Plasty Poměrné zastoupení m ěkkých obalových materiál na ...
Transcript of Plasty Poměrné zastoupení m ěkkých obalových materiál na ...
4.10.2010
1
Plasty
historie• 1736 – sazenice přírodního kaučuku se dostává do Evropy• 1791 – první komerční využití – aplikace při výrobě nepromokavých
plachet a pytlů pro přepravu pošty
1
p py p p p p y• 1835 - spontánní polymerace styrenu• 1843, 1844 – Thomas Hancock, Charles Goodyear – vulkanizace
kaučuku sírou• 1888 – John Boyd Dunlop – patent pneumatiky• bakelit 1920 (fenolformaldehydová pryskyřice)• celuloid (dinitrát celulosy plastifikovaný kafrem)
použití• dříve náhražka tradičních obalových materiálů• dnes již využívány jejich charakteristické vlastnosti
Celulosa
Hliníkové fólie<60µm
14%Papír12%
PE34%
2003
Poměrné zastoupení měkkých obalových materiálů na trhu v západní Evropě
2
BOPET2%
Bariérovélamináty
4%
Celulosa1%
PVC2%
Cast PP5%
BOPP22%
Source: PCI / Pira
PA4%
Klasifikace polymerů
• mnoho možných systémů• dle původu
• přírodní• modifikované (polosyntetické)
t ti ké
3
• syntetické• dle typu polymerační reakce
• kondenzační produkty• polymerační produkty• přírodní produkty
• podle vlastností• termoplasty x termosety
Základní typy reakcí vedoucí ke vzniku polymerů
polymerace polykondenzace
4
polyadice
Polymerace
řetězová reakcepoměrné chemické
složení neměnné
5
bez vedlejších produktů
radikálový nebo iontový
mechanismus
kopolymerace
Kopolymery
6
4.10.2010
2
Polykondenzace
• sled opakovaných reakcí funkčních skupin výchozích látek
• nutno více aktivních skupin na monomerech• lineární struktura x trojrozměrná struktura
hl í t l k d č í h k í
7
• hlavní typy polykondenzačních reakcí:• polyestery: R-OH + H-OOC-R´ → R-O-CO-R´ + H2O• polyamidy: R-NH2 + H-OOC-R´ → R-NH-CO-R´ + H2O
• rozdílné složení výchozích komponent a výsledného polymeru
• regulace průběhu reakce ⇒ přídavek monofunkčních látek
Polyadice
• reakce• sloučenin s násobnými vazbami nebo kruhy s malým
počtem členů• dvou funkčních skupin v molekulách výchozích látek
8
• charakteristické:• stejné složení polymeru a výchozí směsi• odlišná struktura produktu a výchozích komponent
• příklad - vznik polyuretanu, resp. polymočoviny• O=C=N-(CH2)6-N=C=O + HO-(CH2)4-OH →
→ -CO-NH-(CH2)6-NH-CO-O-(CH2)4-O-
Vlastnosti plastů
• vlastnosti plastů velice rozmanité⇒ široká škála možných aplikací
9
⇒ široká škála možných aplikací
• odlišení plastů od jiných materiálů
Faktory ovlivňující vlastnosti plastů
chemická struktura
molekulová hmotnost
10
struktura hmotnost
fázová struktura
Chemická struktura
• vlastnosti základní jednotky makromolekuly• stupeň polarity• sterické vlivy ⇒ pohyblivost segmentů molekuly, atd.
• druh a rozsah větvení hlavního řetězce
11
• délka postranních řetězců• počet míst větvení, aj.
• prostorového uspořádání• seřazení hlava-pata, hlava-hlava• isotaktické, syndiotaktické a ataktické formy• formy cis a trans u polydienů, atd.
Chemická struktura
• chemická nehomogennost• u statistických, alternujících, segmentovaných a
roubovaných kopolymerů• u produktů připravených ze základních polymerů
chemickými změnami, např. hydrolýzou, esterifikací,
12
chemickými změnami, např. hydrolýzou, esterifikací, acetylací, chlorací a sulfochlorací
• u polykondenzátů připravených z několika různých monomerů
• u tzv. slitin – polyblends• stupeň a struktura vzájemného zesítění• ovlivnění - již při syntéze polymeru
4.10.2010
3
Molekulová hmotnost
• polymery – polydisperzní systémy• hodnota střední molekulové hmotnosti• distribuce molekulových hmotností• ovlivnění již při syntéze polymeru např
13
ovlivnění již při syntéze polymeru, např.• polykondenzace ⇒ užší distribuční křivky• polymerace ⇒ širší• polymery s úzkou distribuční křivkou vykazují
vyšší modul pružnosti, vyšší pevnost a houževnatost
Charakterizace molekulových hmotností
Distribuce hmotností molekul polymerů se charakterizuje početně střední molární hmotností Mn, hmotnostně střední molární hmotností MW, ale ivizkozitním průměrem molarních hmotností Mη či z-průměrem molárních motností Mz.
