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
- Slides: 36