POLYMERY [1] [21] Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Věra Pavlátová. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV).

Autor: Mgr. Věra Pavlátová Anotace: Materiál vychází ze vzdělávací oblasti Člověk a příroda, vzdělávacího oboru Chemie, Organická chemie. Žáci se zde seznamují s makromolekulární chemií a polymery. Očekávaný výstup dle ŠVP: Druh učebního materiálu: Cílová skupina: Stupeň a typ vzdělávání: Typická věková skupina: Žák charakterizuje základní skupiny organických sloučenin a jejich významné zástupce. Prezentace, DUM. Je možné ji použít v rámci expozice i fixace, délka aktivity 135 minut. Žák, naplňuje zde KK k řešení problémů, k učení, komunikativní, sociální a personální. Gymnaziální vzdělávání. 18−19 let, VII. třída − septima KLIKNĚTE NA F 5

Dělení polymerů podle jejich původu: Přírodní polymery − celulosa, škrob, DNA, … Syntetické polymery − PET, PVC, PE, PS, … Syntetickými polymery se zabývá makromolekulární chemie. [10] DNA [21]

Co to je makromolekulární chemie? Makromolekulární chemie − je odvětví chemie zabývající se polymery. Polymer (řec. polys = mnoho; meros = část). V molekule se mnohonásobně (∞) opakuje jedna (homopolymery) nebo více (heteropolymery) základních stavebních jednotek − monomerů. [1]

Dělení polymerů podle chování při zahřívání: Termoplasty − při zahřívání měknou, taví se a po ochlazení získávají zpět své původní vlastnosti. Opakovaný ohřev nezpůsobuje změnu jejich struktury. Do této skupiny patří převážně lineární polymery, např. PE, PS. Termosety − při prvním ohřevu přejdou do plastického stavu, další ohřev způsobí vytvrzení plastu. Dochází k vytvoření 3D struktury. Dále již nelze měnit jejich tvar ohřevem. Jde např. o fenolformaldehydové polymery (Bakelit), aminoplasty atd.

Termoplasty a termosety [26]

Dělení polymerů podle větvení: Lineární polymery (základ je vlákno, většinou se jedná o termoplasty, jsou dobře rozpustné, taví se) Větvené polymery (základní vlákno obsahuje postranní řetězce) Síťované polymery Řídce síťované (tvoří můstky, jsou elastické, př. kaučuk) Hustě síťované (tvrdé, nerozpustné, př. termosety) [8]

Dělení polymerů POLYMERY TERMOPLASTY TERMOPLASTICKÉ ELASTOMERY PP, EPDM (terpolymer ethylen–propylen–dien) ELASTOMERY BUNA, KAUČUK TERMOSETY (REAKTOPLASTY) aminoplasty, epoxidové pryskyřice [7]

Monomer Základní stavební jednotkou je monomer. Homopolymery − skelet tvořen monomery stejného typu. Pokud skelet tvoří monomerní jednotky odlišného typu, jedná se o heteropolymery − kopolymery. Počet monomerních jednotek vázaných v polymeru se označuje jako polymerační stupeň, ve vzorcích se zapisuje jako dolní index ]n. Polymery vznikají: polymerací, polykondenzací nebo polyadicí.

Dělení polymerů podle způsobu vzniku − Polymerace Polymerace je typ adice, kdy dojde ke spojování velkého počtu monomerů za vzniku produktu (polymeru) s jinými vlastnostmi, než měly původní monomery. nCH2= CH2→ -[ CH2-CH2 ]n- ethen polyethylen n = polymerační stupeň = počet monomerů Během polymerace nevznikají žádné vedlejší produkty.

Dělení polymerů podle způsobu vzniku − Polyadice Polymerní látky vznikající polyadicí: Vznikají ze dvou různých monomerů se dvěma různými funkčními skupinami, podmínkou je slabě kyselý vodík. Dochází k přesunu protonu( = MP = molekulový přesmyk) v řetězci. Polyadicí se získává např. polyuretan PUR − molitan, umělé kůže, textilní vlákna. Při polyadici dochází u monomerů k molekulovému přesmyku, vedlejší produkt nevzniká. Při polykondenzaci vzniká vždy i vedlejší produkt. [2] PUR

Dělení polymerů podle způsobu vzniku − Polykondenzace Polymerní látky vznikající polykondenzací: Účastní se jí dva stejné nebo různé monomery, podmínkou jsou alespoň dvě reaktivní funkční skupiny na každé jednotce. Vedlejším produktem jsou nízkomolekulární látky (voda, amoniak, alkohol apod.). Takto se připravují např. polyamidy, polyestery. Např. TESIL, PET (polyethylentereftalát), BAKELIT (r. 1909 lord Baekeland), polyamidy − textil, brýlové obroučky, hřebeny, lana, aminoplasty − umakart − nábytek. Ú.: Jaký je rozdíl mezi polymerací, polykondenzací a polyadicí?

