Plasty, lepidla a nátěrové hmoty Nábytek bakalářské studium Plasty, lepidla a nátěrové hmoty 1. a 2. přednáška

Použitá literatura LIPTÁKOVÁ, E. a SEDLIAČIK, M. Chemia a aplikácia pomocných látok v drevárskom priemysle. Bratislava ALFA 1989 80-05-00116-9 MCMURRY, J. Organická chemie Brno VUTIUM 2007 978-80-7080-637-1-  MLEZIVA, J. a J. ŠŇUPÁREK. Polymery: výroba, struktura, vlastnosti a použití Praha Sobotáles 2000 80-85920-72-7  GREGOROVÁ, M. a B. KOSTURA Základy chemie pro bakalářské obory. Ostrava: VŠB TU Ostrava. 2004. ŠŇUPÁREK, J. Úvod do makromolekulární chemie. Pardubice: Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko–technologická fakulta, 2003. ROWELL, R M. Handbook of wood chemistry and wood composites.  Boca Raton. 2013. ISBN 9781439853818.  TRACTON, A A. Coatings materials and surface coatings. Boca Raton, FL: CRC Press, 2007. 1 s. ISBN 978-1-4200-4404-1 .

MITTAL, K L. a A. PIZZI. Wood adhesives. Boca Raton: CRC Press, 2011 MITTAL, K L. a A. PIZZI. Wood adhesives. Boca Raton: CRC Press, 2011. 451 s. ISBN 978-90-04-19093-1 HABENICHT, G. Feica Bonding/adhesives educational textbook.  [online]. 2004. URL: http://www.feica.com  KALENDA, P. a A, KALENDOVÁ. Technologie nátěrových hmot I. Pojiva, rozpouštědla a ditiva pro výrobu nátěrových hmot.  Partubice: Univerzita Pardubice, 2004. 323 s. ISBN 80-71-94-660-5. TESAŘOVÁ, D. Povrchové úpravy dřeva. 1. vyd. Praha: Grada Publishing , a.s., 2014. 136 s. 168. ISBN 978-80-247-4715-6.

Rozdělení předmětu Přednáška 1. až 4. Plasty, Přednáška 5. až 9. Lepidla Přednáška 10. až 14. Nátěrové hmoty

Podmínky udělení zápočtu, nutná podmínka pro připuštění ke zkoušce Účast na všech laboratorních cvičeních (možnost náhrady) Odevzdané a schválené protokoly ze všech laboratorních cvičení Napsání dvou písemek první z části Plasty a lepidla a druhou z části nátěrové hmoty průběžně během semestru Napsání zápočtové písemky z laboratorních cvičení Zkouška je ústní, doba trvání 20 minut, tři otázky z každé oblasti jedna

Historie plastů 1862 první plast připravený Alexandrem Parkesem 1843, 1844 – Thomas Hancock, Charles Goodyear – vulkanizace přírodního kaučuku sírou 1888 – John Boyd Dunlop – patent pneumatiky 1910 – patentována výroba syntetického kaučuku 1938 – průmyslová výroba PA66 – „NYLON“ [3][4]

Plasty patří mezi organické látky, jejichž podstatu tvoří makromolekuly Složení plastu Polymery základní komponenty plastů, Makromolekula, stavební částice-polymerů Makromolekulární látka synonymum pro polymer do polymerních směsi se při přípravě plastů přidává elastomery, pro úpravu rázové a vrubové houževnatosti plniva, pro úpravu mechanických vlastností plastů vzhledu, tokových vlastností, snížení finanční náročnosti, pro zlepšení elektroizolačních, adhezívních vlastností, otěruvzdornosti, tepelné a chemické odolnosti. Plniva ovlivňují hustotu, tvrdost, pevnost, zpracovatelnost a konečný vzhled plastového výrobku. V praxi se uplatňují jak organická tak anorganická plniva (kousky tkanin, kaolin, těživec). Použití plniv způsobují větší opotřebení zpracovatelských strojů. [2][4]

