Umělé hmoty

Umělé hmoty provázejí člověka po celý život. Od kojenecké láhve až po urnu jako místo posledního odpočinku. Během více než stoleté historie se umělé hmoty zbavily nálepky levné náhražky a povýšily na moderní technologicky vyspělé materiály.

Umělé hmoty obklopují člověka doslova po celý život.

V červenci roku 1992 se mnoha obyvatelům Severní Ameriky naskytla ojedinělá podívaná. Za malou tečkou kosmické lodi STS 46 se ve světle právě zapadajícího slunce táhla po obloze dlouhá světelná čára. Kosmický úřad NASA testoval rozvinutí patnáct kilometrů dlouhého plastového lana o tloušťce pouhých 0,5 milimetru, ovšem s třicetkrát větší pevností než ocel. Materiálem pro výrobu superpevného lana byl obyčejný polyetylen, v jehož vnitřní struktuře se podařilo srovnat všechny molekuly do podélného směru.

V budoucnosti by podle představ kosmických inženýrů mohlo být mezi kosmickou stanicí ISS a zemí nataženo podobné lano k přepravě přístrojů a materiálů.

Éra umělých hmot

Polyetylen je v současné době nejpoužívanější umělou hmotou na světě. Jeho zásluhou předčila již v roce 1979 produkce umělých hmot celosvětovou výrobu oceli. Právě tehdy jsme definitivně vstoupili do éry umělých hmot.

Na počátku byly umělé hmoty považovány za pouhý náhražkový materiál zastupující kvalitnější přírodní suroviny. To je dnes dávná minulost. Umělé hmoty jsou v řadě případů zcela nepostradatelné. Těžko si bez nich můžeme představit filmy, CD a DVD disky nebo třeba telefony. Mnozí z nás mají umělé hmoty i přímo v těle, pokud jim byly implantovány umělé chlopně nebo klouby.

Umělé hmoty v historii

Historie umělých hmot začíná již před polovinou devatenáctého století. Tehdy, přesněji v roce 1846, chtěl německý profesor chemie Schönbein v laboratoři rychle utřít bavlněnou zástěrou rozlitou směs kyseliny dusičné a sírové. Když pak zástěru pověsil nad kamna, aby uschla, látka zasyčela a s hlasitým bafnutím znizela v plamenech. Pan profesor nechtěně vyrobil nitrocelulózu (přesněji nitrát celulózy). Nová látka má třikrát vyšší explozivní účinek než střelný prach, a proto o ni ihned projevila zájem armáda. Ovšem zájem jí vydržel jen do doby, než několik pokusných zařízení vylétlo do povětří. Střelná bavlna, jak se nitocelulóze také říká, je velmi záludná výbušnina.

Profesor Schönbein pokračoval dál v experinentech. Zkusil nitrocelulózu ponořit do éteru a alkoholu a zjistil, že vznikne rosolovitá hmota. Nazval ji kolodium. Pokusy využít kolodium místo fermeže nebyly příliš úspěšné, otevřely však cestu k první umělé hmotě - celuloidu. Impulzem v tomto případě byla cena 10 000 dolarů vypsaná na materiál, který by při výrobě kulečníkových koulí nahradil drahou slonovinu.

Pokusil se o to americký chemik John Wesley Hyatt. Vyšel z podobných postupů jako jeho předchůdci, avšak k nitrocelulóze přidal navíc kafr. Výsledkem byla hmota, kterou bylo možné odlévat do formy, barvit do nejrůznějších odstínů a při opětovném zahřátí znovu tvarovat. Takový typ umělé hmoty nazýváme termoplast.

Celuloid umožnil hromadnou výrobu hřebenů, misek, obrouček brýlí a dalších předmětů běžné potřeby. Velkou oblibu si získaly celuloidové límečky u košil s vytlačenou strukturou bavlněné tkaniny. Byly trvanlivé a ušetřily časté bělení, škrobení a žehlení. Období největší slávy měl však celuloid ještě před sebou.

Další umělé hmoty

Když 8. srpna 1884 přihlásil George Eastman, ředitel koncernu Kodak k patentování film na celuloidové bázi, znamenalo to nejen počátek velké cesty budoucího filmového průmyslu, ale současně i počátek velkého nástupu umělých hmot. Během krátké doby se objevily knoflíky a přezky z umělé rohoviny (na bázi mléčné bílkoviny) a také izolace, pláštěnky a pneumatiky z kaučuku získaného zpracováním šťávy kaučukovníku. Podobně jako celuloid byly tyto nové hmoty vytvářeny uměle, avšak z přírodních organických materiálů.

