POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 1 Polymery a plasty v praxi RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 29716@mail.muni.cz 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 2 LEKCE téma 1 Úvod do předmětu - Základy syntézy polymerů. Struktura a názvosloví polymerů 2 Polyetylén a kopolymery etylénu 3 Polypropylén a kopolymery propylénu 4 Polyvinylchlorid, měkčené a neměkčené PVC 5 Styrénové termoplasty 6 Polyamidy 7 Polyestery 8 REZERVA 9 Fenolformaldehydové pryskyřice 10 Epoxydové pryskyřice, Polyuretany 11 Polyesterové pryskyřice, Degradace polymerů – základní informace 12 Silikony, Síťované elastomerní materiály 13 KOLOKVIUM 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 3 E - LEARNING Přednášky Budou vystaveny na e-learning Chřipková epidemie a podobné problémy Přednáška bude vystavena na e-learning Dotazy a připomínky Zasílat na moji FAKULTNÍ Intranetovou adresu 18. 2.2019 Organická chemie Názvosloví monomerů Fyzika Základní pojmy o vztahu mechanického napětí tělesa a jeho deformaci Co byste měli předem vědět („Prerequitisities“) Mohlo by se vám hodit, ale není podmínkou MAKROMOLEKULÁRNÍ CHEMIE Proč se o toto zajímat - 1 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 4 18. 2.2019 Data z USA – rok 1995 img613.jpg Roční výroba plastů je nyní cca. 300 milionů tun Proč se o toto zajímat - 2 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 5 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 6 18. 2.2019 Plasty versus PAPÍR – uhlíková stopa Historie výuky „MAKRO“ na přírodovědě 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 7 img325.jpg Chemie dělila na katedry, nyní ústavy „MAKRO“ byla samostatná katedra sídlila na VÚMCH, nyní PIB. Vznikla někdy okolo roku 1955. VÚMCH vzniknul v roce 1956. Po roce cca. 1970 byla katedra zrušena přičleněna jako ODDĚLENÍ k Teoretické a fyzikální chemii, DP se dělali na VÚMCH Někdy okolo roku 1990 oddělení přičleněno k ORGANICKÉ CHEMII Pak byly katedry zrušeny a vzniknul ÚSTAV CHEMIE Cca. v roce 2010 byla ztracena AKREDITACE pro Makromolekulární chemii , tj. nelze dělat ani BP, natož DP či doktorát. ZKOUŠKA byla povinná pro všechny, v 6. semestru. Bez laborek. POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 8 Cíle předmětu •Seznámit studenty se základními syntetickými polymerními materiály, jejich vlastnostmi a použitím. Důraz bude kladen na použití v práci konzervátora a restaurátora. Otázkám mechanizmu polymerací bude věnována minimální pozornost, protože toto pokrývá přednáška MAKROMOLEKULÁRNÍ CHEMIE. • 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 9 Vztah tohoto předmětu k jiným předmětům •Polymery a plasty v praxi – základní informace o názvosloví, vlastnostech a hlavně POUŽITÍ •MAKROMOLEKULÁRNÍ CHEMIE - pokročilá informace o mechanismu a kinetice vzniku syntetických polymerů (POLYREAKCE) a FYZIKA POLYMERŮ •Technologie zpracování plastů > VUT FCH, Ústav chemie materiálů •Navrhování výrobků z plastů > VUT FCH, Ústav chemie materiálů •Degradace a stabilizace polymerů > VUT FCH, Ústav chemie materiálů • 18. 2.2019 Co si můžeme představit pod pojmem „ Polymery a plasty v praxi “? •Výtvarné hledisko > průmyslové výtvarnictví (design) > příklad PET láhev •Konstrukční hledisko > „klasický přístup“ X MKP (FEM) •Technologické hledisko > nástroj, výroba •Materiálové hledisko > volba hmoty na daný výrobek a aplikaci > POUŽITÍ POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 10 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 11 Literatura 18. 2.2019 •Mleziva J., Šňupárek J.: Polymery – výroba, struktura, vlastnosti a použití, ISBN 80-85920-72-7, Sobotáles, Praha , 2000, 2, vydání •Štěpek J., Zelinger J., Kuta A.: Technologie zpracování a vlastnosti plastů, SNTL Praha, 1989 •Mleziva J., Kálal J.: Základy makromolekulární chemie, SNTL Praha, 1986 •Zelinger J., Heidingsfeld V., Kotlík P., Šimůnková E.: Chemie v práci konzervátora a restaurátora, ACADEMIA Praha, 1987 •Schätz M.: Polymery ve výtvarné praxi, SPN Praha, 1984 •Schätz M.: Moderní materiály ve výtvarné praxi, SNTL Praha, 1982 •Nicholson J. W.: The Chemistry of Polymers, ISBN 0-85186-413-9, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1991 •Allen N. S., Edge M., Hoire. C. V.: Polymers in Conservation. Royal Society of Chemistry 1992 • • 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 12 AN INTRUDUCITIN TO MATERIALS VOL_ 1_174.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 13 SCI FOR CONS vol 2 CLEANING 1 481.