Sciencemag.cz
Doporučujeme
Speciální polymery jsou materiály užitečné tam, kde je potřeba vysoká odolnost vůči okolním podmínkám – například v motorech. Překážkou v jejich rozšíření byla tradičně náročnost výroby. Napodobováním procesů probíhajících v hlubokých vrstvách Země se podařilo tuto výrobu značně zjednodušit. Stačí k tomu voda a zařízení ze všeho nejvíce připomínající mikrovlnný tlakový hrnec.
Je mnoho situací, kdy je potřeba použít lehký materiál i v náročných podmínkách, například za vysokých teplot nebo tam, kde hrozí obroušení. Speciální polymery, které jsou značně mechanicky, chemicky i tepelně stálé, jsou vhodnou volbou i v takových situacích, jako je použití v palivových článcích nebo některých elektronických zařízeních. Takovými materiály jsou i aromatické polyimidy.
Co tedy brání jejich masovému použití? Jako obvykle, výroba. Běžně se tyto materiály totiž připravují za vysokých teplot v toxických rozpouštědlech, jako jsou například xyleny (blízcí příbuzní toluenu) nebo kresoly. O účinný způsob jejich přípravy za neškodnějších podmínek je tedy zájem ze strany výrobců i vlád, snažících se o zachování životního prostředí.
Zde nastupují vědci, kterým se nedávno podařilo vyvinout metodu přípravy takovýchto polymerů ve vodě, tedy environmentálně značně příjemnějším rozpouštědle. Tzv. hydrotermální polymerizace je technika napodobující procesy probíhající v hlubších vrstvách Země. Jedná se o práci ve vodě o teplotě vyšší, než je její bod varu za normálních podmínek. V kapalném stavu je „držena“ tlakem.
Typicky je tedy zahřívání prováděno v pevně uzavřené nádobě v autoklávu. Potíž s běžným autoklávem je ale v tom, že nelze dostatečně přesně kontrolovat postup zahřívání a místo vysoce krystalického odolného polymeru vznikají zároveň i mnohem měkčí amorfní složky.
Zde přichází na řadu mikrovlnný reaktor, v němž je možno dosáhnout vysoké teploty (typicky 200 °C) řízeně ve velmi krátkém čase, běžně i za dvě minuty, a tím snížit množství amorfního (méně odolného) produktu na minimum. Průběh reakce ovlivňují teplota, tlak, koncentrace původní soli i další faktory. Díky střídání různých podmínek v mikrovlnném reaktoru se podařilo stanovit jejich kombinace vhodné k výrobě polymeru.
Celkově se tedy podařilo s využitím mikrovlnného ohřevu připravit kvalitní, krystaličtější, vysoce odolný polymer a prozkoumat průběh jeho vzniku za různých teplot. Tím se ukazuje, jak lze levně a bezpečně získat špičkové materiály v zařízení ze všeho nejvíc připomínajícím mikrovlnný tlakový hrnec.
BAUMGARTNER, Bettina, Michael J. BOJDYS, Philipp SKRINJAR a Miriam M. UNTERLASS. Design Strategies in Hydrothermal Polymerization of Polyimides. Macromolecular Chemistry and Physics [online]. 2016, 217(3), 485-500 [cit. 2016-11-07].
Převzato z popularizační rubriky Přírodovědecké fakulty UK Praha
Zpracoval: David FATKA
