C4120 Macromolecular Chemistry

Faculty of Science
Spring 2003
Extent and Intensity
2/0/0. 2 credit(s) (fasci plus compl plus > 4). Recommended Type of Completion: zk (examination). Other types of completion: k (colloquium).
Teacher(s)
doc. RNDr. Jaroslav Petrůj, CSc. (lecturer)
Guaranteed by
prof. RNDr. Milan Potáček, CSc.
Chemistry Section – Faculty of Science
Course Enrolment Limitations
The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Course objectives
Introduction in macromolecular chemistry. Polymer chemistry and physics. Structure and nomenclature of polymers. Natural and synthetic polymers. Molecular weight and distribution of macromolecules. Relations of polymers structure and their properties. Therodynamic conditions for originating macromolecules. Reaction kinetics and preparation mechanisms. Polycondensation, polyaddition. Radical and ionic chain polymerizations. Coordination polymerization. Chemical reactions on polymers. Some industrial polymers from the viewpoint of their production, properties and application fields. Rheology and polymer transformations. Polymer degradation and stabilization. Composite materials with polymerix matrix.
Syllabus (in Czech)
  • 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.
Literature
  • 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.
Assessment methods (in Czech)
přednáška, písemná a ústní zkouška
Language of instruction
Czech
Follow-Up Courses
Further Comments
The course is taught annually.
The course is taught: every week.
The course is also listed under the following terms Autumn 2007 - for the purpose of the accreditation, Spring 2000, Autumn 2010 - only for the accreditation, Spring 2001, Spring 2002, Spring 2004, Spring 2005, Spring 2006, Autumn 2006, Autumn 2007, Autumn 2008, Autumn 2009, Autumn 2010, Autumn 2011, Autumn 2011 - acreditation, Autumn 2012, Autumn 2013, Autumn 2014, Autumn 2015, Autumn 2016, autumn 2017, Autumn 2018, Autumn 2019, Autumn 2020, autumn 2021, Autumn 2022, Autumn 2023, Autumn 2024.
  • Enrolment Statistics (Spring 2003, recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/spring2003/C4120