Makromolekulární sloučeniny

 

         jsou organické nebo anorganické sloučeniny, ve kterých jsou atomy spojeny kovalentními vazbami a jejich minimální relativní molekulová hmotnost je 1000.

Molekula výchozí látky se nazývá monomer, výsledná makromolekula se nazývá polymer, reakce, při nichž vznikají makromolekuly se nazývají polyreakce. Rozlišujeme tři základní typy polyreakcí:

            Polymerace je násobná adice monomerních jednotek obsahujících dvojnou vazbu nebo kruh.

            Polykondenzace je současná adice a eliminace. Monomery musí obsahovat minimálně dvě funkční skupiny a vedle makromolekuly vzniká jako vedlejší produkt ještě malá molekula (obvykle voda).

            Polyadice je reakce, která má prvky charakteristické jak pro polymeraci (jeden z monomerů obsahuje dvojnou vazbu), tak pro polykondenzaci (dvě funkční skupiny na monomeru).

 

            Makromolekulární látky rozdělujeme podle jejich chování při zahřívání na termoplasty a termosety (reaktoplasty), podle jejich mechanických vlastností na elastomery a plastomery.

            Vlastnosti makromolekulárních látek závisí na jejich vnitřní struktuře a mohou být ovlivněny při jejich výrobě např.:

kontrolou molekulové hmotnosti,

kombinací různých monomerů,

užitím stereospecifických katalyzátorů,

přidáním plastifikačních přísad,

použitím různých plnidel nebo výztuží,

volbou technologických podmínek zpracování.

Významně ovlivní výsledné vlastnosti polymerů dodatečné síťování, t.j. vulkanizace kaučuků a vytvrzování syntetických pryskyřic.

 

Makromolekulární látky podle způsobu výroby:

název	chemická reakce vzniku	příklady látek
polymery a kopolymery	polymerace – monomery alespoň s jednou dvojnou vazbou v molekule – nevzniká žádná vedlejší sloučenina	polyethylen, polypropylen, polybutadien, polystyren, polyvinylchlorid, polyisopren, polyakrylonitril, polypropylen
polykondenzáty	polykondenzace – základní molekuly alespoň se dvěma funkčními skupinami nebo aktivními vodíky – vzniká jednoduchá vedlejší sloučenina	fenoplasty, aminoplasty, polyamidy, polyestery, polykarbonáty
polyadiční sloučeniny	polyadice – základní molekuly alespoň se dvěma funkčními skupinami – neuvolňuje se vedlejší sloučenina	lineární polyuretany, základní epoxidové pryskyřice

 

 

 

Makromolekulární látky podle jejich chování při zahřívání:

název	změny vlastností způsobené zahříváním	příklady látek
termoplasty	za normální teploty jsou tuhé, zahříváním měknou, popř. se až taví a po ochlazení zase získávají původní vlastnosti – celý pochod lze vícekrát opakovat, vlastnosti polymeru se však postupně zhoršují	polyethylen, polypropylen, polyvinylchlorid, polystyren, polyamidy, lineární polyestery
reaktoplasty	při prvním zpracování přecházejí zahřátím nejprve do plastického stavu, dalším zahříváním se chemickou reakcí vytvrdí a tento stav je konečný; při opakovaném zahřátí se již chemicky nemění, pouze při ohřevu na vyšší teplotu mohou degradovat až zuhelnatět	fenoplasty, aminoplasty, vytvrzené epoxidové pryskyřice, nenasycené polyestery, trojrozměrné polyuretany, glyptalové pryskyřice

 

Makromolekulární látky podle technických vlastností:

název	vlastnosti	příklady látek
elastomery	polymery, které jsou kaučukovitě pružné v v dosti velkém teplotním rozsahu	přírodní kaučuky, syntetické kaučuky a pryže
plastomery	termoplasty i reaktoplasty, které zahříváním jednorázově nebo opakovaně přecházejí do plastického stavu, nutného pro jejich zpracování	fenoplasty, polyethylen, polypropylen, polyamidy, polyvinylchlorid …
termoplastický elastomer	elastomer, který se zpracovává za tepla jako termoplast a nevyžaduje vulkanizaci	některé blokové kopolymery, např.: styren-butadien-styren
vláknotvorné polymery	termoplasty s velkým podílem nevratné deformace, které si zachovávají orientovanou strukturu, nutnou pro výrobu vláken	polyamidy, lineární polyestery, polyakrylonitril, deriváty celulózy, polypropylen

 

Vývoj výroby makromolekulárních látek

Historický vývoj makromolekulárních látek zachycuje následující přehled:

1791 – roztok přírodního kaučuku v terpentýnové silici byl použit pro imprgnaci textilu.

1811 – ve Vídni byla založena první evropská továrna na zpracování přírodního kaučuku.

1839 – Američan Goodyear se objevením vulkanizace zasloužil o technické využití přírodního kaučuku.

1859 – byl objeven vulkánfíbr, produkt částečné hydrolýzy celulózy. Dodnes se používá na výrobu kufrů jako náhrada úsní.

1865 – Angličan Parkes připravil z dusičnanového esteru celulózy celuloid. Nitrátové hedvábí, první chemické vlákno z téže suroviny vyrobil Francouz Chardonnet.

1896 – Němec Schönfeld připravil zušlechtěním bílkovinného kaseinu umělou rohovinu – galalit.

1907 – Belgičan Baekeland technicky využil fenolformaldehydové pryskyřice, nazvané po něm bakelit. Chemické reakce jejich vzniku popsal již v roce 1872 Němec Bayer.

1917 – v Německu byl vyroben první syntetický kaučuk z dimethylbutadienu.