Až počátkem dvacátého století se objevují nové umělé hmoty pouze z chemicky připravených produktů. První z těchto skutečně umělých hmot byl bakelit. Cesta k němu vedla přes dlouhé experimentování s fenolem a formaldehydem. Chemici se snažili reakcí těchto dvou látek vyrobit izolační materiál pro elektrická vedení. Elektřina se v té době začala šířit do domácností a podniků a izolační materiály byly jednou ze slabin nového elektrotechnického průmyslu. Dosud používaný kaučuk nesnesl vyšší teploty a šelak byl příliš drahý. Fenol však bylo možné získat levně z uhlí a formaldehyd ze dřeva.

Z několikaletého soupeření vyšel nakonec vítězně nizozemský chemik Leo Hendrik Baekeland. V roce 1907 ohlásil objev nové hmoty z fenolu a formaldehydu, vyráběné ve speciálním tlakovém kotli. Baekelitova pryskyřice, neboli bakelit byla na rozdíl od šelaku nehořlavá, netavila se a odolávala i kyselinám. Oproti termoplastickým sloučeninám si ponechávala natrvalo tvar, byla tedy prvním duroplastem (durus znamená latinsky tvrdý).

V reklamní brožurce nazval Baekeland svůj výrobek materiálem pro tisíc použití. Z bakelitu se vyráběly izolátory vysokého napětí, objímky žárovek, cigaretové špičky, plnicí pera, kartáčky na zuby nebo také schránky radiopřijímačů. Tím se zlevnila jejich výroba a bakelit tak mimo jiné přispěl k masovému rozšíření rozhlasu. Nová umělá hmota se ve dvacátých letech stala vedle oceli nejdůležitějším materiálem aměru art deco.

Polymery

Chemici dovedli vyrábět bakelit v libovolném množství, přesto jim stále byla záhadou chemická podstata jeho pevné struktury. Teprve v roce 1920 prokázal Hermann Staudinger pomocí rentgenové techniky, že v bakelitu dochází ke spojování jednotlivých molekul v mnohem delší molekulární struktury - polymery. Vznikají prostorově strukturované řetězce, které výsledné látce dodávají vyšší stabilitu.

Staudingerova práce byla počátkem chemie polymerů. Chemici začali spojovat další a další monomery (jednoduché molekuly) v dlouhé řetězce polymerů.

Mezi prvními výsledky polymerizační vlny bylo akrylové sklo, známé spíše jako plexisklo (1930), polyvinylchlorid neboli PVC (1938) a teflon (polytetrafluoretylen, 1938).

Nylonová móda

V roce 1940 přišel na trh nylon jako náhrada drahého hedvábí. Hedvábné dámské punčochy stály v té době 4 dolary (pro srovnání, průměrný příjem zaměstnance tehdy činil 5 dolarů denně). Není tedy divu, že první den prodeje, 15. května 1940 koupily nadšené Američanky jen v New Yorku čtyři miliony párů nylonových punčoch. V poválečném západním Německu se symbolem hospodářského zázraku stala umělá vlákna dralon a perlon chemicky podobná nylonu. Vyráběly se z nich především košile a záclony. Nikdo nechtěl nosit banální bavlnu. Košile z vláken módních umělých hmot se nemusely žehlit a šetřily rodinnou pokladnu. Především ale vyjadřovaly příslušnost k nové módní vlně a životnímu stylu.

Umělé hmoty v současnosti

Trh umělých hmot se stále rozšiřoval a přinášel další objevy. V roce 1959 začala výroba polyetylenu (PE) a polypropylenu (PP). Právě z těchto materiálů se dnes vyrábí většina spotřebních výrobků, od obalů na mléčné výrobky přes nejrůznější fólie, sportovní oblečení, lepicí pásky a nákupní tašky až po sportovní čluny.

Dnešní umělé hmoty dokážou vzdorovat i vysokým teplotám nebo jiným vnějším vlivům. Vyšší tepelnou odolnost mohou nové umělé hmoty získat, pokud do jejich molekulární struktury přidáme aromatická jádra s pevnějšími vazbami.

Vysoká odolnost a nízká hmotnost umožňují výhodnou náhradu tradičních kovů umělými hmotami. U dopravních prostředků znamená nižší hmotnost úsporu pohonných hmot. Průměrné auto obsahuje dnes již sto kilogramů umělých hmot, desetkrát více, než před čtyřiceti lety. Umělé hmoty se prosazují i v letadlech. Firma Boeing plánuje dopravní letoun, jehož trup a křídla budou zhotoveny kompletně z plastů. Ve Švédsku vyrobili první válečnou loď z umělé hmoty. Je to takzvaná neviditelná korveta, kterou díky nové konstrukci nedokážou zachytit ani moderní radary.

