Syntetické polymery vznikající polymerací

Polymerace je polyreakce, při které reagují monomery na polymer bez vzniku vedlejšího produktu.

Je to vícenásobná adice (zaniká dvojná vazba)

homopolymerace (jeden typ monomeru) X kopolymerace (více typů monomerů)
Reakční mechanismus polymerace

a) radikálová polymerace (= homolýza) – stejné částice; 3 fáze

Iniciace
Propagace
Terminace

b) iontová polymerace (= heterolýza) – nestejné částice R- nebo R+; obdobné 3 fáze

Vliv teploty:

Vyšší teplota = nižší n = kratší řetězce
Ještě vyšší teplota = rozpad polymeru

Přehled polymerů vyráběných polymerací

a) syntetické kaučuky

Výroba: polymerace 1,3 – butadienu nebo jeho derivátů, např. se styrenem → butadienstyrenový (BS) kaučuk (kopolymerace)
Produkty: pneumatiky (+ saze) a latexy (nátěry)
Vulkanizace kaučuku (= zesíťování sírou) → ovlivňuje tvrdost a pevnost
(hodně síry → málo pružné)

b) polyethylen (PE)

Výroba z ethylenu
= igelit nebo mikroten
Vlastnosti: pevný, houževnatý, odolává vodě, chemikáliím a mrazu, je elektroizolant a nepropouští vodní páru
Použití: folie, obaly, foliovníky pro pěstování rostlin, foliovníky pro silážní jámy, nádobí – síta, cedníky, kelímky, obaly od kosmetiky

c) polystyren (PS)

Výroba ze styrenu
Měkčený polystyren = pěnový (foukaný)
- Vlastnosti: tepelná, mechanická a zvuková izolace, bílý, tvořený pěnovými kuličkami
- Použití: tepelný, mechanický a zvukový izolační obalový materiál, obaly od elektroniky, obaly na termosky
Tvrzený polystyren
- Vlastnosti: pevný ale křehký
- Použití: obaly na CD, videokazety, obaly od tzv. „černé elektroniky“, lisování předmětů do kuchyně – kelímky, misky, levné a odolné obkladové dlaždice

d) polyvinylchlorid (PVC) = novodur, igelit

Výroba z vinylchloridu
Nejznámější a nejrozšířenější plast
Měkčený PVC
- Vlastnosti: není odolný vůči mrazu → ztrácí plasticitu, termoplast, lze barvit
- Použití: linoleum, propisky, pytlíky, pláštěnky, gumovky, hračky, hadice, ubrusy, folie (pokud se pro změkčování přidávají ftaláty – nevhodný pro děti)
Tvrzený PVC = novodur
- Použití: odpadní trubky, zásobníky na vodu

e) polytetrafluorethylen (PTFE) = teflon

Výroba z tetrafluorethylenu
Vlastnosti: tepelně nejodolnější plast (-50 – +400 °c), tvrdý, houževnatý, velmi mechanicky odolný, elektroizolant, velmi odolný i vůči organickým rozpouštědlům, bílý, kluzký
Použití: nádobí – pánve, žehlicí plochy, skluznice lyží, lékařské implantáty, ochranné oděvy (např. u hasičů), aparatury pro chemický průmysl, elektroizolační výrobky

f) polypropylen (PP)

Výroba z propylenu
Často používaný, zaměňovaný s PE
Vlastnosti: stabilní do teplot do 100 °c, dá se sterilizovat varem, chemicky odolný, nepropouští vlhkost, průsvitný
Použití: lékařské pomůcky (např. Injekční stříkačky), držadla kovových nástrojů, zásobní láhve na chemikálie

g) polyvinylacetát = (PVAC)

Výroba z vinylacetátu
Uhlovodík od kyseliny octové
Vlastnosti: stabilní, nehořlavý, přilnavý k jiným materiálům, nejedovatý, nemění se vlivem UV-záření, dá se barvit, dobře rozpustný v organických rozpouštědlech
Použití: nátěrové hmoty, lepidla, průsvitné střešní krytiny, zubařské implantáty, latexy

h) polymethylmethakrylát (PMMA) = plexisklo

Vlastnosti: termoplastický, průhledný, čistý je průhledný a průsvitný, propouští UV-záření, rozpustný v organických rozpouštědlech, lze jej poškrábat
Použití: náhrada skla, výroba štítů a ochranných helem, lze do něj zalévat organické látky → prostředí pro konzervaci preparátů, použití na zimních stadionech, náhrady zubů, kloubů a chrupavek, výroba brýlových skel a kontaktních čoček

Syntetické polymery vznikající polykondenzací

Polykondenzace je polyreakce dvou různých monomerů, při které vzniká vedlejší produkt nízkomolekulární látka (H₂O, NH₃, HCl, …)

Vznikají polykondenzáty; reakce má adičně-eliminační charakter

Např.: polyethylentereftalát

Polykondenzace má stupňovitý průběh, lze kdykoliv izolovat makromolekulu s různou délkou řetězce
Je vratná, proto se případný produkt musí z reakčního prostředí odstraňovat
Celá polykondenzace je endotermický děj

