Wykład 5, Notatki z Chemia

Pobierz Wykład 5 i więcej Notatki w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Wyk ł ad 5

Tworzywa wielkocz ą steczkowe (materia

ł y polimerowe)

1. Tworzywa sztuczneStan szklisty, elastyczny i plastyczny.2. W ł ókna chemiczne.3. Kauczuki. Stan elastyczny.

Tworzywa wielkocz ą steczkowe <materia

ł y polimerowe> ↓

<materia ł y- wyroby z udzia ł em polimerów>* tworzywa sztuczne* tworzywa termoplastyczne* w ł ókna naturalnesztuczne tworzywa termo (chemo)*syntetyczneutwardzalne

• kauczuki* guma Elastoplasty (termoelastoplasty)inne materia ł y (np. pow ł okowe)

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

Ekwiwalenty energetyczne wyrobów (w MJ)

mied ź^^406

-^ rura wodoci ą gowa Ø 25 mm, 1m

stal 212polietylen 20szk ł o 10

• zbiornik 1l^ polietylen^5 poli(chlorek winylu)

Produkcja termoplastów w USA i w Polsce (USA/PL) (kton)Rok^ Polietylen^ Polipropylen

PCW^ PSt 1975 4000/50^ 900/

1700/110^ 1700/

1985 7000/140^ 2400/

3000/125^ 1800/

1990 9300/160^ 3700/

4230/203^ 2500/

1995 10500/165^ 3700/

4600/220^ 2500/

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

Polimery termoplastyczne- stany fizyczne:- szklisty <cz ęś ciowo krystaliczny>, elastyczny (lepkospr

ęż ysty), plastyczny (lepkociek ł y) Odkszta ł cenie polimeru w ró ż nych temperaturachT: temp. zeszkleniag (^) T: temp. p ł yni ę ciap A A: stan szklisty, B: elastyczny, C: plastyczny

C cenie ł B odkszta TTg p temperatura

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

Stan elastyczny (lepkospr ęż ysty): - polimery amorficzne: powy ż ej T^ :g → stan elastyczny jest specyficzn ą^ cech ą^ polimerów, wywo

ł any spl ą taniem makrocz ą steczek, uniemo ż liwiaj ą cym swobodne p ł

yni ę cie; →^ spe ł nione jest w przybli ż eniu prawo Hooke’a, ale wyst

ę puj ą^ wielkie odkszta ł cenia;T<stan elastyczny (lepkospr ęż ysty) < T^ g p^ ↓ <relaksacja napr ęż enia-[szybka i wolna deformacja]-relaksacja odkszta

ł cenia. Zakres T^ /Tzale ż y od budowyg^ p^

ł a ń cuchów. W przypadku polimerów o gi

ę tkich^ ł a ń cuchach, s ł abych oddzia ł ywaniach pomi ę dzy makrocz

ą steczkami i du ż ych < M > <PIB, PDMS>: do 200

0 C.

W polimerach krystalicznych Tg

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA Ł ÓW POLIMEROWYCH ≈^ T(nie ma obszaru elastycznego).^ p^

Polimery termoplastyczne- stany fizyczne (cd): -^ Stan szklisty (polimery amorficzne): pewien stopie

ń^ uporz ą dkowania bliskiego zasi ę gu s ą siaduj ą cych makrocz ą

steczek (lub te ż^ fragmentów);

-^ makrocz ą steczki nie s ą^ zdolne do przemieszczania si

ę^ wobec siebie; Analogia: przech ł odzona ciecz.T: temperatura zeszklenia („glass temperature”):g^ < T: niewielkie, ca ł kowicie spr ęż g^

yste odkszta ł cenia (zgodne z prawem Hooke’a)

T: ruchliwo ść^ fragmentów (segmentów); stopieg^

ń^ ruchliwo ś ci zale ż y od budowy makrocz ą steczek →^ energia cieplna sprzyja ;oddzia

ł ywania - utrudniaj ą^ ruch fragmentów i ca

ł ych

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA makrocz ą steczek.

Ł ÓW POLIMEROWYCH

W ł a ś ciwo ś ci cieplne:odporno ść^ cieplna („heat resistance”)- deformacja termiczna (cieplna)termostabilno ść^ („thermal stability”)- trwa

ł o ść^ termiczna (cieplna) np. pocz ą tek ubytku (T^ ) lub ubytek po ł owy masy (T^0

odporno ść^ cieplna:^

termostabilno ść : odporno ść^ cieplna, termostabilno

ść : PCW (170, 270); PP (300, 380); PSt (310, 365), PTFE (400, 500)

(ubytek masy)TT 0 0.5^0 C

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

W ł a ś ciwo ś ci elektryczne: -^ dielektryki -^ pó ł przewodniki -^ przewodnikima ł o polarne polimery s ą^ typowymi dielektrykami (izolacja); ale polarne (PCW) s

ą równie ż^ stosowane jako dielektryki (izolacja)(pó ł przewodniki i przewodniki (materia oporno ść^ w ł a ś ciwa (skro ś na),przewodnictwo elektryczne, wspó ł czynnik strat dielektrycznych,przenikalno ść^ dielektryczna, wytrzyma ł o ść^ dielektryczna ł y) omówione b ę d ą^ osobno).

