Proč jeden igelitový sáček unese kilo brambor a druhý se protrhne? Odpovídá seriál o makromolekulách

„My říkáme, že makromolekula je jen látka o velké molární hmotnosti,“ definuje makromolekulu Jan Merna z Ústavu polymerů Vysoké školy chemicko-technologické (VŠCHT). „Hned ale ještě dodáme, že ta látka je tak velká, že když molekulu zmenšíme nebo zvětšíme, tak navenek nepoznáme změnu vlastností materiálu, který tyto molekuly tvoří,“ vysvětluje.

Právě tato volnost v počtu molekul dává obrovské možnosti využití polymerních látek, jejichž základem je uhlík a vodík. Skupiny se mohou opakovat desetkrát, ale i milionkrát a poskládají se do libovolně dlouhých řetězců, které lze různě větvit a proplétat. Polymerů proto existuje nepřeberné množství.

„Ty hranice je těžké odhadnout. Já je nedohlédnu,“ komentuje Zdeněk Kruliš z Ústavu Makromolekulární chemie Akademie věd. Ne všechno ale nakonec najde praktické využití.

Co vědci uvařili

„Chemici tvrdí, že chemická laboratoř je jen lépe vybavená kuchyně. Pokud někdo připravuje polymery, tak v běžném hovoru říká, že ‚uvařil‘,“ říká Kruliš.

Čtěte také

Na igelitce není nic špatného. Problém nejsou plasty, ale jednorázové plasty, tvrdí enviromentalista

Výsledné vlastnosti polymerů jsou ovlivňovány způsobem zpracování, druhem katalyzátoru a dalších příměsí. To je důvod, proč jeden igelitový sáček unese kilo brambor, zatímco jiný se roztrhne – ačkoli vypadají na první pohled stejně.

Kruliš v tomto světle varuje před lacinými výrobky: „Velké importy z hloubi Asie nejsou vyráběny tak, aby udělaly uživateli službu, ale tak, aby si je uživatel koupil. Je lépe si trošku připlatit a spíš si koupit něco kvalitnějšího.“

Polymery nekorodují, jsou lehké a dobře tvarovatelné. Široké využití tak najdou třeba v automobilovém průmyslu anebo ve stavebnictví.

Prvním syntetickým polymerem byl před zhruba 150 lety celuloid, začátkem minulého století přišel bakelit a začalo se mluvit o umělých hmotách, které nahradí přírodní materiály. Polymerní boom přišel podle docenta Merny po druhé světové válce.

„Došlo k rozvoji petrochemie, člověk dokázal efektivně zpracovávat ropu. A tak se otevřela ohromná cesta k levným výchozím látkám i pro polymery. Zároveň mají vlastnosti, které předčí jiné, do té doby známé materiály.“

Například nekorodují, jsou lehčí a lépe tvarovatelné. Široké využití tak najdou třeba v automobilovém průmyslu anebo ve stavebnictví.

Hydrogel pomáhá i léčí

Největším úspěchem české makromolekulární chemie jsou kontaktní čočky, za nimiž stojí Otto Wichterle. Hydrogel, na jehož základě čočky fungují, by mohl pomoci i při léčbě retinoblastomu oka, nejběžnějšího nitroočního zhoubného nádoru u dětí.

Čtěte také

Osudy vědců 1968: Wichterle mohl zůstat v Kanadě. „Odmítl to, chtěl pracovat tady,” říká jeho syn

Léčivý implantát testují odborníci z Akademie věd. „Přišli jsme s  nápadem, že by bylo možné udělat hydrogel obsahující chemoterapeutika, která by se uvolňovala, prosakovala sklérou a distribuovala se především dovnitř do oka a ne do okolního organismu,“ popisuje Jakub Širc z Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd.

Dvouvrstvý hydrogelový implantát lékaři voperují na zadní stranu oka pacienta. „Ta vnitřní vrstva je velmi podobná kontaktní čočce, ze které se uvolňuje léčivo. Potom je tam vnější vrstva z nepropustného materiálu, která chrání okolní prokrvenou tkáň před negativními účinky léčiva a brání tomu, aby se uvolňovalo do krevního oběhu pacienta,“ dodává Širc.

