Życie bez polimerów. Czy tego naprawdę chcemy i czy to w ogóle możliwe? Łukasz Szajnecki. Zakład Chemii Polimerów, Wydział Chemii, UMCS w Lublinie

Transkrypt

1 Życie bez polimerów zy tego aprawdę chcemy i czy to w ogóle możliwe? Łukasz Szajecki Zakład hemii Polimerów, Wydział hemii, UMS w Lubliie Zamość, 26 listopada 2014

2 Nieawiść od pierwszego wejrzeia

3 iema stroa tworzyw sztuczych zy to jest wia polimerów? zy możemy się przed tym uchroić? Dlaczego ie rezygujemy z polimerów? Niczego w życiu ie ależy się bać, ależy to tylko zrozumieć. Maria Skłodowska-urie 3

4 zym są polimery? Polimer gr. poly + meros makromolekuła polimeru wiele części Makromolekuła = pojedycza cząsteczka związku chemiczego (polimeru) zbudowaa z powtarzającego się wielokrotie ugrupowaia atomów (meru) i względie dużym ciężarze cząsteczkowym oraz zdefiiowaym wzorze sumaryczym Mer = fragmet makromolekuły powstający z pojedyczej cząsteczki moomeru [ ] stopień polimeryzacji makromolekuła mer Moomer = substacja, której cząsteczki łączą się ze sobą w reakcji polimeryzacji tworząc makromolekuły polimeru Stopień polimeryzacji =() liczba moomeryczych jedostek wchodząca w skład makromolekuły 2 mer 2 Polietyle- PE 2 2 moomer Glossary of Basic Terms i Polymer Sciece (IUPA recommedatios 1996); Pure & Appl. hem., Vol. 68, No. 12, pp ,

5 zym ie są polimery? Polimer = substacja zbudowaa z makromolekuł różiących się masą cząsteczkową. To zbiór makrocząsteczek podobej budowie i bardzo zbliżoych właściwościach, ale różych masach cząsteczkowych(zjawisko polidyspersyjości) Tworzywo sztucze ( plastik ; gr. plastikos formowaly ) = polimer + dodatki: wypełiacze ciągłe i proszkowe, barwiki i pigmety, plastyfikatory, atystatyki, stabilizatory termicze, przeciwutleiacze, biocydy, atypirey itp. Moomer l 2 Tworzywo sztucze Polimer Makromolekuła l polimer = tworzywo sztucze (TS) 2 Mer 5

6 PLIMER = tworzywo sztucze 1948 r. TWRZYW SZTUZNE Polimer Atypirey Pigmety Wypełiacze Barwiki Stabilizatory cieple Biocydy Plastyfikatory Masaa płyty gramofoowe długogrające Patet trwa od dia 7 sierpia 1956 r. Po li(chlorek w iylu) Sadza Kompozycja Wosk 81 części wagowych tala dw u-(2-etyloheksylowy) 14 części wagowych 2 części wagowe 2 części wagowe 1 część wagowa Przeciwutleiacze Atystatyki Skład kompozycji Nowolak części wagowych Poliamid części wagowych 6

7 Jede PLIMER Róże zastosowaia? Karty płaticze Sprzęt sportowy Ryy, rury Izolacje, osłoy Artykuły biurowe pakowaia i pojemiki Poli(chlorek wiylu) PW, PV Wyroby skóropodobe Wykończeia i dekoracje Blistry 7

8 Kiedy zaleta staje się ajwiększą wadą START Plastikowa reklamówka 20 lat Pielucha jedorazowa, plastikowe butelki 450 lat 1000 lat Puszka alumiiowa 200 lat Żyłka yloowa 600 lat 8

9 Zapotrzebowaie a tworzywa sztucze wg rodzajów tworzyw sztuczych w Europie w 2012 r. l l l Jak rozpozać tworzywo sztucze? 1988 r. 9

