KAPITOLA 12: PLASTICKÉ HMOTY Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
KAPITOLA 12: PLASTICKÉ HMOTY KLÍČOVÉ POJMY: termoplasty, duroplasty, monomery, polymery, síťování, eleastomery, plastomery, polymerace, polykondenzace, polyadice Cíle kapitoly: Seznámit se s výrobou a vlastnostmi plastických hmot a výrobků z nich.
12.1 HISTORIE PLASTŮ Angličan, Alexander Parkes představil na průmyslové výstavě v Londýně roku 1862 novou hmotu (velice ohebná, ale přesto mohla býti odlévána, lisována nebo řezána). Byla vytvořena ze směsi chloroformu, ricinového oleje a dostala jméno parkesu, a tím byl zahájen vznik nových hmot plastů. Parkes vynalezl ještě další plasty, ale největšího významu dosáhl celuloid (za jeho vynález obdržel patent). Celuloid vznikl jako sloučenina nitrocelulózy s kafrem jako rozpouštědlem. Celuloid nalezl široké uplatnění. Používal se na kulečníkové koule (místo rohoviny), vložky do límečků, pravítka, pingpongové míčky, k výrobě ozdobných předmětů a hlavně filmů.
12.2 OBECNÉ ROZDĚLENÍ Plasty jsou materiály, jejichž základ tvoří makromolekulární látky, které se dají teplem nebo tlakem tvarovat. Makromolekula je složena z více než 1000 atomů. Nejdůležitějším prvkem většiny plastů je uhlík, silikony mají kostru tvořenou řetězci a pevnějšími křemíkovými a kyslíkovými vazbami. Plasty jsou např.: igelit, novodur, nylon, silon, plexisklo, bakelit a jiné.
12.2 OBECNÉ ROZDĚLENÍ Plasty třídíme podle vzniku: Přírodní kaučuk, celulosa, glukosový polysacharid Syntetické většina plastů, suroviny: ropa, uhlí a zemní plyn Plasty třídíme podle chování za tepla: Termoplasty - působením tepla vždy znovu měknou, stávají se plastické, po ochlazení opět tvrdnou. Nemění se chemické složení. (např. pexisklo) Duroplasty - působením tepla se chemicky mění, tvrdnou, po vytvrdnutí se jejich tvar teplem nemění, do plastického stavu je již nelze převést. Jsou to zesíťované polymery. (např. bakelit)
12.3 STRUKTURY MAKROMOLEKUL Lineárně uspořádány atomy v molekule řetězce s převládajícím délkovým rozměrem. Lineární makromolekuly mají různou délku a jsou rozmanitě zprohýbány, protože atomy mají možnost se pootáčet. Od určité teploty hmota postupně měkne a přechází do kapalného stavu, ve kterém nemají lineární makromolekuly pravidelné uspořádání. Rozvětvené makromolekuly jsou tvořené lineárními rozvětvenými řetězci tak, že z hlavního řetězce odbočují jako samotné řetězce další. Makromolekuly jsou navzájem poutány větší energií, proto obtížněji krystalizují, mají také menší pružnost a rozpustnost.
12.3 STRUKTURY MAKROMOLEKUL Prostorové makromolekuly - ve srovnání s předchozími druhy dosahují značných rozměrů. Chemické vazby mezi atomy jsou mnohostranné a tak intenzivní, že látky z nich vzniklé jsou tvrdé, pevné, křehké, málo rozpustné, netavitelné. Zesíťování (vytvoření příčných vazeb mezi lineárními makromolekulami) vytvoření chemických vazeb mezi molekulami přidáním určitého prvku nebo sloučeniny. Podle počtu příčných vazeb se zesíťované látky blíží svými vlastnostmi buď více látkám termosetickým, nebo termoplastickým.
12.4 ZPŮSOB VÝROBY Polymerace slučování monomerů ve složitější celky makromolekuly bez vzniku vedlejších látek Polykondenzace při slučování monomerů v polymery vzniká kromě makromolekul plastické hmoty ještě vedlejší nízkomolekulární produkt např. voda, amoniak apod. Polyadicí obdobně jako u polykondenzace dochází ke slučování několika monomerů, ale bez vzniku vedlejší látky.
