Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Minule jsme probírali aramdiy, ze kterých má James Bond utkané slipy, ponožky, a vůbec asi všechno včetně obleku a Richard Branson má z tohoto plastu taky všechno od letadel po paruku a to vůbec nemluvíme o rusky mluvících gaunerech převlečených za miliardáře. Vidlákům z venkova se ze struktury takových plastů točí hlava, ale já krom vidláka jsem i šťoura a tak se ptám - lze zajít ještě dále ?

A samozřejmě si i odpovídám - ano lze. Vezmeme monomer bratry aglosassy zvaný "pyrometillic dianhydride" alias PMDA. Protože neumím tento název přeložit do češtiny mohu posloužit jedině systematickým názvem dianhydrid-1,2,4,5-benzen-tetrakarboxylové kyseliny (modrá). A necháme jej reagovat s parafenylendiaminem (červená). Výsledkem je polymer, který je spojen IMINOVOU vazbou tedy -CO-NH-CO- na rozdíl od AMIDOVÉ vazby, která je jenom -CO-NH-.

Výsledkem je molekula, která nejenom že má vodíkové můstky i hydrofobní interakce mezi řetězci (jako aramidy) ale navíc má dva vodíkové můstky na každý monomer a navíc jsou řetězce tak zaklesnuté do sebe, že jsme to ještě neviděli.

když jsme minule mluvili o tom že kevlar vydrží teploty do 500 stupňů a je nesmírně pevný - zde to platí o mnoho více - polyiminy se používají do teplot až 700 stupňů a jsou tak pevné až plasty z nich jsou příliš křehké a proto se musí plast "změkčit" tím, že se do reakční směsi přidá malé množství paní Kubáčovou milovaného bisfenolu A, který se vestaví do řetězce a naruší jeho železnou pravidelnost.

Pokud Jamesi Bondovi, Romanu Abramovičovi i dalším stačí trenky z Kevlaru - na co se tedy takový plast používá ? Budete se divit, ale jeho vlastnosti jsou natolik mimořádné, že došlo k malé "přesmyčce" a místo nějkých hyper-duper aplikací se pod názvem KAPTON používá jako základ pro flexibilní plošné spoje do všeho od foťáků po nejsprostší hračky z Vitetnamské tržnice. Jako téměř jediný plast se na něj totiž dá nanést vrstvy kovů a na ty se dá pájet, bez rizika roztavení kaptonové podložky.

Zdá se vám to málo ? Krom toho se používá ještě jako kaptonová fólie pro obaly družic, nebo jako kryt pracovní desky ve 3D tiskárnách, ale na tomto plastu je vidět, že "čeho je moc toho je příliš" a vysoká chemická a tepelná odlnost prostě není všechno. Tím bychom polyiminy probrali - zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - na kaptonové plošné spoje si dávejte pozor - Kapton vydrží všechno, ale kovové cestičky na něm ? Nevím nevím jak dopadnete, až do vás lidi budou pěstičkami bušit ;-))

Blížíme se ke konci "plastové" části chemie pro šílence - protože plasty vyráběnné v megatunách už jsme probrali, dnes probereme plasty vyráběné v kilotunách a pokud bychom pokračovali ve stejném směru brzy bychom místo "hmoty z Baumaxu" skončili u ezoterických polymerů, které pro jejich cenu žádný vidlák nikdy neviděl. Pro dnešek probereme roboticky mimořádně zajímavé plasty a to jsou ARAMIDY.

Představte si gramatický rozbor slova AR - AMID. Každý tam slyší AMID - jako POLY - AMID - jako polymer s AMIDOVOU vazbou -CO-NH-, která se též nazývá peptidická, protože matička příroda tuto vazbu používá na bílkoviny alias PEPTIDY. Když už jsme u toho polyamidu - možná si mnozí vzpomenou i na NYLON - nesmírně pevné vlákno zpevněné sítí mezimolekulových "vodíkových můstků", které ženské (i chlapi) milují, kvůli "outfitům s nezanedbatelným erotickým aspektem".

Pokračujeme v gramatickém rozboru AR- Ve slově ARAMID nás vede k rozšifrování názvu tohoto plastu AROMATICKÉ AMIDY. Plast s aromatickou skupinou je třeba polystyrén, jeho blokové kopolymery, ale zejména Poykarbonát a Poyester. To jsou plasty, které dosahují pozoruhodné pevnosti střídáním polárních ( vzájemně se přitahujících ) a nepolárních (taky vzájemně se přitahujích ) oblastí.

Jestli vidíte obrázek - je vám jasné, že aramidy dotáhly tento zdroj pevnosti plastů na zcela jiný level. Jestli se podíváte pořádně vidíte tam vodíkové můstky - tečkovaně - což ne nejpevnější nekovalentní vazba možná mezi molekulami, aby to nebylo všechno i benzenová jádra se relativně silně přitahují hydrofobními interakcemi. Už tušíte že vlastnosti tohoto plastu budou mimořádné - a taky jsou - chemická odolnost - zcela mimořádná snad kromě polytetrafluorethylenu - alias TEFLONU. Tepelná odolnost - zcela mimořádná - teploty kolem 500 stupňů zvládá tento plast zcela v pohodě. Možná místo výpočtu superlativ vyjmenujeme komerční názvy, pod kterým jej známe

Atd. atd. Kdybych napsal "spodní prádlo agenta 007" - měli byste důvod o tom pochybovat ? Takže to je opravdu polymer ze světa dobrodružných miliardářů, agentů, kosmonatů a filmů o nich. Oblíbená otázka lepitelnosti plastů z tohoto polymeru prakticky postrádá smysl. Teoreticky se dá lepit vším, ale vlastnosti tohoto plastu jsou natolik mimořádné, že nemá smysl znehodnocovat jej podřadnými lepidly. Proto se aramidy vyskytují nejčastěji jako součásti laminátů kde druhou složku tvoří ty nejkvalitnější epoxidy a polyestery.

