Polimerek. Szerves kémia: a szénvegyületek kémiája - kevés atomfajta (C, H, O, N, S, P, Cl, F, stb.) - szerkezeti variációk (milliós nagyságrendben, szervetlen:

Az előadások a következő témára: "Polimerek. Szerves kémia: a szénvegyületek kémiája - kevés atomfajta (C, H, O, N, S, P, Cl, F, stb.) - szerkezeti variációk (milliós nagyságrendben, szervetlen:"— Előadás másolata:

1 Polimerek

2 Szerves kémia: a szénvegyületek kémiája - kevés atomfajta (C, H, O, N, S, P, Cl, F, stb.) - szerkezeti variációk (milliós nagyságrendben, szervetlen: kb. 50 e) - néhány szénvegyületet a szervetlen kémia tárgyal (pl. CO 2, karbonátok, fémkarbidok, stb.) - önálló rendszer és nevezéktan Friedrich Wöhler karbamid előállítása 1824

3 Makromolekulás Kis molekula- tömeg - tiszta állapotban előállíthatók - azonos molekulatömegű egyedek pl. H 2 O, NaOH, CH 3 Makro- molekulás - molekulatömeg nem állandó! - új tulajdonságok, pl. elaszticitás

4 Polimerek: szerves, makromolekulás anyagok - természetes: pl. növényi rostok - mesterséges: pl. celluloid, bakelit

5 Szerves vegyületek Nyílt szénláncú Zárt szénláncú TelítetlenTelített Izociklusos Heterociklusos Aromás Aliciklusos

6 Nyílt szénláncú vegyületek -szénhidrogének - ~halogénszárm. -alkoholok -aldehidek -ketonok -szerves savak -éterek -észterek -szénhidrátok -fehérjék -telített -telítetlen -metilén -etilén -propilén -butilén -... homológ sor olefin -metán -etán -propán -bután -... homológ sor paraffin sorozat izoméria

7 A műanyagipar nyersanyagai Alap nyersanyag bázisok: - szén, kőolaj, földgáz, mezőgazd. eredetű Tőzeg 4-6 mév, 90% víz Lignit 40-60 mév, 50% víz Antracit 400-600 mév, 3% víz elgázosítás lepárlás cseppfolyósítás

8 A műanyagipar nyersanyagai Alap nyersanyag bázisok: - szén, kőolaj, földgáz, mezőgazd. eredetű lepárlás, atm. lepárlás, vák. krakkolás

9 A polimerek általános jellemzése - mono-mer, poli-mer - összetétel, szerkezet, belső fesz. Molekulán belül, között: Kötések: Molekulák között: kovalens Van der Waals H-híd poláros

10 A polimerizációs reakciók Polimerizáció kettős, hármas kötés Poliaddíció egyik monomerben kettős kötés, H vándorlás Polikondenzáció nem szükséges kettős kötés melléktermék képződik

11 Polimerek jellemző hőmérsékletei Üvegesedési hőmérséklet,T g Kristályolvadási hőmérséklet, T kr Olvadási hőmérséklet, T o Degradálódási hőmérséklet, T d

12 Molekula- közi erők Jellemző hőmérsékletek Példa Hőre lágyuló polimerek plasztomerek Van der Waals poláros H-híd amorf: T g,T o, T d amorf: PS, PVC,PMMA,PC részben kristályos: T g,T kr, T o, T d részben kristályos: PE,PP,PTFE,POM,PA Hőre keményedő polimerek duromerek, duroplasztok kovalens (sok) amorf: T g, T d fenol-formaldehid gyanták (fenoplasztok, bakelitok) amin-formaldehid gyanták (aminoplasztok, lágy bakelitok) telítetlen poliészterek epoxi gyanták Elasztomerekkovalens (kevés) amorf: T g, T d természetes kaucsuk mesterséges kaucsuk Termoplasztikus elasztomerek mikro- kristályok- kal T g,T kr, T o, T d PUR

13 Hőre lágyuló polimerek (plasztomerek)

14 Kristályosság - taktikusság Kristályosodási hajlam - egyszerű alak - kicsi kötőerők

15 Polietilén PE részben kristályos plasztomer etilén homopolimerizációja nyomás: kicsi - közepes – nagy Sűrűség: LDPE 0,91 kg/dm 3 ~ 50 % krist. hányad HDPE 0,97 kg/dm 3 ~ 70 % krist. hányad Jell. hőm: T g ~ -80 ºC (legkisebb a polimerek között) T o ~ 140 ºC, T alk ~ -80 - +90 ºC Szil.: nő, ha nö a -molekulatömeg, -kristályos hányad -textúrásság, -sűrűség Vegysz: jó, szobahőm.-en nincs oldószere fesz. korr. hajlamos (mech. fesz.+vegyszer) Egyéb nem poláros, nem töltődik, vízfelv. nem hajlamos, olcsó, áttetsző, neg. hőtág. együttható Felh: csomagolástechnika, építőipar, mezőgazdasági fólia, vill. ipar, zsugorkötés

16

17

18

19 Polivinilklorid PVC amorf plasztomer vinilkloridból polimerizálva amorf, poláros, ataktikus erős mközi erők – lágyítók kemény PVC ~5 % lágyító lágy PVC ~10-40 % lágyító Hőm.: 80-ról 0 ºC-ra csökkenthető a T g Mechanika: jó, szívósság elég jó T g alatt is, képlékenység elég jó a kemény PVC- nél is Kopolimerek ütésálló PVC kopolimer mech. keverés, nitril-kaucsuk Feldolgozás: az erős szekunder kötések miatt segédanyagok nélkül nem lehet (lágyítók, csúsztatók) Egyéb: vegyszerállóság igen jó, nagyfrek- venciás technikában – polárosság(!) Alkalmazás: csomagolás: tartály bélés, palack, építőipar: ablak, ajtó keret, tapéta, padló, szigetelések ; játékok, hanglemez

