Syntetické kaučuky 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 1 Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHS/2-PV-5/17 Název DUM Syntetické kaučuky 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, 16 – 17 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího, Náplň: historie syntetických kaučuků, kaučuky pro všeobecné použití, speciální kaučuky Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Syntetický kaučuk, butadien-styrenový kaučuk, butadienový kaučuk, izoprenový kaučuk, chloroprenový kaučuk, butylkaučuk, silikonový kaučuk Datum 2. 1. 2013

Syntetické kaučuky Náplň výuky: Historie Rozdělení syntetických kaučuků Kaučuky pro všeobecné použití butadien-styrenový butadienový izoprenový Speciální kaučuky etylen-propylenové kopolymery chloroprenový butadien-akrylonitrilový butylkaučuk silikonový

Historie 1844 – Američan Goodyear (1800-1860) patentuje postup vulkanizace 1885 – Němec Benz (1844-1929) patentuje první automobil 1888 – Ir Dunlop (1840-1921) vynalézá pneumatiku V důsledku motorizace se pryž stává nedostatkovou a drahou. 1905 – 1 kg kaučuku stojí v Německu 28 marek ve zlatě! Východisko z krize: byl vynalezen syntetický kaučuk! Obr. 1: Karl Benz Obr. 2: Benz 1885

Historie 1909 – Fritz Hofmann obdržel první patent na výrobu syntetického kaučuku z dimethyl butadienu.  Firma Bayer podle něj v letech 1915 – 1918 vyrobila 2500 tun kaučuku 1929 – první komerčně životaschopný kaučuk (butadien-styrenový) vznikl emulzní polymerací 1,3-butadienu se styrenem Obr. 4: Hofmannova pamětní plaketa 1951 Obr. 3: Fritz Hofmann

Obr. 5: historická výroba kaučuku ve firmě Goodrich 1941 Syntetické kaučuky Syntetické kaučuky jsou elastické polymery vyráběné z petrochemických surovin.  Nejrozšířenější syntetický kaučuk je butadien-styrenový (SBR). Obr. 5: historická výroba kaučuku ve firmě Goodrich 1941

Obr. 6: syntetický kaučuk Rozdělení kaučuků Kaučuky pro všeobecné použití SBR BR IR Kaučuky speciální EPM a EPDM CR NBR IIR Q Obr. 6: syntetický kaučuk

Izomerie butadienového meru Butadien v řetězci se vyskytuje ve třech různých formách –CH2 –CH– | CH || CH2 C H –CH2 CH2– \ / CH=CH Obr. 9: vinyl H C Obr. 7: cis-1,4 C H Obr. 8: trans-1,4 –CH2 \ CH=CH CH2–

SBR Butadien-styrenový kaučuk – kopolymer butadienu se styrenem, surovinou je ropa E-SBR vyráběn emulzně, standardně obsahuje 23,5 % styrenu (speciální 15 – 40 %) a 20 % vinylů; OE-SBR jsou nastavované olejem S-SBR vyráběn roztokovým způsobem a lze měnit nejen obsah styrenu, ale i butadienu zabudovaného v pozici 1,2 (vinylová skupina) a 1,4. Vlastnosti podobné NR, teplotní odolnost o něco vyšší, cenově jako NR Představuje 50 % výroby syntetických kaučuků. Hlavní použití na pneumatiky Obr. 10: Barum Polaris

BR Blokový polymer butadienového kaučuku pod označením BUNA 32 se používá jako speciální změkčovadlo (má ze všech kaučuků nejnižší teplotu zeskelnění a největší studený tok). Jednotlivé typy se liší uspořádáním molekul a větvením Samotný je obtížně zpracovatelný, používá se ve směsích s nepolárními kaučuky (NR, SBR) pro zlepšení odolnosti proti oděru a zlepšení odolnosti na nízkých teplot a elasticity. Použití – pneumatiky, ale v běhounech jen omezená koncentrace, snižuje koeficient tření za mokra (lze zvýšit zvýšením počtu vinylových jednotek). Obr. 11: pneumatika

IR Izoprenový kaučuk obsahuje dva izomery (meru 1,4 je více než 90 % cis) –CH2–C=CH–CH2– | CH3 –CH2–CH– | CH2=C–CH3 Obr. 12: mer izoprenu 1,4 Obr. 13: mer izoprenu 3,4 Má podobné vlastnosti jako NR, odpadá však nutnost plastikace. Teplota skelného přechodu (stejně jako NR) je -70 °C Na rozdíl od NR neobsahuje proteiny, antialergické použití ve zdravotnictví. Obr. 14: klystýr

