Základní přírodní polymery

Transkript

1 Základní přírodní polymery -kaučuk: z mlékovité šťávy LATEX v některých rostlinách (průmyslový význam strom Hevea brasiliensis) získání suchého kaučuku: -vymražením -odpařením -vysrážením (k. mravenčí, octovou) většinou používaná metoda na kaučukových plantážích (následná propírka vodou) přírodní kaučuk = cis-1,4-polyizopren průmyslově významná forma: standardní kaučuk Standard Rubber producenti např. Vietnam SVR Malajsie SMR Indonesie SIR Indie ISNR Filipíny SPR Autor: AxelBoldt Vlastní dílo, Volné dílo

2 Přírodní kaučuk chemické modifikace zavedení chloru do roztoku kaučuku chlorkaučuk (cca 64% chlóru) >> nehořlavý, chemicky odolný, rozpustný v aromatických a chlorovaných uhlovodících, v esterech a rostlinných olejích zavedení suchého chlorovodíku do roztoku kaučuku hydrochlorid kaučuku (cca 30% chlóru) >> odléváním na nekonečný pás nebo roztíráním na papír výroba vysoce ohebné fólie nepropustné pro vodu >> izolační a antikorozní nátěry a potahy, fólie též k balení potravin

3 Základní přírodní polymery -celulóza papír není termoplastická, nelze tvářet, proto chemická modifikace: poly-β(1,4) glukóza -viskóza z celulózy >> vytlačované vlákno - viskózové hedvábí, litá fólie - celofán, netkané textilie pro zdravotnictví...

4 Celulóza chemické modifikace -změkčování koncentrovaným roztokem ZnCl 2 >> vulkánfíbr - tuhý pevný materiál (následné pomalé vypírání vodou) >> výroba desek tloušťky až 5 cm -působení kyseliny dusičné (za přítomnosti kys. sírové nebo fosforečné) >> nitrocelulóza >> nátěrové hmoty, lepidla (Kanagom), součást střelného prachu, fotografický film, membrána k imobilizaci proteinů (afinita k aminokyselinám), kouzelnický papír (velmi rychle shoří bez vzniku popela) -působení kyseliny octové >> triacetát (případně následnou hydrolýzou diacetát) celulózy >> plastová vlákna a fólie, nátěrové hmoty (obdobně propionát, butyrát, acetobutyrát celulózy)

5 Základní přírodní polymery -škrob zdroj: složeny z molekul glukózy hydrolýza škrobu dextriny použití: lepidla, pojiva v papírenství, textilním průmyslu, farmacii

6 Základní přírodní polymery -bílkoviny kasein srážením kyselinami z podmáslí >> lepidlo na papír, dřevo a textil >> surovina pro výrobu lisovaných plastů - zvlhčení 25% vody, mísení se změkčovadly, např. nitrocelulóza, acetát celulózy, parafiny - mísení s plnivy, např. kaolin, křída - vytvrzování formaldehydem >> surovina pro výrobu vláknitých plastů -rozpouštění v roztoku Na 2 CO 3, zrání 2 dny -zpracování na vlákna obdobně jako viskóza -výroba textilu ve směsi s 25 50% vlny Obdobné výroby z dalších bílkovin (arachin z arašídů, zein z kukuřice, sojové bílkoviny)

7 Syntetické polymery

8 Syntetické polymery řetězce, struktura řetězce: struktura: Jan Skacel, BP, VUT Brno 2013

9 Syntetické polymery řetězce, struktura Jan Skacel, BP, VUT Brno 2013

10 Syntetické polymery řetězce, struktura Jan Skacel, BP, VUT Brno 2013

11 Syntetické polymery řetězce, struktura vysvětlení typů teplotního chování na kombinaci Wikipedia

12 Syntetické polymery řetězce, struktura

13 Fázové stavy polymerů krystalický X amorfní skelný kaučukovitý plastický

14 Zařízení ve výrobě polymerů Míchané reaktory, kaskády c e c i ( ) ( ) Rychloběžná míchadla c e ( ) Pomaloběžná míchadla Pitched Blade Lightnin A315 Techmix 335 Rushtonova turbina

15 Zařízení ve výrobě polymerů Míchané reaktory, kaskády ideální mísič? porovnání rychlosti dějů, např. doby homogenizace a rychlosti chem. reakce průtok míchadlem Q=Kp f D 3 = 0,5 2 0,6 3 = 0,216 m 3 /s objem nádoby V=π T 2 /4 T= π 1,8 2 /4 1,8=4,58 m 3 doba jednoho průtoku celého objemu míchadlem τ = V/Q = 4,58/0,216 = 21,2 s v L ~ fd míra homogenizace ~ 1- exp(-v/q t) 95% homogenizace za 3 τ ~ 1 min 99% homogenizace za 5 τ ~ 1 min 45 s doba chem. reakce 1. řádu c/c 0 = exp(-kt) porovnání τ a 1/k >> id. mísič pouze pro kin. konstantu k vícenásobně/řádově nižší než 20 s

16 Zařízení ve výrobě polymerů při homogenizaci pastových, krémových nebo těstovitých směsí přechází míchání v hnětení

17 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů vstřikování (předplastifikace = předehřev pro vstřik větších objemů) v praxi používány i vstřikovací stroje bez předplastikace