Příklad Polykondenzace − vznik bakelitu Ú.: Co se vyrábělo z bakelitu v 30. a 50. letech 20. století a co se z něho vyrábí nyní? Viz: http://www.happymaterials.com/imgs/articles/153-18_17_FenolickUn_pryskyATice.pdf vedlejší produkt [3] [4]

Fáze polymerace (radikálový princip): V první fázi (iniciaci) dochází k tvorbě radikálů, např. termickým nebo fotolytickým štěpením tzv. iniciátorů = zahajují polymeraci. V druhé fázi (propagaci) reaguje vzniklý radikál s molekulou monomeru. Dochází ke vzniku radikálu monomeru, který reaguje s další molekulou monomeru. Poslední fází je terminace, kdy dochází k vymizení radikálů z reakční směsi a tím k zastavení polymerace.

SMĚŠOVACÍ VYSOKOTLAKÝ LIS Výroba polymerů Příklad procesu výroby polymeru, v tomto případě ve formě plastových pelet. PRYSKYŘICE SMĚŠOVACÍ VYSOKOTLAKÝ LIS ZATÍŽENÍ PŘÍSADY ZMĚKČOVADLA FILTR NÁSYPKA VYSOKOTLAKÝ LIS PROLIS PELETY VODNÍ CHLADICÍ TANK SKLADOVÁNÍ [9]

Přehled polymerů nCH2 = CH2→ -[ CH2-CH2 ]n- vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru    CH2 = CH2 ethen (ethylen) -[ CH2-CH2 ]n- polyethylen (polyethen), Mikroten (PE) hadice, potrubí, folie, sáčky nCH2 = CH2→ -[ CH2-CH2 ]n- ethen polyethylen n = polymerační stupeň = počet monomerů Z polyethylenu PE se vyrábějí: sáčky, vlákna, folie, lahve, hračky http://www.youtube.com/watch?v=3gpLM8UIA_w&feature=related polymerace ethenu [24]

Přehled polymerů vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru   propen (propylen)  polypropylen (polypropen) (PP) hadice, potrubí, syntetická vlákna [47] Polypropylen PP - vlákna, fólie, potrubí (i pro horkou vodu) - vlákna jsou hydrofobní (koberce k bazénům) [25]

Přehled polymerů − polyvinylchlorid vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru   vinylchlorid (chlorethen)  polyvinylchlorid (PVC) (Novodur, Igelit) lino, koženky, tyče, trubky, NE hračky [48] [49] Nejčastějšími změkčovadly PVC jsou ftaláty. Bývají používány pro měkčení např. podlahových krytin („lino“), zdravotnického materiálu (hadiček, infuzních vaků, dýchacích masek ad.) či dětských hraček, přičemž se z těchto výrobků mohou postupně uvolňovat a kontaminovat těla lidí a zvířat. Ftaláty se řadí mezi látky, které narušují endokrinní soustavu, některé z nich jsou podezřelé ze způsobování rakoviny. [5]

Přehled polymerů − polystyren vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru   styren (vinylbenzen)  polystyren (PS) hračky, misky, lžičky, odlehčený − izolace [50] [51] ● Málo odolný vůči stárnutí. ● Nejčastěji se používá pěnový polystyren. ● Vynikající tepelně-izolační vlastnosti. ● Odolný vůči vodě a zředěným kyselinám a zásadám. ● Stabilní do teploty 80 °C. ● Vysoce hořlavý. ● Využívá se jako izolační a obalový materiál nebo jako podložní panely. [6]

