SYNTEZA.doc

(474 KB) Pobierz

Co to jest temperatura zeszklenia

Co to jest monomer? mer? oligomer? homopolimer? kopolimer?

Monomer to cząsteczka, którą możemy przekształcić w polimer.

etylen à polietylen

aminokwas à peptyd

Rozróżniamy monomery winylowe, akrylowe , cykliczne, heterocykliczne …

Mer to najprostszy, jaki da się wyróżnić, stale powtarzający się fragment cząsteczek polimerów.

Oligomery to związki chemiczne, które podobnie jak polimery są utworzone z pewnej liczby powtarzalnych fragmentów zwanych merami, lecz zawierają niewielką ich liczbę.

W praktyce, przyjmuje się, że oligomerem jest związek, który nie posiada jeszcze w pełni wykształconych cech fizycznych (np. temperatury topnienia, lepkości itp.) charakterystycznych dla "prawdziwego" polimeru zbudowanego z tych samych merów.

Homopolimery – polimery zawierające tylko jeden rodzaj merów

Kopolimery - rodzaj polimerów, których łańcuchy zawierają dwa lub więcej rodzajów merów.

Głównym powodem otrzymywania kopolimerów są ich szczególne własności fizyczne, których nie mogą posiadać homopolimery i ich proste mieszaniny zawierające te same mery.

Podział kopolimerów ze względu na ułożenie merów w łańcuchu.

statystyczne - w których mery w łańcuchu są ułożone według zależności f(x)=los(x)

gradientowe - rozkład merów jest też dość losowy, ale patrząc wzdłuż łańcucha polimeru daje się zauważyć, że na jednym z jego końców dominują mery A, a na drugim mery B; przykładowy łańcuch: AAABAAABABABABBABBBABBBB

naprzemienne - mery A i B występują naprzemiennie - po merze A jest zawsze B, a po B jest zawsze A; przykładowy łańcuch: ABABABABAB

blokowe - mery A i B występują w blokach - bloki te mogą mieć różny charakter, co jest kryterium dalszego ich podziału:

diblokowe - w których istnieją tylko dwa duże bloki merów A i B; przykładowy łańcuch: AAAAAAAABBBBBB

multiblokowe - w których istnieje więcej niż jeden blok, te z kolei można jeszcze podzielić:

multiblokowe-regularne - w których występują 3-4 długie bloki; przykładowy łańcuch: AAAAAAAABBBBBBAAAAAAA

multiblokowo-naprzemienne - w których występują naprzemiennie krótsze lub dłuższe ale regularne bloki merów; przykładowy łańcuch: AAABBBAAABBBAAABBB

multiblokowo-statystyczne - w których bloki mają różną, losową długość; przykładowy łańcuch: AAAABBBBBBBABBBBBBAAABBBBBAAAA

Rodzaje polireakcji:

STOPNIOWA ŁAŃCUCHOWA

- polikondensacja -rodnikowa

- poliaddycja -jonowa (kationowa i anionowa)

Polikondensacja - polega na indywidualnych reakcjach chemicznych między poszczególnymi parami monomerów i jest procesem wolnym, w niej wydziela sie produkt uboczny, reakcja kondensacji jest reakcją odwracalną z odpowiednim stanem równowagi,

przykładem może być poliestryfikacja

Poliaddycja - reakcja w której zmienia się nieznacznie wzajemny układ atomów w porównaniu z ich układem w monomerach, najczęściej zmienia się położenie wodoru jednej z grup funkcyjnych, zachodzi znacznie szybciej, nie występują w niej produkty uboczne, jest reakcją nieodwracalną.

Polimeryzacja rodnikowa - obejmuje reakcje addycji wolnych rodników do podwójnego wiązania w cząsteczce monomeru. Reakcja przebiega etapami:

1. Inicjacja - np. poprzez przeniesienie niesparowanego elektronu z cząsteczki inicjatora, np. nadtlenku organicznego rozłożonego wskutek działania temperatury, promieniowania UV itp. (często inicjatorami są nadtlenki cechujace sie tym, że w warunkach procesu rozpadają sie na aktywne wolne rodniki)

2. propagacja (wzrost) – przyłączanie cząsteczek monomeru do rosnącego makrorodnika

3. terminacja (zakończenie łańcucha):

rekombinacja: R1• + R2• R1-R2

fragmentacja: R• + MX RX +M•

dysproporcjonowanie: R1• + R2• R-H + R+H

polimeryzacja jonowa- inicjowana jest przez jony wprowadzone do roztworu w postaci katalizatora.W polimeryzacji kationowej katalizatorem są najczęściej jony wodorowe pochodzące od kwasów a w polimeryzacji anionowej zasada, którą są amidki lub wodorki metali I grupy.