Maziva, tepelné stabilizátory, antioxidanty, látky absorbující ultrafialové záření, opticky zjasňující přísady, antistatické látky, retardéry hoření barevné pigmenty, (nerozpustná prášková barviva dodávající plastům barevný odstín a kryvost. Mohou působit také jako plniva. změkčovadla nebo zvláčňovadla dodávající polymerům ohebnost a tvárnost, snižují Tg nadouvadla jsou látky anorganického nebo organického pů- vodu. Rozkládají se působením tepla při zpracování plastu za vzniku plynu (plyn nesmí být toxický ani korozívní na okolní materiály). Vzniklé lehčené plasty– pěny např. PUR, PVC, PE, PS by neměly vlivem nadouvadel měnit barevný odstín ani fyzikálně-mechanické vlastnosti mimo hustoty a tvrdosti

Aditiva plastů výztužné látky neboli výztuže, materiály, které svoji strukturou, tvarem zpevňují polymery, zejména termoreaktivní polyestery, epoxidy), vláknité nebo textilní látky na bázi textilu, papíru, bavlny, skla, grafitu, kovu, uhlíková vlákna, tzv. organické supervlákna, keramická vlákna a další anorganická vlákna, na bázi bóru, nitridů, Al2O3, křemičitých karbidů, keramicko–hlinito–křemičitá, z monofosforečnanu vápenatého, křemíková mikrovlákna, binární vlákna, složená z nosiče a obalu naneseného na jádra a whiskery. Po impregnaci se vyztužené plasty lisují do požadovaného tvaru, současně probíhá vytvrzení.

Rozdělení plastů podle výchozích surovin: přírodní makromolekulární látky rostlinného nebo živočišného původu makromolekulární látky syntetického původu(PVC, PVB, PE, PMMA, PVAL, PC atd.) Přírodní monomery, ale syntetické polymery , Biopolymery PLA, WPC podle reakcí probíhajících při jejich vzniku plasty vzniklé polymerací (PVC, PE, PIZ, PF4) plasty vzniklé polykondenzací (UM pryskyřice, PA) plasty vzniklé polyadicí (PUR, EP) plasty vzniknout i kombinací těchto reakcí podle chemického složení polyolefiny (PE, -[CH2- CH2]n-; PP -[CH2- CH]n-, PIB -[ (CH2- C-] n- vinylové plasty obsahující vinylovou skupinu: -[CH2=CH]n- (PVC, PS, PVB.PVAL, PVAC) aminoplasty (močovinoformaldehydová pryskyřice) [3][4]

podle chování za tepla termoplasty mění svoje vlastnosti s působením tepla, lze je opakovaně roztavit a vratně převézt do tuhého stavu (PE, PP) termosety (dříve reaktoplasty) za působení tepla nemění svoje vlastnosti, pouze se sníží polymerační stupeň, při dalším zvyšování teploty následně plasty degradují až podléhají destrukci, přecházejí nevratně do netavitelného a nerozpustného stavu (PF, UM)

podle působení přetvářecí práce elastomery jsou polymery rychle obnovující původní tvar a rozměry po ukončení deformačního působení na jejich tvar a rozměry, které měly před působením deformačních napětí, změny tvarů a rozměrů při působení síly jsou reversibilní. vyznačují: amorfní strukturou plastu, vysokou relativní molekulovou hmotností, nízkou teplotou skelného přechodu plastomery zůstávají zdeformovány, i když deformační napětí přestane působit (deformace je ireversibilní)

Podle způsobu zpracování: vstřikovací vytlačovací licí lisovací plasty a lehčené plasty lepidlařské, lakařské pryskyřice, Podle druhu výrobku (pneumatiky, desky, fólie, nátěrové hmoty) Podle základní složení plastů: uhlovodíky (základní prvky C, H) silikony (základní prvky Si, H) Podle reakce vzniku polymerací - polymeráty polykondenzaci - polykondenzáty polyadicí - polyadukty

Chemické složení plastů Chemické složení plastů je stejné jako u všech organických látek, skládají se z těchto prvků: C, H, O, N, Cl, S, Si a F

