Plasty

1. Plasty Plasty jsou tvořeny makromolekulárními řetězci s opakujícími se základními strukturními jednotkami. Atomy makromolekuly jsou spojeny kovalentními vazbami.

2. Vazby v plastech Kovalentní vazby jsou nepolární nebo polární, mají různou sílu, mezi makromolekulami jsou buď kovalentní vazby (zesíťování) nebo van der Waalsovy vazby. Existence nebo nepřítomnost příčných vazeb podstatně ovlivňuje všechny vlastnosti polymeru.

3. Vazby v plastech Charakter přítomných vazeb ovlivňuje mechanickou pevnost polymeru, jeho stabilitu za zvýšených teplot a odolnost při působení chemického prostředí.

4. Tvar makromolekul Lineární makromolekuly Lineární nezesíťované polymery působením tepla měknou nebo se taví a dají se za tepla tvářet, proto se nazývají termoplasty. Příklady: polyethylen, polyvinylchlorid

5. Tvar makromolekul Zesítěné makromolekuly Zesíťované polymery mají řetězce příčně propojené chemickými vazbami a vytvářejí tak prostorovou trojrozměrnou síť. Husté příčné zesíťování se nazývá vytvrzování a vytvrzené hmoty se nazývají reaktoplasty, dříve termosety. Vytvrzování se provádí za tepla i za studena.

6. Lineární a zesítěné makromolekuly

7. Elastomery Je-li příčných vazeb málo, a zesíťování je řídké a jedná se o elastomery. • Před zesíťováním jsou termoplasty a se nazývají kaučuky. • Po zamíchání příměsí a síťovadla do kaučuku se jedná o gumy. • Po zesíťování se polymer nazývá pryž. • Zesíťování se u elastomerů provádí vulkanizací převážně za tepla, ale i za studena. • Technicky nejrozšířenější je vulkanizace za tepla sírou. Použijeme-li ale pro zesíťování větší množství síry, vznikne místo elastomeru tvrdý materiál, reaktoplast. (např. tzv. ebonit používaný dříve na nádoby autobaterií.)

8. Chemická struktura Rozhodují vliv na fyzikálně mechanické vlastnosti plastu má jeho chemická struktura. Podle chemické struktury polymeru dělíme makromolekulární látky na základní skupiny:

9. Polyolefiny Jen uhlík a vodík, vznik z monomerů polymerací Příklad: ethylen CH2=CH2 vzniká polyethylen –CH2–CH2–

10. Další polyolefiny polypropylen–CH2–CH– | CH3

11. Vinylové polymery Polyvinychlorid CH2=CHCl –CH2–CH– | Cl

12. Teflon

13. Vinylové polymery Polyvinylalkohol–CH2–CH– | OH

14. Další typy plastů • polyamidy –CO–NH– reakcí –COOH H2N– • polyestery –CO–O– reakcí –COOH HO– • polyethery –O– reakcí –OH HO– • polyuretany –O–CO–NH– reakcí –OH O=C=N–

15. Polyamid

16. Tepelně odolné plasty

17. Fenolformaldehydové pryskyřice

18. Epoxidové pryskyřice 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.

19. Kopolymery

20. Závislost chování plastů na teplotě Termoplasty • Postupný přechod ze stavu tuhého přes stav kaučukovitý do stavu kapalného • Stav kaučukovitý je pro plasty charakteristický. • Hranice mezi stavem sklovitým (tuhým) a kaučukovitým je dána tzv. teplotou skelného přechodu Tg. Tato teplota je charakteristickou hodnotou pro každý druh polymeru.

21. Závislost chování plastů na teplotě Termoplasty amorfní - pozvolný přechod krystalické – ostrý přechod (tání) semikrystalické – oblasti krystalické i amorfní

22. Závislost chování plastů na teplotě U elestomerů a reaktoplastů plastický stav nenastane, další zahřívání vede k rozpadu vazeb a rozkladu polymeru.