1920 – byl objeven polyvinylacetát.

1924 – z polyvinylacetátu byl připraven polyvinylalkohol.

1927 až 1932 – Američan Carothers popsal výrobu lineárních polyesterů a polyamidů. Je také autorem syntézy chloroprenového kaučuku.

1930 – rozmach výroby syntetických kaučuků.

1933 – výroba rozvětveného polyethylenu.

1940 – výroba polystyrenu a silikonů.

1947 – výroba polytetrafluorethylenu……

 

  

Přehled nejdůležitějších polymerů vyráběných polymerací:

zkratka – název	vzorec	použití
PE – polyethylen	-[CH2-CH2]n–	vlákna, trubky, obaly
PP – polypropylen	-[CH2-CH]n–            |            CH3	vlákna, trubky, obaly, nárazníky aut
PS – polystyren	-[CH2-CH]n–            |            C6H5	pěnový polystyren, nádoby
PVC – polyvinylchlorid	-[CH2-CH]n–            |          Cl	igelit – obalová technika, podlahoviny, konstrukční hmoty – novodur
PTFE – polytetrafluorethylen	-[CF2-CF2]n–	tepelně odolné hmoty, kluzné hmoty, konstrukční materiály
PVF – polyvinylfluorid	-[CH2-CH]n–            |            F	Tedlar, separační fólie
Teflex – polytrifluorchlorethylen	-[CF2-CF]n–            |            Cl	tepelně odolné nátěry – nádobí
PVA – polyvinylalkohol	-[CH2-CH]n–            |            OH	nátěrové hmoty, separační nátěry
PVAc – polyvinylacetát	-[CH2-CH]n–           |            OCOCH3	lepidla, nátěrové hmoty
PAN – polyakrylonitril	-[CH2-CH]n–            |            CºN	vlákna
PMMA – polymethylmetakrylát	CH3            | –[CH2-C]a–            |            COOCH3	Dentakryl, plexisklo, konstrukční materiál, zalévací hmoty
PAD 6 – poly e-kaprolaktam	-[CO-NH-(CH2)5]n –	vlákna Silon, konstrukční materiál

 

 

 

 

Syntetické kaučuky:

název	vzorec
butadienový kaučuk	-[CH2-CH=CH-CH2]n–
isoprenový kaučuk	-[CH2-C=CH-CH2]n–            |            CH3
chloroprenový kaučuk	-[CH2-C=CH-CH2]n–            |            Cl
butadienstyrenový kaučuk	-[CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH]n–                                                |                                            C6H5
butadienakrylonitrilový kaučuk	-[CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH]n–                                                |                                            CºN

 

 

Polymery vyráběné polykondenzací:

            Polyamidy: termoplastické mateirály vyráběné z dikarbonových kyselin a diaminů, obsahují vazbu -CO-NH-, čímž se podobají bílkovinám. Jsou známy jako vlákna i jako konstrukční materiál. Obecný vzorec je následující:

–[–CO -R₁-CO–NH-R₂-NH–]_n–

            Polyestery: termoplastické materiály vyráběné z dikarbonových kyselin a dvojfunkčních alkoholů esterifikací. Obecný vzorec :

–[– CO -R₁-CO–O-R₂-O–]_n–

            Nasycené polyestery jsou obvykle termoplastické, mají dobré mechanické vlastnosti, použití jak na vlákna, tak i na konstrukční materiály. Nenasycené polyestery je možné síťovat např. styrenem a používají se jako termosetické pryskyřice (skelné lamináty).

Fenolformaldehydové pryskyřice jsou typickým termosetem vzniklým reakcí fenolu a formaldehydu. Podle stupně zesítění rozeznáváme novolakové pryskyřice, rezoly, rezitoly a nejtvrdší rezity. Jejich zesíťovaná struktura je tvořena -CH₂– můstky mezi benzenovými jádry v polohách 1,2,4. Nejznámější je Bakelit, použití FF pryskyřic: lepidla, laky, těsnící tmely, ve vyztuženém stavu jako konstrukční materiály a elektrotechnické materiály.

 

Polymerní látky vyráběné polyadicí:

            Polyuretany jsou vyráběny reakcí diisokyanátů s dioly, mají obecný vzorec:

–[–O-R₁-O–CO-NH-R₂-NH-CO–]_n–

Použití: lepidla, laky, tmely, houževnaté materiály, umělá kůže…

            Epoxidové pryskyřice jsou typické termosetické pryskyřice, které vytvrzují – síťují díky reakci přítomného epoxidového (oxiranového) kruhu.

   R –CH-CH₂

                                                                            \ O /

Existuje široká paleta epoxidových pryskyřic pro použití jako laky, lepidla, tmely, zalévací a laminační pryskyřice atp.

            Alkydové pryskyřice: vznikají polyadičními a polykondenzačními reakcemi anhydridů dikarbonových kyselin s glycerinem, používají se jako laky, zalévací pryskyřice i jako konstrukční materiály.

           

 

Tepelně odolná pojiva:

		100%   ¬ stupeň zesíťování         ® 0%
	°C	termosety	houževnaté termosety	částečně zesíťované termoplasty	vysoko teplotní termoplasty
	300		PI
	280
	260			LARC-TPI	PEEK
	240	BMI
	220		BMI		PPS
	200	EP
	180		EP		PEI
	160				PC
PI – polyimid,   BMI – bis-maleinimid,   PEI – polyetherimid, PC – polykarbonát LARC-TPI – toluylfenylpolyimid, PEEK – polyetheretherketon, EP – epoxid, PPS – polyfenylensulfid