Polymerace Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHS/1-PV-5/5 Název DUM Polymerace Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Chemické suroviny Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího, náplň: výroba makromolekulárních látek polymerací, fáze a druhy polymerace Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Polymerace bloková, roztoková, suspenzní, emulzní, monomer, mezomer, polymer, iniciace, propagace, terminace Datum 23. 11. 2012

Polymerace Náplň výuky: Polymerní reakce Polymerace Fáze polymerace iniciace propagace terminace Kopolymerace bloková roztoková suspenzní emulzní

Polymerní reakce Makromolekulární látky se vyrábějí z nízkomolekulárních látek tzv. polyreakcemi: polymerací polykondenzací polyadicí Nízkomolekulární látka vstupující do reakce je monomer, výsledná makromolekula polymer, monomer uvnitř polymeru je mezomer. monomer mezomer … polymer Obr. 1: polyreakce

Polymerace Je to chemická reakce, při které se molekuly nízkomolekulární látky (alken, alkyn, alkadien, aldehyd, keton) slučují navzájem ve větší celky zvané makromolekuly. V těle monomeru se štěpí dvojná vazba. Při této reakci nevzniká žádný vedlejší produkt. Například polymerace ethylenu: n CH2=CH2  – CH2 – CH2 – n Obr. 2: polymerace

Fáze polymerace Všechny polymerace probíhají řetězově, jsou tedy výsledkem několika elementárních reakčních dějů charakteristickým pro řetězové reakce: nastartování polymerace (iniciace) růst (propagace) ukončení (terminace) propagace propagace terminace iniciace terminace m a k r o m o l e k u l a Obr. 3: fáze polymerace

Start Iniciace Nastartování polymerace – iniciace vzniká aktivní centrum reaguje první molekula monomeru s nějakou částicí Takovou částicí může být radikál, anion, kation vhodný komplex Start Obr. 4: zahájení

Propagace Růst – propagace mnohonásobně opakovaná adice monomeru na aktivní centrum narůstání polymerního řetězce Tato reakce musí být mnohonásobně (nejméně asi 1000x) rychlejší, než kterákoli reakce ukončující růst makromolekul, aby mohly vznikat makromolekuly dostatečně dlouhé Obr. 5: růst

Terminace Ukončení – terminace reakce vedoucí k zániku aktivních center Ukončení růstu makromolekul může nastat například v důsledku srážky dvou aktivních center (typické pro polymerace radikálové) reakcí s inhibitory a dalšími způsoby Obr. 6: ukončení

Kopolymerace Pokud se při polymeraci spojují dva monomery, vzniká kopolymer. Pokud se spojují tři monomery, vzniká terpolymer. Vhodnou kombinací monomerů a jejich různým zastoupením se získávají polymery s novými vlastnostmi. Příkladem kopolymeru je EPDM (ethylen-propylenový kaučuk), příkladem terpolymeru je ABS (akrylo-butadien-styrenový kaučuk). Podle rozložení mezomerů jsou kopolymery alternující – pravidelné statické – nepravidelné blokové – po blocích roubované – ve větvích A B A B A B A B A B A B A A B B B A A B A A B A A A A A A A A B B B B B B B B A A A A A A A A A A A A A B B B B B B B Obr. 7: kopolymery

Druhy polymerace Podle způsobu provedení může polymerace být bloková – reakční směs tvoří jen kapalný monomer roztoková – komponenty rozpuštěné v rozpouštědle suspenzní – mechanicky udržované kuličky monomeru ve vodě emulzní – monomer emulgován ve vodě Obr. 8: polymerace

Bloková polymerace – CH2 – CH – I C6H5 Reakční směs tvoří monomer, iniciátor (rozpustný v monomeru – nejčastěji dibenzoylperoxid), popřípadě regulátor pro ovlivnění délky řetězců. Polymer je rozpustný v monomeru – vzniká viskózní roztok, který s postupující polymerací přejde v tuhý blok. Polymer je v monomeru nerozpustný – vylučuje se po malých částečkách. Blokovou polymeraci lze provést přímo ve formě a výrobek má hned žádaný tvar. Největším nedostatkem je odvádění reakčního tepla (polymerace je exotermní). Reaktor má dvojité stěny s chlazením, ale plasty špatně vedou teplo, takže u tlustějších výrobků se vnitřek přehřívá (vznik bublinek až trhlin). Takto vzniká např. PS – polystyrén a PMMA – poly(methyl-metakrylát). – CH2 – CH – I C6H5 Obr. 9: polystyren