Hydrogelové léčivé implantáty se nedají testovat na myších. Zkoušky na králících ale podle Širce dopadly na výbornou a teď se chystá ověření dávkování na prasatech.

Filtrace až na úrovni molekul

Nejčastěji jsou polymerní membrány využívány k odsolování mořské vody, hemodialýze nebo čistění odpadních vod. Díky svým obřím molekulám totiž umí odstranit i ty nejjemnější částice a potřebují méně energie než klasické separační procesy.

Musíte ovšem vědět, co přesně má membrána oddělovat a k čemu bude sloužit. A když po několikaměsíčním bádání najdete polymer vhodných vlastností, samotná výroba ultrafiltrační membrány už je jen záležitostí technologie a může trvat pouze pár minut, popisuje Jan Žitka z Ústavu makromolekulární chemie (ÚMCH) Akademie věd České republiky:

„Vezmeme polymer a rozpustíme ho v rozpouštědle, které je mísitelné s vodou. Samotný polymer je ale s vodou nemísitelný. Takže když nanesu tenkou vrstvu roztoku polymeru, dostanu transparentní film, a když ho potom ponořím do srážecí lázně, vysráží takovým způsobem, že vzniknou malé póry velikosti nanometru.“

Polymerní membrány umožňují oddělovat látky až na úrovni molekul. „Lze si je představit jako filtr na molekulární úrovni. Nejsou tam póry, které by byly viditelné jakýmkoliv mikroskopem,“ vysvětluje Zbyněk Pintka, vedoucí Oddělení polymerních membrán ÚMCH.

Jednou z prvních membránových aplikací byla zhruba před půl stoletím umělá ledvina. Dnes se polymerní membrány začínají využívat i u lithiových baterií.

8 fotografií

Složitá recyklace plastů

Výroba plastů a polymerů se závratně zvyšuje, už dlouho se jich vyrábí více než oceli a roční produkce překračuje 400 milionů tun. Je to i díky jejich výhodným vlastnostem – třeba dlouhé životnosti. Právě ta je ale nakonec velkým problémem při likvidaci plastových obalů.

Čtěte také

Nekonečný příběh recyklace platí pro plechovky i textil. Odkud a kam materiály putují?

Recyklace je složitá: každým dalším zpracováním se vlastnosti materiálu zhoršují a především nelze míchat více druhů plastů dohromady.

„Jedna PVC láhev zničí várku třeba deseti tisíc PET láhví, protože při recyklaci zkazí vlastnosti,“ upozorňuje Jan Merna z Ústavu polymerů Vysoké školy chemicko-technologické. 

Roztřídit některé druhy plastů je přitom nad síly běžného uživatele. „Lidskými smysly nejsme příliš schopní plasty rozlišit. Na první pohled nepoznáme, jestli je láhev z PVC nebo z PETu. Například polyethylen a polypropylen nerozeznáme bez spektroskopické metody ani my v laboratoři. Všechno se to tváří jako plast, ale strukturně je to natolik odlišné, že ty makromolekuly spolu být nechtějí,“ vysvětluje.

Na první pohled dvě stejné krabičky na jídlo, ta na pravé straně je celá z polypropylenu, zatímco ta vlevo má horní díl z polystyrenu. A to je pro recyklaci problém.|foto:Eva Kézrová,Český rozhlas

Právě proto jsou na umělohmotných výrobcích značky, z jakého jsou materiálu. Mnoho lidí ale obaly vyhodí do popelnice, a proto se celosvětově zrecykluje jen jeden obal ze čtyř, zbytek skončí třeba v moři nebo spálí. Ekonomicky se vyplácí recyklace jen některých druhů.

„Jako první se vytřídí PET lahve podle barvy. Dále se separují fólie, většinou z polyethylenu. Zbytek se zpracovává na hrubé výrobky, které obsahují pestrou směs materiálů a jejich mechanické vlastnosti jsou tak velmi špatné,“ popisuje Zdeněk Kruliš z Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd.

Nadějnou, ale zatím finančně příliš nákladnou cestou je použití kompatibilizátoru, který dokáže spojit dva dosud nespojitelné polymery. Výsledný materiál pak může nabídnout dokonce velmi dobré mechanické vlastnosti.