12.5 VLASTNOSTI PLASTŮ Většina mechanických, fyzikálních a chemických vlastností je závislá především na jejich chemickém složení. Některé vlastnosti se odlišují v závislosti na změnách teploty, vlhkosti prostředí, atd. elektrická vodivost většina plastů je elektricky nevodivá nasákavost 0 8 % objemu (u pěnových plastů i vyšší) odolnost proti vodě dobrá objemová hmotnost cca 10 1800 kg/m3 modul pružnosti v tahu závisí na teplotě, celkově je značně nízký cca 100 1750 MPa. Tažnost zvětšuje se s rostoucí teplotou
12.5 VLASTNOSTI PLASTŮ Teplotní roztažnost u většiny plastů poměrně velká, součinitel délkové roztažnosti 10 až 230.10-6W/mK Chemické vlastnosti záleží na struktuře dané látky a na charakteru příměsí. Pomocí plnidel lze dosáhnout velké odolnosti proti působení kyselin, zásad a dalších chemikálií. Biologické vlastnosti většina plastů umožňuje život mikroorganismů Akustické vlastnosti rychlost šíření zvukových vln v plastech je vzhledem k nízkému modulu pružnosti poměrně malá a se stoupající teplotou se dále snižuje. Životnost je u některých plastů ovlivněna UV zářením a dalšími vlivy
12.6 NEJČASTĚJI POUŽÍVANÉ PLASTY - TERMOPLASTY Polyetylén se vyrábí jako vysokotlaký LDPE a nízkotlaký HDPE. Je odolný proti středně koncentrovaným kyselinám, není odolný proti organickým rozpouštědlům a UV záření Použití: sáčky, fólie, zemní izolace proti vodě, nopové fólie, polyetylénové desky, polyetylénové trubky vodovodní a kanalizační (snáší teplotu 80 o C, výjimečně 100 o C) pěnový polyetylén (tepelná izolace). Polypropylen je podobný HDPE, je však pevnější, tvrdší a má vyšší bod měknutí. Je chemicky odolný, špatně odolný UV záření. Za nízkých teplot křehký. Spojuje se svařováním. Použití: kanalizační trubky, vlákna, geotextilie.
12.6 NEJČASTĚJI POUŽÍVANÉ PLASTY - TERMOPLASTY Poly-1 buten je velmi pevný a odolný. Použití: tenkostěnné trubky, pevné fólie Polyvinylchlorid (PVC) vyrábí se tvrdé a měkčené PVC. Tvrdé PVC se dá dobře lepit a svařovat, je tvarovatelné v horké vodě. Použití: kanalizační trubky a tvarovky, okapové žlaby. Měkčené PVC je ohebný a pružný materiál, používá se převážně ve formě fólií. Spojuje se lepením. Použití: izolace proti vodě, podlahové krytiny. Hořením PVC vznikají jedovaté plyny.
12.6 NEJČASTĚJI POUŽÍVANÉ PLASTY - TERMOPLASTY Polystyrén pevná a křehká látka, neodolává UV záření a organickým rozpouštědlům. Většinou se používá lehčená. Snadno hoří za vývinu jedovatých plynů. Expandovaný polystyrén se používá jako nejlevnější tepelná izolace, dodává se v bílých deskách. Je mírně nasákavý (otevřené póry) Extrudovaný polystyrén je mechanicky odolnější než expandovaný a není nasákavý (vnější póry jsou uzavřené). Používá se do vlhkého prostředí (izolace soklů a suterénů). Polykarbonáty - používají se dutinkové desky na zastřešování.
12.6 NEJČASTĚJI POUŽÍVANÉ PLASTY - TERMOPLASTY Polyestery, Pet láhve, vlákna a polykarbonáty. Jsou pevné v tlaku i tahu, pružné, průsvitné, nenasákavé, odolné UV záření Použití: Textilie s tažností, desky na zastřešení, výrobky z odpadu PET ( prkna, zatravňovaní dlažba). Polymetylmetakrylát pevný, pružný a průsvitný až průhledný plexisklo. Použití: desky na zasklívání, kopule světlíků, apod. Polyvinilestery a polyakryláty mají vlastnosti lepidel Použiti: do vodou ředitelných barev, jako přísada do silikátú (nátěrové izolace), přísada do vodotěsných betonů.
12.6 NEJČASTĚJI POUŽÍVANÉ PLASTY - REAKTOPLASTY Bakelit je tvrdý plast, používá se na desky (parapety) Formaldehyd lepidlo do dřevotřískových desek, mají jedovaté výpary Polyuretany jsou trvale pružné materiály, použití do nátěrových hmot, tepelné izolace, izolační pěny UV záření je poškozuje. Epoxidy jsou velmi odolné proti povětrnosti, pevné. Použití na lepidla, nátěrové hmoty, pojivo plastbetonu. Silikony Trvale pružný a přilnavý materiál, vodoodpudivý. Používá se na těsnění, do tmelů a do nátěrů omítek.
OTÁZKY A ÚKOLY Co jsou to termoplasty? Co jsou to duroplasty? Co je to polymerace? Co je to polykondenzace? Co je to polyadice? Jaké vlastnosti mají plasty obecně? Jaké znáte stavební výrobky z plastických hmot?