Polymethylmethakrylát PMMA Plast Název plastu Zkratka Polyethylen PE Polymethylmethakrylát PMMA Polyethylen o vysoké hustotě HDPE Polyamid PA Polyethylen o nízké hustotě LDPE Polyakrylonitril PAN Polypropylen PP Kopolymer ethylen-vinylacetát EVA Polvinylchlorid PVC Polyethylentereftalát PETP Polyvinilacetát PVAC Melaminformaldehydová pryskyřice MF Polystyren PS Polyisopren IR Polyvinylalkohol PVAL Polybutadienový kaučuk BR Polycarbonátů PC Acetát celulosy CA Epoxidová pryskyřice EP Nitrát celulosy NC Močovinoformaldehydová pryskyřice UF Kopolymer akrylnitridu, butadienu a styrenu ABS Polyvinylfluorid PVF Polyuretan PUR Polymléčná kyselina PLA Polyisobutylen PIB Polyester nenasycený UP

ÚVOD DO MAKROMOLEKULÁRNÍ CHEMIE Makromolekulární látky jsou sloučeniny vázané kovalentní vazbou, (společně sdíleným elektronovým párem) makromolekulární látky jsou směsi makromolekul s různou velikostí, proto se označují pojmem polymolekulární nebo polydisperzní látka počet atomů v jedné makromolekule je několik set až milionů, molekulová hmotnost se pohybuje od 104 do 107 hraniční hodnota relativní molekulové hmotnosti mezi nízkomolekulárními a makromolekulárními látkami 104 makromolekuly se vyznačují šířkou několik Å a délkou tisíce Å. [3][4][5]

Polymery, makromolekuly základní stavební látka plastů Makromolekuly se označují také jako polymery. Polymery se syntetizují polymerační reakcí: polymerací, polykondenzací, polyadicí kopolymerací nebo jejich kombinací (PE,PP, PMMA, PC) rozdíl od směsi polymerů

Polymer základní stavební látka plastů je látka sestávající z makromolekul charakterizovaných opakováním jednoho nebo více druhů atomů nebo skupin atomů (konstitučních jednotek) navzájem spojených v tak velkém počtu, že existuje řada vlastností, které se znatelně nezmění přidáním nebo odstraněním jedné nebo několika konstitučních jednotek. jako množinu makromolekul o nestejném počtu stavebních jednotek, mérů

Pojmy mér, jednotka identity Z monomeru polymerací vzniká základní stavební látka polymeru MER, při polymeraci vzniká z n monomeru makromolekula o n mérech Další periodicky opakující je jednotkou: STRUKTURNÍ JEDNOTKA, je úsek polymerů, který se pravidelně opakuje PERIODA IDENTITY je opakující se úsek makromolekuly shodný chemicky i geometricky. Perioda identity bývá někdy velmi dlouhý úsek. [3][4] s

Polymerační stupeň Polymerační stupeň n nebo P udává počet méru v makromolekule Polymerační reakce nM [ –M´– ]n P=n= Mp / Mo Mp molekulová hmotnost makromolekul Mo molekulová hmotnost méru Rozdílné polymerační stupně ve směsi polymerů

Polydisperzita polymerů strana 21 Polydisperzita polymerů

Makromolekulární látky se vyskytují v přírodě (DNA, celulóza), pouze se někdy upravují např. chemicky (celuloid) (70–80  dílů nitrocelulózy (s 11% obsahem dusíku), 30 dílů kafru) připravují se synteticky spojováním syntetický připravených monomerů, které musí obsahovat minimálně jednu dvojnou nebo trojnou nenasycenou vazbu nebo minimálně dvě určité charakteristické funkční skupiny. připravují se synteticky spojováním monomerů přírodního původu (PLA) např. kyselina mléčná

Tvary makromolekul - polymerů lineární řetězce rozvětvené řetězce s málo častými ne příliš dlouhými bočními větvemi chovají se jako lineární polymery rozvětvení řetězce s dlouhými bočními větvemi, projevuje se zvýšením molekulové hmotnosti řídce síťované polymery, jedno spojení na 100 až 200 atomů. Rozdíl v chování již zásadní (výborné elastické vlastnosti, vysoká pružnost a tažnost, neexistuje plastický stav) husté zesíťování, spoj u každého 5 až 20 atomu. Vznikají reaktoplasty, tvrdé plasty, které při zvýšené teplotě podléhají destrukci a nepřechází přes stav plastický a viskoelastický.