Bioplasty - umělé hmoty z přírodních surovin

Světová produkce umělých hmot činí 180 milionů tun ročně. Základní surovinou pro jejich výrobu je ve většině případů ropa. Zásoby ropy však klesají a navíc výrobky z ní zatěžují životní prostředí. Proto se stále hlasitěji ozývá volání po umělých hmotách, které by se po čase samy rozložily na biologicky nezávadné složky. Takové bioplasty, vyráběné například ze škrobu, celulózy nebo kukuřice již existují. Používají se například k výrobě kelímků na jogurty nebo fólií, jejich výroba je však zhruba čtyřikrát dražší než u běžných umělých hmot. Celosvětová produkce bioplastů proto dosahuje pouze 25 000 tun ročně.

Jednou ze slibných metod se zdá být využití přírodních plastických hmot. V těle bakterie Ralstonia eutrophia se při dostatečném přísunu vhodné potravy ukládají makromolekuly se stejnými vlastnostmi jaké mají syntetické termoplasty. Přírodní plasty se však po čase samovolně rozkládají. Po nedávném přečtení genomu této bakterie chtějí vědci přenést její geny do kulturních rostlin. Poté by bylo možno využívat brambory, kukuřici nebo řepku nejen jako zdroj škrobu nebo oleje, ale současně i k produkci bioplastů. Ostatně první láhev na šampon z bakteriálního plastu je již na světě a možná, že brzy bude nová látka konkurovat tradičním umělým hmotám, například jako materiál na potravinářské obaly. Bioplasty by mohly být vítaným materiálem také v medicíně. Tělo je přijímá mnohem lépe než jiné látky. V chirurgii se při zlomeninách osvědčila kostní výztuha z polymeru kyseliny mléčné. Během srůstání snižuje zátěž poraněného místa, později ji tělo vstřebá a přemění na metabolické produkty. Bioplasty na svou dobu teprve čekají. Klasické umělé hmoty spějí k zenitu své slávy.

Polytronika

I zde se však objevují stále nová překvapení. Jedním z nich byla náhodná reakce v laboratoři japonského chemika Hideki Širakavy. V roce 1974 experimentoval s polyacetylenovým práškem, o němž se už více než dvacet let vědělo, že po oxidaci může být elektricky vodivý. Jeho další zpracování však bylo natolik komplikované, že o něj chemici ztratili zájem. Širakava náhodou použil k oxidaci tisícinásobnou dávku katalyzátoru a prášek se přetavil na stříbrný povlak s vlastnostmi polovodiče. Na světě byla první použitelná umělá hmota s elektrickými vlastnostmi.

Nové odvětví chemie má dokonce již své jméno: polytronika. Vodivé polymery by mohly brzy nahradit drahé křemíkové čipy, po kterých volá například potravinářský průmysl. Čipy na obalech výrobků by mohly obsahovat důležité údaje o době použitelnosti a způsobu úpravy. Čip na obalu pizzy by mohl předávat mikrovlnné troubě údaje o době a teplotě ohřevu a kelímek jogurtu by nás prostřednictvím domácího počítače z ledničky upozorňoval, že končí doba jeho použitelnosti.

Zajímavé využití elektricky vodivých plastů vyvinuli v drážďanském Fraunhoferově institutu. Jde o tenký fóliový monitor, který můžete podle potřeby srolovat nebo opět rozvinout. V budoucnosti může sloužit jako elektronické noviny, které se budou samy aktualizovat, nebo jako televizní obrazovka, kterou lze zavěsit na zeď místo tapety.

Další články

Plastové nákupní tašky - hrozba životnímu prostředí.
Co prozradí zuby
Kukuřice je, mimo jiné, surovinou pro výrobu bioplastů.
Bavlna si udržuje svoji pozici i v záplavě moderních syntetických materiálů z umělých hmot.
Létající auto
Hedvábí - královna látek.
Kyselina močová je původce nemoci zvané dna.
Kamna a jejich vývoj.
Zubní kartáček, zdroj infekce - Zubní kartáček se může stát zdrojem infekce, vyvolané bakteriemi a viry, které se usazují v jeho štětinách.
Zvířata ve filmu si dokážou nalézt cestu k srdcím milionů diváků.
Životnost CD DVD a dalších digitálních médií

Informační stránky Yin.cz Jak Google využívá data, když používáte weby nebo aplikace našich partnerů