Ne keverjük a polimer és a műanyag fogalmát! FOGALMAK Makromolekula, polimer (szinonimák): nagy molekulatömegű, ismétlődő egységekből álló anyag Monomeregység: a polimer (ismétlődő) építőeleme Homopolimer: egyfajta monomeregység ismétlődik Kopolimer (biner, terner, stb.): többfajta monomeregység ismétlődik Oligomer: a monomeregységek száma kicsi (< 20-50: dimer, trimer, stb.) Polimer: minőségileg új tulajdonságok, amelyek a nagy molekulatömeggel függnek össze (pl. nagyrugalmasság) Műanyag: Polimer+adalékanyag Ne keverjük a polimer és a műanyag fogalmát!

Mechanikai tulajdonság és a móltömeg közötti összefüggés MA > M: kis móltömeg, nincs számottevő mechanikai tulajdonság MA-MB: a móltömeg növekedésével a mechanika tulajdonságok pl. szakítószilárdság lényegesen nő MB-MC: a mechanikai tulajdonságok mérsékelt növekedése MC< M: a szakítószilárdság független a móltömegtől

MŰANYAGOK Egy vagy több (főleg mesterségesen előállított) polimerből és (különböző célú) adalékanyagokból álló összetett rendszerek. Osztályozás feldolgozhatóság szerint: - hőre lágyuló (termoplasztok) - hőre keményedő (termoreaktív anyagok) - hidegen keményedő műanyagrendszerek Tulajdonság és felhasználási cél szerint: - elasztomerek (kaucsukszerű anyagok) - plasztomerek (műgyanták) - szálképző anyagok

Mi határozza meg egy polimer tulajdonságait? Erős vonzóerők a láncok között = erősebb, kevésbé flexibilis polimer. Ha a láncok elcsúszhatnak egymáshoz képest = flexibilis polimer . A Nylon-ban erős hidrogénkötések vannak -> erős fonalat képez.

Szálképző anyagok Kevlár Nylon Pókselyem

Termoplasztok (80%) A láncok között nincsenek keresztkötések. A láncok közötti gyenge vonzó kölcsönhatások melegítés hatására felbomlanak. Alakváltoztatás - újraolvaszthatók. A gyenge kölcsönhatások az új alakban hidegen újraformálódnak.

Hőre keményedő műanyagok Kiterjedt kovalens keresztkötésrendszer van jelen a láncok között. A kötések megakadályozzák a láncok egymáshoz képesti elmozdulását. Melegítéssel nem újraalakíthatóak!

A MAKROMOLEKULÁK FELOSZTÁSA   Makromolekulák Szervetlen Elemorganikus Szerves természetes homoatomos polimerek pl. kén, szelén, grafit, gyémánt biatomos pl. (SiO2) poliatomos, pl. polifoszfátok mesterséges üveg, cement szilícium-karbid stb. poli (foszfor- nitril-klorid) Mesterséges poliorgano- sziloxánok bór-, foszfor-, kénorganikus polimerek szénláncú polimerek heteroláncú polimerek (biopolimerek) poliprének poliszacharidok nukleinsavak (polinukleotidok) egyéb természetes polimerek pl. sellak, borostyán-kő, kopál, dammar, (növényi, állati eredetű gyanták)

Polimerek szerkezetek A polimereket hosszú láncok alkotják, melyek monomeregységek (merek) összekapcsolódásával jönnek létre. mer “poli” = sok

Polimerek szerkezetek zárt molekula Egy-végű Két-végű lineáris molekula térhálós polimer Három vagy több végű

A POLIMER MOLEKULÁK ALAKJA a) fonalmolekula, b) elágazott fonalmolekula (ritka, hosszú oldalláncok), c) elágazott fonal-molekula (gyakori, rövid elágazásokkal), d) térhálós molekula, e) hágcsó szerkezetű molekula, f) parketta szerkezetű molekula

Polietilén elágazások

Polimerek szerkezetek Hogyan tervezzünk egy polimert? 1 Szint A merek, építőegységek típusa 2 Szint A monomeregységek egymáshoz kapcsolása 3 Szint Hogyan kapcsolódnak a monomeregységek 4 Szint A rendezettség mértéke a polimeren belül 5 Szint Polimer keverékek

A POLIMER LÁNC KÉMIAI SZERKEZETE SZÉNLÁNCÚ POLIMEREK Etilén polimerek −(CH2−CXY)n− Vinil-polimerek −(CH2−CHX)n− Vinilidén-polimerek −(CH2−CX2)n− X  Y ; Y = H X = −Cl poli(vinil-klorid) (PVC) X = Y X = −CH3 polipropilén (PP) X = −H polietilén (PE) X = −CN poli(akril-nitril) (PAN) X = −Cl poli(vinilidén-klorid) (PVdC) X = −COOCH3 polimetakrilát (PMA) X = −CH3 poliizobutilén (PIB) X = −Ph polisztirol (PS) 1,1 diszubsztituált etilén polimerek −(CH2−CXY)n− X = Y = −CH3 −COOCH3 poli(metil-metakrilát) (PMMA) −CH3 −Ph poli(α-metil-sztirol) (PaMS)

A POLIMER LÁNC KÉMIAI SZERKEZETE DIÉN-POLIMEREK 1,4-kapcsolódás −(CH2−CX=CH−CH2)n− X = −H polibutadién (PB) X = −CH3 poliizoprén (PI) 1,2-kapcsolódás LÁNBAN GYŰRŰS EGYSÉGET TARTALMAZÓ POLIMEREK Fenol-formaldehid gyanták lineáris térhálós

A POLIMER LÁNC KÉMIAI SZERKEZETE Heteroláncú polimerek néhány fontosabb képviselője Poliéterek −(R−O)n− −R− : −CH2−CH2− poli(etilén-oxid) (PEO) = polietilén glikol (PEG) poli(propilén-oxid) (PPO) = polipropilén glikol (PPG) Poliacetálok −(O−CH2−O−R)n− −R− : −CH2− poli(metilén-oxid) (PMO) −CH2−CH2− polidioxán (PDO) Poliészterek −(R−O−CO−R’−CO−O)n− −R− : −CH2−CH2− poli(etilén-tereftalát) (PET) Poliamidok −(R−CO−NH)n− Poliuretánok −(NH−R’−CO−R−O−CO)n− −R− : −(CH2)5− NYLON 6 −R− : −(CH2)4− −R’− : −(CH2)6− Perlon U

A POLIMERLÁNCOK FINOMSZERKEZETE Szubsztituált etilén polimerláncok finomszerkezete Kapcsolódási sorrend: Szubsztituált etilének esetében a monomeregységek kapcsolódása alapján fej-láb −CH2−CHX−CH2CHX− fej-fej −CH2CHX−CHX−CH2 láb-láb −CHX−CH2−CH2−CHX egységeket tartalmazó láncokat különböztetünk meg. Takticitás (sztereoregularitás): - izotaktikus, csak mezo diádokból felépülő, (...mmmmmmmmmmmm...) - szindiotaktikus csak racém diádokból szabályosan felépülő, (...rrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr...) - ataktikus mezo és racém diádokból szabálytalanul felépülő. (...mmrmrrmmmrmrrrm...)

a.) izotaktikus, b.) szindiotaktikus, c.) ataktikus A VINILPOLIMEREK TÉRSZERKEZETE a.) izotaktikus, b.) szindiotaktikus, c.) ataktikus

AZ IZOTAKTIKUS POLIPROPILÉN H,3-HÉLIX ÉS A SZINDIOTAKTIKUS POLIPROPILÉN H,2 HÉLIXE A kis körök a láncközi szénatomot (A, B, C), a nagy körök a metil csoportot (1, 2, 3) mutatják, a hidrogén-atomok nincsenek jelölve

DIÉN POLIMEREK TÉRSZERKEZETE Kapcsolódási sorrend: 1,4-kapcsolódású −CH2−CH=CH−CH2−CH2−CH=CH−CH2− Kettőskötés térállása alapján 1,4-kapcsolódású polimerek esetén cisz- és transz-izomerekről beszélünk. Kaucsuk, 1,4-cisz-poliizoprén Guttapercha: 1,4-transz-poliizoprén