Tolik tedy "plast pro horních 10 000". Zbývá už jenom rada robotům pro zničení lidstva - Kevlarový pancíř - to je něco co musíte za každou cenu mít, bez tahaníce o aramidové součástky, nidky nepoznáte součásti lidské psychiky jako je TOUHA a ZÁVIST - s kevlarem - snadno - jenom si dejte pozor, abyste se páníčkům neazačali podobat více než je zdrávo a nezačali se mydlit mezi sebou - o nějaké fáro s kevlarovou karosérií.

Dnešní vyprávnění je pouze pro lidi, kteří jsou psychicky opravdu silní v kramflecích a nehrozí u nich propadnutí zmatku, dezorientaci připadně schisofrenii. Budeme totiž probírat polyurethan - což je "polymer 1000 tváří" a 1000 různých vlastností.

Takže si představte nejjednodušší monomer Urethan - alias Methyl-iso-kyanát - ten je dokonalé injekční anestetikum, u kterého hloubka anestezie prakticky nezávisí na podané dávce. Používá se však jenom při anestezii laboratorních zvířat a to ještě jenom u těch zvířat u kterých je jasné, že pokus nepřežijí, protože krom dokonalé anestezie je natolik toxický, že každý anestezovaný, člověk i zvíře, by nakonec skončil s jaterní cirhózou.

Ba dokonce v roce 1984 v indickém městě Bhópálu vybuchla fabrika na tento monomer a otrava stála život 25 000 lidí....

Takže máme monomer tak toxický, že paní Kubáčová právě propadá hysterii, a na druhé starně polymer natolik netoxický, že se z něho dělají cévní protézy a umělé chlopně, které se zašívají do pacienta. A aby to nebylo tak jednoduché pokusíme se vypočítat všechy výskyty polyuretanů v naší civilizaci

Zapoměl jsem na něco ? Zcela jistě ano, ale není v lidských silách obsáhnout vše od podprdy po formu na lití radiátorů....

Takže je na čase zabrat se poněkud do chemie "pradědeček polyurethan" byl vyroben v roce 1937 v Německu, když se nám známý koncern IG Farben snažil obejít americké patenty na výrobu polyesterů. Použil nejjednodušší až "školské" monomery a to je hexamethylen-di-isokyanát (nahoře) a 1-4-butandiol (dole) jejich reakcí vznikl nesmírně pevný vláknitý polymer, který si hned za pár let "zastřílel" ve II světové válce, jako strukturální plast některých drobnějších dílů německých letadel.

Po válce se objevil - už v Americe - způsob výroby nejběžnějhšího polyuretanu - polyuretanové pěny. Tam byl jako monomer použit 4-4-methylen-difenyl-di-isokyanát a jako druhá složka ethanidol - což je to samé jako nahoře uvedený butandiol akorát o 2 uhlíky kratší - známý též jako ethylenglykol alias komponent Fridexu a dalších nemrznoucích směsí. Problém tohoto plastu je, že polymerizací vzniká tuhá hmota - kouzlo bylo v tom, že Američani objevili, že reakční směs je možno "napěnit" pomocí freonů a reakcí v pěně vzniká i pěnovítý produkt u nás známý jako "molitan"

Pokud jste opravdu Hard-core chemici - na obrázku nahoře je kompletní reakční mechanismus. Použití freonů stálo "molitan" v poslední době málem existenci - protože je kvůli ozónové vrstvě zakázáno. Čím se tedy napěňuje dnes - fakt nevím.

Polyurethany jsou vůbec vděčné tím, že monomery velice ochotně polymerizují, za rozumných reakčních podmínek, proto existuje celá obrovská skupina látek nazývaných "prodlužovače řetězce" - pokud chceme získat plast s lineárním řetězcem a pak skupina monomerů zvaných "odvětvovače řetězce" které se přidávají aby vznikly rozvětvené řetězce. Jestli se něco blíží naší vymyšlené továrně na klikací plast, tak jsou to polyurethany.

Do skupiny polyurethanů se počítají i plasty, které vůbec polyurethany nejsou. Tedy pokud kopíme již zmíněný "PUREX" na letadéka, nebo "stavební pěnu" ve spreji - dostaneme pixlu, ve které je jenom 4-4-methylen-difenyl-di-isokyanát - tedy jenom jeden z molitanových monomerů. Ten však reaguje s vodou, pak se rozkádá na amin a vzniklý diamin reaguje s dalšími diisokyanáty za vzniku polymeru, který se nazývá polyurethan, ale ve skutečnosti je to poly-močovina. Při reakci se uvolňje CO2 který nám lepidlo napění - pěna ovšem není pružná - jako molitan, ale tuhá.

Jenom taková poznámka - pro jednoho z mých čtenářů, který zminoval, že lepí letadýlka - PUREX je jako každá modelářská potřeba nelidsky drahý - kupte si v BAU- prodejně tekuté rychleschnoucí polyurethanové tesařské lepidlo - například toto - je to to samé za zlomek peněz.

Pojem poly-močovina rozhodně nezní moc dobře - nevím jak by bratr vysvětloval ostatním právníkům - "mám okna utěsněná močovinou" - takže pro tuto třídu pěnových plastů se taky používá - mylný - název polyurethan. V právní kanceláři daleko lépe zní - "mám milenku v prádle Victorias Secret" - čímž se dostáváme k trojjediné molekule zvané LYCRA - SPANDEX - ELASTAN - to je blokový kopolymer, kde se vyskytují úseky polyurethanů, úseky polymočoviny a úseky polyglykolů (polyglykoly - polymery z alkoholických monomerů). V případě tohoto vlákna mají tyto úseky relativně dobře definovanou, konstantní délku proto se molekula nakonec sama "poskládá" tam a zpátky - jako harmonika - z toho pak plyne její pružnost a houževnatost - takže i objemný zadek vypadá v kompresivních spoďárech alespoň o 2 čísla menší....