10 Lepiej zapobiegać iż sprzątać Redukcja, Regeeracja, Recyklig Nie dziedziczymyziemi po aszych przodkach, ale pożyczamy ją od aszych dzieci Ageda 21, Rio de Jaeiro1992 Zasada 3R - lapidara kwitesecja ekologiczego podejścia do surowców i eergii: Redukcja- redukuj ilość opakowań i odpadów, Regeeracja- używaj wielokrotie tych, których ie dało się zredukować, Recyklig- przetwarzaj te opakowaia i odpady, których ie daje się użyć poowie. dkręć, Zduś, Segreguj! Przykłady praktyczego zastosowaia zasady Redukcji i Regeeracji: Na zakupy zabierać włase torby i ie korzystać z oferowaych przez sprzedawcę. Posługiwać się przedmiotami wielokrotego użytku zamiast jedorazówek. Kupować apoje w opakowaiach zwrotych. Wybierać towary miej opakowae. Drukować dokumety dwustroie lub w pomiejszeiu. ddychaj powietrzem ie wyrzucaj go a śmietik! 10

11 Wiek XXI - wiekiem tworzyw sztuczych 1855 Parkesia 1869 eluloid 1907 Bakelit 1927 PV 1933 LDPE 1939 Nylo 1946 Teflo Staudiger 1963 K. Ziegler, G. Natta 1974 P. J. lory eeger, A. McDiarmid,. Shirakawa Zużycie TS w Europie w 2012 r. wg segmetów zastosowań i rodzajów TS pakowaia 39,4% Budowictwo 20,3% Motoryzacja 8,2% Elektroika 5,5 % Ie 26,6% LDPE DPE PP PS EPS PV PET ABS PMMA PA P Ie PUR W. Kamisky et al., Polymer Degradatio ad Stability 85 (2004)

12 Jasa stroa TWRZYW SZTUZNY Możliwości zastosowaia tworzyw sztuczych są praktycze ieograiczoe! Szerokie spektrum właściwości fizykochemiczych Licze i różorode zastosowaia TS Duża wytrzymałość Niewielka masa Bogactwo kształtów i kolorów pakowaia szczędość miejsca Niższe koszty trasportu Atrakcyjość i estetyka Środki trasportu Zmiejszeie masy pojazdów Wytwarzaie skomplikowaych elemetów kostrukcyjych dporość chemicza dporość mechaicza i termicza Zróżicowae właściwości fizykochemicze biżeie zużycia paliwa biżeie kosztów produkcji Uikaie korozji Wzrost bezpieczeństwa Poprawa komfortu podróży 12

13 Polimery jako opakowaia Lata 50 hroić jak ajlepiej stosując coraz miej materiału 1-3% = masa opakowaia Napój (1,5 litra) = butelka(38 g) Jogurt (125 g) = kubek (4 g) Ser (200 g) = folia(2 g) Średia masa butelki [g] Redukcja o 64% r. Wytworzeie sera 79% Eergia zmagazyowaa w serze Wytworzeie opakowaia 2% Trasport opakowaia 3% Trasport sera 4% Podróż po zakupy 3% Przechowywaie sera w lodówce 9% 39% = udział ilości opakowań TS w łączej ilości TS 50% = udział ilości towarów pakowaych w TS w łączej ilości opakowań 17% = udział masy opakowań z TS w łączej masie opakowań 13

14 Polimery w trasporcie Taiej dalej bezpiecziej bardziej ekologiczie Zawartość TS w samolotach [ %] 2009 r. ie -5% 40 kompozyty - 50% 30 alumiium - 20% tyta -15% stal -10% Boeig 787-Dreamlier Samochód klasy średiej (1000 kg) zawiera: ok elemetów wykoaych z TS do 15% (tj. 150 kg) TS Spośród TS obecych w samochodzie: 60% we wętrzu 30% w adwoziu 10% pod pokrywą silika metale żelaze - 68% materiały i kompozyty polimerowe - 12% metale ieżelaze (Al, Z, u, Mg) - 9% guma - 4% szkło - 3% ie materiały (p. tekstylia) - 4% zderzaki - ABS, PP reflektory -P, PP, UP siedzeia - PUR, PV el. ukł. paliwowego -PET, PM deska rozdzielcza -PE, PA, P Wzmocieia - kewlar Bieżik - kauczuki wulkaizowae 14