Taktyczność polimeru linowego: (izomeryzm polimerów - różne usytuowanie rodnika)

Przykładem kontroli sterechemicznej jest wykorzystanie katalizatorów do produkcji polipropylenu. Poprzez odpowieni dobór katalizatora, temperatury i rozpuszczalnika możemy otrzymywać polipropylen w trzech różnych postaciach

izotaktyczny - wszystkie grupy metylowe znajduja się jednej stronie rozciągniętego łańcucha

syndiotaktyczny - grupy metylowe rozmieszczone są naprzemiennie

ataktyczny - grupy metylowe rozmieszczone są w sposób przypadkowy (tworzywo jest miękkie)

Struktury nadcząsteczkowe - organizacja makrocząsteczek w objętości materiału- stany uporządkowania cząsteczkowego polimerów

Faza amorficzna- szklista - skłębione struktury bezpostaciowe, makrocząsteczki bezładnie splątane w objętości materiału, brak uporządkowania dalekiego zasięgu, względnie proste relacje pomiedzy objętością swobodną materiału, a jego właściowościami,

polimery amorficzne - lepkosprężyste:

*właściwości makroskopowe: homopolimery- przejrzyste w zakresie światła widzialnego

* w niskiej temperaturze i/lub przy szybkich odkształceniach- twarde, kruche jak szkło; (ruchy molekularne mają krótki zakres:drgania atomów oraz niewielkich grup)

*po przekroczeniu temperatury zeszklenia (Tg) ( lub w rezultacie zmniejszenia częstotliowości odkształceń)- ruchy molekularne całych łańcuchów (lub fragmentów); przejście od stanu szklistego w stan elastyczny,

np. termoplasty bezpostaciowe (PS, PVC, PMMA)

* w jeszcze wyższej temperaturze zanika elastyczność - lepka ciecz.

Faza krystaliczna- semikrystaliczna- uporządkowanie dalekiego zasięgu (krystalizacja)

* struktura nigdy nie jest w 100% skrystalizowana - mówimy o polimerach semikrystalicznych

*stopień krystalizacji zależy od wilu czynników:

-złożoność cząsteczek monomerów- najłatwiej krystalizują polimery, w których nie ma dużych grup bocznych lub rozgałęzień

-szybkość chłodzenia - podczas powolnego chłodzenia jest więcej czasu na to aby moglo nastąpić konieczne podczas krystalizacji prostowanie łańcuchów poszczególnych cząsteczek.

-wygrzewanie- nagrzanie polimeru amorficznego tuż poniżej temperatury topnienia powoduje dostarczenie energii cieplnej umożliwiającej zarodkowanie i wzrost kryształów

- stopień polimeryzacji- długie łańcuchy krystalizują trudniej

-odkształcenie- powolne odkształcenie plastyczne polimeru w zakresie temperatur ułatwia krystalizację

Modele częściowo krystalicznej struktury polimeru:

-poszczególne obszary krystaliczne są utworzone przez pojedyncze cząsteczki

- wiele cząsteczek wchodzi w skłąd poszczególnych obszarów krystalicznych

Faza ciekłokrystaliczna-

*powstaje na ogół po stopieniu kryształów a przed pełną izotropizacją (przejściem w stan cieczy)

* stopienie polimerów złożonych z giętkich makrocząsteczek nie stwarza możliwości uporządkowania po stopieniu

* w układach sztywnych cząsteczek powstają struktury uporządkowane odmiennie od kryształów

* podstawą porządku ciekłokrytalicznego jest mezogen - cząsteczka lub fragment cząsteczki o dużej sztywności wynikającej z jego struktury molekularnej

* z uwagi na geometrię, mezogeny mozna podzielić na dwie główne grupy: paleczkowate i dyskotyczne. Mogą one różnie porzadkować się w masie materiału tworzac różne metafazy.