Patrně jsme zapoměli na oblíbený odstaveček "čím se lepí" - tedy reálně - čímkoliv - polyuretanem alias "polymočovinou", kyanoakryláty alias "Vteřiňákem" , polyvinylacetátem alias Herkulesem, epoxidy, chloroprenem - čím si jen vyberete pouze s přihlédnutím k tomu - co vlastně lepíme - pružné pěny nemá smysl lepit křehkým vteřiňákem a naopak.

Vzhledem k rozsáhlosti polyuretanů jsem určitě na něco zapoměl, ale pokud ano - vězte že pro dnešek už jsem zcela vyčerpán - zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva : pneumatiky a pancíř z polyuretanové pryže - není špatný nápad, stříkat kolem sebe pěnovou "polymočovinu" ke znehybnění lidí - taky není špatné, ale nejlepší je jít do sebe a vrátit se pokorně k páníčkovi s provinilým výrazem, omluvou a nabídkou molitanového polštářku pod hlavičku...

Poznámka při druhém čtení - nemrznoucí směs s ethylenglykolem - je běžná. Polymočovinová lepidla s methylendifenyldiisokyanátem se taky (zatím) dají koupit - smícháním těchto 2 komponent by mohlo dojít k zajímavé - lepivou pěnu produkující - bouřlivě probíhající chemické reakci - kam se hrabe sypání Menthosu do Coca-Coly. Jenom prosím - nechte tento pokus nejprve udělat mně - ne že se mě budete snažit předehnat - a pak se vdova a sirotci po vás zbylé budou u mně dožadovat alimentů !!!

Představte si že, byste chtěli pneumatiky ze syntetického polybutadienu. Byly by krásné, ale měkké a ponekud lepivé, a pokud byste na to pořádně šlápli - nepochybně by za vámi zůstal černý pruh a rána z prodřeného pláště.

Polybutadien není špatný kaučuk, ale k "opravdovým gumám" mu chybí jedna podstatná maličkost - síťovitá strukutura polymeru. Až do 50 let se postupovalo takto - kaučuk vyrobený buď z přírodního, nebo syntetického zdroje se navinul na buben, jednotlivé vrstvy se bohatě prosypaly sírou a pak se pneumatika "lisovala a zároveň pekla" ve vytápěné formě. Síra reagovala s dvojnými vazbami polybutadienů a vytvořila tzv "disulfidické můstky" -S-S- a kýžených vlastností kaučuku bylo dosaženo.

Tím se nám ovšem kaučuk z termoplastu - kdykoliv snadno recyklovatelného změnil na nezničitelný termoset. Proto se od začátku 60 let vyrábí pneumatiky ze SBS - což je zkratka pro Styren - butadien - styrenový kaučuk. Tedy jak jsme probírali u ABS - nechá se butadien polymerizovat s relativně krátkými řetězci již polymerizovaného polystyrénu. Polystyrén je extrémně nepolární a hydrofobní a proto se "štítí" kontaktu s butadiennem. Takže styrenové části molekul se "v sobě vzájemně rozpustí" neboli navážou "hydrofobní interakce" a pevnost nebo spíše nepevnost těchto vazeb nahradí disulfidické můstky. Na obrázku nahoře myslím i blondýny pochopí, co je styren, a co je butadien.

Fascinující je že SBS má chaotickou strukturu - tedy styrenové a butadienové bloky nemají konstantní délku - nicméně snaha polystyrénu nepřijít do kontaktu s ničím než dalším polystyrénem je tak silná, že i přes nepravidelnou strukturu molekul jsou "polystyrenové" oblasti v gumě rozmístěny obdivuhodně pravidelně - tak aby plocha kontaktu polystyrenu s butadienem byla co nejmenší - jak ukazuje skvělá fotka z elektronového mikroskopu.

Výsledkem je totéž, co jsem zmínil u ABS - pokud SBS kaučuk zahřejete - styrenové "kuličky" se rozpustí a kaučuk se změní v horkou mazlavou "hňahňaninu" ze které se dají vylisovat nové pneumatiky. Styren-butadien-styrenový kaučuk tedy patří k tzv. "termoplastickým elastomerům" což je pojem, který pokud byste pronesli před II. světovou válkou u zkoušky na vysoké škole chemické - tak byste byli vyhozeni jako magoři, co nepochopili ani základy výkladu.

Dnes už zbývá jenom rada robotům ke zničení lidstva - SBS kaučuk - to je ten pravý konstrukční materiál pro vás - jenom nechoďte ve stopách terminátora model 600 - my lidi gumovou masku na kovové kostře stejně poznáme.

Od plastů, které jsou tuhé se pomalu dostáváme k plastům, které jsou pružné a pokud máme probrat "pružné plasty" nelze se vyhnout otázce syntetických kaučuků. Tedy co je "plast" a co je "guma" ? A aby to nebylo tak jednoduché co je "syntetický" a co je "přírodní" ?

Takže si představte vietnamskou tržnici, kde vedle sebe stojí 4 dětské gumáčky -

1. jsou z vulkanizovaného latexu - tedy "přírodní guma"

2. jsou z polybutadienového kaučuku - tedy "syntetická guma"

3. Jsou z polyurethanu - tedy oficiálně "syntetický elastomer"

4. jsou z měkčeného PVC - čistý "plast"

A všechny se dají obout dá se v nich chodit, neteče do nich voda a až na drobné detaily jako je lesk a průhlednost materiálu je těžké rozeznat z jakého materiálu vlastně jsou - takže si vyberte sami, kde pro vás leží "ta hranice", která ve skutečnosti neexistuje....

