Polimer kémia és -fizika

Az előadások a következő témára: "Polimer kémia és -fizika"— Előadás másolata:

1 Polimer kémia és -fizika
Bevezetés Gyökös polimerizáció Ionos polimerizáció Sztereospecifikus polime-rizáció Kopolimerizáció Lépcsős polimerizáció – lineáris polimerek – térhálósodás Entrópiarugalmas deformá-ció Oldás Halmaz, fázis, fizikai állapot Reológia Kényszerelasztikus defor-máció Törés Kristályos polimerek Társított rendszerek

2 Polimerizáció A polimerizációs eljárás meghatározza a polimer jellemzőit és stabilitását. Típusai – láncpolimerizáció – lépcsős polimerizáció Láncpolimerizációs mód-szerek – gyökös – anionos – kationos – sztereoszelektív Monomerek szerkezete – vinil – vinilidén R1 és R2: hidrogén, halogén, alkil, alkenil, aril, – pl. metil, fenil ciano, vinil

3 Gyökös polimerizáció A polimerizáció aktív centruma szabad gyök és elemi lépéseiben is gyökök vesznek részt. Elemi lépések 1. Iniciálás: a növekedésre képes aktív centrum kialakítása Iniciálási reakciók — peroxidok bomlása

4 Gyökös polimerizáció azovegyületek bomlása redox iniciálás
2. Láncnövekedés: gyors monomer addíció

5 Gyökös polimerizáció 3. Lánzáródás: a láncnövekedés megállása, a kinetikai lánc lezáródása – két makrogyök kölcsönhatásával – egy makrogyök és egy iniciátor gyök reakciójával – reakció valamilyen más aktív molekulával – szennyeződések (pl. oxigén) hatására A láncvégek reakciója lehet rekombináció diszproporcionálódás

6 Ionos polimerizáció Kationos polimerizáció
Katalizátor: Lewis sav, pl. BF3, AlCl3, TiCl4, SnCl4 Kokatalizátor: nukleofil anyagok, pl. víz Láncindítás: Láncnövekedés – fontos az aktív centrum ionjainak kapcsolata Záródás: láncátadás, szennyeződés Telekelikus polimerek, élő polimerizáció

7 Ionos polimerizáció Anionos polimerizáció
Tényezők: – oldószer polaritása – ellenion jellege – ellenion erőssége – rezonancia stabilitás – sztérikus hatások Szennyeződések Hőmérséklet Élő polimerizáció

8 Sztereospecifikus polimerizáció Sztereoizomeria
1. Izotaktikus 2. Szündiotaktikus 3. Ataktikus rendezettség - fázisszerkezet - tulajdonságok

9 Sztereospecifikus polimerizáció Mechanizmus

10 Kopolimerizáció Kopolimer összetétele, szabályozás
1. Ideális polimerizáció, r1 = r2 = 1 2. Majdnem ideális, r1r2 = 1, de r1  r2 3. Alternáló, 0 < r1r2 < 1 4. Reális – azeotróp azeotróp kis konverzió monomer pótlás

11 Lépcsős polimerizáció
Lépcsős polimerizáció típusai – polikondenzáció – PA, PET, PC – poliaddíció - PU Polikondenzációs reakciók típusai – homo-polikondenzáció – hetero-polikondenzáció

12 Lépcsős polimerizáció Lefutás
xn = 1 xn = 1,3 xn = 2 xn = 4 p = 0 p = 0,25 p = 0.50 p = 0.75 Lépcsős növekedés, gyakorlatban alkalmazható polimer előállítása csak nagy konverzióval lehetséges.

13 Lépcsős polimerizáció Jellemzők
Konverzió Polfok (%) xn PA móltömeg: 12000 xn = 106 – 116 p > 99 % Konverzió, polimerizációs fok Carothers egyenlet

14 Lépcsős polimerizáció Összehasonlítás

15 Térhálósodás Feltételek, jellemzők
– bifunkció  lineáris – többfunkció  térhálós Komponensek – gél: oldhatatlan – sol: oldható Átlagos funkcionalitás Konverzió és xn fav p (%) xn 2,

16 Térhálósodás Gélesedés; gyakorlati szempontok
Feldolgozás Alkalmazás – bakelit, aminoplaszt – poliészter – epoxi gyanta – poliuretán

17 Entrópiarugalmas deformáció Feszültség és deformáció
A megközelítés 30 % deformációig érvényes.

18 Polimer oldatok Elegyíthetőség
Feltétel Entrópiaváltozás  kismólsúlyú anyagok

19 Halmaz, fázis, fizikai állapot
Halmazállapot: gáz, folyadék, szilárd Fázisállapot: kristályos, amorf – rendezettség Fizikai állapot – ömledék – nagyrugalmas – üveges

20 Halmaz, fázis, fizikai állapot Termomechanikai görbe
Amorf polimer  jellemző hőmérséklet: Tg

21 Halmaz, fázis, fizikai állapot Termomechanikai görbe
Kristályos polimer  jellemző hőmérséklet: Tm

22 Folyás, viszkozitás Jellemzők
helyváltoztatás konformációváltozás, orientáció szerkezeti hatások, fizikai térháló időfüggés nyírásfüggés

23 Folyás, viszkozitás Meghatározó tényezők  nyírás

24 Folyás, viszkozitás Folyási anomáliák; mérés
kapilláris polimer reológiai duzzadás ömledéktörés Folyási anomáliák  reológiai duzzadás  rugalmas turbulencia Reológiai jellemzők mérése  kapilláris viszkoziméterek  rotációs viszkoziméterek  plasztográf

25 Elasztikus deformáció Fenomenológiai modellek
Burgers modell Állandó feszültség A polimerek deformáci-ójának összes jellegze-tességét mutatja. Relaxációs idők Általánosított modellek Formai leírás E1 E2 1 2

26 Üveges és kristályos anyagok Kényszerelasztikus deformáció
Konformációváltozás

27 Törés, ütésállóság Hibahely; szabványos módszerek
Izod Hibahely Feszültségkoncentráció Modellezés: bemetszés Szabványos módszerek Méretfüggő értékek Charpy

28 Törés, ütésállóság Törési típusok
Különböző mértékű plasztikus deformáció

29 Kristályos polimerek Szerkezeti elemek
termék szferolit lamella krisztallit elemi cella Elemi cella: a legkisebb szabá-lyos egység. Lamella: jellemző a vastagsága. Szferolit: mérete változik a góc-képzés hatására. Kristályosság: befolyásolja a merevséget. A polimer tulajdonságait a kristályszerkezet határozza meg.

30 Kristályos polimerek Szferolit
Lamellák gömb alakú halmaza; PP  módosulata.

31 Kristályos polimerek Szferolit
Lamellák a szferolitban, orientáció, vastagság, tulajdonságok.

32 Kristályos polimerek Szerkezet és tulajdonságok
Kötőmolekulák száma arányos a lamellavastagsággal.

33 Kristályos polimerek Orientáció
Nagy szilárdság és merevség az orientáció irányában.

34 Előny: különleges tulajdonságok
Társított rendszerek Előny: különleges tulajdonságok

35 Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások

36 Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások