Polymerace

1. Polymerace Střední odborná škola Otrokovice 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

2. Charakteristika DUM

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

4. 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. Polymerní reakce … … monomer mezomer mezomer mezomer mezomer polymer Obr. 1: polyreakce

5. 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 štěpídvojnávazba. Při této reakci nevzniká žádný vedlejší produkt. Například polymerace ethylenu: Polymerace nCH2=CH2 – CH2 – CH2 – n Obr. 2: polymerace

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

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

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

9. 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 Terminace Obr. 6: ukončení

10. 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. Kopolymerace 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 BBA AB A AB A AA A AAAAB BBBBBBB A AAAAAAAAAAAA B B B B B BB Obr. 7: kopolymery

11. 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 Druhy polymerace Obr. 8: polymerace

12. Reakční směs tvoří monomer, iniciátor(rozpustný v monomeru – nejčastěji dibenzoylperoxid), popřípadě regulátor pro ovlivnění délky řetězců. • Polymer je rozpustnýv 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). Bloková polymerace – CH2 – CH – I C6H5 Obr. 9: polystyren

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

14. Polymer se získává ve tvaru kuliček, proto označovaná i perlováči 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, methylcelulózači želatina) nebo ochranné koloidy (škrob, mletý mastek, MgO, různé hlinky). Takto vznikají např. PS a PVC. Suspenzní polymerace Obr. 11: škrob

15. Pro rozptýlení monomeru ve voděve 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 Emulzní polymerace Obr. 12: vysoušení

16. Kromě kaučuků (např. butadienový, izoprenový, butadien-styrenový…) i plasty: Příklady polymerů Obr. 13: materiály vzniklé polymerací

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

18. Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní Obr. 2: vlastní Obr. 3: vlastní Obr. 4: 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

19. 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

20. Děkuji za pozornost