C7930 Syntézy polymerů

Přírodovědecká fakulta
podzim 2009
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
doc. RNDr. Jaroslav Petrůj, CSc. (přednášející), prof. RNDr. Milan Potáček, CSc. (zástupce)
Garance
doc. RNDr. Jaroslav Petrůj, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Znalosti organické a fyzikální chemie, základní přehled v makromolekulární chemii.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Úvod do oboru. Monomery. Iniciační reakce. Propagace. Radikálové polymerace. Aniontové polymerace. Kationtové polymerace. Koordinační polymerace. Kopropagace a kopolymery. Terminační reakce a přenos. Kinetika polymerací. Řetězové reakce. Polykondenzace, násobná polyadice. Makromonomery. Molové hmotnosti a jejich distribuce. Metody poznávání. Chemické reakce polymerů. Důležité polymery z hlediska jejich výroby, vlastností a aplikačních oblastí.
Osnova
  • 1. Úvod (historie, specifikace vlastností makromolekulárních látek). Přírodní polymery (typy a zdroje, modifikace). Syntetické polymery (charakterizace podmínek syntézy). Monomery (třídění a vztah mezi strukturou a způsobem polymerace). Mechanismy polymerací a elementární děje při syntéze polymerů při radikálových, iontových a koordinačních polymeracích. Zdroje a způsoby syntézy monomerů. Laboratorní postupy při studiu syntézy polymerů. Průmyslové způsoby syntézy polymerů a trendy jejich rozvoje. 2. Základní poznatky o polymeracích. Obecné schema a jeho varianty. Dílčí děje. Druhy polymerací a způsoby jejich vedení. Polymerce homogenní, heterogenní, srážecí. Polymerace radikálové, iontové, koordinační. Polymerace v bloku (kapalné či pevné fázi), roztokové v suspensi v emulsi. Zvláštní druhy polymerací. Monomery. Význam C, Si, H a v menší míře O, N (P), S pro vznik polymeru. Monomery s násobnými vazbami, cyklické monomery. Struktura monomerů a způsob jejich polymerace. Donor-akceptorové vlastnosti monomerů, komplexy monomerů, reaktivita monomerů. 3. Iniciace a katalyza růstu makromolekul. Iniciace polymerů radikálových: vznik primárních radikálů, chování primárních radikálů, účinnost iniciace. Iniciace polymerací iontových. Vznik iniciujících aniontů, kationtů. Katalýza růstu řetězců při polymeracích koordinačních. Katalyzátory Zieglerovy - Nattovy; Philipsovy nosičové katalyzátory. Vzikající donor - akceptorové komplexy. 4. Aktivní centra polymerací radikálových, iontových, koordinačních. Reaktivita radikálu, horké radikály. Karboniové ionty, karboniová centra, oxoniová centra. Karbanionty. Zwitterionty. Radikalionty. Koordinční centra. Pevné, rozpustné Zieglerovy - Nattovy katalyzátory. Transformace center. 5. Propagace. Podmínky propagace termodynamické, chemické, kinetické a vnější vlivy: mezní polymerační teplota, změna entropie, vliv tlaku, vizkozita polymeračního systému, důsledky vzniku polymeru, matriční efekt. Řízená propagace, stereospecifický růst. Polymerace stereoselektivní, stereoataktivní. Polymerace v emulzi. Mechanismus v propagaci. Adice, inzerce, koordinační inzerce. Polymerace otevíráním cyklu. Polymerace na aktivujících ligandech, cyklopolymerace, polymerace s aktivovaným monomerem, izomerační polymerace. Group-transer polymerace. Větvení a síťování. Depropagace. Propagace v živých systémech. 6. Kopropagace (kopolymerce). Druhy kopolymerací: statistická, periodická (alternující) bloková, roubovací. Kopolymerace statistické: kopolymerační rovnice, diagramy, parametry. Teorie a stanovení kopolymeračních parametrů. Distribuce monomerních jednotek v kopolymeru. Multisložková kopolymerace. Termodynamika, kinetika kopolymerace. Kopolynerace, při nichž vznikají alternující, blokové a roubované kopolymery. 7. Terminace. Zánik radikálů kombinací, disportiovací. Systémy s brzděnou terminací - gel efekt, zakotvené radikály. Inhilice, inhibitory, substituce. Nestacionární stavy radikálových polymerů, zastupující sektory. Končení iontových polymerací. Terminace za účasti protiiontů. Agregace center, neaktivní komplexy center. Končení koordinačních polymerů. Termince dory, zánikem vazby kov - polymer v aktivním centru, desaktivace katalyzátoru. Kinetika terminace. 8. Transfer. Obecná charakteristika přenosových testů. Retardace. Degradativní přenos. Větvení nebo síťování přenosem. Multifunkční přenašeče, přenos polymerace. Mechanismus nejčastějších přenosů při radikálových polymeracích. Přenosy při aniotových polymeracích, přenosy H-, H+ . Přenosy u kationtových a koordinačních polymerací. Kopolymerující přenašeče. Využití přenosů, regulace délky řetězců. Roubování přenosem. Vznik makromonomeru přenosem. 9. Kinetika. Polymerační rychlost. Kinetika ideálních radikálových polymerací. Reaktivita různě dlouhých radikálů. Kritika nestabilních radikálových polymerací. Rychlost živých iontových polymerací s rychlou nebo pomalou iniciací. Určení rychlosti propagace na volných iontech a iontových párech. Nestacionární polymerace. Kinetika koordinačních polymerací. 10. Distribuce molekulových hmotností produktů adičních polymerací. Střední polymerační stupeň číselný a hmotnostní. Distribuce délek řetězců vzniklých radikálovou polymerací. Molekulové hmotnosti produktů polymerací probíhajících s účastí přenosů. Mayova rovnice. Stanovení molekulových hmotností a jejich rozdělení. Rychlost živých polymerací a distribuční křivky molekulových hmotností jejich produktů. Makroionty. V důsledku vzniku a chování živých center. 11. Syntheza blokových kopolymerů a makromonomerů. Transformace center. Kompatibilizátory v blendech a kompozitech. Fyzikálně vulkanizující kaučuky. Vazebné molekuly. Syntheza roubovaných polymerů. Živé rovnovážné kopolymerace. 12.- 14. Inovace
Literatura
  • DUCHÁČEK, Vratislav. Polymery : výroba, vlastnosti, zpracování, použití. Vyd. 2., přeprac. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2006, 278 s. ISBN 8070806176. info
  • MLEZIVA, Josef. Polymery - výroba, struktura, vlastnosti a použití. 1. vyd. Praha: Sobotáles, 1993, 525 s. ISBN 80-901570-4-1. info
Výukové metody
přednášky
Metody hodnocení
Výuka se provádí formou přednášky. Zkouška je písemná a ústní.
Informace učitele
Přednáška podává přehled o možných monomerech pro syntézu polymerů a metodách a mechanismech jejich polymerací.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2010, podzim 2011 - akreditace.