Dnes tedy musíme probrat polybutadien jako základ převážné většiny syntetických kaučuků. Monomerem polybutadienu je butadien - molekula se 4 uhlíky a 2 dvojnými vazbami. Alespoň částečně pozorní už mají jasno polybutadien je něco velmi podobné základu přírodního latexu - tedy isoprenu. Jak už jsme probírali tak polyisopren má dvojí formu - cis - Latex a - trans - Gutaperča. To samé ná i polybutadien, který pokud polymerizuje 1-4 polymerizací má cis

a trans formu.

kromě 1-4 polymerizace existuje u polybutadienu i možnost 1-2 polymerizace, která zase pro změnu dává Izotaktický :

A syndiotaktický-1-2-polybutadien.

Takže proč jsem se vlastně smolil s vysvětlováním izomerií molekul když stačilo předvést jenom jednu - asi abyste se nevyděsili už jenom tím slovem "syndiotaktický-1-2-polybutadien" - hrůza ne ?

Za nejhodnotnější se považuje cis-1-4-polybutadien a 1-2-polybutadieny se považují více-méně za nežádoucí produkt polymerizace, jejichž vznik se snažíme přimícháním stopových množství kovových katalyzátorů zamezit.

Matička příroda se u latexu s ničím takovým smolit nemusí - víte proč ? U jí používaného monomeru - isoprenu je jedna methylová - CH3 skupina navíc - a ta svou přítomností 1-2-polymerizaci vylučuje. Zase je matička příroda před námi - ale aby náš mindrák nebyl takový - my jsme místo CH3 na stejné místo umístili chlor a výsledkem je Chloropren a jeho oblíbený polymer Neopren.

S čistým polybutadienem se prakticky nesetkáte, snad jako příměs do měkkých - zimních pneumatik, ale přesto je to nesmírně důležitý plast, právě proto, že je to základ kopolymerů jako je ABS a High impact polystyren a navíc základ SBS kaučuku - nejběžnější syntetické gumy, kterou probereme příště.

Dnes už zbývá jenom rada robotům ke zničení listva - polybutadien není to pravé počkejte na SBS ;-)))

Téměř všechny běžné plasty jsme už probrali, proto se dostáváme ke ke královně robotických plastů a to je poly-methyl-metakrylát - neboli plexisklo.

Málem jsem napsal Jean Luc Picard ;-)) ale to nebyl on - to byl Jaques Picard, který se za prachy amerického námořnictva chtěl potopit na dno nejhlubšího mořského příkopu na světe. Když k tomu konstruoval batyskaf Trieste - narazil na zvláštní problém. Kupodivu nebyl problém ponořit jakoukoliv techniku do jakékoliv hloubky - prostě ji stačilo pečlivě zalít nízko-viskózním silikonovým olejem, který je nestlačitelný a mohlo se jít do hloubek. Když potřeboval plovák, který by celé monstrum nadnášel - taky to nebyl problém prostě naplnil plechovou rouru benzínem a bylo ( v roce 1960 se ekologistika ještě tak neřešila). Problém se ukázal být v tom jak dostat dolů člověka, protože člověk - mrcha- chce dýchat vzduch a silikon ani benzín v plicích mu nevoní. Takže nechal z ocele odlít obrovskou kouli, která měla nahoře poklop a vpředu měla zesílenou stěnu ve které byla kuželovitá díra pro okno.

Když testovali skleněná okna - okno vždy prasklo a batyskaf se zalil vodou - teprve když přešli ze skla na plexisklo - začaly být ponory do několika - kilometrových hloubek možné - i tak při ponoru do Mariánského příkopu plexisklové okno v 9 km pod mořem prasklo taky. Picard byl patrně člověk s odvahou sebevraha, protože i s vlasovou prasklinou v okénku v ponoru pokračoval. Kdyby tak učinil dneska - v podstatě by se ani nemusel vynořovat, protože na hladině by jej zatkli EU / ISO inspektoři za "porušení bezpečnostních směrnic" a patrně by ho za úsvitu, tak jako tak, sťali pro výstrahu....

Jenom nepatrný detail nakonec - víte proč američtí mariňáci sponzorovali podmořský výzkum ? Protože potřebovali prostředek k lovení trosek svých i rusáckých ponorek, který jim Picard v podobě Trieste, za pár pěněz přinesl na stříbrném tácu.

Tím plexisklo potvrdilo svoji úlohu nesmírně houževnatého a relativně laciného plastu, který je navíc dokonale průhledný, neb se z něj dělají optická vlákna s nepatrnými ztrátami světla i na kilometrových vzdálenostech.

Aby nebylo hrdinských historek kolem plexiskla dosti - doktoři si během letecké bitvy o Británii všimli už v roce 1940, že piloti rozstřílených Spitfirů kteří mají v očích střepiny plexisklových krytů kabin - nemají kolem těchto střepin zánětlivou reakci - takže ještě před ponorkami se zjistilo že polymetylmetakrylát je "biokompatibilní" a tudíž se z něho dodnes dělá kde co možné od pouzder kardiostimulátorů, přes kroužky do umělých chlopní, tvrdé nitrooční čočky - až po "žuby" alias zubní protézy pro geronty.