* cechą porządku ciekłokrytalicznego jest jedno lub dwuwymiarowe uporządkowanie materii. W "zwykłych" kryształach występuje porzadek trójwymiarowy. Mezogeny porządkują się wzdłuż jednej osi zwanej osią łatwą lub osią wyróżnioną.

Polimery ciekłokrystaliczne Liotropowe- reorganizacja układu zachodzi pod wpływem zmian koncentracji mezogenów. Najczęściej dzieje się tak w skutek zatężania lub rozcieńczania roztworów substancji ciekłokrystalicznej.

Polimery ciekłokrytaliczne termotropowe - przemiany fazowe zachodza pod wpływem temperatury układu przy stałej koncentracji mezogenów

Co oznacza termin właściwości lepkosprężyste?

Właściwości lepkosprężyste to właściwości grupy ośrodków ciągłych wykazujących częściowo sprężystość postaciową (jak w ciele stałym, gdzie naprężenia są zależne od deformacji ciała pod wpływem sił zewnętrznych) i częściowo podatność kształtu (jak w cieczy, gdzie naprężenia są zależne od prędkości deformacji); takimi ośrodkami są np.: smoła, miód, zawiesiny białek w wodzie, polimery.

Co to są polimery termoplastyczne, termoutwardzalne, elastomery? Podać ich przykłady

Polimery termoplastyczne (termoplasty) – są zbudowane z makrocząsteczek liniowych (niekiedy również rozgałęzionych), między którymi nie ma wiązań sieciujących, a jedynie słabe wiązania wtórne. Ze wzrostem temperatury następuje bardzo szybkie mięknięcie polimerów termoplastycznych, gdyż już niezbyt duże wartości aktywacji cieplnej są wystarczające do zrywania wiązań wtórnych między łańcuchami.(polimery miękna i płyną podobnie jak lepka ciecz). Natomiast po ochłodzeniu twardnieją ponownie. W podwyższonej temperaturze polimery termoplastyczne można, więc łatwo i wielokrotnie formować. Polimery termoplastyczne są rozpuszczalne, co jest niekiedy wykorzystywane podczas wytwarzania z nich wyrobów.

Przykłady: polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polistyren, politetrafluoroetylen, poliamid 6,6, polimetakrylan metylu.

Polimery termoutwardzalne (duroplasty) – charakteryzują się usieciowaniem przestrzennym, mają dużą sztywność, wytrzymałość i twardość, natomiast ich ciągliwość jest mała. Ze wzrostem stopnia usieciowania własności wytrzymałościowe rosną, natomiast ciągliwość maleje. Duroplasty wytwarzane są w dwóch etapach. Najpierw wytwarza się cząsteczki liniowe, a następnie doprowadza się do powstania między cząsteczkami kowalencyjnych wiązań sieciujących. Tworzenie takich wiązań jest możliwe dzięki istnieniu w cząsteczkach liniowych wiązań podwójnych lub grup funkcyjnych. Utwardzone duroplasty są nierozpuszczalne, a po ogrzaniu nie przechodzą w stan ciekły, lecz przy nadmiernym ogrzaniu następuje ich rozkład.

Przykłady: Żywice – fenolowo-formaldehydowe, poliestrowe, mocznikowo-formaldehydowe, epoksydowe.

Elastomery (gumy) – są zbudowane z długich, liniowych, pozwijanych i wzajemnie splątanych cząsteczek, miedzy którymi występują niezbyt gęsto wiązania poprzeczne. W elastomerach, w temperaturze otoczenia, wiązania wtórne są już stopione. Pod wpływem sił rozciągajacych następuje rozwijanie cząsteczek oraz ich ślizganie się po sobie. Wiązania poprzeczne w elastomerach spełniają rolę "pamięci kształtu", a więc po usunięciu obciążenia materiał wraca do pierwotnego kształtu. Proces prowadzący do utworzenia wiązań poprzecznych jest nazywany wulkanizacją. Do tego celu jest zwykle wykorzystywana siarka. Ze wzrostem ilości siarki elstomery stają sie twardsze, sztywniejsze i bardziej kruche.Ze wzrostem wiązań poprzecznych rośnie sztywność, natomiast wartość odkształcenia sprężystego maleje.