15 Tworzywa sztucze w domu? 15

16 Polimery w kuchi? Typowa kuchia......bez metalu urządzeia AGD (lodówka, kucheka, itp.), kable i przewody elektrycze, zlew, sztućce, garki, czajik, uchwyty....i bez ceramiki szyby, szklaki, filiżaki i spodki, talerze, słoiki, pojemik a przyprawy, moździerz. podłoga (płytki, paele), zasłoy i firaki, deska do krojeia, patelia tefloowa, mikser, toster, miutik, pojemiki i butelki, sitka, tace, woreczki śiadaiowe, filtr do wody, uszczelki, gąbka i ociekacz, obrus, cerata, ścierki, giazdka elektrycze, abażur, dekoracje i wykończeia, uchwyty i pokrętła.? zy usuięto wszystkie polimery?...i bez polimerów 16

17 zy są tu jakieś polimery? 70 % woda 30 % ie substacje chemicze 2 % 15 % 6 % 1 % 2 % 4 % polisacharydy białka RNA DNA fosfolipidy ie Naturale polimery arba akrylowa eluloza 17

18 Polimery to ie tylko tworzywa sztucze! Baweła- miękkie włóko otaczające asioa rośliy określaej tą samą azwą baweły(gossypium). Pod względem chemiczym baweła to czysta celuloza. Weła- uzyskiwaa z okrywy włosowej (sierści) owiec, lam, wielbłądów, kóz, królików i iych. Główym składikiem weły są substacje białkowe, zawierające azot i siarkę. Jedwab- otrzymywaym z oprzędu poczwarki jedwabika morwowego(bombyx mori) składa się oo główie z fibroiy(substacja białkowa). zaczeia włókie: Nitka iebieska - weła, włóka wełopodobe Nitka żółta - meroa, argoa (włóko celulozowe) Nitka biała - włóko bawełiae Nitka zieloa - ailaa, orlo, acrila (włóko akrylowe) Nitka czerwoa - elaa, torle, dacro (włóko poliestrowe) Nitka szara - ylo, stylo, ortalio, kapro, dedero(włóko poliamidowe) Średica ici jedwabej rzędu 10 μm; długość ici w jedym kokoie awet 1,6 km! Jedwabie sztucze Jedwab wiskozowy - otrzymyway z celulozy, którą przeprowadza się w alkalicelulozę działając rozcieńczoym roztworem Na, a uzyskay roztwór poddaje się działaiu S 2, w wyiku czego powstaje rozpuszczaly w zasadach ksatogeia celulozy. trzymay roztwór (zway wiskozą) wtłacza się przez dysze do roztworu zawierającego rozcieńczoy roztwór 2 S 4 -astępuje koagulacja itworząsię włóka jedwabiuwiskozowego. Jedwab octaow y - otrzymyway z acetylocelulozy, którą rozpuszcza się w mieszaiie alkoholu z acetoem i przetłacza do pomieszczeia ogrzaego do ok. 60, gdzie astępuje odparowaie rozpuszczalika i tworzeie włókie jedwabiu octaowego. 18

19 WŁÓKNA pochodzeia Naturalego 1873 r. Napowietrzaie roztworu idoksylu powoduje utleiaie i dimeryzację cząsteczek powstaje idygotya. Powstały iebieski barwik jest bardzo słabo rozpuszczaly w wodzie, i aby przeprowadzić go do roztworu ależy zredukować w wysokim p do bezbarwej leukoidygotyy 2 N N idoksyl N idygotya E 132 (iebieska, ierozpuszczala w wodzie) - N N leukoidygotya (bezbarwa, rozpuszczala w wodzie) 19

20 WŁÓKNA pochodzeia sytetyczego 1969 r. Elaa (torle, polar) - azwa hadlowa włókie poliestrowych, tj. poli(tereftalau glikolu etyleowego)- PET powstającego w wyiku reakcji polikodesacji kwasu tereftalowego i glikolu etyleowego (-1) 2 N 2 N Ailaa- wełopodobe włóko akrylowe, tj. poliakryloitryl(pan) powstające w wyiku polimeryzacji akryloitrylu Nylo(6,6) - poliamidowe włóko - PA (6,6); produkt polikodesacji kwasu adypiowego i 1,6-heksao-1,6-diyloamiy N + N N N 2 + (-1) Nylo (6,0)-(dedero, stylo, kapro, perlo, polaa, taramid, tarlo) - poliamidowe włóko -PA(6,0) -produkt poliaddycji ε-kaprolaktamu 20

