Plastová odysea

Součástí moderního materiálového inženýrství by mělo být hledání souvislostí mezi potřebami lidské společnosti a materiálovým a technologickým řešením výrobků. Plasty znamenají revoluční přínos pro téměř veškerou oblast lidské činnosti, včetně strojírenské výroby. Stávají se rovněž předmětem filozofických úvah o jejich roli ve vývoji společnosti. Rozvíjí se také kritické zkoumání postojů společnosti k plastům a k trendům jejich použití. Toto zkoumání odhaluje, jak plasty ovlivňují způsob života lidí, a také to, jak pronikání plastů do běžného života lidé přijímají. Filozofie plastů se prolíná s existujícími filozofickými směry, filozofií techniky a filozofií vědy. Plasty zaujaly i pozornost estetiky, protože podstatně rozšířily vnímání lidských pocitů uměním a průmyslovým designem. Na plasty, jako novou materiálovou kategorii, je nutné pohlížet v kontextu historických poznatků, současného stavu i potřeb do budoucna. V relativně krátkém časovém vývoji plastových materiálů lze zaznamenat charakteristická přelomová období, od plastů odvozených z přírodních zdrojů až po špičkové konstrukční plasty uplatňované v inovativním strojírenství. [1], [2]

Francouzský filozof a multioborový esejista Roland Barthes (1915–1980) charakterizuje plasty jako magické látky odvozené z přírody a přivedené do stavů metamorfózy (Mythologies, Les Lettres Nouvelles, Paris, 1957). Přišlo se totiž na to, že některé přírodní látky mohou být separací nežádoucích příměsí, přídavkem aditiv a plniv nebo zpracovatelskou technikou přetvořeny v plast s komerčně využitelnými užitnými vlastnostmi. Společnost přitahovalo kouzlo krásy a půvab výrobků z přírodních plastů. Je kuriózní, že první uměle vytvořený plast vynalezl metalurg. Byl jím v roce 1856 Angličan Alexander Parkes (1813–1890), po němž byl jím vynalezený nitrát celulózy nazván parkesin. Veřejnosti byl předveden na Velké mezinárodní výstavě v Londýně v roce 1862. Připomeňme si některé z plastů předbakelitové éry, jejichž výroba byla založena na přírodních zdrojích.

Celuloid. Výroba byla založena na vynálezu nitrocelulózy a spočívala v její chemické reakci s kafrem (J. W. Hyatt, 1868). Hlavní praktické využití měl celuloid ve filmovém průmyslu.

Gutaperča. Přírodní surovinou byla míza ze stromu perčovníku pravého (Palaquium gutta) z jihovýchodní Asie. Gutaperča byla používána např. na izolace prvních podmořských kabelů.

Galalit. Reakční produkt mléčného kaseinu s formaldehydem byl zprvu používán jako levná náhrada slonoviny. Širší uplatnění nalezl v módním, a zejména pak v tzv. „knoflíkovém“ průmyslu.

Bois Durci. Unikátní plast složený z palisandrové nebo ebenové dřevní moučky a hovězí krve. Pojivovou složku tvořil v krvi obsažený protein albumin. Využití bylo zejména ve výrobě uměleckých předmětů, jako medailí, plaket, rámečků apod. ve viktoriánském období.

Plasty sehrávají ve výtvarném umění významnou roli, a to od začátků jejich existence až po současnou dobu. Možnosti tvořit z plastů se záhy chopili výtvarní umělci i návrháři průmyslových výrobků. Poznali totiž, že plasty a kompozity významným způsobem rozšiřují svobodu jejich tvořivosti. Této nové materiálové nabídky začalo využívat množství umělců, mezi nimiž figurují tak známé osobnosti, jako je například Henry Moore, Joan Miró, Yves Klein nebo Jean Dubuffet.

Již v době 2. světové války (červenec 1943) John Gloag, anglický spisovatel a designer, pronesl v Královské společnosti umění v Londýně publikovanou přednášku na téma „Vliv plastů na design“. Oslovil v ní nově se rodící uživatelskou společnost, která objevuje a vítá neobyčejné materiálové vlastnosti plastů. Nepřehlédnutelnou úlohu ve spotřebitelské společnosti tehdy hrály ženy, protože plasty přinášely nebývalý pokrok do domácností. Byla to již jakási předzvěst poválečné plastové euforie.

Vývoj plně syntetických polymerů se datuje od roku 1907, kdy původem belgický chemik Leo Hendrik Baekeland (1863–1944) vynalezl polymer, po něm nazvaný bakelit. Fenolformaldehydový reaktoplast se pro svoje atraktivní vlastnosti okamžitě stal vyhledávaným víceúčelovým materiálem. Představoval skutečný přelom ve vývoji materiálů, jeho vlastností bylo využíváno i v technických aplikacích. K bakelitu se následně připojily močovinové, thiomočovinové a melaminové pryskyřice s exotickými obchodními názvy jako bandalasta nebo linga longa (Anglie) umožňující, na rozdíl od bakelitu, výrobu předmětů ve světlých barevných odstínech. Ve strojírenských aplikacích se v pozdějším období začaly uplatňovat reaktoplasty na bázi epoxidů a nenasycených polyesterů, především jako matrice vláknových kompozitů.