Přehled polymerů − polyakrylonitril vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru   akrylonitril  polyakrylonitril (PAN) textilní vlákna [52] [53] PAN – polyakrylonitril se používá pro výrobu textilu − především lehátka, slunečníky, markýzy [22] monomer akrylonitril

polytetrafluor-ethylen Přehled polymerů vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru CF2 = CF2 tetrafluorethen (tetrafluorethylen)   -[ CF2-CF2 ]n- polytetrafluor-ethylen (Teflon) (PTFE) kostní náhrady, oblečení, obuv, nádobí Teflon je hmota, která má široké využití pro svou nehořlavost, žáruvzdornost a chemickou odolnost (kuchyňské nádobí, voděodolná vlákna v oblečení a obuvi, kostní náhrady). [23]

Přehled polymerů − elastomery vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru  CH2=CH-CH=CH2   buta-1,3-dien (butadien) -[ CH2-CH=CH-CH2 ]n- polybutadien (butadienový kaučuk) (Buna) lepidla, pryže, pneumatiky [28] [29] Elastomery lze natahovat až na desetinásobek jejich délky, po skončení deformace se rychle vracejí do původního stavu. [27]

Přehled polymerů − elastomery vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru CH2=C-CH=CH2  2-methylbuta-1,3-dien isopren -[ CH2-C=CH-CH2 ]n-    polyisopren přírodní kaučuk, latex (PI) CH3 CH3 Dále je zpracováván vulkanizací (hnětení se sírou za tepla) na pryž. [30] vulkanizace

[31] Zisk přírodního kaučuku [32] Vulkanizace kaučuku sírou [33] , [34] výrobky http://www.youtube.com/watch?v=AL27K3itTew&feature=related polymerace (s boraxem) http://www.youtube.com/watch?v=7nCfbZwGWK8&feature=related polymerace

Přehled polymerů − elastomery vzorec monomeru název monomeru vzorec polymeru název polymeru CH2=C-CH=CH2   2-chlorbuta-1,3-dien chloropren -[ CH2-C=CH-CH2 ]n- polychloropren (neopren) chloroprenový kaučuk obleky pro potápěče Cl Cl [35] [36]

Přehled polymerů − SILIKONY = POLYSILOXANY = SI Vznikají polymerací silandiolů (lineární SI) a silantriolů (síťovité SI). Lineární SI se používají jako silikonové pasty nebo oleje (impregnace, leštění povrchu, konzervace). Síťovité SI se používají jako kaučuky (ploutve, čepice, těsnění, náramky, implantáty, kondomy). [11] [12]

SILIKONY = POLYSILOXANY = SI [17] [16] [18] [19] [20]

SILIKONY = POLYSILOXANY = SI [14] [13] [15] Někdy se kolem implantátu vytvoří nežádoucí tvrdé pouzdro (kapsula), které prs zdeformuje.

Přehled polymerů − polyvinylacetát Používá se k výrobě lepidel a laků. [37] [38] zbytek od kyseliny octové

Přehled polymerů − PMMA Polymethylmethakrylát = PMMA Používá se k výrobě plexiskla, skel letadel a automobilů, plastových brýlových skel, zubních protéz. [39] [40]

Přehled polymerů − PUR Polyuretan = PUR Vzniká polyadicí (molekulový přesmyk). Vyrábí se z něho molitan, umělé kůže, textilní vlákna. [2] [41] [42] izolace

Přehled polymerů − PET Polyethylentereftalát = PET Vzniká polykondenzací tereftalové kyseliny a ethan-1,2-diolu (= ethylenglykolu). Výroba PET lahví [1] [44] [43]

Přehled polymerů − nylon 66 Reakcí (polykondenzací) hexan-1,6-diaminu s kyselinou adipovou vzniká syntetické vlákno, známé jako Nylon 66. [45] [46]

Přehled polymerů − formaldehydové pryskyřice Vznikají kondenzací fenolu, močoviny nebo melaminu s formaldehydem. Uplatňují se především jako dvousložková lepidla dřeva, ve stavebnictví pod názvy Umakart a Dukol. [3]

Výhody a nevýhody plastů Levné Snadno se obrábějí Dobré tepelné a izolační vlastnosti Nepodléhají korozi Lze je recyklovat (fleece oblečení, skluzavky, ploty, …) V přírodě se příliš dlouho rozkládají Z některých se mohou uvolňovat zdravotně závadné monomery Lidé dávají přednost přírodním materiálům VÝHODY NEVÝHODY

OPAKOVÁNÍ Vysvětlete pojmy: makromolekulární chemie, monomer, polymer, polymerační stupeň, homopolymer, kopolymer, elastomer. Podle čeho se rozdělují polymery? Vysvětlete rozdíl mezi polymerací, polyadicí, polykondenzací. Napište reakci vzniku, vlastnosti a použití: PE, PVC, PP, PAN, PS, SI, elastomerů. Jaké jsou výhody a nevýhody plastů?

