Plasty

Plasty

Mnoho materiálov, ktoré bežne využívame, je prírodného pôvodu, napríklad drevo, kovy, bavlna, koža a i. Získavame ich z rastlín, zvierat, prípadne ich získavame ťažbou zo zeme. Dnes už je možné nahrádzať ich lacnejšími, zo synteticky pripravených materiálov, plastov. Vyrábajú sa z látok, ktoré sa nachádzajú predovšetkým v rope, ale aj v zemnom plyne a v uhlí. O ich spracovanie sa starajú odvetvia chemického a petrochemického priemyslu. Plasty sú ľahko tvarovateľné, dajú sa z nich vytiahnuť tenké fólie, alebo ich použiť na výrobu predmetov bežnej spotreby. Sú najnovšími materiálmi, ktoré sa používajú na obaly a balenia.

Objavené boli v 19. storočí a väčšina z nich bola využívaná pre armádu. Charles Macintosh v roku 1820 vyrábal vodovzdorné plášte tým, že pokryl tkaninu tenkou vrstvou gumy. Roku 1839 bol objavený proces vulkanizácie, ktorý zlepšil vlastnosti gumy a učinil ju odolnejšou voči teplu i nízkym teplotám. Styrén bol po prvýkrát destilovaný z balsového dreva v roku 1831. Ale pôvodné výrobky boli príliš krehké a ľahko sa rozbili.

Nemci zdokonalili výrobný postup v roku 1933 a v roku 1950 bol k dispozícii penový polystyrén. Izolácie, výplňový materiál, rovnako ako krabice, šálky a podnosy z penového polystyrénu sa stali veľmi populárnymi v potravinárskom priemysle. Vinylchlorid, objavený v roku 1835, zaručil ďalší vývoj gumárenského priemyslu. Tvarované deodorantové stlačiteľné nádobky boli zavedené v roku 1947 a v roku 1958 boli vyvinuté zmrštiteľné fólie zmiešaním polystyrénu so syntetickou gumou. Dnes sú niektoré kontajnery na vodu a oleje vyrobené z polyvinylchloridu, aj keď sú často ekologicky neprijateľné. Iná plastická hmota bola vyvinutá počas civilnej vojny v Amerike.

Vďaka nedostatku slonoviny navrhol jeden americký výrobca biliardových gulí odmenu 10 tis. dolárov tomu, kto navrhne náhradu za slonovinu pre biliardové gule. John Wesley Hyatt, inžinier z New Yorku so svojím bratom niekoľko rokov experimentoval a v roku 1870 si nechal patentovať celuloid. Tento materiál ešte nemohol byť tvarovaný, mohol byť skôr vyrezávaný ako slonovina. Acetát celulózy bol po prvýkrát získaný ako derivát z buničiny v roku 1900 a vyvinutý pre fotografické účely. Aj keď celofán vyrábal DuPont v New Yorku roku 1924, komerčne bol pre balenia využitý až na začiatku roku 1960. Medzitým boli polyetylénové fólie rezervované pre vojenské účely. V roku 1933 chránili fólie z polyetylénu káble v ponorkách a neskôr sa využívali počas druhej svetovej vojny k ochrane radarových káblov a na balenia liekov. Ďalšie celofánové a priehľadné fólie a filmy boli ďalej zušľachtené pre vnútorné obalové účely, ktoré si podržali tvar, keď boli formované.

Fólie, ktoré boli pôvodne čisté, sa dnes ponúkajú ako sfarbené alebo inak upravené. V roku 1909 oznámil Leo Baekeland svoj objav fenolformaldehydových živíc, ktoré patria do skupiny bakelitov (tvrdené za tepla) a ktoré našli široké využitie vo všetkých oblastiach priemyslu. Polypropylén bol vyvinutý po uvedení polyetylénu G. Natem v Taliansku roku 1954. Nylon bol uvedený na trh DuPontom vďaka chemikovi W. Carothersovi, širšie použitie našiel až od roku 1950, ako väčšina plastických hmôt. Nádoby z polyetyléntereftalátu (PET) sa stali dostupnými behom 80. rokov dvadsiateho storočia a po prvýkrát vstúpili na trh ako balenia nápojov v roku 1977. Od roku 1980 je možné do nich baliť teplé potraviny rovnako ako jamy. Súčasným trendom je použitie plastov, ktoré sú recyklovateľné a môžu sa opätovne použiť.