Tvary makromolekul

Polymerace nutná podmínka minimálně jedna dvojná vazba Polymery tvoří následující struktury řetězce lineární řetězce Polymerace nutná podmínka minimálně jedna dvojná vazba řetězové polyreakce k reaktivnímu konci se připojují velkou rychlostí jen monomerní molekuly kovalentní vazby se tvoří iniciovaným rozpadem dvojných vazeb např. polyolefiny, síťující reakce polyakrylátů Tři fáze: Iniciace Propagace Terminace (přenosem nebo ukončením) Řetězová reakce radikálová, iontová [3][4]

Polymerace

Postupné polyreakční reakce Polymery tvoří následující struktury řetězce lineární řetězce Postupné polyreakční reakce postupné polyreakce stupňovité polyreakce, makromolekula narůstá opakovanou reakcí funkčních skupin na koncích rostoucího řetězce mohou se spojovat nejen monomery ale i rostoucí řetězce navzájem Postupná reakce - polykondenzace - polyadice Chemická reakce, při které z nízkomolekulárních látek vzniká makromolekulární látka stejného složení jako měly výchozí látky, Podmínka, aby monomery měly alespoň 2 reaktivní skupiny.

Postupné polyreakční reakce polykondenzace Polymery tvoří následující struktury řetězce lineární řetězce Postupné polyreakční reakce polykondenzace Heteropolykondenzace Homopolykondenzace Nutno dodat energii na zahájení postupné polyreakce Ukončení po přerušení dávky jedné složky [3][4]

Postupné polyreakční reakce Polymery tvoří následující struktury řetězce lineární řetězce Postupné polyreakční reakce postupné polyreakce stupňovité polyreakce, makromolekula narůstá opakovanou reakcí funkčních skupin na koncích rostoucího řetězce mohou se spojovat nejen monomery ale i rostoucí řetězce navzájem Postupná reakce - polykondezace - polyadice

Při síťovací polymeraci probíhají tato tři stádia tvorba oligomerů dosažení bodu gelace dokončení procesu síťování

Typy polymerů [3][4] ][5]

Izotaktickým nazýváme polymer, který má při napřímeném řetězci všechny substituenty na C* atomu stejně uspořádané (na stejnou stranu roviny). To mu umožňuje vytvářet krystalické útvary. Syndiotaktickými označujeme řetězce, v nichž leží substituenty R v sousedních monomerních jednotkách střídavě nad a pod rovinou. Tyto polymery krystalizují pouze omezeně. Ataktické (heterotaktické) jsou polymery, u nichž je poloha substituentů R na C* atomech nahodilá. Polymery nevytvářejí krystalické útvary, jsou amorfní.

Amorfní akrystalické plasty

Termomechanická křivka amorfních polymerů Tg Tf teplota

Termomechanická křivka krystalických polymerů Tm teplota

Semikrystalické polymery Semikrystalické polymery obsahují neuspořádané (amorfní) oblasti spojující nebo oddělující krystalické oblasti s vysokou uspořádaností. krystality Teplotní závislost měrného objemu amorfních, krystalických a semikrystalických polymerů ZFP 1

Základní typy polymerů homopolymer: polymer vzniklý z jednoho monomeru X-A-A-A-A-A…..A-A-A-A-Y kopolymer: polymer vzniklý z více než jednoho druhu monomeru, např. ze 2 monomerů = bipolymer, ze 3 monomerů = terpolymer statistický X-A-B-B-A-A-A-B-……B-B-B-A-B-B-Y alternační X-A-B-A-B-A-B-……B-A-B-A-B-A-Y periodický (periodicky se opakující sekvence dvou a více druhů MJ) blokový X-A-A-A-B-B-B-B-B……A-A-A-B-B-B-B-B-Y náhodný (distribuce MJ se řídí Bernoulliho statistikou) roubovaný (větvený X-A-A-A-A-A……A-A-A-A-A-A-Y B ZFP 1

Některé technicky významné polymery poly(ethylentereftalát) PETP (Tesil, Slotera, Trevira) [–OCH2CH2OCO- -CO –]n polyamid 6 (polykaprolaktam) (Dederon, Kapron, Chemlon) [–NH(CH2)5CO–]n polyamid 6.6 poly(hexamethylenadipamid) (Nylon 66) [–NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO–]n poly(parafenylentereftalimid) (Kevlar) [–NH- -NHCO- -CO–]n ZFP 1