Spojte související pojmy: MONOMER HOMOPOLYMER ELASTOMER INICIACE POLYADICE POLYKONDENZACE TEFLON SILIKON TERMINACE Prsní implantáty Odštěpuje se produkt Zakončuje polyreakci Složka nádobí Stavební jednotka Neopren Stejné monomery Zahajuje polyreakci Molekulový přesmyk

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 KOLÁŘ, K.; KODÍČEK, M.; POSPÍŠIL, J. Chemie organická a biochemie II pro gymnázia. Praha: SPN, 2005. ISBN 8072352830. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyethylene-terephthalate- 3D-balls.png> 1. Polimerek. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PU_synthesis.png> 2. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bakelite-reaction.svg> 3. Izzy from Montreal. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bakelite_bangles.jpg> 4. Nerijp. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Robinetterie-PVC.JPG> 5.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 Vmadeira. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí GNU Free Documentation na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Styropian.JPG> 6. Cjp24. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polymers.gif> 7. Cdang. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reticulation_polymere.sv g> 8. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compounding.png> 9. Richard Wheeler. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:A- DNA_orbit_animated_small.gif> 10. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polysilicone- 15_structure.svg> 11.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicone-3D-vdW.png> 12. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicone_gel- filled_breast_implants.jpeg> 13. BestlnPlasics. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:David_Kim_MD_Breast_Lift_ Augmentation_Silicone.jpg> 14. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Capsular_fibrosis.jpg> 15. Evak. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Napfkuchen- Form.jpg> 16. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kitchen-Silicone-Brush.jpg> 17.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 Drhaggis. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Metal_and_silicone_bracl elet.jpg> 18. OttawaAC. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicone_ladles.jpeg> 19. Jyms. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Condones_Durex.JPG> 20. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bdna_cropped.gif> 21. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Acrylonitrile-3D- balls.png> 22. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PTFE-3D-vdW.png> 23. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyethylene.jpg> 24.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Isotactic_polypropylene.s vg> 25. LauerensvanLieshout. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermoplastic_elastomer _TPE.png> 26. Iqmanuelnavarro. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cis_1_4_polibutdieno.png > 27. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cis-1,4- Polybutadiene_V.1.png> 28. Atamari. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1915415- Serrekunda_tyres_for_sale-The_Gambia.jpg> 29. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vulcanization.svg> 30.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Latex-production.jpg> 31. Ju. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vulcanization_of_POLYIsopren e_V.2.png> 32. Hsedolivia. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Four_condom_openings.jpg> 33. Toxyd. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oberteil_guwi.jpg> 34. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surgical_gloves_19.JPG> 36. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyvinyl_acetate_formula.pn g> 37.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AdhesivesForHouseUse002.jpg> 38. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PMMA_acrylic_glass.png> 39. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Definitive_Palatal_Lift_Prosthe sis_Master_Cast_and_Framework_%28Landscape%29.JPG> 40. Tosaka. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyurethane_chemical_struct ure.PNG> 41. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyurethane_insulator.jpg> 42.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PETreakcia.png> 43. Feralbt. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Botella_de_pl%C3%A1stico_- _PET.jpg> 44. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PA6-PA66.png> 45. YassineMrabet. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nylon_3D.png> 46. Aboalbiss. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Propylene_monomer_%26_Polyprop ylene_repeat_unit.PNG> 47. Iqmanuelnavarro. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reaccion_PVC.png> 48.

Použité zdroje: Obrázky byly staženy dne 24. 9. 2011 mezi 8.00 a 23.00 [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyvinylchloride-repeat-2D- flat.png> 49. Ju. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Styrol_Structural_Formulae_V. 1.svg> 50. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polystyrene_PS.png> 51. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Acrylonitrile-2D.png> 52. [cit. 2011-09-24]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polyacrylonitrile-PAN.png> 53.