Makromolekulární látky

Transkript

1 Makromolekulární látky Učební texty k výuce chemie školní rok 2016/2017 Makromolekuly látky složené z velkého počtu atomů vázaných chemickými vazbami do dlouhých řetězců látky s velkou relativní molekulovou hmotností ( ) výchozí sloučeninou je monomer Monomerní (stavební) jednotky pravidelně se opakující části řetězce makromolekuly, má stálé chemické složení. Molekuly monomeru musí obsahovat násobnou vazbu, např. alespoň dvě reaktivní skupiny, např. Polymerační stupeň n udává počet stavebních jednotek v makromolekule, udává velikost makromolekuly sloučeniny s n <10... oligomery, sloučeniny s n > polymery Stavební jednotka neboli mer pravidelně se opakující část makromolekuly, která má stále stejné chemické složení Strukturní jednotka nejjednodušší uspořádání stavebních jednotek ve struktuře molekuly. Homopolymer polymer, u kterého je stavební jednotka totožná se strukturní jednotkou Kopolymer strukturní jednotka se skládá z odlišných stavebních jednotek strukturní jednotka stavební jednotka stavební jednotka polyreakce n H 2 C CH CH CH 2 + n H 2 C CH CH 2 CH CH CH 2 CH 2 CH n buta-1,3-dien styren butadien-styrenový kaucuk monomer monomer kopolymer Biopolymery polymery biologického původu (biomakromolekulární látky) 1

2 Klasifikace polymerů Přírodní polymery bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny, polyterpeny Syntetické polymery a) podle vzniku připravené polymerací připravené polykondenzací připravené polyadicí b) podle tvaru makromolekulárního řetězce lineární rozvětvené plošně zesíťované prostorově zesíťované c) podle chování při zvýšené teplotě termoplasty reaktoplasty Pro praktické využití se k termoplastům a reaktoplastům přidávají tzv. aditiva, která slouží jako jejich změkčovadla (činí je tvárnějšími), plniva (zvětšují jejich objem, ne však na úkor kvality), pigmenty (obarvují je) a antioxidanty (brání jejich pozvolnému rozkladu kyslíkem). Syntetické polymery vznikající polymerací Polymerace Polyreakce, při které reagují monomery na polymer bez vzniku vedlejšího produktu. Vícenásobná adice o o Rozlišujeme radikálová iontová o homopolymerace o kopolymerace Polymery připravené polymerací: Polyethylen PE Vlastnosti monomeru - nejedovatý, hořlavý, narkotikum bez nežádoucích účinků pevný, houževnatý, odolný proti vodě, chemikáliím a mrazu, nízká propustnost vodních par, výborný elektroizolátor, zahříváním se dá tvarovat, není rozpustný v organických rozpouštědlech. 2

3 fólie pro obalovou techniku, stavby skleníků, vodoinstalační zařízení, potrubí, láhve na chemikálie, užitkové předměty, síta, cedníky, vědra, kelímky, vaničky, umělé cévy ve zdravotnictví Polypropylen PP Vlastnosti monomeru - narkotikum s nežádoucími reakcemi krevního oběhu lehký, odolný vůči teplotě do 120 C, elektroizolátor fólie pro obalovou techniku, elektroizolační materiál, zdravotnické potřeby (lze je sterilizovat), textilní vlákna Polyvinylchlorid PVC Vlastnosti monomeru jedovatý, narkotikum, způsobuje závratě, ztrátu orientačních schopností, ve větším množství ztrátu vědomí, je karcinogenní málo odolný teplotám nad 45 C a mrazu, odolný proti kyselinám a zásadám, R v acetonu, elektroizolátor výroba lepidel a laků novodur neměkčený vodovodní trubky novoplast měkčený podlahoviny, fólie, hračky, láhve, hadice, ubrusy Polytetrafluorethylen PTFE Vlastnosti monomeru - nejedovatý, jeho pyrolýzou však vznikají velmi jedovaté látky odolává vyšším teplotám a chemikáliím, nejedovatý k povrchové úpravě kuchyňského nádobí, v chemickém průmyslu a elektrotechnice 3

4 Polystyren PS Vlastnosti monomeru - narkotikum, dráždí sliznice, jedovatý, podezřelý z karcinogenity tvrdý, pevný, křehký, tepelný a zvukový izolátor, dobře se barví užitkové předměty misky, kelímky, spotřební zboží pěnový PS obalový a izolační materiál Polybutadienový kaučuk - pevný v tahu, odolný proti oděru a vzniku trhlin k výrobě pneumatik Syntetické i přírodní kaučuky jsou elastomery, pro zvýšení elasticity se vulkanizují zahřátím se sírou se vytvoří sirné můstky mezi jednotlivými lineárními makromolekulami kaučuku => zvýšení elasticity (materiál je účinněji smršťován). Vulkanizované makromolekuly kaučuku mají tedy částečně zesíťované molekuly (při vulkanizaci zaniknou některé dvojné vazby v makromolekule kaučuku). Vulkanizovaný a aditivy upravený kaučuk PRYŽ. Syntetické polymery vznikající polykondenzací Polykondenzace polyreakce dvou různých monomerů, z nichž každý má nejméně dvě reaktivní charakteristické skupiny např. vždy vzniká vedlejší produkt nízkomolekulární sloučeniny např. polymery připravené polykondenzací polykondenzáty 4

5 Polymery připravené polykondenzací: Polyestery vyrábějí se z dvojsytných alkoholů a dikarboxylových kyselin Používají se k výrobě nátěrových hmot a pryskyřic a textilních vláken Výroba polyesterových sklolaminátů velmi pevné a odolné sloučeniny k výrobě karoserií aut, střešních krytin, potrubí Polyamidy Jejich molekuly obsahují peptidickou vazbu -CO-NH-, která se v řetězci pravidelně opakuje. Příkladem je nylon, silon Výzkumem polyamidů se zabýval Otto Wichterle ( ) Fenolformaldehydové pryskyřice (fenoplasty nebo bakelity) Patří mezi nejstarší syntetické polymery (1907 Baekeland) Například polykondenzací fenolu a formaldehydu vzniká lineární polymer novolak: H H n + n C O + polykondenzace H + n H 2 O + CH 2 n fenol formaldehyd novolak Novolak je termoplast, R se v organických rozpouštědlech. Používá se k výrobě laků. Močovinoformaldehydové pryskyřice (aminoplasty) Vznikají polykondenzací močoviny nebo jejích derivátů s formaldehydem. Např. umakart Syntetické polymery vznikající polyadicí Polyadice Charakteristickým znakem polyadice je přesun vodíkového atomu v řetězci. Jeden z monomerů musí obsahovat slabě kyselý vodík, který může uvolnit Nevzniká vedlejší produkt 5

6 n HO (CH 2 ) 4 + n O C N (CH 2 ) 6 N C O polyadice butan-1,4-diol hexamethylendiisokyanát polyadice O (CH 2 ) 4 O CO NH (CH 2 ) 6 NH CO polyurethan PUR n Polyurethany se používají k výrobě syntetických vláken, elastických pěnových látek (molitan) a lepidel. Uplatňují se mimo jiné také jako textilní vlákna. Výhody a nevýhody plastů a jejich vliv na životní prostředí 6