C4120 Makromolekulární chemie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2003
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)
Garance
prof. RNDr. Milan Potáček, CSc.
Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Úvod do oboru makromolekulární chemie. Chemie a fyzika polymerů. Struktura a názvosloví polymerů. Přírodní a syntetické polymery. Molekulární hmotnost a distribuce makromolekul. Vztahy mezi strukturou polymerů a jejich vlastnostmi. Termodynamické podmínky vzniku makromolekul. Reakční kinetika a mechanismy přípravy. Polykondenzace, polyadice. Řetězové polymerace radikálové a iontové. Koordinační polymerace. Chemické reakce polymerů. Některé průmyslové polymery z hlediska jejich výroby, vlastností a aplikačních oblastí. Reologie a zpracování polymerů. Degradace a stabilizace polymerů. Kompozitní materiály s polymerní matricí.
Osnova
  • 1. Oblast zájmu makromolekulární chemie. Tradiční využití přírodních polymerů. Důkazy existence makromolekul. Hlavní úkoly rozvoje chemie a fyziky polymerů. Velkotonážní a speciální polymery. Vztahy mezi strukturou, fyzikálními a chemickými vlastnostmi polymerů. 2. Struktura makromolekul. Prvky tvořící makromolekulární řetězce. Lineární a rozvětvené polymery, polymerní sítě. Polymerační stupeň a polydispersita. Frakcionace polymerů. Metody měření molekulových vah (osmometrie, rozptyl světla, viskozimetrie). 3. Konfigurace polymerů. Typy stereoregulárních řetězců. Využití NMR pro hodnocení submolekulární struktury. 4. Mechanické vlastnosti polymerů. Definice Tg a Tm. Vlastnosti polymerů ve skelném stavu. Použití DSC a termomechanických křivek. Kaučuková elasticita, ideální kaučuk. Změkčovadla. Struktura polymerních krystalů, orientace řetězců. Metody hodnocení krystalizace a orientace. Viskoelasticita. Chování elastického tělesa a kapaliny. Maxwelův model relaxačních procesů. Relaxační čas a rychlost deformace. Creep, retardační čas. Experimentální metody měření relaxace a creepu. Torzní kyvadlo. Lomové chování polymerů (vliv rychlosti, možnosti dissipace energie, křehký a houževnatý lom). 5. Reologické vlastnosti polymerů. Význam reologických měření (charakterizace mezimolekulárních sil, podmínky zpracování). Vztahy mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí, tvary tokových křivek. Kapilární viskozimetr, elasticita taveniny. Hodnocení polymerů pomocí indexu toku. Průmyslové procesy zpracování polymerů (lisování, vytlačování, vstřikování, tvarování). Orientace mono- a biaxiální. 6. Polykondenzace. Funkčnost monomerů, příklady koncových funkčních skupin. Vznik lineárních a cyklických produktů. Mechanismus polykondenzace, závislost molekulové váhy na konverzi. Rovnováhy, odstraňování nízkomolekulárních produktů. Příklady polykondenzací: fenol- a močovino- formaldehydové pryskyřice, silikony. Oxidační polykondenzace (polyfenylenoxid). 7. Radikálové polymerace. Princip řetězové reakce, stacionární stav. Definice volných radikálů. Kinetická délka řetězce a polymerační stupeň, přenos řetězců. Iniciace, typy iniciátorů. Základní kinetická rovnice pro radikálovou polymeraci. Terminace kombinací a disproporcionací. Kopolymerace. Vysoké konverze, gelové efekty. 8. Iontové a katalytické polymerace. Struktura a reaktivita monomerů. Kationtové polymerace. Lewisovy a Bronstedovy kyseliny. Solvatace iontových párů. Příklady kationtových polymerací; isobutylen, trioxan. Aniontová polymerace. Příprava živých polymerů, slabá a silná bázická centra. Příprava blokových kopolymerů. Ziegler-Nattovy katalyzátory, koordinační stereospecifické polymerace. 9. Degradace a stabilizace polymerů. Degradace v inertním prostředí (depolymerace, statistické štěpení, chemické transformace). Oxidační degradace, jednotlivé elementární reakce. Iniciace degradačních reakcí (sloučeniny tranzitních kovů, fotolýza, mechanochemie). Následná a preventivní stabilizace. Reakce antioxidantů a synergických přísad. Absorbéry UV-záření, zhášeče excitovaných stavů. 10. Přírodní polymery. Chemické zpracování dřeva. Struktura důležitých polysacharidů. Přírodní a regenerovaná celulóza. Příprava derivátů celulózy a jejich aplikace. Struktura proteinů. Vláknité proteiny (hedvábí, vlna). Polynukleotidy (chemické složení, biosyntéza). 11. Anorganické polymery. Silikáty. Silikony. Polyfosfáty. Polyfosfazeny. Polyelektrolyty a skla. 12. Polymery s uhlíkatým řetězcem. Pyrolýza ropy, izolace olefinů, syntézy základních monomerů. Polyetylen, polypropylen a polystyren (postupy výroby, vlastnosti a aplikace). Polydieny: kaučuky butadien-styrenový, kaučuk chloroprenový, butylkaučuk, polybutadien a polyisopren. Vinylové polymery; Polyvinylchlorid, polyvinylacetát a jeho deriváty, polytetrafluoretylen. Polyakrylové polymery: kyselina akrylová, akrylonitril, akryláty a methakryláty. 13. Polymery obsahující heteroatomy v řetězci. Polyamidy (syntézy, vlastnosti). Polyestery (lineární a pryskyřice). Polyuretany. Epoxidové pryskyřice. Polyetylenoxid a polyetylenimin. Speciální polymery. Polymery pro vysoké teploty: polyimidy, jiné polymery s tuhými řetězci. Elektrovodivé polymery: pohyblivost náboje, aplikace. Polymery pro medicinu: povrchové vlastnosti. Povrchové úpravy pomocí polymerů. 14. Kompozitní materiály s polymerní matricí. Porovnání polymerů s jinými materiály. Částicová a vláknitá plniva resp. výztuže. Problematika adheze. Fyzikální a chemické metody charakterizace povrchů. Spojovací prostředky. Perspektivy dalšího rozvoje.
Literatura
  • M. Kučera, Makromolekulární chemie. Synthesa makromolekul, VUTIUM,VUT Brno 1999.
  • H.-G. Elias, An Introduction to Polymer Science, Weinheim 1997.
  • P. Munk, Introduction to Macromolecular Science, John Wiley&Sons, 1989.
  • A. Kůta, Technologie a zařízení pro zpracování kaučuků a plastů. VŠCHT Praha 1999.
Metody hodnocení
přednáška, písemná a ústní zkouška
Navazující předměty
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, jaro 2000, podzim 2010 - akreditace, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.