Zásadní obrat v materiálovém vývoji nastal poznáním teoretické podstaty makromolekulárních látek. O něj se zasloužil v roce 1922 německý lékárník Hermann Staudinger (1881–1965), nositel Nobelovy ceny za chemii (1953). Tímto přelomem se otevřel prostor pro intenzivní a systematický výzkum a vývoj plastů.

Ještě před Staudingerovo teorií přivedl Němec Fritz Klatte do komerčního světa materiálů polyvinylchlorid (1913). PVC se stal univerzálním termoplastem v tvrdé i měkčené formě a pokrýval neobyčejně široký rozsah aplikací.

Jmenujme několik dalších významných tvůrců termoplastů, kteří výrazným způsobem přispěli k rozvoji plastikářského průmyslu („Die Kunststoff-Macher“, Kunststoff-Museums-Verein, e.V., Düsseldorf).

Otto Röhm, Německo, 1933, polymetylmetakrylát
Wallace Hume Carothers, USA, 1935, polyamid 66
Otto Bayer, Německo, 1937, polyuretan
Friedrich Rudolf Stastny (nar. v Brně), Německo, 1949, polystyren
Karl Waldemar Ziegler, Německo, 1953, polyetylen
Hermann Schnell, Německo, 1953, polykarbonát

V 60. a 70. letech pak přibyly další typy termoplastů, z nichž nejvýznamnější z inženýrského hlediska jsou polyoxymetylen (POM) a lineární polyestery (PET, PBT). Spolu s polyamidy (PA) a polykarbonátem (PC) tvoří základ skupiny označované jako inženýrské nebo konstrukční termoplasty.

Do poloviny 50. let byl vývoj plastů převážně německou doménou. Američané si však již během druhé světové války uvědomovali význam plastů pro budoucí rozvoj hospodářství. Považovali proto za důležité ihned po válce prezentovat svoje předpoklady širší veřejnosti a v roce 1946 uspořádali v New Yorku první výstavu plastů National Plastics Exhibition (NPE). Plastová velmoc Německo pořádala první výstavu plastů K-Messe v Düsseldorfu až v roce 1952. Tak zvané „káčko“ se ale postupem času stalo největší plastikářskou událostí na světě.

V 60. a 70. letech se hnací silou vývoje konstrukčních plastů stal letecký a automobilový průmysl, požadující pro svůj další vývoj materiály o nízké hustotě. Také další strojírenská odvětví začala přijímat plasty jako jeden z prostředků pro uskutečňování inovačních záměrů. Proces rozvoje moderního strojírenství již nelze bez využití plastů a polymerních kompozitů realizovat. Snahou je proto posouvat vlastnosti plastů směrem k požadavkům strojírenství.

Příprava polymerních směsí (polymer blends) je jednou z cest, jak dosahovat u plastů nových kombinací vlastností. Technický význam s širokým komerčním uplatněním v elektrotechnice i strojírenství má směs polyfenyleneteru (PPE) s houževnatým polystyrenem (HIPS). Tato směs s neomezenou mísitelností byla vyvinuta v roce 1966 americkou firmou General Electric Plastics s obchodním názvem Noryl. Připomeňme si, že v 70. a 80. letech byla vyvíjena jeho tuzemská varianta v rámci úkolu k.p. Chemopetrol. Částečně se na vývoji podílela i tehdejší Katedra materiálů Fakulty strojní ČVUT v Praze. Poloprovoz s ochrannou známkou Nerafen (vlastník Spolana Neratovice) byl spuštěn ve Spolaně v roce 1984. S blížící se restrukturalizací chemického průmyslu se však bohužel blížil i zánik výroby Nerafenu.

Na významu nabývají speciální typy plastů, v odborné literatuře označované jako high performance nebo super engineering plastics. Hlavními představiteli jsou polyfenylensulfid, polyetersulfony, polyeterketony, polyimidy, polyamidimid, polybenzimidazol, kapalně krystalické polymery, ultravysokomolekulární polyetylen a nové typy fluoropolymerů. Chemická aditiva, mikro a nanočásticové příměsi, a zejména pak vláknové výztuže umožňují cílevědomě dále modifikovat plasty tak, aby jejich vlastnosti byly využitelné pro strojírenské inovace.

Filozofie současného designu a konstruování směřuje k zabudování vhodných plastů do celého systému návrhu výrobku při uplatnění jejich multifunkčních vlastností a nových technologických principů.

Dosavadní materiálový vývoj dokazuje, že další technický rozvoj se bez plastů neobejde. Multifunkční vlastnosti plastů hrají významnou úlohu v inovativním strojírenství i ve vyvíjejícím se multidisciplinárním inženýrství. V úvodu naznačený filozofický přístup k plastům má sloužit k tomu, aby se lidé ve svých názorech neopírali o svoje domněnky, ale aby poznávali, jak o plastech přijímat pravdivé a vědecky podložené informace. Z hlediska potřeb inovativního strojírenství je zapotřebí soustřeďovat pozornost na konstrukční plasty a kompozity s dlouhodobou funkční životností.

Použitá literatura
[1] J. Steidl: Reinforcing of Plastics – Today's Materials Philosophy, příspěvek na konferenci Reinforced Plastics Asia, Singapore, Sept. 18–19, 1997.
[2] J. Steidl: Materiálové inženýrství je nejenom technická věda, ale i kus filozofie, MM Průmyslové spektrum, č. 1–2, 2007.