MAKROMOLEKULÁRNÍ LÁTKY

Transkript

1 MAKROMOLEKULÁRNÍ LÁTKY 1. Základní pojmy - makromolekulární látky = molekulové systémy složené z velkého počtu atomů, které jsou vázány chemickou vazbou do dlouhých řetězců - řetězce jsou tvořeny stavebními (monomerními) jednotkami = mery pravidelně se opakující části řetězce - polymerační stupeň udává počet stavebních jednotek, značí se: n: oligomery sloučeniny s nízkým polymeračním stupněm (n 10) polymery sloučeniny s vyšším polymeračním stupněm (n 10) - biopolymery = sloučeniny biologického původu, př. celulosa 2. Klasifikace polymerů - podle původu: A. Přírodní polymery 1) původní 2) modifikované (chemicky upravené) B. Syntetické polymery - podle typu chemických reakcí: 1) polymery připravené polymerací 2) polymery připravené polykondenzací 3) polymery připravené polyadicí - podle tvaru molekul: 1) lineární 2) rozvětvené 3) zesíťované 4) prostorově zesíťované - podle chování při zvýšené teplotě: 1) termoplasty zahříváním se stávají plastickými a dají se tvarovat 2) termosety jsou přechodně tvárlivé, zahříváním se chemicky mění a ztrácejí plastičnost

2 3. Složení a struktura polymerů - stavební jednotka = pravidelně se opakující monomerní část makromolekuly - strukturní jednotka = nejjednodušší uspořádání stavebních jednotek ve struktuře makromolekuly - u některých makromolekulárních látek je strukturní jednotka totožná se stavební jednotkou, př. polystyren: polymerace styrenu: - strukturní jednotku může tvořit i několik různých stavebních jednotek, př. polyethylentereftalát: polykondenzace dimethylesteru kyseliny tereftalové a etylenglykolu: Složení přírodních polymerů - biopolymery = přírodní makromolekulární látky polysacharidy stavebními jednotkami jsou, př. celulosa, škrob proteiny (bílkoviny) stavebními jednotkami jsou.. nukleové kyseliny stavebními jednotkami jsou. polyterpeny stavebními jednotkami jsou, př. přírodní kaučuk Složení a struktura syntetických polymerů - řetězce syntetických makromolekulárních látek tvoří nejčastěji atomy, dále pak atomy př. řetězce silikonů atomy Si a O

3 - prostorové uspořádání stavebních jednotek struktura makromolekuly lineární polymery stavební jednotky (i atomy) uspořádány v řetězci za sebou polymery z nenasycených uhlovodíků s jednou dvojnou vazbou polyalkeny polymery alkenů př. vinylové polymery polymery derivátů etylenu obsahují vinylovou skupinu. př. rozvětvené polymery spojení lineárních řetězců příčnými vazbami, př. rozvětvený polyetylen zesíťované polymery př. vulkanizace kaučuku - v syntetickém kaučuku jsou lineární řetězce polybutadienu spojeny atomy.. zesíťování vazby polysulfidického charakteru prostorově zesíťované polymery stavební jednotky se vážou do trojrozměrné sítě, př. fenolformaldehydové a močovinoformaldehydové pryskyřice 4. Obecné vlastnosti syntetických polymerů - vztah mezi chemickým složením, strukturou a vlastnostmi látek velikost makromolekul udává jí, syntetický polymer je směs makromolekulárních látek s různým polymeračním stupněm hodnoty fyzikálních veličin se udávají v určitém rozmezí tvar makromolekul značně ovlivňuje fyzikálně-mechanické vlastnosti polymerů lineární polymery termoplastické látky rozvětvené polymery omezeně rozpustné prostorově zesíťované termosety nerozpustné 5. Syntetické polymery vznikající polymerací - polymerace = polyreakce, při které reagují monomery za vzniku polymery, nevznikají vedlejší produkty - vícenásobná adice systémů. homopolymerace.. kopolymerace

