POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 1 Polymery a plasty v praxi POLYSTYREN & KOPOLYMERY STYRÉNU RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 29716@mail.muni.cz 20. 5. 2019 POLYSTYREN & KOPOLYMERY STYRÉNU 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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) • 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 4 STYREN – nejdůležitější KOMONOMERY 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 6 výroba PS _ 24032013809.jpg Už se téměř NEPOUŽÍVÁ Už se téměř NEPOUŽÍVÁ PS - základní informace 3 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 7 Tg__________623.jpg Tg versus tuhost ----624.jpg •Tuhost versus Tg & Tm •Tg měřené pomocí DSC PS Tg - informace 4 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 8 Tg PS vliv kinetický 001.jpg V – objem H – entalpie a - Koeficient lineární teplotní roztažnosti Cp - Specifické teplo za konstantního tlaku PS Tg - informace 5 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 9 Tg PS vliv kinetický 002.jpg Nevím kde vzali to Tm pro PS a pro a methylstyren, protože ty jsou obvykle AMORFNÍ PS Tg - informace 6 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 10 Tg PS vliv kinetický 006.jpg Tg PS vliv kinetický 005.jpg PS Tg – informace 7 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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) – – • 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 12 PS – technologie výroby II •Dodavatelská forma: •Granulát •Mikrokuličky (Zpěňovatelný) – – • 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 13 PS – trochu historie 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 14 933.jpg ES = přímo se vytlačuje lehčená deska Neprosadil se. Já jsem na tom také pracoval. Blokový PS – začátky výroby nebyly lehké 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 15 932.jpg PS – technologie zpracování 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 16 •Vstřikování (cca. 75 % výroby) – LEGO, Igráček, vláčky PIKO atd. •Zpěňování •Vytlačování > tvarování za tepla (termoforming) • 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 17 vSTŘIKOVACÍ CYKLUS_ 24032013812.jpg Co to je houževnatý PS (HIPS) - I? 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 18 HIPS řezy _ 24032013811.jpg HI = High Impact = VYSOKÁ HOUŽEVNATOST Co to je houževnatý PS (HIPS) - II? 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 20 Houževnatý PS (HIPS) versus standardní PS (Crystal clear) - 1 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 21 HIPS _ 24032013810.jpg Houževnatý PS (HIPS) versus standardní PS (Crystal clear) - 2 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 22 PS X HIPS.jpg Proč jsou styrénové termoplasty vhodné pro vstřikování? 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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! • 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 25 Technologie zpěňování PS 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 27 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 ABS – akrylonitril – polybutadien - styrén 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 28 535.jpg 538.jpg OBECNĚ: Různé díly domácích spotřebičů a spotřební elektroniky s vyššími nároky na houževnatost Pokovování ABS 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 30 537.jpg OBECNĚ: Různé díly na domácích spotřebičích a uzávěrech (příklad ukázat) Kopolymer SAN 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 31 •Styrén & akrylonitril •Bloková polymerace •Transparentní •Lepší odolnost k rozpouštědlům •Vyšší –Tvrdost –Houževnatost •Plnění skleněnými vlákny Kopolymer ASA 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 33 Vstřikování semikrystalických versus AMORFNÍCH TERMOPLASTŮ 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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? 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 38 •POLYMERACE STYRÉNU –SUSPENZNÍ –EMULZNÍ –BLOKOVÁ •KOPOLYMERACE styren - maleinanhydrid •CHEMICKÁ RECYKLACE PS •VYPĚŇOVÁNÍ PĚNOVÉHO PS 20. 5. 2019 POLYMERY A PLASTY V PRAXI POLYSTYRÉN 5_2019 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