STIINTA MATERIALELORCURS 11POLIMERI: STRUCTURA, TIPURI STRUCTURALE ; POLIMERI TERMOPLASTI SI TERMORIGIZI,
ELASTOMERI
POLIMERIDef.: Materiale organice macromoleculare constituite din lanturi lungi (M =
104 – 106 Da) - C – C – (legatura covalenta) la care se asociaza si altiatomi (H, O, N, F, ...)
Polimerii sunt alcatuiti din unitati structurale care se repeta
Ex. Polietilena (PE) - (CH2 – CH2)n - Mu.s. = 28Da
Polimetacrilat de metil (PMMA) Mu.s. = 100Da
Homopolimeri / Copolimeri aleatori A-B-A-B-B-B-A-A-alternanti A-B-A-B-A-B-A-B-in blocuri A-A-A-A-B-B-B-B-
-
úúúúúú
û
ù
êêêêêê
ë
é
--
nCOOCH
C
CH
CH
3
3
2
POLIMERI - STRUCTURAPolimer cu catena liniara - U – U – U – U – U – U - ....
U = unitate structurala
Polimer ramificat (cu catene laterale)
Polimer reticulat (cu legaturi transversale)
UUU
UUUUUUU
UUU
---
--------
---
UUUU
UUUUU
UUUU
---
------
----
POLIMERI - STRUCTURAPolimeri Amorfi catena liniara / ramificata
Semicristalini catena reticulata –prin ordonare in siruri semiparalele
Grad de cristalinitate = raportul fractie ordonata / cant. totala
Cristalizare – la cald, sub sarcini mecanice, chimic
POLIMERI - STRUCTURA
Structura 3D semicristalina in nylon 6,6 prin legatura de H
POLIMERI - STRUCTURA
Polimer amorf Polimer semicristalin Sferulita
POLIMERI - STRUCTURA
POLIMERI - STRUCTURA
POLIMERIMasa macromoleculei: M = n x Mu.s. , n = grad de polimerizare(n < 100 pt. oligomeri)
Mn – masa moleculară medie numerică; Mw – masa moleculară medie masică
Polimerii industriali: Mn = 25,000 – 100,000Da; Mw = 50,000 – 300,000Da
i = Mw / Mn – indice de polidispersitate;
Polimerii de sinteză – amestecuri de macromolecule cu grade diferite de polimerizarePolimeri comerciali: i = 1.5 – 5; polimeri naturali: i ~ 1 (general)
åå=
i
iin N
MNM å
å=ii
iiw MN
MNM
2
POLIMERI
Masa moleculară infuenţează major proprietăţile polimerului:
Exemplu – polietilena
PE-HD (0.945-0.960 g/cm3): R = 22-30 MPa; A = 500-800; tmax = 70-80ºC
PE-LD (0.915-0.924 g/cm3): R = 9-11 MPa; A = 500-650; tmax = 60ºC
POLIMERI
Cele 4 legaturi simple ale atomului de carbon definesc un tetraedru regulat
POLIMERI
Polistiren
POLIMERI
Legatura C-C se poate roti in jurul axei proprii
>>> MOBILITATE MARE (minimizarea energiei)
POLIMERISinteza polimerilor – pornind de la monomeri
(etilena, propilena, benzen, ...); se rup legaturi duble si se formeaza noi legaturi simple
Poliaditie - PE, PP, PVC, PS, PUR, ...
Policondensare – se elimina o molecula mica (H2O, HCl) PA (Nylon), PF, ...
POLIMERITipuri de polimeri
a. Termoplasti – trec in stare vascoasa la cald (T > Tc)catene liniare / lanturi laterale
b. Elastomeri (cauciucuri) – legaturi transversale slabe
cauciuciri polisulfurice (tiocauciucuri) prin vulcanizare → legaturi tranversale de sulf
continutul de S (3 – 25%) → rigiditate / duritate[peste 50% - ebonita]
Vulcanizarea cu S a cauciucului (natural)
POLIMERIcauciucuri siliconice
Cauciucul siliconic
Interval de temperaturi de lucru: -120ºC – 300ºCDuritate Shore A: 10 - 90
Poliizopren – sintetic, similar cauciucului natural;Polietilena clorurata – rezista la cald in hidrocarburi lichide;Polibutadienic / polibutadienstirenic – rezistenta buna sub 0ºC
>>> in anvelope;Poliacrilic – rezistent in produse petroliere;
POLIMERI
Curba termomecanica pentru polimeri amorfi; Tg – temperatura tranzitiei vitroase; Tf – temperatura de curgere; Tg > Tambiant → termoplasti; Tg < Tambiant → elastomeri
POLIMERIc. Termorigizi (duromeri) – polimeri la care intarirea (la cald - >200º; prin reactie – epoxi; prin iradiere) este ireversibila
Prin incalzire se distruge macromolecula, nu apare inmuiereaAu legaturi transversale tari
Polimerii epoxidici
Polimerizarea prin reactie intre o rasina epoxidica (avand grupuri epoxid la capete) si un intaritor (poliamina)
Grupul epoxid Rasina epoxidica
Intrebari de autoevaluare1. Ce sunt polimerii?2. De cate tipuri structurale sunt polimerii?3. Care sunt modalitatile de exprimare a masei unui polimer? Prin ce
difera?4. Ce este indicele de polidispersitate?5. Care este diferenta intre un homopolimer si un copolimer?6. Cum se poate modifica gradul de cristalinitate a unui polimer?7. Cum influenteaza gradul de tacticitate proprietatile unui polimer?8. Care este motivul mobilitatii in catena?9. Care sunt metodele de sinteza a polimerilor? Care sunt
mecanismele de realizare a acestora?10. Ce este vulcanizarea?11. Care sunt avantajele cauciucurilor siliconice?12. Prin ce difera, din punctul de vedere termomecanic, polimerii
termoplasti de elastomeri?13. Cum are loc polimerizarea polimerilor epoxidici?