BINER KOPOLIMEREK SZERKEZETE Random (szabálytalan, statisztikus): ...AABABBAAABABBBA... Alternáló: ...ABABABABABABAB... Blokk (szakaszos): ...AAAAAAAABBBBBBBAAAA... Ojtott (ág ):

A polimerek előállítása Láncpolimerizáció: Amely az aktív centrum jellege szerint lehet: Szabadgyökös, Anionos, Kationos, Ziegler-Natta polimerizáció. Monomerei: nagyrészt vinil-vegyületek és egyes oxigén- illetve nitrogéntartalmú gyűrűs vegyületek. Pl. etilén, propilén, butadién, izobutilen, sztirol, vinilklorid, (met)akrilátok, valamint az epoxidok

B. Lépcsős polimerizáció: Élő szervezetben csak ez játszódik le! Monomerjei: Különféle, heteroatomot tartalmazó vegyületek: többértékű savak, alkoholok, savkloridok, észterek, fenolok, aminok, stb. Aminosavak Kémiai kötés kialakulása Növekvő fehérjelánc Riboszóma tRNA mRNA láncnövekedés Lépcsőzetes növekedés

R1−(CH2−CHX)4−R2 tetramer, R1−(CH2−CHX)n−R2 n-mer. POLIMOLEKULARITÁS Polimer homológok a következők: CH2=CHX monomer, R1−(CH−CHX)2−R2 dimer, R1−(CH2−CHX)3−R2 trimer, R1−(CH2−CHX)4−R2 tetramer, R1−(CH2−CHX)n−R2 n-mer.

POLIMEREK STATISZTIKAI JELLEMZÉSE Számátlag polimerizáció fok: ahol Np: a P db monomeregységet tartalmazó makromolekulák száma, a makromolekulák száma a polimerben. Tömegátlag polimerizáció fok: ahol M = a monomer tömege, a makromolekulák tömege, P db monomert tartalmazó makromolekula tömege.

POLIMEREK STATISZTIKAI JELLEMZÉSE Polidiszperzitás: ahol U: heterogenitás (Uneinheitlichkeit). Molekulatömeg átlagok: Z-átlag molekulatömeg: Viszkozimetriás molekulatömeg átlag: Minden esetben a szummázások P = 1 és P =  között végezendők. A molekulatömeg átlagok között a következő összefüggés áll fenn:

MOLEKULATÖMEG ÁTLAG MEGHATÁROZÁSA krioszkópia (fagyáspont csökkenése), ebulliometria (forráspont emelkedése), ozmometria ( < 2000 VPO, (Vapour Pressure Osmometry)). -meghatározása: Alapvetően 2 módszer: Abszolút: Nem igényel kalibrációt, közvetlen eredményt ad. Relatív: valamilyen standard-et igényel, közvetett eredményt ad. fényszórásméréssel, -t viszkozimetriásan, -t ultracentrifuga segítségével. -meghatározása: Specifikus viszkozitás: ahol : a c koncentrációjú oldat viszkozitása, s: a felhasznált oldószer viszkozitása.

MOLEKULATÖMEG ÁTLAG MEGHATÁROZÁSA Redukált viszkozitás: Mark-Houwink egyenlet: Határ- (belső=intrinsic) viszkozitás: Viszkozimetriás egységek

Viszkoziméterek a gyakorlatban

MOLEKULATÖMEG ELOSZLÁS Szélesség alapján megkülönböztetünk: szűk és széles molekulatömeg eloszlású polimereket. Szűk molekulatömeg eloszlású polimer SEC kromatogramja Széles molekulatömeg eloszlású polimer SEC kromatogramja

A MOLEKULATÖMEG ELOSZLÁS MODALITÁSA A molekulatömeg eloszlás modalitás alapján lehet: unimodális, bi- vagy (multi-) modális. Unimodális molekulatömeg eloszlás Multimodális molekulatömeg eloszlás

Gélpermeációs kromatográfia A gélpermeációs kromatográfia során a részecskéket méretük szerint fizikailag választjuk el. A kis molekulák több pórusba képesek behatolni, ezáltal hosszabb ideig tartózkodnak az oszlopon.

SEC KALIBRÁCIÓS GÖRBE