Plasty pripravené polykondenzáciou
Týmto postupom sa pripravujú najmä syntetické vlákna ako nylon, silon alebo chemlon. Tieto zlúčeniny nahrádzajú prírodné vlákna ako vlna alebo bavlna.

Polykondenzačná reakcia
Počas reakcie charakteristickej skupiny karboxylovej kyseliny (-COOH) s molekulou alkoholu vzniká molekula esteru a odštiepi sa molekula vody. Viacnásobným odštiepením vody vznikajú makromolekuly s dlhým reťazcom – polyméry. Túto reakciu nazývame polykondenzácia.

Najvýznamnejšie syntetické vlákna

Polyester (PES)
Počas reakcie dikarboxylových s diolmi vznikajú lineárne makromolekuly, tzv. polyester. Spracúvajú sa na vlákna. V 50% zmesi s vlnou vytvárajú nekrčivé látky z ktorých najznámejšia je tesil. Počas reakcie sa strácajú hydrofilné skupiny preto sú polyesterové vlákna hydrofóbne – rýchlo schnú a nenapučiavajú. Taktiež sa nekrčia a udržiavajú si svoj tvar. Napríklad záclony z polyesterových vlákien netreba po praní žehliť ani naťahovať.
Nylon a silon
Prvé pokusy s výrobou vlákien z polyestru boli neúspešné. Prvé výsledky sa dostavili až v roku 1935 keď sa podarilo vyrobiť prvé vlákna z polyestru. V roku 1939 sa už začala výroba vlákna, ktoré sa preslávilo najmä ako materiál na výrobu dámskych pančúch. Nylon sa začal používať namiesto bavlny a hodvábu, keďže bol pevnejší a odolnejší.

Výroba syntetického vlákna z polyamidov
Polyamidové vlákna sa vyrábajú z hotového plastu zvlákňovaním taveniny. Plast sa ohrieva a taví pri teplote asi 270 °C. Tavenina sa pretláča cez zvlákňovaciu dýzu. Tavenina prechádza cez veľmi tenké otvory a pri styku s dusíkom, ktorý pôsobí ako chladiaca látka začínajú tuhnúť. Rýchlosť tohoto procesu je veľmi vysoká, asi 1000 m za minútu. Vlákna po výstupe z dýzy sa ešte upravujú tzv. predlžovaním. Vlákna sa predĺžia asi na 5-násobok až 8-násobok pôvodnej dĺžky. Molekuly vlákna sa po sebe kĺžu a usporiadajú sa. Takto usporiadané molekuly vytvárajú ďalšie priečne (vodíkové) väzby, ktoré stabilizujú ich usporiadanie. Medzi najväčších výrobcov syntetických vlákien v Slovenskej republike sú závody Slovenský hodváb v Senici, Chemosvit vo Svite a Chemlon v Humennom.

Plasty pripravené polymerizáciou
Fľaše, poháre z ktorých pijeme, taniere z ktorých jeme a bielizeň na ktorej spíme je často pripravená procesom polymerizácie – sú to všetko syntetické látky.
Polymerizácia – je to chemická reakcia, pri ktorej z niekoľko tisíc molekúl s násobnými väzbami vzniká jedna obrovská molekula – makromolekula s jednoduchými väzbami.

1. Polyetylén (PE al. PET – bralén)
Polymerizácia etylénu = eténu
n∙CH2 = CH2 →  ⁅ CH2 - CH2 ⁆∙n
etylén → polyetylén
a.  nízkotlakový.
Vyrába sa polymerizáciou etylénu pri nízkom tlaku za prítomnosti špecifických katalyzátorov. Je mliečnobiely a tvrdý. Vyrábajú sa z neho fľaše, misky, poháre, vedrá a iné prakticky nerozbitné predmety do domácnosti. Taktiež sa používa na výrobu vodoinštalačného materiálu (potrubie)

b. vysokotlakový.
Pri polymerizácii etylénu pri tlaku 100 – 200 Mpa vzniká vysokotlakový PE. Je mäkký ľahko sa tvaruje. Vyrábajú sa z neho fólie, používané najmä ako obalový materiál v potravinárskom priemysle (mikrotén).

Mydlá:
Ako sa vyrába mydlo ?
Mydlo sa vyrába najmä z rastlinných olejov a tukov, ale využíva sa aj odpadový tuk zvierat.Tento tuk sa potom dlho varí (niekoľko hodín) v kotle s hydroxidom. Zvyčajne s hydroxidom sodným (NaOH) alebo draselným (KOH). Tuky sú vlastne prírodné estery, ktoré sa vodou štiepia na mastné kyseliny a glycerol. Proces sa nazýva hydrolýza esterov. Dávnejší názov je tiež zmydelňovanie.