20 Poliamidok PA Nylon részben kristályos plasztomer poliamid, diamin és dikarbonsav polimerizálva CO és NH csoportok között H-hidak alakulnak ki Hőm.: -40 és +120 ºC-között jó tulajdonságok Mechanika: szil. nő a CH 2 csoportok számának csökkenésével Hátrány: vízfelvételi hajlam – duzzadás súrl. egyh. – nő a hőmérséklettel Alkalmazás: szál (szil., kopásállóság, jó elsztic.), damil, háló, húr, textil, fogaskerék, fólia, csapágy

21 Plexi PMMA - polimetil-metakrilát - metakrilsav-metilészter polimerizációjával amorf plasztomer Hőm.: -40 és +70 ºC-között Mechanika: kicsi képlékenység, némileg szívós feszültségkorrózióra hajlamos Egyéb: átlátszó, 99 %-os áteresztő képesség, UV sugarakat is átengedi biológiai közömbösség szövetbarát jelleg Alkalmazás: optikai eszközök (szerves üveg) ablakok, védőburkolatok protézisek, csontpótlások

22 PC -polikarbonát - difenilol propán és foszgén polikondenzációja, amorf plasztomer - allil-csoportos monomer polimerizációjával duromer Hőm.: -40 és +130 ºC-között Mechanika: nagy szil., üvegszállal fokozható kicsi képlékenység, ütésállóság Egyéb: kiváló tulajdonság együttes átlátszóság, szilárdság, rugalmasság, ütésállóság Alkalmazás: villamos ipar (szigetelők, dobozok, világítótestek), biztonságtechnika (maszkok, sisakok, konténerek), építőipar (kupolák, csarnokok)

23 Teflon PTFE politetrafluor-etilén részben kristályos plasztomer erős kristályosodási hajlam, lineáris tetrafluor-etilénből polimerizálva nem poláros Hőm.: T g -70 ºC, T o 340 ºC Feldolgozás: megolvasztva nem viszkózus csak spec. módszerrel dolgozható fel polimerizáció – por – formára sajtolás hidegen – szinterelés (370-400 ºC) – hűtés – féltermék (rúd, lap, tömb) – forgácsolás – késztermék fóliák: tömbökből „hámozással” porextrudálás: profil, kábel bevonat Egyéb: nagy sűrűség (2,4 g/cm 3 ) nagyon vegyszerálló antiadhezív nagy hőm. is fény- és időjárás álló, éghetetlen Alkalmazás: csapágyak, hő- és vegyszerálló szerelvények, szigetelés, tömítés, konyhai eszközök, pengék bevonata

24

25 PUR -poliuretán, izocianát és polialkohol reakciójának eredménye lehet: -hőre lágyuló PUR, részben kristályos, -elasztomer PUR, gyengén térhálós -duromer PUR, erősen térhálós -PUR hab -termoplasztikus elasztomer PUR Hőm.: -szil., rug. mod. széles határok között, -alacsony hőmérsékleten is szívósak -40, esetenként -200 ºC (!) Mechanika: kifáradási ellenállás, kopási ellenállás kiemelkedően jó Egyéb: -sokszínűség, jó szigetelők -szövetbarát viselkedés a térhálósodott minőségeknél Alkalmazás: -Hőre lágyuló PUR: szál, ruhanemű -Elasztomer PUR:energiaelnyelő elemek, rugók, bordásszíjak, sícipők, terelő pofák -Kemény PUR (duromer): fémalkatrészek védelme, tartály bélelés, konvejor görgők, csúszó alkatrészek

26 PUR habok: polimerizáció gázfejlődés közben Alkalmazás: autóülések, lökhárító, bútorok hőszigetelő elemek, szendvicspanel csomagolóanyagok, szivacsok, padlóburkolók

27 Elasztomerek - poliisoprén, polibutadién, Neoprén (poliklorophén), szilikonok -gyengén térhálós szerkezet -vulkanizálás Hőm.: T g -50 és -70 ºC-között hőállósági határ 80 és 120 ºC-között Mechanika: -kicsi rug. mod., nagy rugalmas nyúlás -képlékeny alakítás kizárt Egyéb: kiváló tulajdonság együttes átlátszóság, szilárdság, rugalmasság, ütésállóság Alkalmazás: villamos ipar (szigetelők, dobozok, világítótestek), biztonságtechnika (maszkok, sisakok, konténerek), építőipar (kupolák, csarnokok)

28 PC -polikarbonát - difenilol propán és foszgén polikondenzációja, amorf plasztomer - allil-csoportos monomer polimerizációjával duromer Hőm.: -40 és +130 ºC-között Mechanika: nagy szil., üvegszállal fokozható kicsi képlékenység, ütésállóság Egyéb: kiváló tulajdonság együttes átlátszóság, szilárdság, rugalmasság, ütésállóság Alkalmazás: villamos ipar (szigetelők, dobozok, világítótestek), biztonságtechnika (maszkok, sisakok, konténerek), építőipar (kupolák, csarnokok)

29

30

31

32