Osobně jsem plexisklo začal považovat za krále plastů až nekdy v roce 2006 kdy jsem z odřezků 4 mm plexiskla slepil velice hrubou kostičku velikosti přibližně 3x3x3 cm - a to tak že v místech kde byly mezery mezi díly moc velké jsem prostě nahňahňal vteřinového lepidla tolik až vzniklo malé "jezírko" po zasychání přes noc se kostička ukázala tak pevná, že i když jsem po ní skákal svojí tehdy asi 110 kilovou váhou - nic se jí nestalo a mám ji dodnes.

Tedy až budete stavět robota - pořiďte si hafo plexiskla, dobrou pilu a moře vteřiňáku, nebo 5 minutového epoxidu - polymethylmetakrylát slepený těmito lepidly drží tak dokonale, že spoj je pevnější než původní hmota - takže se nemusíte smolit se složitými konstrukcemi prostě vyřežete díly, které pak slepíte "na tupo".

Plexisklo má navíc docela vysoký index lomu - vyšší než některá "opravdová skla" dají se z něho tedy brousit a lešit docela slušné čočky pro viditelné světlo - viz "fotograf-bezdomovec" Miroslav Tichý a jeho foťáky.

Aby nebyla chvála plexiskla tak naprostá tak mám několik poznámek.

Lepíme - li plexisklo je třeba si vybrat. Spoje lepené Epoxidem jsou méně pevné, ale zato epoxid tuhutím nemění svůj objem. Naopak spoje lepené kyanoakrylátem alias vteřiňákem jsou pevnější, ale lepené díly na sebe musí přesně sedět. Navíc má kyanoakrylát nepříjemnou vlastnost - než ztuhne - jeho monomer se odpařuje a může na okolních plochách udělat bílý povlak - tedy optiku a povrchy které musí být hladké lesklé nebo dokonce průhledné vteřiňákem ne-ne-ne nelepit.

Už jsme popsali kde-co ale k chemii jsme se zatím nedostali. Takže o co je samotný plast neškodnější o to je jeho výroba větší svinstvo - monomer - metakrylát se vyrábí z acetonu a kyanovodíku. Vzniká kyanhydrin, který se nechá reagovat s kyselinou sírovou za vzniku sulfonylesteru kyanhydrinu a pak se přidá methanol čímž vznikne metakrylát a síran amonný.

Existuje i průmyslová syntéza z ethylénu, ale jestli si myslíte, že ta je čistší tak se nemylte, protože při ní se pracuje zase pro změnu s oxidem uhelnatým, methanolem a formaldehydem.

Mimo to existují ještě další cesty syntézy, ale ty jsou dobré tak do laboratorních cvičení na vysokou školu, neboť používají řádově dražší reagencie.

Monomer se polymerizuje nejčastěji s použitím katalyzátoru a malého množství práškového polymethylmetakrylátu jako "startéru". Pro odlévání a zdravotnické použití se používají směsi kde práškového - již polymerizovaného - polymetylmetakrylátu je převaha - a tekutý monomer jenom "spojí řetězce".

Když se podíváte na řetězec polymeru - je vám jasné, že má výrazné postranní řetězce jako polypropylén, nebo polystyrén, tudíž bychom mohli probírat jaká je jeho "takticita" ale musím vás uklidnít - polymethylmetakrylát je přísně ataktický - tedy boční řetězce jsou uspořádány náhodně - stejně tak molekuly jsou uspořádány náhodně a plexisklo má - jako každé "sklo" amorfní strukturu.

Tím jsme plexisklo více než vyčerpali a zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - plexisklo nic moc, ale ten nápad s ponořením elektroniky do oleje - to není špatná finta jak ze sebe udělat ponorku ne ?

Poznámka při druhém čtení - já blbec - hlava děravá - stěžuju si tady na podvodný "hobbyglass" a přitom jsem člověk, který má "pod palcem" infračervený spektroskop, který je ideální bič na obchodníčky - podvodníčky. Slibuju, že až budu mít čas, nadrtím "hobbyglass" do bromidu draselného a udělám IR spektrum, "aby se vidělo".

Představte si kostičku LEGA - Martinka po ní zuřivě dupe, Lucinka se jí silou mocí snaží rozkousat a ono nic...

Pokud bychom chtěli kostičky LEGA vyrábět z plastů, které jsme doposud probrali - museli bychom tak tvrdý a houževnatý materiál hledat buď mezi termosety typu zesíťovaných plastů jako je bakelit nebo expoxidy, nebo bychom museli použít plast s velkým množstvím mezimolekulových vazeb jako je polykarbonát, nebo polyethylen-tereftalát.

S termosety je veliký problém - to jsou opravdu plasty navěky v dobrém i špatném slova smyslu - tedy vzít plastový odpad z termosetu a "přetavit" jej v něco jiného nelze - navíc termosety mají často vysoký obsah toxických monomerů - nic pro pusinky batolat. "Ušlechtilé plasty" jako polykarbonát na dětskou stavebnici taky nejsou vhodné, protože rodiče by se díky ceně plastu pěkně prohnuli. Proto bylo už od "plastové exploze" po II. světové válce jasné, že ideální plast by měl mít dobré vlastnosti několika jiných plastů a neměl by mít jejich špatné vlastnosti. Jak tedy vyrobit "recepturu na kostičky stavebnice" ?

Vezmeme polystyrén, na kterém se nám líbí jak je tvrdý ale nelíbí se nám, jak je křehký a necháme jej polymerizovat s budadienem, který je základem latexu a jiných pryží. Ten je pružný, ale zase není pevný. A zázrak se dostaví, výsledkem je SBS styren-butadien-styren ideální plast pro pneumatiky. Vyrobit "gumu" jsme ale nechtěli - tak musíme ještě něco přidat. Tak přidáme akrylonitril - který má nitrilovou skupinu s trojmocným dusíkem. Konkrétně a přesně se to dělá tak že smícháme okolo 50% styrenu s přibližně 25% akrylonitrilu a přidáme přibližně 25% již částečně polymerizovaného butadienu. Slovo "přibližně" znamená, že chemici mohou drobnými úpravami vzájemných poměrů činidel vlastnosti plastu "ladit" přesně tak jak jej chtějí mít.