Obr. 15: ethylidennorbornen EPM a EPDM Kopolymer etylenu a propylenu (EPM) se chová jako kaučuk. Neobsahuje dvojné vazby, proto se vulkanizuje peroxidy nebo radiací EPDM (ethylen-propylen-dien) obsahuje jako třetí kopolymer nekonjugovaný dien (nejčastěji ethylidennorbornen) a díky dvojným vazbám může vulkanizovat nejen peroxidy, ale i sírou. Komerční typy EPDM obsahují 40 – 80 % ethylenu semikrystalické > 62 % ethylenu amorfní < 62 % ethylenu Velmi dobrá odolnost ozonu, vodě a povětrnosti. Použití: střešní krytiny, izolace vodních nádrží, kabely, hadice topení a klimatizace. Obr. 15: ethylidennorbornen

Obr. 16: potápěčský neopren CR Chloroprenový kaučuk – výroba hlavně emulzní polymerací Oproti předchozím kaučukům zvýšená odolnost proti stárnutí, ozonu, slunečnímu záření zvýšená odolnost proti olejům a řadě chemikálií zvýšená odolnost proti hoření vynikající houževnatost dobré dynamické vlastnosti a vysoká pevnost neplněných směsí Hustota 1,24 g/cm3 (NR 0,92 g/cm3), dražší, proto nahrazován EPDM Obr. 16: potápěčský neopren

NBR Butadien-akrylonitrilový kaučuk (NBR) je emulzní kopolymer butadienu s akrylonitrilem (18 – 45 %) NBR je polární a proto je nejlevnějším olejuvzdorným elastomerem. NBR je dlouhodobě odolný do 107 °C, proto má široké použití pod kapotou. Hydrogenací v roztoku se odstraní většina dvojných vazeb a vznikne hydrogenovaný butadien-akrylonitrilový kaučuk (HNBR) – velmi houževnatý, vynikající tahové vlastnosti, lepší odolnost proti oděru, lepší odolnost proti stárnutí i odolnost proti ozonu. Použití: klínové řemeny, o-kroužky, palivové systémy, olejuvzdorná těsnění Většímu rozšíření brání vysoká cena Obr. 17: klínový řemen

Obr. 18: folie butylkaučuk IIR Kationtovou kopolymerací izobutylenu s 1 – 3 % izoprenu vzniká butylkaučuk (IIR – izobutylen-izoprenový kaučuk) Vulkanizáty z IIR mají velmi nízkou propustnost pro plyny (jen 10 % NR) dobrou odolnost proti stárnutí a ozónu dobrou odolnost proti zvýšeným teplotám dobrou odolnost proti polárním rozpouštědlům Ale neodolávají kapalným uhlovodíkům Použití vzdušnice topné duše a membrány střešní folie izolace proti vodě Chlorovaný (CIIR) a bromovaný (BIIR) mají vyšší lepivost, proto se používají jako vnitřní guma bezdušových plášťů. Obr. 18: folie butylkaučuk

Q Silikonové kaučuky tvoří škála materiálů se siloxanovou vazbou – Si – O – polydimethylsiloxany polydimethylsiloxany s fenylovými substituenty polydimethylsiloxany s trifluorpropylovými substituenty Pevnost je poměrně nízká, odolnost proti kyselinám ani zásadám není dobrá, ale mají dobré elektroizolační vlastnosti, odolnost proti vysokým teplotám a velkou ohebnost i za nízkých teplot – rozsah použití od -60 °C do 180 °C Použití: o-kroužky, těsnění, hadice v letectví, kosmonautice, medicíně… Obr. 19: sada o-kroužků

ISO 1629 Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO) vytvořila na 20 tisíc mezinárodních norem na širokou škálu témat. ISO 1629 z roku 1995 pomáhá při klasifikaci a označení latexů, kaučuků a pryží. Symboly jsou založeny na chemickém složení polymerního řetězce. Obr. 20: logo ISO Znak Specifikace Kaučuky, pryže R Dvojná vazba v řetězci Přírodní, butadienový M Nasycený hlavní řetězec Etylen propylenový O Kyslík v hlavním řetězci Epoxidové U Dusík a kyslík v hlavním řetězci Uretany Q Siloxanová skupina v hlavním řetězci Silikony T Síra v hlavním řetězci Polysulfidické

ISO 1629 – skupina R Nejznámější syntetické kaučuky skupiny R (dvojná vazba v hlavním řetězci) ISO Chemický název Triviální název NR Cis-polyizopren Přírodní kaučuk BR Polybutadien Buna CB CR Polychloropren Chloropren, Neopren IR Polyizopren Isopren IIR Poly(isobutylen-isopren) Butyl NBR Polybutadienakrylonitril Nitril kaučuk, Buna-N SBR Polybutadienstyren Buna-S, Buna SE Obr. 21: Buna-werke

ISO 1629 – skupiny M a O Nejznámější syntetické kaučuky skupiny M (nasycený hlavní řetězec) ISO Chemický název Triviální název CFM Poly(monochlortrifluoretylen) Fluorokaučuk CSM Chlorsulfonovaný polyetylen Hypalon EPM Polyetylenpropylen Nordel FKM Polyfluorované uhlovodíky Viton, Fluorel Nejznámější syntetické kaučuky skupiny O (kyslík v hlavním řetězci) Obr. 22: logo Viton ISO Chemický název Triviální název CO Polychlormetyloxiran Epichlore ECO Kopolymer etylenoxid-chlormetyloxiran Epichlorhydrin