Přehled polymerů připravovaných polykondenzací

1) polyestery PES

Jsou to odolné pevné elektroizolační látky (polyethylentereftalát PET)
Použití: pružná odolná textilní vlákna (např. tesil), obaly na nápoje, nátěrové hmoty a pryskyřice
sklolamináty – polyesterová pryskyřice vyztužená skelnými vlákny;
další použití polyesterů: výroba letadel, karosérií, střešních krytin, potrubí, ochranné přilby

2) polyamidy PA

Obsahují peptidické vazby (–CO–NH–)
na vznik jedné vazby se odštěpuje 2x voda

Vláknotvorné polyamidy:

a) nylon 6 6 – firma DuPont
- Má dvě skupiny po 6ti uhlících
  (hexamethylen -1,6- diamin a hexandiová kyselina)
- Vlastnosti: vláknotvorný, mechanicky odolný, pevný a tvrdý,
- Použití: ozubená kolečka, ložiska, obaly, barevné folie

b) silon = polyamid 6

Český původ – 40.léta – Oto Wichterle
Vlastnosti: vláknotvorný, méně tepelně stálý než nylon
Použití v textilním průmyslu na výrobu syntetických vláken
Výhody: odolnost, pružnost, pevnost, lepší pro žehlení, nemačkavost, nízká hustota, hydrofobní (nesmáčivost – voda zůstává na povrchu), neplesniví, odolnost vůči škůdcům, lze spřádat s dalšími látkami
Nevýhody: vodní pára zůstává na povrchu → zvyšování vlhkosti → plísně na kůži citlivost u alergiků; nízká tepelná stabilita
Použití: výroba silonového vlákna: čisté – vlasce, silonky; spředené s jiným materiálem: ponožky

Nevláknotvorné polyamidy:

a) fenolformaldehydová pryskyřice = bakelit = fenoplast

Jedny z nejstarších syntetizovaných plastů
Elektroizolační polymery
Vznik novolaku z kyslíkatých derivátů v kyselém prostředí
Vlastnosti: podobně jako pryskyřice – látka kapalná s velmi vysokou viskozitou, rozpustná v organických rozpouštědlech
Použití: výroba laků
Změnou podmínek dochází ke zesíťování řetězců za vzniku pevné pryskyřice = rezol → po zahřátí se prostorově zesíťuje → vznikne rezit, který má velmi vysokou tvrdost (využití umakart = rezol napuštěný v textilu nebo papíru, dnes laminát)
Fenoplasty (rezol, rezit) – hnědé křehké plasty
Použití: krabičky, vypínače, trabanty

b) močovinoformaldehydové pryskyřice = aminoplasty

Formaldehyd a močovina nebo její deriváty
Aminoskupina –NH2
Vlastnosti: bezbarvé, ale mohou se barvit od světlé až po tmavou barvu
Použití: nátěry, lepidla, izolanty, nádobí

c) epoxidové pryskyřice = polyethery

Polymery vícesytných fenolů a zbytku ethylenoxidu
Použití: výroba bezbarvých lesklých laků na dřevo (medová barva), trvanlivá vícesložková lepidla

Syntetické polymery vzniklé polyadicí

Polyadice je reakce, které se účastní dva různé monomery se dvěma různými funkčními skupinami

Jeden z monomerů musí obsahovat slabě kyselý vodík, který může ze své funkční skupiny (např. z –OH) uvolnit;
Charakteristickým znakem polyadice je přesun protonu (H⁺) v řetězci
Př.: syntéza polyuretanu z 1,4 – butandiolu a hexamethylendiisokyonátu:
Polyuretany se využívají k výrobě molitanu, umělých kůží (např. Barex), ale také jako textilní vlákna
Montážní polyuretanová pěna: je nutno ji nanášet ve vlhku a stínu, protože má pak jemnější póry a je pevnější
Molitan: pružný izolační plast, ochrana před vodní párou, průnikem vzduchu a tlumí hluk
Výroba hraček, matrací a výplní čalounění

Přehled polyreakcí

Adiční (bez vedlejšího produktu) – řetězová (polymerace) – homopolymerace

kopolymerace

– stupňovitá (polyadice)

Kondenzační (s vedlejším produktem) – stupňovitá polykondenzace

Zpracování syntetických makromolekulárních látek

Polymery se zpracovávají:
- Vytlačováním – trubky, kabely, tyče, desky, fólie
- Vstřikováním – do formy, výroba členitých součástek i předmětů denní potřeby
Polykondenzáty se zpracovávají – lisováním
Výroba vláken – zvlákňování – tekutý polymer (buď z taveniny, nebo z roztoku) se protlačuje tryskami do chladící zóny (= vzduch nebo kyselé prostředí), následuje dloužení vlákna – tak aby převládaly krystalické oblasti nad amorfními