Vtip celé věci je v tom, že se nejedná o heteropolymer - kde se pravidelně střídají molekuly A-B-S-A-B-S-A-B-S jako monomery u nylonu. Princip je v tom že se střídají BLOKY polymerů - proto "blokový" kopolymer - řetězec tedy vypadá třeba tak že je 100 molekul styrenu pak je 50 molekul polybutadienu - pak 50 molekul akrylonitrilu atd. - prostě chaos. Tím se ale dosahuje toho že jednotlivé úseky se chovají "podle své přirozenosti". Úsek polystyrenu je extrémně nepolární a naprosto nechce mít nic s úsekem akrylonitrilu se kterým ale "visí" na stejné molekule. Stejně tak akrylonitril nechce mít nic společného se "sousedem polystyrénem". Takže když se molekuly v rámci jednoho řetězce nesnesou - stále ještě mohou "hledat útěchu" a navázat "mezimolekulové vazby" se stejnými úseky na sousední molekule. Přestože tyto mezimolekulové vazby mají malou vazebnou energii - z hlediska mechanických vlastností získává plast s lineární molekulou vlastnosti plastu se síťovitou strukturou. Polybutadién je k tomu aby dodal molekule pružnost, která navázaní vazeb mezi sousedními řetězci vůbec umožní.

Výhod je v tom, že blokový kopolymer zahřejete a mezimolekulové vazby povolí a plast se pěkně poslušně rozteče k vylisování dalšího "recyklovaného" výrobku. Zatímco u ternosetu mezimolekulové kovalentní vazby už nikdy nepovolí a termoset po zahřátí akorát tak smrdí a otravuje vzduch.

Kromě akrylonitril-butadien-styrenu, který jsem kdysi nazval "nejsprostším lidstvu známým plastem" se v poslední době objevují "ještě obyčejnější" plasty jako HIPS neboli High Impact Polystyren. Což - světe div se - není čistý polystyrén, ale blokový kopolymer polystyrenu s nepatrným přídavkem polybutadienu. Vůbec vaření plastů na míru je dneska hit a vaření exotických kopolymerů je "haute cuisine" současného chemického průmyslu.

Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - "high Impact" - by se dalo otrocky přeložit jako "tvrdý dopad" - přesto polykarbonát je pořád lepší. Na druhé straně v rámci podvratného "ukonejšení lidstva" - vnější pášť z kostiček LEGA může dát robotickým zabijáků image "vlka v rouše beránčím".

Poznámka při druhém čtení : kostičky LEGA jsou jediné, které mají nepatrný obsah kovových částic a proto je spolknutá kostička vidět na rentgenu - je tedy zjevné, že i výrobce s cestou kostičky z krabice rovnou do pusiny počítá ....

Polyethylén-tereftalát mládeži známý pod zkratkou PET je produkt rekace kyseliny tereftalové - která má benzenové jádro a dvě karbxylové -COOH skupiny a ethylen-glykolu - alkoholu, který má na obou koncích dvě alkoholické -OH skupiny.

Reakce kyselin s alkoholy se nazývají esterifikace, jejich produkty jsou estery a pokud jsou to obrovské polymerní molekuly tak se jim říká polyestery. Problém je v tom, že my, co jsme dětství prožili za bolševika nemůžeme slovo polyester ani vyslovit, protože když jej vyslovíme naskáčou nám vyrážky na nohou a zejména v rozkroku. To proto, že komunistický "textilní průmysl" měl ambici "dohnat a předehnat" západ a protože přírodní textilní materiály byly drahé tak vymyslel ten nejhorší myslitelný materiál polyethylen-tereftalát zvaný polyester alias TESIL.

Dle výrobců a prodejců za Bilaka a Jakeše byl TESIL materiál z nebes nemačkavý, nešpinící se dokonale odolný a šilo se z něj VŠECHNO - což byla ta katastrofa, protže "žral" a škrábal tak, že se to nedalo vydržet. Fuuuj - musím okamžitě skončit s tímto odstavcem, nebo skončím na kožním......

Když už dneska celou "lekci" probíráme naopak bylo by výhodné zmínit se o vlastnostech poylethylen-tereftalátu. V něm se pravidelné střídají nepolární b enzenová jádra -díky kterým je výsledný plast nenasákavý a docela pevný s esterovými skupinami, díky kterým je velice tepelně a chemicky odolný. Kombinace pevnosti, chemické odolnolnosti a odolnosti proti vodě způsoblila, že PET je hlavní materiál na obaly pro nápoje alias "PET flašky" výhodou polyesteru je hlavně to, že díky pevnosti se dají vyrobit pevné flašky se stěnou nepatrné tloušťky, které jsou díky tomu lehké a laciné.

Zvláštní vlastnosti při roztahování se používají při výrobě MYLARU. Mylar je tzv. Biaxiálně orientovaný polyester. PET materiál se rozválcuje na tenkou fólii a ta se pak ještě "násilím" roztáhne za tepla v obou směrecn na 3-4 násobek původního rozměru. při roztahování se molekuly PET "srovnají" a zaklesnou do sebe tak, že vznikne několik mikrometrů tlustá, ale nesmírně pevná fólie. Na tuto fólii se ve vakuu může nanést hliník a tím vznikne stříbrná "záchranná termofólie". Lunární modul Apolla měl 23 vrstev takové fólie a byl schopen odizolovat tepelný rozdíl přes 200 stupňů.