18 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů

19 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů

20 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů

21 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů vakuové tvarování mechanické tvarování pozitivní negativní Jan Skacel, BP, VUT Brno 2013

22 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů

23 Zařízení ve výrobě polymerů Zpracování plastů Odlévání (gravitační, odstředivé)

24 Syntetické polymery - kaučuk kaučuky - pro všeobecné použití (základ pro růné navazující výroby) - speciální -olejvzdorné -teplovzdorné hlavně polymery a kopolymery izoprenu a butadienu. ale též kopolymery etylenu s propylenem (EPM) Mezinárodní označení skupin kaučuků. a terpolymery etylenu propylenu a nekonjugovaného dienu (např. 1,4-hexadien) s dvojnou vazbou v bočním řetězci (EPDM) vyšší míra nenasycenosti >> rychlejší vulkanizace X nasycené uhlovodíky >> vyšší odolnost vůči stárnutí (např. kopolymery etylenu s propylenem k obalení lektrických vodičů)

25 Syntetické polymery - kaučuk butylkaučuk kopolymer izobutylenu a izoprenu (IIR) olejovzdorný chloroprenový kaučuk (s dvojnou vazbou v hlavním řetězci) (též fluorový kaučuk VITON, FKM, FPM) olejovzdorný butadienakrylonitrilový nitrilkaučuk (NBR)

26 Tabulka nejběžnějších kaučuků -butadien-styrenový (SBR) >> běhouny pneumatik Syntetické polymery - kaučuk -Thiokol: polysulfidový kaučuk (vyráběn přes 50 let Thiokol Co, USA) -polykondenzační reakcí,ω-dichloridu s polysulfidem sodným: >> vysoce odolný proti bobtnání v olejích + trvanlivý (neobsahuje dvojné vazby) -teplovzdorné silikonové kaučuky: obsahují siloxanové vazby

27 Syntetické polymery - termoplasty -polyolefiny (olefiny = jedna dvojná vazba na lineárním řetězci) poly- etylen, -propylen, -1-buten polyetylen T t = o C PE-HD lineární řetězce PE-LD rozvětvené řetězce (existuje též PE-LLD, tj. Linear + Low Density) (PE-MD, tj. Medium, PE-UHMW, tj. Ultra High Molecular W.) 1953 Ziegler objev nízkotlaké katalytické polymerace (1954 Natta) +Natta průmyslové rozšíření polypropylen T t = o C lepší vlastnosti pro mechanické obrábění než PE neprůhledný (vyšší krystalinita oproti PE) polybuten houževnatější než PE a PP, desetkrát vyšší Mw oproti HD-PE křehčí za mrazu, teploty vydrží dlouhodobě do 90 o C začátek výroby později 60. léta v Německu

28 příklad čistě polypropylenové příze Syntetické polymery - termoplasty

29 Syntetické polymery - termoplasty -flouroplasty výroba emulzní polymerací fluorovaných monomerů -Teflon (polytetrafluoretylen) T t =327 o C >> pokrytí povrchů pro lepší kluznost a nepřilnavost jiných látek (původně povrch radlic a lopat buldozerů) -varianty částečné fluorace a případně chlorace -polyvinilidenfluorid H H

30 Syntetické polymery - termoplasty -vinylové polymery, kde:... snadné zpracování všemi základními způsoby (Novodur, Novoplast-měkčený)... výroba hydrolýzou PVAC, vinylalkohol neexistuje (přesmyk na aldehyd ve stavu zrodu molekuly)... odolává nepolárním uhlovodíkům a éterům, rozpustný v alkoholech a ketonech PVC: pevný, houževnatý, odolný proti neoxidujícím kyselinám, nehořlavý PVAC: součást rozpouštědlových nátěr. hmot, disperzní lepidla PVAL: bobtná jako želatina >> výroba ovocného želé, zahušťovadlo nátěr. hmot, impregnace odolná benzínu

31 Syntetické polymery - termoplasty -styrenové a akrylové polymery...hustota 1050 kg/m3, terpolymer ABS směsi: od lepidla na obuv, přes nátěry- -latexy až po penetrační nátěry ve stavebnictví textilní vlákno -polyestery Polyetylentereftalát PET: výroba (polykondenzace kys. tereftalové a etylenglykolu) ve dvou krocích: pomocný prostředek 1. transesterifikace dimetyltereftalátu etylenglykolem 2. polymerace za vydestilování přebytečného etylenglykolu >> původně pro výrobu vláken a textílií...

32 Syntetické polymery - termoplasty -polyamidy polykaprolaktam (nylon) kaprolaktam -polyuretany diizokyanát výroba polyadicí alkoholů na izokyanáty polyuretan diol Sönke Kraft aka Arnulf zu Linden Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0,

33 Syntetické polymery reaktoplasty (termosety) -epoxidové pryskyřice stavební prvky epichlorhydrin 2,2-bis(4-hydroxyfenyl)propan (dian/bisfenol A) podle poměru reaktantů různé produkty, např. >> lepidla, nátěrové, zalévací a lisovací hmoty

34