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 14 ADHESIVES & COATING607.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 15 img317.jpg img316.jpg BRITISH versus AMERICAN ENGLISH Plastics versus Resins Plasty versus Pryskyřice Termoplast versus Termoset (reaktoplast) POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 16 Bez názvosloví to nepůjde 18. 2.2019 •IUPAC – STRUKTURNÍ NÁZEV > ZMÍNÍME POUZE KRÁTCE > podrobněji v předmětu „Makromolekulární chemie“ (doc. Ing. Šindelář, Ph.D.) •TRIVIÁLNÍ NÁZEV > toto budeme používat •ZKRATKA POLYMERU > toto budeme používat •OBCHODNÍ NÁZEV > toto budeme ČASTO používat • • POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 17 Příklad názvosloví 1 18. 2.2019 •STRUKTURNÍ NÁZEV - poly(methylen) •TRIVIÁLNÍ NÁZEV – polyethylen (polyetylén) •ZKRATKA POLYMERU – LDPE (nízkohustotní – LD, polyethylen – PE) •OBCHODNÍ NÁZEV - Bralen NA 7-25 (NA – zkratka použití, 7-25 – číselný kód vlastností) • • • POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 18 Příklad názvosloví 2 18. 2.2019 •STRUKTURNÍ NÁZEV - poly(1-fenylethylen) •TRIVIÁLNÍ NÁZEV - polystyrén •ZKRATKA POLYMERU – PS •OBCHODNÍ NÁZEV – Krasten 552 (552 – použití & číselný kód vlastností) • • • POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 19 Jak se v tom vyznat? 18. 2.2019 •STRUKTURNÍ NÁZEV - musí mít každý polymer! •TRIVIÁLNÍ NÁZEV – mají jen v praxi běžně používané polymery •ZKRATKA POLYMERU – mají spíše jen průmyslově běžně používané polymery, ale jsou VÝJÍMKY •OBCHODNÍ NÁZEV – mají jen průmyslově VYRÁBĚNÉ MATERIÁLY • • • Na co se spotřebovává ropa? •Kolik tun ropy spotřebuje cca. ročně ČR? •Jaký podíl ropy se spotřebuje na plasty v ČR? •Jaké plasty vyrábíme v ČR? •……….………. t/rok • •……………..… % •…………………… •…………………… •…………………… •…………………… •…………………… 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 20 Proč se o toto zajímat - 2 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 21 18. 2.2019 Data z USA – rok 2015 Roční výroba plastů je nyní cca. 300 milionů tun img614.jpg Proč se o toto zajímat - 3 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 22 18. 2.2019 Data z USA – rok 2014 Roční výroba plastů je nyní cca. 300 milionů tun img615.jpg POZOR! ÚDAJE JSOU v pounds (0,453 g)! Vlastní použití, asi v USA Data z USA (růst 2013>2014) 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 23 img615.jpg CAPTIVE = A subsidiary that serves only its parent company Data z USA 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 24 img614.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 25 018.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 26 019.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 27 Rozdělení •Monomer, oligomer, makromolekula, polymer, plast •Monomer – molekula (molekuly) mající schopnost opakováním reakce vytvářet lineární či větvenou makromolekulu či oligomer •Oligomer – spojení 2 – 10 molekul (monomeru) •Makromolekula – molekula vzniklá spojováním menších molekul (monomerů) ve velkou molekulu, > 10 jednotek monomeru •Polymer – látka složená z makromolekul, látka bez aditiv 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 28 img454.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 29 img453.jpg LOW HIGH MWD = DISTRIBUCE MOLEKULOVÝCH HMOTNOSTÍ Shoulder = RAMENO Skewed = ZEŠIKMENÝ 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 30 Rozdělení •PLAST – polymer + aditiva (EXISTUJÍ VÝJÍMKY) •Plasty –TERMOPLASTY –TERMOSETY •Vulkanizáty (elastomery) –Kaučuk (je také elastomer, ale s menší VRATNOU DEFORMACÍ než mají VULKANIZÁTY) –Kaučuk + VULKANIZEČNÍ PŘÍSADY > PRYŽ = VULKANIZOVANÝ KAUČUK – – 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 31 TROCHU CIZOJAZYČNÉ TERMINOLOGIE 1 Polymer Polymer Polymerace Polymerization Název podle Americké chemické společnosti (liší se od IUPAC názvu) ACS name (American Chemical Society Name) Plast, obvykle TERMOPLAST Plastic, Thermoplastic (Resin am.) Pryskyřice, TERMOSET (rozdíl od např. přírodních pryskyřic) Thermoset, Thermosetting plastic, (Resin am.) Tavenina Melt Zpracování Processing Vlastnost Property Tuhost Stiffness Tvrdost Hardness Průhlednost Transparency, Optical clarity Houževnatost Impact strength SLOVNÍKY •Elektronické •Lingea Lexikon, 2. vydání, včetně technického a ekonomického slovníku • •Tištěné •Slovník vstřikování plastů ISBN 80-7225-153-8 •Anglicko – český automobilový slovník ISBN 80-7226-52-9 •Anglicko – český letecký slovník ISBN 80-85927-92-6 •Anglicko – český velký chemický slovník ISBN 978-80-7080-793-4 • • 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 32 Je to tvrdé nebo je to měkké •Je to tvrdé •„Je to tvrdé, tak je to BAKELIT“ •Toto je typický laický výraz, kterého by se měl kvalifikovaný chemik (alespoň Bc.) VYVAROVAT •Vynálezce Leo Hendrik Baekeland > fenolformaldehydová pryskyřice (TERMOSET) •Je to měkké •„Je to měkké, tak je to IGELIT“ •Toto je typický laický výraz, kterého by se měl kvalifikovaný chemik (alespoň Bc.) VYVAROVAT •Výrobce IG Farben > měkčené PVC >obchodní název s ® (firma už NEXISTUJE!) • 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 33 Vzhůru k názvosloví 1! 