ISO 1629 – skupiny U a Q Nejznámější syntetické kaučuky skupiny U (dusík a kyslík v hlavním řetězci) ISO Chemický název Triviální název PU Polyuretan Molitan Nejznámější syntetické kaučuky skupiny Q (siloxanová skupina) ISO Chemický název Triviální název MQ Polydimethylsiloxan Silikon VMQ Polyvinylmethylsilikon Si O Obr. 23: polysiloxan

ISO 1629 – modifikace Další znaky specifikují různé modifikace Změna X Karboxylovaný H Hydrogenovaný EM Emulzní OE Olejem nastavovaný B Bromovaný C Chlorovaný Y Termoplastický C O H Obr. 24: karboxyl Příklad: SBR butadienstyrénový kaučuk XSBR karboxylovaný butadienstyrén IIR izobutylen izoprenový kaučuk (butylkaučuk) BIIR bromovaný butylkaučuk CIIR chlorovaný butylkaučuk

Kontrolní otázky: V jakých izomerních formách se vyskytuje mer butadienu? Jaké jsou hlavní oblasti použití silikonové pryže? Co znamenají ve zkratce názvu kaučuku znaky R, M a Q? Vyjmenuj pryžové výrobky ze svého okolí.

Seznam obrázků: Obr. 1: Anonym, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Carl- Benz_coloriert.jpg Obr. 2: Cris 73, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Benz_Patent_Motorwagen_1886_(Replica).jpg Obr. 3: anonym, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://www.google.cz/imgres?q=fritz+hofmann&hl=cs&sa=X&tbo=d&biw=1085&bih=6 71&tbm=isch&tbnid=Dx_UCOSmKFkW6M:&imgrefurl=http://live2.mail.lanxess.com/en /media-china/press-releases- china/98/detail/1601/%3Ftx_editfiltersystem_pi1%255Bpointer%255D%3D17&docid=H JpcuNwKTnLTWM&imgurl=http://live2.mail.lanxess.com/uploads/tx_lxsmatrix/2009- 00049.jpg&w=2443&h=3497&ei=9PPjUISNCamO4gSdhYHgAQ&zoom=1&iact=hc&vpx= 4&vpy=97&dur=4634&hovh=269&hovw=188&tx=43&ty=136&sig=1154245999369463 40113&page=1&tbnh=155&tbnw=113&start=0&ndsp=30&ved=1t:429,r:0,s:0,i:88 Obr. 4: vlastní Obr. 5: Alfred T. Palmer, [vid. 2. 2. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sheet_of_synthetic_rubber_coming_off_the_rolling_ mill_at_the_plant_of_Goodrich.jpg

Seznam obrázků: Obr. 6: Gmhofmann, [vid. 2. 2. 2013], dostupné z: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Dai-el- polymer.jpg&filetimestamp=20111024101137 Obr. 7: vlastní Obr. 8: vlastní Obr. 9: vlastní Obr. 10: anonym, prodejní leták firmy Barum Continental Obr. 11: Ildar Sagdejev, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:2008- 08-19_Flat_tire.jpg Obr. 12: vlastní Obr. 13: vlastní Obr. 14: anonym, [vid. 12. 12. 2012], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rectal_bulb_syringe.jpg Obr. 15: vlastní Obr. 16: Mark.murphy, [vid. 12. 12. 2012], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Diving_suit_neoprene.jpg

Seznam obrázků: Obr 17: vlastní Obr. 18: Esi.us1, [vid. 12. 12. 2012], dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cauchobutilo.jpg Obr 19: Ahellwig, [vid. 12. 12. 2012], dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:O-ring_collection.jpg Obr. 20: iso.org, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Logo_der_ISO.svg&filetimestamp=20 080918115816 Obr. 21: Buna-werke museum, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://www.deutsches- chemie- museum.de/index.php?eID=tx_cms_showpic&file=uploads%2Fpics%2FCarbidfabrik_19 59.jpg&width=800m&height=600m&bodyTag=%3Cbody%20style%3D%22margin%3A0 %3B%20background%3A%23fff%3B%22%3E&wrap=%3Ca%20href%3D%22javascript% 3Aclose%28%29%3B%22%3E%20%7C%20%3C%2Fa%3E&md5=b82c0da9f5bbea9d429 510b5d828c403 Obr. 22: Viton, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Genuineviton.jpg Obr. 23: vlastní Obr. 24: vlastní

Seznam použité literatury: [1] Vašíček Emil, ing., Chemické suroviny, učební texty, vydání druhé, Střední odborná škola Otrokovice, 2009 [2] Jiří Maláč, Gumárenská technologie, učební texty UTB, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://web.ft.utb.cz/cs/docs/2_kaucuky.pdf [3] internetová encyklopedie Wikipedia, anglická mutace, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki

Děkuji za pozornost