23. Příklady tepelné odolnosti Tg Tm Tf • lPE krystalický -122 137 • rPE krystalický -40 115 • PP krystalický - 24 176 • PA 6 krystalický 5 225 • PTFE krystalický -97 330 • PVC amorfní 75 190 • PS amorfní 90 239 • PMMA amorfní 80 180 • PPO amorfní 210 267 Tm - teplota tání Tf – teplota tečení

24. Oblasti teplot použití plastů • Amorfní termoplasty jsou použitelné pod teplotou Tg, poněvadž nad ní měknou a ztrácejí pevnost. Semikrystalické termoplasty se nejčastěji používají nad teplotou Tg, protože zde mají výhodnou kombinaci pevnosti a houževnatosti, kdežto pod Tg jsou křehké.

25. Oblasti teplot použití plastů • Elastomery se požívají nad Tg, protože mají v této oblasti požadovaný kaučukový charakter, pod Tg jsou tvrdé. • Reaktoplasty se používají převážně pod Tg, ale také nad Tg .

26. Teplotní meze použitelnosti plastů Krátkodobá teplotní mez teplota, při níž plast začíná měknout a ztrácí pevnost. Této teplotě může být plast vystaven asi 15 až 30 minut. Dlouhodobá teplotní mez je teplota, které může být plast dlouhodobě vystaven, na př. 100 dní.

28. Mechanické vlastnosti plastů • Deformační změny polymeru nejsou dány jen teplotou, ale i velikostí a dobou působení mechanického namáhání a stavem (amorfní, krystalický, kaučukovitý) polymeru. • Tečení a relaxace napětí

29. Schopnost tlumení kmitů a rázů Plasty mají dobrou schopnost pohlcovat kmitavou nebo rázovou energii a přeměňovat ji v teplo. Míru tlumení udává tzv.mechanický ztrátový činitel.

30. Mechanické vlastnosti plastů • Tvrdostse měří různými způsoby, protože je velký rozdíl mezi tvrdými reaktoplasty a měkkými elastomery. • Tření a opotřebení Nejvýhodnější kluzné vlastnosti mají vzhledem ke své struktuře některé semikrystalické termoplasty, zejména PA a PTFE.

31. Tepelné vlastnosti Tepelná vodivost je u plastů podstatně menší jako u kovů. Tepelná vodivost mědi l = 400, oceli l = 75 , rPE = 0,33-0,36, PA6 = 0,21 (l = Wm-1.K-1). Některé příměsi, jako skleněná vlákna, grafit, kovové prášky vodivost zvyšují, pórovitost vodivost podstatně snižuje (pěnové plasty).

32. Teplotní roztažnost Délková teplotní roztažnost α(20 °C – 50 °C), pro rPE α =23, PA6 α = 7-12, pro měď α = 1,68 a ocel α = 1,1(.105.K-1) Značný rozdíl mezi teplotní roztažností plastů a kovů může být u kombinovaných dílců plast-kov příčinou vzniku vnitřního pnutí.

33. Hořlavost plastů • Polyolefiny jako polyethylen a polypropylen po zapálení shoří, zatímco polykarbonát, a zvláště polymery s vysokým obsahem halogenidů, jako PVC a PTFE jsou samozhášivé. Zhasnou po oddálení zapalovacího plamene. K dosažení samozhášivosti se do hořlavých polymerů přidávají při jejich výrobě retardéry hoření. Do plastů se nejčastěji používají sloučeniny s halogeny (chlor nebo brom) nebo anorganické látky (hydráty oxidu hlinitého, boritan zinečnatý, fosforečnany amonné).

34. Elektrické vlastnosti Odpor rPE = 1018.cm Izolační odpor se zhorší některými vodivými přísadami (grafit), nebo u navlhavých plastů obsahem vody. Vodivé polymery (kompozity) vysoký obsah sazí nebo grafitu

35. Speciální vodivé polymery Konjugované polymery s pravidelně se střídajícími jednoduchými a dvojnými vazbami (delokalizované systémy kovalentních vazeb)

36. Nejjednodušší vodivý polymer Strukturně nejjednodušším konjugovaným polymerem je polyacetylen malá stálost na vzduchu

37. Speciální vodivé polymery

38. Přijímání elektrostatického náboje Způsobuje přitahování prachu z ovzduší, což vadí u domácích spotřebičů a vláken z plastů, způsobuje také obtížnou manipulaci s dílci (PE sáčky) a dostatečně velký náboj se projeví jiskřením, které může způsobit v prostředí s příznivou koncentrací hořlavých rozpouštědel nebo plynů výbuch.

