Polymerní nanomateriály zápočet (1 písemka, alespoň 60%), zkouška Kontakt: místnost č. CN 351 (laboratoř povrchových analýz), č. 320 email: jindrich.matousek@ujep.cz
Polymerní nanomateriály Základy fyziky polymerů Metody přípravy polymerních struktur Vodivé polymery Funkcionalizace polymerů Polymerní nanovrstvy Kompozity / Nanokompozity Nanotextilie
Co je to polymer? Plasty
Co je to polymer? DNA Plasty Přírodní latex Celulóza
Co je to polymer? DNA Proteiny Plasty Přírodní latex Celulóza
Co je to polymer?
Polymer Látka sestávající z pravidelně se opakujících jednotek uspořádaných do řetězce. Přidáním nebo odebráním jedné konstituční jednotky se vlastnosti nezmění. Řetězce se mohou větvit.
základní konformace makromolekul Polymery základní konformace makromolekul a) amorfní polymer, b) semikrystalický polymer, c) napřímený řetězec, d) znázornění rotace segmentů kolem jednoduchých vazeb (vazby σ)
Polymer takticita ataktický PP isotaktický PP polypropylén (PP) syndiotaktický PP
Polymer takticita
Polymerace Řetězová polymerace (chain growth polymerization) Radikálová polymerace (PE, PS, PP, PVC, PMMA, Teflon, pryž, neoprén, ...) Iontová polymerace (PS, polyizopren, metakryláty ...) Stupňovitá polymerace (step growth polymerization) Polykondenzace (PET, Nylon, Bakelit ...) Polyadice (Polyuretany, epoxidy ...)
Polymerace Řetězová polymerace (chain growth polymerization) Radikálová polymerace (PE, PS, PP, PVC, PMMA, Teflon, pryž, neoprén, ...) Iontová polymerace (PS, polyizopren, metakryláty ...) Stupňovitá (step growth polymerization) Polykondenzace (PET, Nylon, Bakelit ...) Polyadice (Polyurethans, ...) Styren Etylen Metyl metakrylát Propylen
Polymerace Řetězová polymerace (chain growth polymerization) Radikálová polymerace (PE, PS, PP, PVC, PMMA, Teflon, pryž, neoprén, ...) Iontová polymerace (PS, polyizopren, metakryláty ...) Stupňovitá polymerace (step growth polymerization) Polykondenzace (PET, Nylon, Bakelit ...) Polyadice (Polyuretany, epoxidy ...) Monomer polarizovaný – rychlejší než radikálová polymerace. Potřeba katalyzátoru (Ziegler-Natta katalyzátor)
Polymerace Řetězová polymerace (chain growth polymerization) Radikálová polymerace (PE, PS, PP, PVC, PMMA, Teflon, pryž, neoprén, ...) Iontová polymerace (PS, polyizopren, metakryláty ...) Stupňovitá polymerace (step growth polymerization) Polykondenzace (PET, Nylon, Bakelit ...) Polyadice (Polyuretany, epoxidy ...) Reakce 2 nebo více funkčních skupin vedlejší produkty o nízké molekulové hmotnosti (voda, metanol, ...) Bakelit PET
Polymerace Řetězová polymerace (chain growth polymerization) Radikálová polymerace (PE, PS, PP, PVC, PMMA, Teflon, pryž, neoprén, ...) Iontová polymerace (PS, polyizopren, metakryláty ...) Stupňovitá polymerace (step growth polymerization) Polykondenzace (PET, Nylon, Bakelit ...) Polyadice (Polyuretany, epoxidy, ...) Reakce 2 nebo více funkčních skupin, bez vedlejších produktů Polyuretan
Polymerace Řetězová polymerace Stupňovitá polymerace Potřeba iniciátoru Růst pouze na jedné straně řetězce Řetězce neaktivní po terminaci Různé kroky polymerace (iniciace, propagace, terminace) I po dlouhé reakční době zůstávají monomery Není třeba iniciátor Růst na obou stranách řetězce Konce řetězců zůstávají aktivní (bez terminace) Stále stejné kroky polymerace Monomery rychle spotřebovány v počátku reakce
Fázové stavy polymerů pevná látka kapalina plyn
Fázové stavy polymerů pevná látka kapalina plyn
Fázové stavy polymerů pevná látka kapalina plyn krystalický amorfní sklovitý kaučukovitý plastický
Fázové stavy polymerů kapalina amorfní polymer kaučuk sklo Tg Tf Tg – teplota skelného přechodu Tf – teplota tečení Tm – teplota tání vysoce krystalický polymer kapalina krystaly Tm
Nezahrávejte si s polymery!