21 Polimerowe Galaretki owocowe KLAGEN aktyidya papaia bromelia PEKTYNY 21

22 Polimery u fryzjera? KERATYNA ys ys S S ys S S ys ys S S ys ys S S ys S S ys ys S S ys ys S S ys ys ys S S ys 22

23 Polimery w medycyie Protezy aczyń krwioośych poliestry - PET Protezy stomatologicze PMMA Elemety sztucze go serca, zastawki usiecioway kauczuk silikoowy, P, PET ewiki, pojemiki do pobieraia i przetaczaia krwi, rękawiczki zabiegowe PV Nici chirurgicze ierozpuszczale PA i rozpuszczale kopolimery pochodych kwasu mlekowego PLA i glikolowego PGA Strzykawki, pojemiki, rozgałęźiki i łącziki do łączeia dreów PP, PE, PS 23

24 Polimery w aptece i u okulisty prócz klasyczego opakowaia (PS, PP, PV), polimery mogą być wykorzystywae w kotrolowaym uwaliaiu substacji aktywej Kapsułka z chitosau zapewia ochroę leku i/lub żołądka przed agresywie działającym środowiskiem. Substacja aktywa jest uwaliaa dopiero w jelicie. kulary prawki -PA, PMMA, PV Soczewki - P Soczewki kotaktowe -hydrożele,tj. usieciowae polimery hydrofilowe spęczioe wodą Zawierają od 35 do 70% wody: w staie suchym: twarde szkło po uwodieiu: miękkie i elastycze Gazoprzepuszczale Żele ze słabo usieciowaego poli(metakrylau 2-hydroksyetylu) 24

25 Polimery do zadań specjalych Poli(tetrafluoroetyle) PTE 1943 r. TELN N N Poli(p-feyleotereftalamid) - PPTA KEVLAR N N 1965 r r r. N YJANAKRYLAN ETYLU 2 R N N N R 2 N R N R 2 R METAKRYLAN ETYLU AKRYL do pazokci N itd. 25

26 Polimery do zadań specjalych 1970 r. Ta zadziwiająca zdolość pochłaiająca to cecha polimerów hydrofilowych - poliakrylaów. Najprostszy z ich to poli(akryla sodu), który może wchłoąć wodę destylowaą o masie awet 800 razy większej od swojej masy. Polipropyle (PP) Włóko celulozowe Poli(akryla sodu) (PNaAc) Polietyle (PE) - - Na + Na + Ie zastosowaia supersorbetów: - Usuwaie ciekłych odpadów medyczych - Usuwaie wody z paliwa - chroa światłowodów i przewodów eergetyczych 26

27 Polimery dla chłopców Klocki lego produkuje się z termoplastyczego tworzywa sztuczego: ABS terpolimeru akryloitrylu (A), buta-1,3-dieu (B) i styreu (S). 2 N Do graulek ABS zostają dodae barwiki. 2. Mieszaia zostaje ogrzaa do 230 (astępuje jej stopieie). 3. Stopioy polimer pod dużym ciśieiem jest wtryskiway do odpowiedich form. 4. Po ok. 7 sekudach owy klocek Lego jest gotowy. 2 N r. Klocki ie są odpore a wysoką temperaturę zaczyają miękąć już przy 80 Klocki są pale ABS ulega rozkładowi z wydzieleiem toksyczych gazów: i N 27

28 I dla Dziewczyek Główym tworzywem kostrukcyjym lalek Barbie jest PV. Barbie ma yloowe włosy 1959 r r r. 15 maja zyskał miao The Nylo Day 28

29 Na zakończeie Tworzywo sztucze to ie tylko polimer! Polimery ie muszą być sztucze! Żyjemy wygodie dzięki polimerom Żyjemy dzięki polimerom! Żywimy się polimerami, Jesteśmy polimerami! Polimery zyli wszystko, co as otacza! Polimerów (tworzyw sztuczych) ie ależy się bać!!! 29

30 Jeść czy ie jeść oto jest pytaie 30