Mastné kyseliny tvoria s hydroxidmi draselné alebo sodné soli – mydlá. Pri zlučovaní s NaOH sa tvorí tuhé jadro a pri zlučovaní KOH mazľavé mydlo.
C17H33COOH + KOH –––– C17H33COOK + H2O
olejan draselný (mazlavé mydlo)
C17H35COOH + NaOH ––––– C17H35COONa + H2O
stearan sodný (jadrové mydlo)
Tým sme zistili, že mydlá sú soli vyšších mastných kyselín s alkalickými kovmi.

Je mydlo tenzid ?
Áno. Znamená to, že znižuje povrchové napätie na rozhraní dvoch látok. To je dôležitý predpoklad na odstránenie nečistôt.
Ako pôsobí mydlo vo vode ?
Mydlo vo vode reaguje zásadito. To znamená, že v roztoku mydlovej vody sa nachádzajú anión hydoxidu.
C17H35COO- + H2O ––––– C17H35COOH + H2O
Prečo mydlo nepení vždy rovnko?
Príčina nie je v mydle. Je v použitej vode. V mäkkej vode sa tvorí bohatšia pena ako v tvrdej vode. Znamená to, že anióny mydla reagujú s iónmi vápnika a horčíka prítomnými vo vode. Tým sa tvorí biela vločkovytá zrazenina tzv. vápenného mydla. Čím je voda tvrdšia, tým je väčšia spotreba mydla. Na pôsobenie mydla, môžu pôsobiť aj soli, ktoré sa nachádzajú napríklad vo veľmi prepotenej bielizni, ale aj kyseliny, ktoré obsahuje pot. V prítomnosti kyselín reagujú anióny mydla s oxoniovým katiónom H3O+. Vznikajú mastné kyseliny, ktoré sa vo vode vylučujú ako biele vločky.
C17H35COO- + H3O+ –––– C17H35COOH + H2O
Roztok mydla je citlivý na prítomnosť solí kyselín. Vodný roztok mydla reaguje zásadito.

Ako odstraňuje mydlo mastnotu ?
Laicky povedané: Mydlo obalí špinu a tým preruší kontakt špiny s látkou. Odborne povedané: Záporne nabitá „časť“ aniónu mydla - hydrofilná skupina –COO- sa vtláča medzi molekuly vody. Hydrofóbny alkylový reťazec preniká cez rozhranie a vyčnieva z vody. Anióny mydla sa zhromažďujú na rozhrní medzi hydrofilnou a hydrofóbnou látkou. Vznikom peny sa zväčšuje rozhranie medzi vodou a vzduchom. Vznik peny názornedokazuje povrchovú aktivitu aniónov mydla.
Anióny mydla pozostávajú z hydrofilnej skupiny – COO- a hydrofóbneho alkylového zvyšku. Anióny mydla sú povrchovo aktívne.

Po úplnom obsadení povrchu vody sú anióny mydla vťahované do vody, kde vytvárajú súbory v tvare gúľ. Tento tvar umožňuje smerovanie hydrofilných skupín –COO- do vody. Vlastný prací účinok mydlového roztoku spočíva v povrchovej aktivite aniónov mydla. Anióny mydla sa zhromažďujú na rozhraní medzi hydrofilnou a hydrofóbnou látkou, preto sú mimoriadne účinné pri odstraňovaní mastných nečistôt z vláken. Na mastnom povrchu, aj na vláknach, sa anióny mydla zusporiadajú tak, že hydrofilná „časť“ smeruje do vody, zatiaľ čo hydrofóbny alkylový zvyšok sa zachytí na vláknach. Zníži sa povrchové napätie a vlákno sa zmáča. Povrch vlákna, aj mastný povrch, získa pomocou aniónov mydla záporný náboj. Vzájomné odpudzovanie umožňuje odstránenie nečistoty.

Tenzidy
Tenzidy síce netvoria hlavnú súčasť pracích prostiedkov, ale pre proces prania majú rozhodujúci význam. Znižujú povrchové napätie vody, čím sa textílie stávajú lepšie zmáčateľné a zvyšujú emulgovateľnosť nečistoty. Dôležitú skupinu nemydlových tenzidov tvoria soli alkylsírových kyselín. To sú aniónové tenzidy; ich hydrofilný zvyšok má záporný náboj.