Nezahrávejte si s polymery! + HNO3 +
Nezahrávejte si s polymery! + HNO3 +
Nezahrávejte si s polymery! + HNO3 =
Nezahrávejte si s polymery! + HNO3 =
První syntetický polymer 1907 - Bakelit Historie polymerů První syntetický polymer 1907 - Bakelit Leo Hendrik Baekeland
Historie polymerů poč. 19. století - xyloïdine - Henri Braconnot 19. století - vulkanizace, zlepšování mechanických vlastností přírodního kaučuku 1907 - Bakelit - Leo H. Baekeland 1922 - Termín „makromolekula“ - Hermann Staudinger (1953 – Nobelova cena za chemii) Otto Wichterle – silon (1941), hydrogely (1960), kontaktní čočky (1961) po 2.sv. válce - Giullio Natta, Karl Ziegler - Ziegler-Natta katalyzátory, produkce poly alfa olefinů (1963 - Nobelova cena za chemii) Paul Flory – kinetické teorie mechanismu růstu polymerů (1974 - Nobelova cena za chemii)
Co je to nano?
MeV – megaelektronvolt Co je to nano? Předpony soustavy SI 10n Předpona Značka Název Násobek Původ Příklad 1024 yotta Y kvadrilion 1 000 000 000 000 000 000 000 000 řec. ὀκτώ – „osm“ 1021 zetta Z triliarda 1 000 000 000 000 000 000 000 fr. sept – „sedm“ 1018 exa E trilion 1 000 000 000 000 000 000 řec. ἕξ – „šest“ EB - exabajt 1015 peta P biliarda 1 000 000 000 000 000 řec. πέντε – „pět“ PJ – petajoule 1012 tera T bilion 1 000 000 000 000 řec. τέρας – „netvor“ TW – terawatt 109 giga G miliarda 1 000 000 000 řec. γίγας – „obrovský“ GHz – gigahertz 106 mega M milion 1 000 000 řec. μέγας – „velký“ MeV – megaelektronvolt 103 kilo k tisíc 1 000 řec. χίλιοι – „tisíc“ km – kilometr 102 hekto h sto 100 řec. έκατόν – „sto“ hPa – hektopascal 101 deka da deset 10 řec. δέκα – „deset“ dag – dekagram - jedna 1 m – metr 10−1 deci d desetina 0,1 lat. decimus – „desátý“ dB – decibel 10−2 centi c setina 0,01 lat. centum – „sto“ cm – centimetr 10−3 mili m tisícina 0,001 lat. mille – „tisíc“ mA – miliampér 10−6 mikro µ miliontina 0,000 001 řec. μικρός – „malý“ µA – mikroampér 10−9 nano n miliardtina 0,000 000 001 řec. νανος – „trpaslík“ nm – nanometr 10−12 piko p biliontina 0,000 000 000 001 it. piccolo – „malý“ pF – pikofarad 10−15 femto f biliardtina 0,000 000 000 000 001 dán. femten – „patnáct“ fm – femtometr 10−18 atto a triliontina 0,000 000 000 000 000 001 dán. atten – „osmnáct“ as – attosekunda 10−21 zepto z triliardtina 0,000 000 000 000 000 000 001 10−24 yokto y kvadriliontina 0,000 000 000 000 000 000 000 001
Nanostruktury přírodní
Nanostruktury umělé 1D 2D „3D“