CHCH 2

CHCH CH CH CH 2 2 2

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

Jak si ę^ otrzymuje gotowe wyroby z polimerów?1. Termoplasty:stopienie^ ukszta

ł towa ć Sta ł y materia ł^ ⎯⎯⎯⎯→^ lepko p

ł ynny^ ⎯⎯⎯⎯⎯→^ sta ł y materia

ł och ł odzi ć wtryskarka^

wyt ł aczarka^ filiera

2. Tworzywa termo (chemo-) utwardzalne, gotowy wyrób^ gotowy wyrób (pr ę t, „w ąż ”)^ cienkie nici^ guma <np. opony>forma ;^ warstwy kauczuku + dodatki;

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA stopiony polimer ( ż ywica)

Ł ÓW POLIMEROWYCH

W ł ókna chemiczne: (naturalne , syntetyczne)organiczne^

naturalnecelulozabia ł syntetyczne nieorganiczne

(bawe ł na) (we ł na)ka(jedwab)modyfikacjechemiczne (wiskoza)poliolefinypoliamidypoliestrypoliuretanykrzemiany(azbest)(szk ł o)metale w ł ókna specjalne: termo-^ ż aroodporne, elektroprzewodz

ą ce, chemoodporne i in.

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

W ł óknotwórczo ść : (równie ż^ prz ę

dliwo ść^ „spinability”)

• liniowo ść^ makrocz ą steczek, ma

ł o odga łę zie ń , wykluczenie fragmentów usieciowanych (mikro ż ele). - liniowo ść^ u ł atwia orientacj ę^ makrocz

ą steczek (→^ orientacja w ł ókien przez rozci

ą ganie)

-^ masa cz ą steczkowa i dyspersja (<

D >= < M >/< M >);M^ wn^4 < M > >10 (polarne; np. poliamidy mniejsze < M n

)n

• wielkie masy utrudniaj ą^ formowanie: zbyt du

ż a lepko ść^ stopionych polimerów } dla ka ż dego typu polimeru istnieje optymalna warto

ść^ < M >n^ < DP >: PA (120-150); wiskoza (350-400); PAN (800-1000)n^

(^5) PE ~10nc

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

Metody przetwarzania:- w ł ókna naturalne^ →^ prz ę dzenie

→^ gotowy wyrób; (na ogó ł^ w trakcie przetwarzania nie niszczy si

ę^ pierwotnej struktury w ł ókna)^ → <trudno lub „nie mo ż na” rozpu ś

ci ć >

• w ł ókna syntetyczne^ →^ przygotowanie p

ł ynu prz ę dzalniczego^ →^ formowanie w

ł ókna; { prz ę dzenie ze stopu lub z roztworów (PAN- zbyt silne oddzia

ł ywanie pomi ę dzy^ ł a ń cuchami: rozerwanie^ wi ą za ń^ mi ę dzycz ą steczkowych

→^ wcze ś niej^ p ę kanie^ wi ą za ń

w^ ł a ń cuchach g ł ównych) }* szybko ść^ prz ę dzenia do 10 km/min (ze stopu); z roztworów znaczenie wolniej:(metody „sucha” i „mokra”) →^ nowa metoda: elektroprz ę dzenie (electrospinning -w oddzielnym wyk

ł adzie).

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH

Elastomery: grupa polimerów zdolnych do du

ż ych odwracalnych odkszta ł ce ń^ natychmiast po usuni ę ciu si ł y zewn ę trznej:- odkszta ł cenie a ż^ do 1000%:Mechanizm zjawiska wysokiej elastyczno

ś ci („high elasticity”): Mechanizm sk łę biana makrocz ą

steczek: T- temperatura; f- si ł a rozci ą gaj

ą ca R- odleg ł o ść^ pomi ę dzy ko ń cami wyprostowanego

ł a ń cucha („zygzaka”) r- odleg ł o ść^ pomi ę dzy ko ń cami sk

łę bionego^ ł a ń cucha a, b, c- amplitudy drga ń^ termicznych.

2 1/2^ 1/2^ ()^ = (2n)^ · l

a^

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA Ł ÓW POLIMEROWYCH T b^ f a c^ c^2 1/2R^ ()

Wa ż niejsze kauczuki: poli-cis-1,4-izopren:polibutadien:^

(cis-1,4)kopolimery dienów: +^ ;^

CH=CH-CN; CH=CH-COOH^22

kopolimery i termopolimerywinylowe:^ CH

=CH^ + CH=CH-CH^ ; fluorowe 2 2 2 3 homo- i kopolimery monomerów cyklicznych: polisiloksany:polimery addycyjne: poliuretany: -N=C=O + HO~ OH- + - N=C=Oi kondensacyjne: polisiarczki: ~CH CH^3 CCH^2 CH CH 2 CHCH^2 CH CH 2 CH^3 CHC^ + izopren (butadien)^2 CH^3 Si^ Cl + Na^ S + ~CH^ Cl^2 2

CHCl^2 O (CHCHO); (^2) ;

CHEMIA POLIMERÓW I MATERIA

Ł ÓW POLIMEROWYCH