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 34 Polymer Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) Acrylic (PMMA) Celluloid Cellulose acetate Polyurethane (PU) Ethylene-Vinyl Acetate (EVA) Ethylene vinyl alcohol (EVOH) Fluoroplastics (PTFE, alongside with FEP, PFA, CTFE, ECTFE, ETFE) Polyvinyl acetate (PVA) Polyoxymethylene (POM or Acetal) Polyphenylene oxide (PPO) Vzhůru k názvosloví 2! 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 35 Polymer Polyamide (PA or Nylon) Polybutadiene (PBD) Polybutylene (PB) Polycaprolactone (PCL) Polyethylene terephthalate (PET) (PETP) Polycarbonate (PC) Polyethylene (PE) Polylactic acid (PLA) Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) Polyvinyl chloride (PVC) 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 36 NOMENKLATIRA CZ 1 _588.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 37 NOMENKLATURA CZ 2 _589.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 38 NOMENKLATURA CZ 23_590.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 39 NOMENKLATURA CZ 4_591.jpg STRUKTURA Polymerů 1 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 40 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search Možné struktury makromolekul WIKI ENG 17022013.png To přenecháme do MAKROMOLEKULÁRNÍ CHEMIE STRUKTURA Polymerů 2 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 41 File:Polymer Branch.svg From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search File:Polypropylene.svg Větvení makromolekuly POLYPROPYLEN – obvykle není větvený STRUKTURA Polymerů 3 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 42 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search struktura makromolekuly 1592.jpg a – lineární, b – větvená, c - síťovaná STRUKTURA Polymerů 4 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 43 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search Síťovaná struktura polyesteru struktura makromolekuly 1595.jpg STRUKTURA Polymerů 5 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 44 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search Lineární amorfní polymer - struktura struktura makromolekuly 1593.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 45 img449.jpg img450.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 46 img451.jpg img452.jpg STRUKTURA Polymerů 6/2 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 47 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search Lineární semikrystalický polymer – struktura (a – krystalické domény) struktura makromolekuly 1594.jpg STRUKTURA Polymerů 6/1 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 48 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img151.jpg img152.jpg Barvy jsou udělány digitálním zpracováním obrazu! Může to vypadat výtvarně zajímavě. Krystalizace v podobě tzv. SFÉROLITŮ. Ty jsou v objemu kulovité, ale v ploše kruhovité. STRUKTURA Polymerů 7 - PE 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 49 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search Typický semikrystalický plast PE podle hustoty a struktury597.jpg Může se to lišit v různých knihách! STRUKTURA Polymerů 8 - PE 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 50 Typický semikrystalický plast struktura makromolekuly 1596.jpg STRUKTURA Polymerů 9 •Nízkomolekulární krystalická látka – krystaly velikosti mm až cm, krystalinita >> 100 % hmot. •Semikrystalický polymer – krystaly velikosti 102 nm až 103 nm, krystalinita < 100 % hmot., typicky okolo 50 ± 30 % hmot. •Amorfní polymer – krystalinita 0 % hmot. 