Roztoková polymerace Monomer a iniciátor rozpustný v monomeru (nejčastěji dibenzoylperoxid) je rozpuštěn ve vhodném rozpouštědle, které umožní odvod reakčního tepla. Takto vznikají např. lepidla a nátěrové hmoty. Polymer je rozpustný – vzniká viskózní roztok, polymer se oddělí oddestilováním rozpouštědla nebo přidáním srážedla. Nerozpustný polymer se vylučuje během polymerace (vyvločkování polymeru). Obr. 10: vločky

Suspenzní polymerace Polymer se získává ve tvaru kuliček, proto označovaná i perlová či perličková. Monomer je udržován ve vodě ve tvaru malých kuliček mechanicky mícháním (velikost kapiček je daná intenzitou míchání). Polymerní směs tvoří voda, monomer a iniciátor (rozpustný v monomeru – nejčastěji dibenzoylperoxid). Proti slepování kuliček (mají lepivý povrch) se do směsi přidávají ve vodě rozpustné polymery (polyvinylalkohol, methylcelulóza či želatina) nebo ochranné koloidy (škrob, mletý mastek, MgO, různé hlinky). Takto vznikají např. PS a PVC. Obr. 11: škrob

Emulzní polymerace Pro rozptýlení monomeru ve vodě ve tvaru velmi malých kapiček se používají látky snižující povrchové napětí emulgátory (mýdla čí saponáty). Molekuly emulgátoru obklopí monomer a v kapičkách probíhá polymerace. Tak vznikají např. kopolymery butadienu, poly(vinyl-acetát) či PVC. Výsledkem polymerace je syntetický latex, polymer se oddělí srážením roztokem kyseliny mravenčí, octové či chlorovodíkové srážením roztokem soli (např. síranu hlinitého) odstředěním mražením vysoušením Obr. 12: vysoušení

Příklady polymerů Kromě kaučuků (např. butadienový, izoprenový, butadien-styrenový…) i plasty: Polymer Zkr. Obchodní název Použití polyethylen PE Bralen, Liten, Hostalen Obalové fólie, trubky, profily, spotřební zboží polypropylen PP Mosten, Tatren, Daplen Obalová technika, injekční stříkačky, vlákna, technické výrobky Polystyren a jeho kopolymery PS Krasten, Koplen, Hysten, Dylen, Vystyron Kelímky, šálky, vstřikované výrobky, spotřební zboží (misky, hřebeny, knoflíky), lehčené hmoty polyvinylchlorid PVC Slovinyl, Neralit, Hostalit, Vestolit Měkčený – novoplast (koženky, podlahoviny, fólie, hračky) Neměkčený – novodur (trubky, desky, profily) polyvinylacetát PVAc Duvilax, Dispercol, Umacol P Nátěrové hmoty, lepidla Polytetra- fluorethylen PTFE Teflon, Fluon, Hostaflon Antikorozní a antiadhezní materiál s vysokou teplotní odolností Obr. 13: materiály vzniklé polymerací

Kontrolní otázky: Jaké jsou fáze polymerace? Co to je kopolymerace? Jak probíhá bloková polymerace?

Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní Obr. 2: vlastní Obr. 3: vlastní Obr. 5: anonym, [vid. 23. 11. 2012], klipart Microsoft Office Obr. 6: anonym, [vid. 23. 11. 2012], dostupné z: www.freepik.com Obr. 7: vlastní Obr. 8: vlastní Obr. 9: vlastní Obr. 10: vlastní Obr. 11: anonym, [vid. 23. 11. 2012], dostupné z: www.freepik.com Obr. 12: anonym, reklamní leták firmy Roadstar Obr. 13: vlastní

Seznam použité literatury: [1] Vašíček Emil, ing., „Gumárenská technologie“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011 [2] Vašíček Emil, ing., „Chemické suroviny“, učební texty, vydání druhé, Střední odborná škola Otrokovice, 2009

Děkuji za pozornost