Polimer kmia s fizika l Bevezets l l

Polimer kémia és -fizika l Bevezetés l l Gyökös polimerizáció Ionos polimerizáció Sztereospecifikus polimerizáció Kopolimerizáció Lépcsős polimerizáció – lineáris polimerek – térhálósodás l l l Entrópiarugalmas deformáció Oldás Halmaz, fázis, fizikai állapot Reológia Kényszerelasztikus deformáció Törés Kristályos polimerek Társított rendszerek

Polimerizáció A polimerizációs eljárás meghatározza a polimer jellemzőit és stabilitását. l l Típusai – láncpolimerizáció – lépcsős polimerizáció Láncpolimerizációs módszerek – gyökös – anionos – kationos – sztereoszelektív l Monomerek szerkezete – vinilidén R 1 és R 2: 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. BF 3, Al. Cl 3, Ti. Cl 4, Sn. Cl 4 Kokatalizátor: nukleofil anyagok, pl. víz Láncindítás: Láncnövekedés – fontos az aktív centrum ionjainak kapcsolata Záródás: láncátadás, szennyeződés Telekelikus polimerek, élő polimerizáció

Ionos polimerizáció Anionos polimerizáció l l 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, r 1 = r 2 = 1 2. Majdnem ideális, r 1 r 2 = 1, de r 1 r 2 3. Alternáló, 0 < r 1 r 2 < 1 4. Reális – azeotróp l kis konverzió l monomer pótlás

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

Lépcsős polimerizáció Lefutás xn = 1 p=0 xn = 1, 3 p = 0, 25 xn = 2 p = 0. 50 xn = 4 p = 0. 75 Lépcsős növekedés, gyakorlatban alkalmazható polimer előállítása csak nagy konverzióval lehetséges

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

Lépcsős polimerizáció Összehasonlítás

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

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

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

Polimer oldatok Elegyíthetőség l Feltétel l Entrópiaváltozás kismólsúlyú anyagok

Halmaz, fázis, fizikai állapot l Halmazállapot: gáz, folyadék, szilárd l Fázisállapot: kristályos, amorf – rendezettség l 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 l helyváltoztatás l konformációváltozás, orientáció l szerkezeti hatások, fizikai térháló időfüggés nyírásfüggés

Folyás, viszkozitás Meghatározó tényezők nyírás

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

Elasztikus deformáció Fenomenológiai modellek l Burgers modell l Állandó feszültség l A polimerek deformációjának összes jellegzetességét mutatja l Relaxációs idők l Általánosított modellek l Formai leírás E 1 E 2 1 2

Üveges és kristályos anyagok Kényszerelasztikus deformáció Konformációváltozás

Törés, ütésállóság Hibahely; szabványos módszerek B D a L l Hibahely l Feszültségkoncentráció l Modellezés: bemetszés l Szabványos módszerek l Méretfüggő értékek Izod Charpy

Törés, ütésállóság Törési típusok Különböző mértékű plasztikus deformáció

Kristályos polimerek Szerkezeti elemek elemi cella krisztallit lamella szferolit termék l Elemi cella: a legkisebb szabályos egység. l Lamella: jellemző a vastagsága. l Szferolit: mérete változik a gócképzés hatására. l 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.

Társított rendszerek Előny: különleges tulajdonságok

Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások

Szálerősítésű kompozitok Tipikus alkalmazások