř •DOPĚNĚNÍ img478.jpg •PĚNOVÝ PS (EXPS) - zvýšení tepelné izolace dutých cihel •5. 3. 2018 •27 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 ABS – akrylonitril – polybutadien - styrén •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •28 535.jpg 538.jpg •OBECNĚ: •Různé díly domácích spotřebičů a spotřební elektroniky s vyššími nároky na houževnatost Pokovování ABS •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •29 •Odmaštění •Přeúprava povrchu oxidací > dříve „chromsírovka“, dnes asi peroxid vodíku nebo kyselina fosforečná s KMnO4 > polární povrch •Nános galvanicky Cu nebo Ag •Chromování •Většina drobných chromovaných dílů do koupelen a na pračkách je chromované ABS! Pokovování ABS – příklad •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •30 537.jpg •OBECNĚ: •Různé díly na domácích spotřebičích a uzávěrech (příklad ukázat) Kopolymer SAN •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •31 •Styrén & akrylonitril •Bloková polymerace •Transparentní •Lepší odolnost k rozpouštědlům •Vyšší –Tvrdost –Houževnatost •Plnění skleněnými vlákny Kopolymer ASA •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •32 •Styrén & akrylonitril & akrylát (ethyl nebo butyl) •Podobný ABS –Lepší odolnost proti UV záření –Vyšší chemická odolnost –Vyšší tepelná odolnost •Technické díly •Sport – surfová prkna Degradace a recyklace PS •Degradace – odštěpuje monomer –Když si PRUDCE roztrhnete kelímek z PS, ucítíte STYRÉN > MECHANOCHEMICKÁ DEGRADACE •Recyklace – recyklační číslo 6 a/nebo zkratka PS –Chemická > monomer –Fyzikální •Co má smysl recyklovat –Výpočetní a domácí technika •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •33 Vstřikování semikrystalických versus AMORFNÍCH TERMOPLASTŮ •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •34 •cp = f (T) celkem podobné u semi i amorf DHt = u amorf NENÍ! U PP je např. 100 mJ/g u reálných vzorků s KRYSTALINITOU cca. 60 % hmot. • semi tedy musíme napřed teplo dodat a pak toto odebrat! Lepení PS a jeho kopolymerů 1 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •35 •Rozpouštědla pro PS: –PS je rozpustný v mnoha organických rozpouštědlech –Mnohá další rozpouštědla vyvolávají v PS mikrotrhliny, tzv. cracking •Lepení rozpouštědly : –Rychle leptající: toluen, chlorbenzen, trichloretylen, dichloretan, chloroform, … –POMALU leptající: metylacetát, etylacetát, metyletylketon, cyklohexan, … – • – • Lepení PS a jeho kopolymerů 2 •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •36 •Lepení lepidly: –Roztoky PS a jeho kopolymerů v metyletylketon > plastikové modely letadel –Epoxidová lepidla > přeúprava povrchu oxidací > dříve „chromsírovka“, dnes asi peroxid vodíku nebo kyselina fosforečná s KMnO4 • – • Lepení zpěněného PS •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •37 •Lepení rozpouštědly a roztoky PS: NE •DISPERZNÍ LEPIDLA: –akrylátové, –vinylacetátové, – ………….. •Dvousložková lepidla –Epoxidová, i k lepení na jiné podklady (dřevo, kov, ..) – • – • Co si můžete udělat v laboratorních cvičeních? •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •38 •POLYMERACE STYRÉNU –SUSPENZNÍ –EMULZNÍ –BLOKOVÁ •KOPOLYMERACE styren - maleinanhydrid •CHEMICKÁ RECYKLACE PS •VYPĚŇOVÁNÍ PĚNOVÉHO PS •5. 3. 2018 •POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2018 •39 Tg PS vliv kinetický 003.jpg Tg PS vliv kinetický 004.jpg Toto je pod dusíkem, vy děláte úlohu v praktiku na vzduchu •Termický rozklad = chemická recyklace