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 51 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search STRUKTURA Polymerů 9/1 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 52 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img325.jpg img320.jpg Může být ale orientováno, klubko je typické pro roztok To jsou ty kolmé části, co se nahoře stáčejí opět dolů STRUKTURA Polymerů 9/2/1 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 53 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img327.jpg STRUKTURA Polymerů 9/2/2 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 54 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search str 556.jpg Toto platí ZHRUBA pro POLYPPROPYLEN Toto si, prosím, pamatujte! str 562.jpg ŠÍŘKA! Výška je v 102 nm STRUKTURA Polymerů 9/2/3 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 55 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search str 555.jpg STRUKTURA Polymerů 9/2/4 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 56 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search str 560.jpg STRUKTURA Polymerů 9/2/5 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 57 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search str 558.jpg Zárodek krystalu > jádro krystalu > z něho vybíhají LAMELY > SFÉROLIT SFÉROLIT : • krystalizace v objemu > ZHRUBA kulovitý útvar • krystalizace v ploše > ZHRUBA kruhovitý útvar Tzv. obrázky námrazy na vánočních oknech = SFÉROLITY V PLOŠE organické sloučeniny (ne polymeru) STRUKTURA Polymerů 9/2/6 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 58 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search str 559.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 59 str 690.jpg Vstřikované těleso ze SEMIKRYSTALICKÉHO POLYMERU STRUKTURA Polymerů 9/3A 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 60 img455.jpg STRUKTURA Polymerů 9/3B 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 61 img324.jpg Tk = 409-273,15 =135,85°C Tt = 537-273,15 =263,85°C Tg = 347-273,15 =73,85 °C Co to jsou Tg a Tm (někdy v češtině označováno Tsk a Tt) 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 62 •Tg – teplota, kdy se mění fyzikální vlastnosti plastu •Tm – teplota tání KRYSTALICKÉHO PODÍLU polymeru •UKÁZAT Tg na příkladech: •PET, PVC, PP homo v laboratoři •UKÁZAT Tm na příkladech: •PET, PP homo v laboratoři • • • • STRUKTURA Polymerů 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 63 img322.jpg KRYSTALICKÁ FÁZE je uspořádanější a proto má NIŽŠÍ SPECIFICKÝ OBJEM = VYŠŠÍ HUSTOTU = nižší V (cm3/g) Tg a Tm Tt img438.jpg T = ABSOLUTNÍ TEPLOTA, jednotka K STRUKTURA Polymerů 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 64 Tg a Tm img438.jpg T = ABSOLUTNÍ TEPLOTA, jednotka K V = měrný objem v m3/kg img439.jpg 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 65 str 557.jpg STRUKTURA Polymerů 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 66 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img323.jpg Stanovení teploty tání • bodotávek (mikroskop) > PA6 v laborkách • DSC (diferenciální dynamická kalorimetrie) Zase ty textilácké zkratky! STRUKTURA Polymerů 9/6 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 67 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img328.jpg Průběh křivky 2 závisí na KRYSTALINITĚ STRUKTURA Polymerů 9/7 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 68 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img326.jpg MALÁ POHYBLIVOST SEGMENTŮ ŘETĚZCE MALÁ RYCHLOST TVORBY ZÁRODKŮ ZE SEGMENTŮ ŘETĚZCE STRUKTURA Polymerů 10 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 69 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img318.jpg img319.jpg Např. POLYBUTADIEN POLYIZOPREN (přírodní kaučuk) STRUKTURA Polymerů 11 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 70 From Wikipedia, the free encyclopedia Jump to: navigation, search img320.jpg r = gyrační poloměr Pevná fáze Roztok Typický semikrystalický plast - PE Typ PE Hustota (g/cm3) Obchodní název LDPE 0,921 Bralen NA 7-25 HDPE 0,962 Liten MB 72 UHMWPE 0,940 GUR 4113 UHMW-PE LLDPE 0,925 Flexirene MT 40 A 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 71 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 72 okap 1 175.JPG 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 73 okap 1 176.JPG 18. 2.2019 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 74 POLYMERY A PLASTY V PRAXI - BIRD NESTING RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 75 skenovat0011.jpg skenovat0012.jpg Slovníček Squirrel veverka Woodpecker datel Chicks ptáčátka Feeding place krmítko nesting hnízdiště, ptačí budka 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 76 18. 2.2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI 1-2019 77 \\Pc171\scan\C5.jpg