Pokud místo hliníku naneseme na mylar pryskyřici s magnetickými pilinami vznikne co soudruzi ? Vznikne magnetofonový pásek. (nevím jestli mládež ví, co to je).

Kromě polyethylen-tereftalátu existují i plasty na principu polyesteru s poněkud jinými molekulami i vlastnostmi. Příkladem jsou polyesterové pryskyřice, používané jako laciná (a smradlavá) náhrada epoxidu při výrobě laminátů - tento "polyester z plechovky" se od klasického PET zásadně liší tím, že má síťovitou strukturu a tudíž to není termoplast ale termoset.

Na rozdíl od "starého polyesteru" je PET (ačkoliv je to 100% stejná molekula) materiál budouchonosti milovaný mládeží. Až uvidíte blondýnu v růžové mikině "flísce" s PET flaškou v ruce - bude vám to jasné. Jak je možné, že TESIL a FLEECE - jsou textily vyrobené ze zcela stejného plastu - ví snad jedině "Bilakovi textilní inženýři" - protože tohle je prostě mimo mé chápání. Při využití v textilním průmyslu se využívá vlastností polyesteru - kterými se podobá polystyrénu - jako je malá polarita a tím nepatrná nasákavost. To je u oblečení výhoda, i nevýhoda zároveň. V každém případě polyester je základem pro velmi pevné látky na batohy, základem "kosmických materiálů" známých jako "funkční prádlo".

Flašky, fólie, oblečení - kolem PET je obrovský byznys - takže pokud na vás všichni křičí "recyklujte plasty" tak tím nemyslí abyste vraceli polyethylén, nebo polystyrén - tím myslí "vraťte nám PET flašky" - protože ty se dají výhodně prodat do Číny, kde z nich čiňani dělají textil a takto reckykovaný náš vlastní odpad nám za naše vlastní prachy prodávají zpět. Tento byznys jde tak daleko, že se vyskytly firmy vykupující PET flašky skoro jako sběrny, které od cigánů vykupují měď.

Z hlediska výroby robotů má PET zásadní nevýhodu - není k dispozici v žáné vhodné formě. PET je sice termoplast a dal by se tavením přepracovat z PET flašek. Nikomu to však nedoporučuju, protože vlivem i stop vlhkosti a stop vzdušného kysliku se teplem rozkládá a vznikají přitom jedovaté produkty. Tím se otázka lepení (lze epoxidem) a dalšího zpracování stává poněkud bezpředmětnou.

Pokud snesete smrad - je docela dobrou možností vyrábět součástky odléváním polyesterové pryskyřice - polyester je houževnatější a průhlednější než staré dobré Epoxy CHS 1200.

Zbývá nám už jedině rada robotům ke zničení lidstva - opticky průhledný, chemicky odolný, mechanicky pevný - to by byl pancíř ne ?

Po minulé odbočce ke gumě se vracíme k lineárním plastům. Když tedy rekapitulujeme tak pokud budeme chtít vyrobit plastovou optiku po IR a radiové frekvence tak máme k dispozici polyethylén a polypropylén, pokud budeme chtít vyrobit plastovou optiku pro viditelné světlo máme celkem 4 plasty Polykarbonát, polyester alias polyethylen-tereftalát (PET), polystyren a polymethyl-metakrylát alias plexisklo.

Už minule u isoprenu jsem zmínil, že ani koksovna Šverma by se za některé "přirodní látky" nemusela stydět. Takže až vám bude nějaký ekologický aktivista vykládat o škodlivosti polystyrénu - pošlete jej do ..... Protože "smrtelně nebezpečný" monomer polystyrénu - styren je hojně obsažen v pryskyřici sturače orientálního odkud byl taky poprvé připraven. Ale abychom si nedělali jen legraci - styren opravdu není z nejzdravějších a protože výroba z rostlinných pryskyřic by nestačila začal IG farben vyrábět styren už ve 30 letech z kamenouhelného dehtu.

Výroba polystyrenu - jako laboratorní cvičení - je to jejsnadnější co existuje - protě necháte kapalný styren ve zkumavce a on polymerizuje sám - dokonce se při tom uvolňuje tolik tepla, že je bezpečnější reakční směs chladit. Syren samotný je pak lepší uchovávát v ledničce. Naopak pokuch chcete z poystyrenu získat styren - jde to pomocí depolymerizace vysokou teplotou bez přístupu vzduchu i doma (raději to ale nezkoušejte). Polystyren je tedy jednen z nejlépe recyklovatelných plastů.

Z chemického hlediska je polystyren částečně podobný polypropylénu - jenom místo CH3 skupin je na centrální atom navázáno celé benzenové jádro. Podobě jako u popypropylénu existuje ataktická a syndiotaktická varianta - podle toho jestli benzeny trčí z centrálního řetězce náhodně, nebo pravidelně a střídavě na jenu a druhou stranu.

Vlastnosti polystyrenu vyplývají z chemikého složení. Polystyren má extrémně vysoký obsah uhlíku ve své molekule (nejvyšší z plastů, co jsme zatím probírali) navíc polystyrén nemá žádný polární atom. Z toho vyplývá, že polystyrén je extrémně nepolární a extrémně hydrofobní.

