POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 1 Polymery a plasty v praxi POLYSTYREN & KOPOLYMERY STYRÉMU RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. pospisil@gascontrolplast.cz 29716@mail.muni.cz 21. 3.2016 POLYSTYREN & KOPOLYMERY STYRÉNU 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 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) • 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 4 STYREN – nejdůležitější KOMONOMERY 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 6 výroba PS _ 24032013809.jpg Už se téměř NEPOUŽÍVÁ Už se téměř NEPOUŽÍVÁ PS - základní informace 3 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 7 Tg__________623.jpg Tg versus tuhost ----624.jpg •Tuhost versus Tg & Tm •Tg měřené pomocí DSC 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) – – • 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 8 PS – technologie výroby II •Dodavatelská forma: •Granulát •Mikrokuličky (Zpěňovatelný) – – • 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 9 PS – trochu historie 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 10 933.jpg ES = přímo se vytlačuje lehčená deska Blokový PS – začátky výroby nebyly lehké 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 11 932.jpg PS – technologie zpracování 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 12 •Vstřikování (cca. 75 % výroby) – LEGO, Igráček, vláčky PIKO atd. •Zpěňování •Vytlačování > tvarování za tepla (termoforming) • 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 13 vSTŘIKOVACÍ CYKLUS_ 24032013812.jpg Co to je houževnatý PS (HIPS) - I? 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 14 HIPS řezy _ 24032013811.jpg HI = High Impact = VYSOKÁ HOUŽEVNATOST Co to je houževnatý PS (HIPS) - II? 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 15 934.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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 16 Houževnatý PS (HIPS) versus standardní PS (Crystal clear) 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 17 HIPS _ 24032013810.jpg Proč jsou styrénové termoplasty vhodné pro vstřikování? 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 18 •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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 19 536.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! • 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 20 Technologie zpěňování PS 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 21 •Předpěnění, –Zrání •Dopěnění • • • Původní perlička Předpěněná částice (20 – 50x větší objemově) ZRÁNÍ > pentan ven, vzduch dovnitř DOPĚNĚNÍ ABS – akrylonitril – polybutadien - styrén 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 22 535.jpg 538.jpg OBECNĚ: Různé díly domácích spotřebičů a spotřební elektroniky s vyššími nároky na houževnatost Pokovování ABS 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 23 •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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 24 537.jpg OBECNĚ: Různé díly na domácích spotřebičích a uzávěrech (příklad ukázat) Kopolymer SAN 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 25 •Styrén & akrylonitril •Bloková polymerace •Transparentní •Lepší odolnost k rozpouštědlům •Vyšší –Tvrdost –Houževnatost •Plnění skleněnými vlákny Kopolymer ASA 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 26 •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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 27 Vstřikování semikrystalických versus AMORFNÍCH TERMOPLASTŮ 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 28 •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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 29 •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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 30 •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 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 31 •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? 21. 3.2016 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2016 32 •POLYMERACE STYRÉNU –SUSPENZNÍ –EMULZNÍ –BLOKOVÁ •KOPOLYMERACE styren - maleinanhydrid •CHEMICKÁ RECYKLACE PS •VYPĚŇOVÁNÍ PĚNOVÉHO PS