4 - vznik vinylových a polyalkenových polymerů Reakční mechanismus polymerace radikálové iontové - iniciace, propagace a terminace 1. Radikálová polymerace iniciace peroxidové iniciátory štěpí se snadno na reaktivní radikály propagace prodlužování řetězce molekuly monomeru se postupně připojují k volnému radikálu terminace může nastat spojením dvou narůstajících řetězců 2. Iontová polymerace - katalyzátor ve vhodném rozpouštědle disociuje na ionty: iniciace reakce kationtu (kationová polymerace) nebo aniontu (aniontová polymerace) s molekulou monomeru propagace nárůst řetězce na katalyzátoru, Ziegler-Nattovy katalyzátory, disociací katalyzátoru vzniká karbanion a komplexní kation hliníku - polymerace se ukončí přidáním vody nebo alkoholu proton se naváže na karbanion deaktivuje ho

5 Významné polymery vyráběné polymerací - k nejvýznamnějším patří lineární termoplasty, jejich řetězce jsou tvořeny pouze atomy uhlíku polyetylen polypropylen polyvinylchlorid polytetrafluorethylen Teflon polystyren polyvinylacetát polymethylmethakrylát syntetické kaučuky: - jednou ze stavebních jednotek je buta-1,3-dien - butadienstyrenový kaučuk vyrábí se kopolymerací: - butadienstyrenový kaučuk (Kralex) se využívá k výrobě pneumatik a latexů (spojující materiály a nátěry) 6. Syntetické polymery vznikající polykondenzací polykondenzace = polyreakce 2 různých monomerů, které mají nejméně dvě reaktivní charakteristické skupiny; vznikají vedlejší produkty nízkomolekulární sloučeniny (H 2 O, NH 3 a HCl) - mnohonásobná reakce s adičně-eliminačním mechanismem - polykondenzace má na rozdíl od polymerace stupňovitý průběh - vedlejší produkty je třeba z reakční směsi neustále odstraňovat, aby se neustavil rovnovážný stav - obvykle endotermické reakce Významné polymery vyráběné polykondenzací polyestery - výroby textilních vláken, nátěrových hmot a pryskyřic

6 - mezi nejdůležitější patří polyethylentereftalát: - zvlákňováním polyethylentereftalátu a spřádáním s vlněnými vlákny se získává tesilové vlákno (pevné, pružné a trvanlivé) polyamidy - obsahují peptidickou vazbu - strukturně se podstatně liší - polyamid nylon 6 6 vzniká polykondenzací hexamethylen-1,6-diaminu a kyseliny hexadienové: - materiály z polyamidů jsou velmi pevné, tvrdé a málo se opotřebovávají výroba ozubených kol a ložisek, obalů, fólií,atd. - zvlákňováním polyamidů se vyrábí lesklá textilní vlákna, př. polyamid 6 silon:

7 Syntetická vlákna: pozitivní vlastnosti negativní vlastnosti fenolformaldehydové pryskyřice (fenoplasty, bakelity) - patří mezi nejstarší syntetické polymery - novolak polykondenzace fenolu a formaldehydu v kyselém prostředí: - novolak je termoplast, výroba laků močovinoformaldehydové pryskyřice (aminoplasty) - polykondenzace močoviny s formaldehydem: - nejprve vznikají lineární polymery, které za zvýšené teploty v kyselém prostředí zesíťují - aminoplasty jsou bezbarvé látky mohou se libovolně barvit dekorativní, izolační a nátěrové látky a lepidla; výroba kelímků, talířků, misek, atd.

8 epoxidové pryskyřice - polyethery; výroba laků a lepidel 7. Syntetické polymery vznikající polyadicí polyadice = polyreakce, při nichž mohou narůstat řetězce stupňovitě (polykondenzace), ale nevznikají vedlejší produkty; charakteristický je přesun vodíkového atomu v řetězci - výroba polyuretanu reakce butan-1,4-diolu s hexamethylendiisokyanátem: - polyuretany slouží k výrobě syntetických vláken, elastických pěnových látek (molitan), lepidel, výroba nábytku, stavebnictví, výroba obuvi a textilních vláken 8. Silony - v jejich řetězcích se pravidelně střídají atomy křemíku a kyslíku: - odolávají vyšším a nízkým teplotám, jsou nesmáčivé, dobré elektroizolační vlastnosti - silikonové oleje mazání strojů ( O C) - silikonové vazelíny a pasty - impregnační látky součástí leštících přípravků na nábytek, autokarosérie, obuv, atd. - silikonové kaučuky zesíťované silikonové polymery