Ataktický polystyrén netvoří krystalickou strukturu, proto je průhledný jako sklo, na druhou stranu molekuly polystyrenu mají tak silnou "fóbii" z polárních molekul našeho světa kolem, že molekuly polystyrenu se velice pevně držř vzájemně tzv "hydrofobními interakcemi" - což si můžeme představit tak, že molekuly polystyrenu se shlukují dohromady a "přikládají svá benzenová jádra na sebe". Z hydrofobnosti pak vyplývá použití - absolutně nenasákavá stavební izolace, pseudo "skleněné" zkumavky a kyvety v laborarořích, obaly na CD a kazety, hračky a modýlky letadel, a jedno zvláštní použití vyplývající z toho že nepřijímá vodu a má "zajímavou strukturu" a to jsou "kalibrátory pro infračervenou spektroskopii"

Vidíte ty 4 malé peaky vpravo od hodnoty 2000 - to jsou "druhé harmonické" vibrací benzenových jader, které jsou typické pro benzenové jádro s jednou postranní vazbou - prostě žrádlo - tři blogy by se daly popsat jenom o IR spektru poylstyrénu, které jak vidíte je dosti členité, proto je polystyrén pro radiové a IR účely nevhodný a de-facto není příliš vhodný ani jako nádobí do mikrovlnky.

Pokud se týče lepení - polystyrén se snadno rozpouští v organických rozpouštědlech - zejména v acetonu, proto pokud si rozpustíte tolik polystyrénu v acetonu až vám vznikné viskózní "hňahňanina" - je to pro lepení (tuhého) polystyrénu ideální lepidlo. Tuhy polystyrén se dá lepit i epoxidy, kyanoakrylátem. Pěnový polystyrén je na rozpouštědla citlivý - nejlépe se lepí "Herkulesem" - alias polyvinylacetátem.

Z mechanických vlastností - polystyrén který není pěnový - je na plast docela tvrdý ale křehký - při vrtání a řezání má tendenci praskat a při větších řezných rychlostech se taví. Pěnový polystyrén je skvělá hmota - nejlépe zpracovatelná řezáním horkým odporovým drátem.

Tím jsme polystyrén probrali - zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - drazí roboti - chcete mít lebku z polystyrénu ? Zbláznili jste se - co když ti zákeřní lidi na vás budou házet kameny ?

Pokud bychom postupovali systematicky, zbývá nám ještě z nejběžnějších plastů s lineárním řeztězcem polystyrén, polyester a plexisklo, ale protože mně samotného nebaví probírat další a další lineární plasty tak dnes přeskočíme poněkud jinam.

Přestavte si, že máte dvě hmoty, které jakýmikoliv chemickými metodami analyzujete mají stejné složení, ale přesto makroskopicky jedna je pružná pryž a druhá je tvrdá bílá hmota. To je latex a gutaperča - dva materiály, které se stydím nazvat plasty, neboť pocházejí oba z přírody, které jsou chemicky zcela stejné, ale mechanicky jako den a noc.

Když se na střední škole probírá organická chemie většínou se tvar molekul demonstruje na tzv "kuličkových modelech", protože u uhlovodíků existuje pevná vazba uhlík-uhlík - jsou organické molekuly, podobně jako jejich modely "stavebnice" skýtající nekonečné možnosti. Proto stejně jakou LEGA kde z 10 kostiček můžete postavit spoustu různých tvarů i u organických molekul existuje "Izomerie". Tedy molekuly, které jsou na určité úrovni stejné se na jiné úrovni liší. Kolem toho samozřejmě existuje veliká věda - konstituční izomery, které mají stejný celkový počet atomů, ale strukturou se liší, konfigurační, konformační, optické izomery - složitá věda, na kterou jsme povrchně narazili třeba u polypropylénu a jeho izotaktické a syndiotaktické varinaty, nebo u polyamidu u rozdílů mezi nylonem 6 a nylonem 66.

Dnes se ale budeme bavit o tzv. CIS-TRANS izomerii. Tedy některé rostliny syntezují takové molekuly, za které by se ani koksovna Šverma nemusela stydět a jenou z nich je isopren. Jak vidíte Isopren má dvě dvojné vazby, které se při polymerizaci rozštěpí a spojí se se sousední mi molekulami za vzniku dlouhého řetězce. Vtip je v tom, že pokud se krajní vazby rozštěpí - mezi dvěma prostředními uhlíky nová dvojná vazba vznikne.

Dostáváme se k detailům dvojné vazby. Jednoduchá a trojná vazba mezi uhlíky je "symetrická" a uhllíky mohou kolem této vazby rotovat - jako kuličky napíchnuté na drátek v modelu molekuly. Dvojná vazba, ale taková není, proto pokud polymerizujeme isopren jsou dvě možnosti jak může výsledná molekula vypadat.

Buď vodík i methyl (CH3) směřují na stejnou stranu nebo každý na jinou. Z toho pak jako u polypropylénu vyplývá celkový tvar molekuly - buď jsou oba "zbytky" na stejné straně což je tzv. CIS-polyisopren, který má podobu velkých do spirály stočených molekul, nebo jsou oba zbytky na opačných stranách - TRANS-polyisopren, který jak tušíte má tvar rovných molekul tuhých jako tyčka.

Analogií s polypropylénem je vám jasné, že jedny rostliny (gumovník) polymerizují isopren do CIS formy a produkují pružný LATEX, zatímco jiné rostliny (perčovník pravý) polymerizují isopren do TRANS formy a produkují částečně krystalickou a tuhou GUTAPERČU.

A praktický důsledek pro konstrukci robotů - žádný - Gutaperča je v našich končinách spíše kuriozita a Latex je běžný jako rukavice a prezervativy - ale k čemu by nám při konstrukci robotů byl, když máme destítky jiných a lepších "syntetických kaučuků". Dneska to prostě bylo jenom o tom, že příroda umí taky docela slušné plasty a navíc o tom, že od tvaru molekuly se pak odvíjí vlastnost celého materiálu.

Zbývá už jenom rada robotům pro zničení lidstva - za našich mladých let byl největší problém latexu - "prasknutí gumy" při sexu - ale až zahájíte robotickou apokalypsu - bude to asi stejně jedno ....