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

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

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

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

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

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

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

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

Sztereospecifikus polimerizáció Mechanizmus

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

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

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.

Lépcsős polimerizáció Jellemzők Konverzió Polfok (%) xn 95 50 99 100 PA móltömeg: 12000 xn = 106 – 116 p > 99 % Konverzió, polimerizációs fok Carothers egyenlet

Lépcsős polimerizáció Összehasonlítás

Térhálósodás Feltételek, jellemzők – bifunkció  lineáris – többfunkció  térhálós Komponensek – gél: oldhatatlan – sol: oldható Átlagos funkcionalitás Konverzió és xn fav p (%) xn 1 95 20 2,1 95 200

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

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

Polimer oldatok Elegyíthetőség Feltétel Entrópiaváltozás  kismólsúlyú anyagok

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

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

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

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

Folyás, viszkozitás Meghatározó tényezők  nyírás

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

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

Üveges és kristályos anyagok Kényszerelasztikus deformáció Konformációváltozás

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

Törés, ütésállóság Törési típusok Különböző mértékű plasztikus deformáció

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.

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

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

Kristályos polimerek Szerkezet és tulajdonságok Kötőmolekulák száma arányos a lamellavastagsággal.

Kristályos polimerek Orientáció Nagy szilárdság és merevség az orientáció irányában.

Előny: különleges tulajdonságok Társított rendszerek Előny: különleges tulajdonságok

Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások

Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások