Termoplast

Rozbalit box

Obsah boxu

Termoplast je typ plastu, respektive polymeru, který při zahřátí na určitou teplotu měkne a stává se tvárným (přechází do viskózního stavu), přičemž po ochlazení opět ztuhne do pevného stavu. Tento proces je fyzikální povahy a je plně reverzibilní, což znamená, že termoplast lze opakovaně tavit a znovu tvarovat bez významné chemické degradace materiálu. Tato vlastnost je klíčová pro jejich široké průmyslové využití a recyklovatelnost.

Termoplasty tvoří přibližně 80 % všech plastů vyráběných na světě. Mezi nejznámější zástupce patří polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyvinylchlorid (PVC), polyethylentereftalát (PET) nebo polystyren (PS). Jejich protikladem jsou reaktoplasty (termosety), které po vytvrzení nelze znovu roztavit.

🔬 Molekulární struktura a princip

Základem termoplastů jsou dlouhé lineární nebo mírně rozvětvené makromolekulární řetězce. Atomy v těchto řetězcích jsou navzájem vázány silnými kovalentními vazbami. Jednotlivé řetězce jsou však k sobě v pevném stavu vázány pouze slabými mezimolekulárními silami, jako jsou van der Waalsovy síly nebo vodíkové můstky.

Při zahřívání dodaná tepelná energie překonává tyto slabé mezimolekulární síly, což umožňuje polymerním řetězcům, aby po sobě začaly klouzat. Materiál tak přechází z pevného, tuhého stavu do viskózního, tvárného stavu. Po ochlazení se mezimolekulární síly opět uplatní, řetězce se zafixují ve svých nových polohách a materiál získá zpět svou pevnost. Protože nedochází k porušení silných kovalentních vazeb uvnitř řetězců, je tento proces opakovatelný.

Podle uspořádání makromolekulárních řetězců se termoplasty dělí na:

• Amorfní termoplasty: Mají neuspořádanou, chaotickou strukturu řetězců. Jsou obvykle průhledné a mají široký interval měknutí. Příkladem je polystyren (PS) nebo polykarbonát (PC).
• Semikrystalické termoplasty: Jejich struktura obsahuje jak amorfní oblasti, tak i vysoce uspořádané krystalické oblasti (krystality). Jsou typicky houževnatější, tužší a neprůhledné (mléčně zakalené). Mají ostřejší bod tání. Příkladem je polyetylen (PE) nebo polyamid (PA).

⚙️ Klíčové vlastnosti

Vlastnosti termoplastů se liší v závislosti na jejich chemickém složení a molekulární struktuře, ale sdílejí několik společných charakteristik.

Tepelná zpracovatelnost a recyklovatelnost

Nejdůležitější vlastností je schopnost opakovaného tavení a tvarování. To umožňuje použití efektivních výrobních technologií a usnadňuje recyklaci materiálu. Odpadní materiál nebo staré výrobky lze rozdrtit, roztavit a znovu použít pro výrobu nových produktů.

Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti (pevnost, houževnatost, tvrdost) se pohybují v širokém rozmezí. Některé termoplasty, jako polypropylen, jsou houževnaté a odolné proti únavě materiálu, zatímco jiné, jako polystyren, jsou křehké. Důležitým jevem je tzv. creep (tečení), kdy se materiál pod dlouhodobým statickým zatížením pomalu deformuje.

Klíčové teploty

• Teplota skelného přechodu (T_g): Charakteristická pro amorfní oblasti. Pod touto teplotou je materiál tvrdý a křehký (sklovitý). Nad T_g se stává ohebným a kaučukovitým.
• Teplota tání (T_m): Charakteristická pro krystalické oblasti. Při této teplotě dochází k rozpadu krystalické struktury a materiál se stává viskózní kapalinou. Amorfní plasty T_m nemají.

Chemická odolnost

Většina termoplastů dobře odolává vodě, solím, zředěným kyselinám a zásadám. Jejich odolnost vůči organickým rozpouštědlům, olejům a tukům je však různá. Některé, jako polytetrafluorethylen (PTFE), jsou extrémně chemicky inertní, zatímco jiné, například polystyren, se v některých rozpouštědlech rozpouštějí.

🏭 Zpracovatelské technologie

Díky své tavitelnosti lze termoplasty zpracovávat řadou vysoce produktivních metod:

• Vstřikování: Roztavený granulát je pod vysokým tlakem vstříknut do uzavřené formy, kde ztuhne. Používá se pro výrobu složitých tvarových dílů (např. díly pro automobil, hračky jako LEGO).
• Vytlačování (extruze): Roztavený plast je kontinuálně protlačován tvarovací hubicí. Vyrábí se tak profily, trubky, desky, fólie nebo vlákna.
• Vyfukování: Používá se pro výrobu dutých těles, jako jsou lahve (PET lahev) nebo kanystry. Z vytlačené "punčochy" (předlisku) se pomocí stlačeného vzduchu vytvaruje finální výrobek ve formě.
• Tváření za tepla (termoforming): Plastová deska nebo fólie se nahřeje do tvárného stavu a poté se pomocí podtlaku nebo přetlaku přitiskne na formu. Používá se pro výrobu kelímků, vaniček a obalů.
• 3D tisk: Zejména metoda Fused Deposition Modeling (FDM) využívá termoplastické filamenty (struny), které jsou taveny a nanášeny vrstvu po vrstvě pro vytvoření trojrozměrného objektu. Běžnými materiály jsou PLA, ABS nebo PETG.

📜 Historie

Ačkoliv první semisyntetické termoplasty jako celuloid byly známy již v 19. století, skutečný rozvoj nastal ve 20. století. Práce Hermanna Staudingera, nositele Nobelovy ceny z roku 1953, který prokázal existenci makromolekul, položila teoretické základy pro chemii polymerů.

Masová výroba klíčových termoplastů začala ve 30. a 40. letech 20. století:

• 1933: Objev polyetylenu (PE) ve společnosti ICI.
• 1938: Společnost DuPont uvedla na trh polyamid 6,6 pod obchodním názvem Nylon.
• 1938: Objev polytetrafluorethylenu (PTFE), známého jako Teflon.
• Po druhé světové válce došlo k obrovskému rozmachu výroby a vývoje nových druhů termoplastů, které postupně nahrazovaly tradiční materiály jako dřevo, kov, sklo nebo keramika.

📋 Příklady a použití

Termoplasty jsou všudypřítomné v moderním životě. Níže je seznam nejběžnějších typů:

• Polyetylen (PE): Nejrozšířenější plast.
  • **LDPE**: Měkký a ohebný; používá se na fólie, sáčky, tašky.
  • **HDPE**: Pevný a tuhý; používá se na trubky, kanystry, lahve na mléko.
• Polypropylen (PP): Velmi univerzální, odolný vůči chemikáliím a únavě. Používá se na obaly potravin, díly automobilů (nárazníky), textilní vlákna, lana, zahradní nábytek.
• Polyvinylchlorid (PVC): Může být tvrdý (novodur) nebo měkčený (novoplast). Používá se na okenní profily, potrubí, podlahové krytiny, umělou kůži, hračky.
• Polyethylentereftalát (PET): Pevný, čirý a plynotěsný. Dominantní materiál pro výrobu nápojových lahví. Také se z něj vyrábějí textilní vlákna (polyester).
• Polystyren (PS): Může být křehký a čirý (na kelímky) nebo jako pěnový polystyren (EPS) pro izolace a obaly.
• Akrylonitrilbutadienstyren (ABS): Velmi houževnatý a pevný plast. Známý z kostek LEGO, používá se na kryty elektroniky, automobilové díly.
• Polykarbonát (PC): Extrémně odolný proti nárazu, průhledný. Používá se na nerozbitné "sklo", CD, DVD, helmy, štíty.
• Polyamid (PA): Známý pod obchodním názvem Nylon. Pevný, odolný proti oděru. Používá se na textilní vlákna (punčochy, sportovní oblečení), ozubená kola, ložiska.
• Polymethylmethakrylát (PMMA): Známý jako akrylátové sklo nebo Plexisklo. Je čirý, odolný proti UV záření. Používá se jako náhrada skla, na reklamní poutače, zadní světla automobilů.
• Polytetrafluorethylen (PTFE): Známý jako Teflon. Extrémně nízký koeficient tření a vynikající chemická a tepelná odolnost. Používá se na nepřilnavé povrchy pánví, těsnění, skluznice.

✅ Výhody a nevýhody ❌

Výhody

• Snadná zpracovatelnost: Lze je efektivně tvarovat do složitých výrobků.
• Recyklovatelnost: Možnost opakovaného tavení a opětovného použití.
• Nízká hmotnost: V porovnání s kovy nebo sklem.
• Široká škála vlastností: Lze je modifikovat pro specifické aplikace (např. přidáním skelných vláken pro zvýšení pevnosti).
• Dobré izolační vlastnosti: Jsou to elektrické i tepelné izolanty.
• Nízká cena: Masová výroba je činí ekonomicky výhodnými.

Nevýhody

• Nižší tepelná odolnost: V porovnání s kovy nebo reaktoplasty mají nižší maximální provozní teploty.
• Tečení (creep): Tendence k deformaci při dlouhodobém zatížení.
• Hořlavost: Většina termoplastů je hořlavá, některé při hoření uvolňují toxické zplodiny.
• Nízká povrchová tvrdost: Snadno se poškrábou.
• Environmentální zátěž: Ačkoliv jsou recyklovatelné, jejich nesprávná likvidace vede k znečištění životního prostředí, zejména oceánů.

💡 Pro laiky: Těstoviny a dort

Představte si termoplast jako hromadu neuvařených špaget. V chladu jsou tvrdé a křehké. Když je ale hodíte do horké vody (dodáte teplo), změknou a můžete je snadno zamotat do jakéhokoliv tvaru. Když je pak z vody vyndáte a necháte vychladnout, opět ztuhnou v novém tvaru. Tento proces můžete opakovat – stačí je znovu ohřát. To je princip termoplastu: ohřát, vytvarovat, ochladit.

Naopak reaktoplast (termoset) si představte jako těsto na dort. Když ho dáte do trouby (dodáte teplo), dojde k chemické reakci – pečení. Z tekutého těsta se stane pevný korpus. Pokud byste se pokusili upečený dort znovu "roztavit" teplem, nanejvýš by se spálil na uhel. Proces je nevratný, stejně jako u reaktoplastů.

↔️ Srovnání s reaktoplasty

Srovnání základních vlastností termoplastů a reaktoplastů

Vlastnost	Termoplasty	Reaktoplasty (Termosety)
Struktura	Lineární nebo mírně větvené řetězce, slabé mezimolekulární vazby	Hustá trojrozměrná síť, silné kovalentní vazby mezi řetězci
Chování při zahřátí	Měknou, tají, proces je reverzibilní	Neměknou, při vysoké teplotě se rozkládají (degradují), proces je nevratný
Recyklovatelnost	Ano, lze je opakovaně tavit	Velmi obtížná, obvykle nelze
Pevnost a tuhost	Obvykle nižší	Obvykle vyšší, lepší rozměrová stabilita
Tepelná odolnost	Nižší	Vyšší
Příklady	PE, PP, PVC, PET, ABS	Bakelit, epoxidy, polyestery, polyuretany

Šablona:Aktualizováno