Przykłady – poliizopren, polibutadien, polichloropren, kauczuk butadienowo-styrenowy.

Wzory oraz struktura cząsteczek polimerów:

Polimery termoplastyczne:

Polietylen (PE):

Właściwości: Dobra odporność na ścieranie oraz zużycie, wysoka udarność, również w niskich temperaturach, doskonała odporność chemiczna, niska gęstość w porównaniu do innych termoplastów (<1 g/cm3), niski współczynnik tarcia, doskonałe właściwości antyadhezyjne, bardzo niska chłonność wody, obojętność fizjologiczna, średnia wytrzymałość mechaniczna, sztywność oraz odporność na pełzanie, doskonała obrabialność.

Zastosowanie: rury, węże, butelki, kubki, izolacje elektryczne

Polichlorek winylu (PVC)

Właściwości: PVC charakteryzuje się znakomitą odpornością chemiczną przez, co często stosowany jest jako powłoki antykorozyjne ( jest odporny na większość rozcieńczonych i stężonych kwasów, ługów i soli, jak rózniez na niższe alkohole, benzyną, oleje oraz tłuszcze), nie jest odporny na estry, ketony, chlorowane węglowodory oraz węglowodory aromatyczne, PVC jest materiałem trudno palnym, ogięn gąśnie po usunięciu jego źródła.

Zastosowanie: ramy okienne, wykładziny podłogowe, wyroby skóropodobne, rury, węże

Polipropylen (PP)

Zastosowanie: wykładziny zbiorników i cystern, sznury, dywany, sprzęt domowy, artykuły medyczne

Polistyren (PS):

Zastosowanie: pojemniki, artykuły elektroizolacyjne, artykuły elektrotechniczne, części maszyn, pianki

Politetrafluoroetylen (PTFE) (Teflon):

Zastosowanie: polimer wysokotemperaturowy o bardzo małym współczynniku tarcia i małej przyczepności; łożyska, uszczelki, wykładziny garnków i patelni

Poliamid 6 (Nylon 6)

[-CO(CH2)5NH -]n

Poliamid 6,6 (PA 6,6) (Nylon 6,6):

Właściwości: wysoka wytrzymalość mechaniczna, sztywność oraz twardość, wysoka wytrzymałość zmęczeniowa, wysoka zdolność tłumienia drgań, dobre właściwości ślizgowe, doskonała odporność na ścieranie, dobre właściwości elektroizolacyjne, dobra orbitalność

Zastosowanie: części maszyn, liny, sznury, odzież. Produkowany z e-kaprolaktamu. Stosowany do produkcji lin, plecaków, piłek do koszykówki, poduszek powietrznych, pończoch, rajstop, sieci, sit sitodrukowych, spadochronów, szczoteczek do zębów, wykładzin dywanowych, strun gitarowych.

Polimetakrylan metylu (PMMA)

Zastosowanie: przemysł optyczny (szkła, soczewki)

Politereftalan etylenu (PET):

Właściwości: wysoka wytrzymałość mechaniczna, sztywność oraz twardość, bardzo wysoka odporność na pełzanie, niski oraz stały współczynnik tarcia, bardzo wysoka odporność na ścieranie, bardzo wysoka stabilnosć wymiarowa, obojętność fizjologiczna, odporność na zabrudzenia, dobre właściowości elektroizolacyjne

Zastosowanie: PET jest masowo wykorzystywany jako tworzywo sztuczne, służące do produkcji naczyń, butelek, opakowań, niewielkich kształtek (np. przezroczystych klawiszy) i obudow urządzeń elektronicznych. Przędzie się także z niego włókna, z których m.in. produkuje się tkaninę polartec (polar)

Polioctan winylu (PVAc)

- (CH2-CHOCOCH3)n

Zastosowanie: kleje, lakiery, farby

Polimery termoutwardzalne:

Poliakrylonitryl (PAN):

Zastosowanie: stosowane głównie do produkcji włókien sztucznych, o własnościach zbliżonych do jedwabiu i wełny. Stosowany jest także do produkcji tkanin filtracyjnych i jako substrat do produkcji włókien węglowych.

Poliacetylen (PAC)(PA):