39. Přijímání elektrostatického náboje • Sklon k tvoření elektrostatického náboje lze posoudit podle velikosti povrchového odporu. nad 1014, má plast značný sklon k tvorbě elektrostatického náboje (sáčky PE, vlákna PAN, PES bez úpravy) 1012 až 1013 je již znatelně menší pod 1010 se plast již téměř vůbec nenabíjí. Navlhavost plastů snižuje povrchový odpor a tím i schopnost přijímat a udržet elektrostatický náboj.

40. Odolnost polymerů proti působení chemikálií Prostředí působící na polymer může být obecně fyzikálně nebo chemicky aktivní. Dochází k bobtnání až rozpouštění polymeru. Čím vyšší stupeň zesíťování, tím je polymer odolnější. Rozpouštění může být záměrné (lepidla, laky).

41. Chemická odolnost plastů • Obecně netečné jsou polyolyfiny (PE, PP), zavedením dalších skupin, hlavně polárních s kyslíkem, chemická odolnost klesá. • Výjimkou jsou sloučeniny, kde je vodík nahrazen zcela nebo částečně fluorem nebo chlorem, tyto látky jsou mimořádně odolné proti působení chemikálií - polytetrafluorethylen, polytrifluorchlorethylen, polyvinylchlorid.

42. Navlhavost a nasákavost • Nasákavost a navlhavost je měřítkem odolnosti polymeru proti vodě, jako fyzikálně aktivnímu prostředí. Přijímání vody polymerem z vlhkého ovzduší je navlhavost a z vody je nasákavost. V obou případech se jedná o stejný proces sorpce vody. Polární polymery s hydrofilními skupinami (-NH-CO-) např. PA, PU mají velkou sorpci vody, nepolární polymery na př. PE,PP,PS, PTFE mají sorpci vody velmi nízkou.

43. Stárnutí vlivem povětrnosti • Velkou odolnost proti povětrnostním vlivům (10-20 roků) mají stabilizované polyolefiny (PE, PP), fluoroplasty a reaktoplasty. Odolnost plastů se zvyšuje přídavkem stabilizátorů proti ultrafialovému záření a oxidaci. Reaktoplasty mají všeobecně větší odolnost než termoplasty. U termoplastů obsahujících změkčovadla (měkčený PVC) je nutno počítat s vytěkáním změkčovadla.

44. Stárnutí vlivem povětrnosti • Odolnost proti stárnutí může mít ale také obrácený efekt. Na příklad jak dlouho bude probíhat v přírodě nebo na skládkách přirozená degradace plastových obalů a jiných plastových výrobků.

45. Plasty a životní prostředí • Plasty jsou uloženy po desetiletí jako skládky smetí a mnohé plasty vytvářejí při spalování velmi jedovaté reakční zplodiny, jako na příklad PVC. Vzniká fosgen COCl2 (bojový plyn za 1. světové války).

46. Recyklace plastů Mechanická recyklace Odpady plastů jsou nejprve rozdroleny na granulát, pak roztaveny a zpracovány do nových výrobků. Tento postup se používá u přepravek na láhve, plastových lahví, na příklad PET lahví. Nevýhoda: důkladně třídit, odpad musí být čistý, obvykle nutno granulovat s přídavkem nového materiálu.

47. Recyklace plastů Materiálová recyklace Makromolekuly plastu jsou pyrolýzou rozštěpeny na molekuly s krátkými řetězci. Při zahřívání na 600-900°C bez přístupu kyslíku je zajištěno, že nemůže nastat hoření. Při pyrolýze polyethylenu a polypropylenu vznikají monomery jako metan, etan, eten, propen a benzen.

48. Recyklace plastů Tepelné zhodnocení Odpady plastů jsou spalovány. Toto využití je výhodné z hlediska nákladů, mohou ale vznikat jedovaté produkty, takže je nezbytné zařízení na čištění odpadních plynů.