iin
MnM Σ= iiii
wMnMwM Σ
=Σ
=2
zwn MMMM ⟨⟨⟨ η
14číselný váhový
i
nn
MΣ iii
w MnwM
ΣΣzwn MMMM ⟨⟨⟨ η
Molekulová hmotnost polymeru• nestejně velké molekuly ⇒ Mw/Mn>1• faktor polydispersity Q = Mw/Mn - 1
• polykondenzace ⇒ Q ∼ 2• polymerace ⇒ Q = 2 ∼10
• v praxi často žádoucí vysoká M a úzká distribuční křivka
15
Fázová struktura• stupeň krystalinity• velikost, rozdělení a polohy
krystalitů• tvar a množství sférolitů• ovlivnění - až při zpracování a
aplikaci polymeru• tepelná a mechanická úprava
l
16
polymeru• druh a množství přísad
Stav makromolekulv pevné fázi
V polymerech existují tyto základní makro konformace:• metastabilní "amorfní" náhodné klubko• metastabilní lamelární krystal se skládanými řetězci• stabilní lamelární krystal s napjatými
17Krystalický
• stabilní lamelární krystal s napjatými řetězci
Skládané řetězce
Krystalit
Semi krystalický Amorfní
Semikrystalickýstav
Krystality
Amorfní
Krystality působí jako body zesítění
18
Krystality
Amorfní oblasti
Amorfní oblasti Vliv krystalinity a molekulové hmotnosti na stav polymerů
4.10.2010
4
Obecně:
čím větší pravidelnost ve struktuře ⇒ tím tužší tepelně
19
struktuře ⇒ tím tužší, tepelněodolnější a méně propustný
polymer
Způsoby ovlivnění struktury• změkčení ⇒ nejčastěji aplikace změkčovadel
• změkčovadla primární (solvatují polymer) x sekundární
• estery kyseliny ftalové• estery alifatických dikarboxylových (adipáty, sebakáty)
i trikarboxylových kyselin (citráty)
20
i trikarboxylových kyselin (citráty)• estery kyseliny fosforečné (trikresylfosfát,
trixylenylfosfát)• estery kyseliny olejové a ricinolejové• epoxidované sloučeniny (epoxidovaný sojový olej)• polymerní změkčovadla (EVA, nížemolekulární
polymery kyseliny adipové atd.)• hygienické aspekty
Způsoby ovlivnění struktury
• přídavky aditiv obecně• změkčovadla (viz dříve)• stabilizátory• maziva
21
• optická zjasňovadla atd.• orientace molekul
• stupeň krystalinity (viz dříve)• orientace polymerů
• protahování v jednom či dvou směrech
• ošetření koronou atd.
Model změny vlastností PP orientací
neorientovaný PP orientovaný PP
orientovaný PP
22
neorientovaný PP
malá velkávelikost mezi molekulárních
prostor
molekula H2O
Plasticita• za vyšších teplot • umožňuje tvarování, výrobu fólií atd.• základní způsoby tvarování plastů při výrobě
obalových prostředků:• extruze nebo extruzní vyfukování – fólie
t á í f k á í ř á f ří d
23
• tvarování vyfukováním - uzavřená forma s přívodem stlačeného vzduchu
• vstřikování - i sendvičové uspořádání• termoplastické tvarování - positivní (uchycené dno) x
negativní• válcování• rotační tvarování• lisování - tvarování termosetů• lití
Extruder
24
4.10.2010
5
Tvarování polymerních obalů
25
Negativní termoplastické tvarování
26
Termoplastické tvarování - negativní
27
Negativní termoplastické tvarování s razníkem
28
Termoplastické tvarování negativní s razníkem
29
Termoplastické tvarování negativní s razníkem
30
4.10.2010
6
Termoplastické tvarování - positivní
31
Litá BO fólie
32
Extruder
33
Filtr
34
Tvarovací hlava
35
Lití
36
4.10.2010
8
43
Plasticita
• umožňuje i tepelné spojování, svařování, plastů• význačný rys plastů⇒ řeší i nevhodné vlastnosti
jiných obalových materiálů:• laminováním, resp. koextruzí
ů
44
• aplikací termoplastických laků atd.• provedení
• zahřátím a přitlačením plastů k sobě• významné hodnoty (teplota, tlak, doba působení,
vlastnosti fólie atd.)• např. loupatelný spoj (nižší teploty, vyšší tlak, atd.)
Plasticita
• způsoby ohřevu• kondukční
• vhodnější pro lamináty
45
• napalování v důsledku nepříznivého tepelného spádu
• ultrazvukem• vysokofrekvenční ohřev
• podmínkou polarita molekuly
Další významné vlastnosti polymerů
• pružnost – elasticita• pružnost obalů často výhodou, odolnost vůči
mechanickým rázům• elastomery
• stupeň krystalinity
46
• stupeň krystalinity• většinou amfoterní charakter polymerů• úpravy stupně krystalinity
• úprava reakční směsi při polymeraci• orientace makromolekul (BO fólie)• důsledky:⇒ zvýšení ρ, pevnosti a tuhosti, umocnění smršťovacíschopnosti (smrštitelné fólie x průtažné fólie)
• chemická odolnost • dobrá ⇒ aplikace jako ochranné povlaky
• fyzikální vlastnosti • mechanické charakteristiky• tepelné vlastnosti
• teplota tání ⇒ svařovatelnost plastů• teplota zesklení T (skelného přechodu)
Další významné vlastnosti polymerů
47
teplota zesklení Tg (skelného přechodu)• bariérové vlastnosti - propustnost pro vodní páru, permanentní
plyny, aromatické látky atd.• elektrické vlastnosti
• nabíjení se elektrostatickým nábojem • dielektrické vlastnosti
• optické vlastnosti • zákal (haze)• čirost, průzračnost (clarity) • lesk (gloss)
Teploty skelného přechodu vybraných polymerů
48