Mase plastice . Polimeri

Ce sunt materialele plastice? Se numesc mase plastice materialele produse pe baza de polimeri, capabile de a capata la incalzire forma ce li se da si de a o pastra dupa racire. Dupa cantitatea in care se produc ele ocupa primul loc printer materialele polimere. Ele se caracterizeaza printr-o rezistenta mecanica mare, densitate mica, stabilitate chimica inalta, proprietati termoizolante si electroizolante Ce sunt polimerii?

Polimerii (sau macromolecule pentru chimiti) sunt o repetiie a unui motiv constitutiv (sau unitate) (M), unde M= CH2- (de exemplu). Gradul de polimerizare (n) corespunde numrului care exprim de cte ori este repetat mitivul: Mn. Lungimea caracteristic a unui lan este n jur de 1 micron. Exist polimeri supli (de exemplu, polietilena PE) precum i polimeri rigizi (ex.: poliparafenulena PpP).Scheletul polimerilor este stabilizat prin legturi chimice covalente, motiv pentru care polimerii nu se dizolv n soluii. Coeziunea ntre macromolecule este asigurat prin legturi fizice (Van der Waals sau de hidrogen), care se rup dac se nclzesc. Ele se caracterizeaza prin: rezistenta mecanica mare densitate mica stabilitate chimica inalta proprietati termoizolante proprietati electroizolante etc.Masele plasticese fabrica din materii prime usor accesibile, din ele pot fi confectionate usor cele mai felurite articole. Toate aceste avantaje au determinat utilizarea lor in diversele ramuri ale economiei nationale si ale tehnicii, in viata de toate zilele.Aproape toatemasele plasticecontin, in afara de polimeri, componenti care le confera anumite calitati,substanta polimera serveste in ele in calitatede liant.O masa plastica este constituita din: materialulde implutura( faina de lemn, teseturi,azbest, fibre de sticla s.a.), care ii reduc costul si ii imbunatatesc proprietatile mecanice, plastifianti( de exemplu esteri cu punctul de fierbere inalt),care le sporesc elasticitaea, le reduc fragilitatea, stabilizatori(antioxidanti, fotostabilizatori), care contribuie la pastrarea proprietatilor maselor plastice in timpul proceselor de prelucrare si in timpul utilizarii, coloranti, care le dau culoarea necesara, alte substante.Pentru a ne comporta corect cu masele pastice, trebuie sa stim din ce fel de polimeri au fost produse ele termoplastici sautermoreactivi.Polimerii termoplastici( de exemplu polietilena) la incalzire devin moi si in aceasta stare isi schimba usor forma. La racire ele din nou se solidifica si isi pastreaza forma capatata. Fiind din nou incalzite, ele iarasi devin moi, pot capata o noua forma si tot asa mai departe. Din polimerii termoplastici pot fi formate prin incalzire si presiune diferite articole care in caz de necesitate pot fi din nou supuse aceluias mod de prelucrare.Polimerii termoreactivila incalzire devin plastici, apoi isi pierd plasticitatea devinind nefuzibili si insolubili, deoarece intre macromoleculele lor liare au loc interactiuni chimice, formindu-se o structura tridimensionala ( ca in cazul vulcanizarii cauciucului). Un astfele de material nu mai poate fi supus prelucrarii a doua oara: el a capatat o structura spatiala si si-a pierdut plasticitatea proprietate necesara pentru acest scop.Cum se formeaza?

Polimerii se formeaza prin reactii chimice in care monomerii (sau un singur mer) sunt uniti prin legaturi covalente, care formeaza sau retele liniare sau retele tridimensionale. Lanturile de polimeri multipli sunt tinute impreuna cu legaturi foarte slabe si instabile (de hidrogen sau Van der Waals). Polimeri pot fi intaniti in mai multe stari:-Solida-Lichida-Elastomer-RasinaScurt istoricPrima utilizare a polimerilor este consemnata in sec XV cand exploratorii englezi au descoperit in America de Sud mingi confectionate din seva arborelui de cauciuc.In 1839 Charles Goodyars descopera vulcanizarea prin combinarea cauciucului natural cu sulful la temperatura de aproximativ 130C. Cauciucul vulcanizat este un polimer mult mai rezistent decat cauciucul natural.In 1907 Leo Bakeland fabrica pentru prima data bachelita, un polimer termorigid cu rezistenta mecanica si duritate redicate care e, in acelasi timp, un foarte bun izolator electric.In 1920 Staudinger publica prima lucrare in domeniul teoriei polimerizariiIn 1925 M.Polanzi descopera structura chimica a celulozei;1927 incepe producerea pe scara larga a policlorurii de vinil (PVC);

Clasificarea polimerilor

Polimerii pot fi:-organici;-anorganici.Polimerii organici sunt pe baza de carbon. Ei pot fi:-biologici: proteine, polizaharide, poliaminoacizi;-sintetici: polietilena, policarbonatul, polistirenul.Polimerii anorganici sunt pe baza de alte elemente anorganice cum este: fosforul sau siliconul. Exemple: polifosfagenul, polisiloxanii (silicon, cauciuc siliconic)Proprietatile polimerilor anorganici:-nu sunt inflamabili;-au stabilitate termica;-sunt rezistenti la solventi;-au stabilitate la radiatiile UV si gama;-e important faptul ca au disponibilitate limitata la petrol (baza organica);-asigura numeroase optiuni chimice si structurale.Reactiile de policondensareMai sunt cunoscute si ca reactii in trepte si consta in reactia a doua grupuri functionale (cel mai adesea molecule organice) cu formarea unui produs cu greutate molara slaba (de obicei, H2O). Polimerii rezultati pot fihomopolimeri(toti merii sunt la fel) saucopolimeri(merii sunt diferiti).Exemplu:R-NH2+ R =92COOHR=92CONHR + H2O(amina + acid carboxilicamida + apa)Polimerii de condensare caracteristici sunt:-poliesterul;-proteina;-poliuretanul;-celuloza.Toti polimerii naturali se formeaza prin reactii de condensare. Pentru ca reactia de polimerizare reala sa aiba loc, reactiile chimice trebuie sa fie apte sa aiba loc in doua sau mai multe pozitii ale reactantilor. Acestea depind de capatul grupurilor de molecule. Numarul de pozitii al fiecarui monomer care poate reactiona este conditionat de functionalitatea lui. Functionalitatea este mai buna decat cea a doua retele care urmeaza sa se formeze.Concentratia caracteristica a monomerilor se micsoreaza mai repede in procesul de reactie si mai tarziu in cel de polimerizare, ce au loc intre lungimile lanturilor intermediare.Probleme care reduc randamentul pot fi:-Un echilibru instabil intre reactanti (in molecule diferite). Cauzele intermediare, cum ar fi moleculele scurte de polimeri care se formeaza, nu sunt capabile sa reactioneze mai departe/in continuare.-Daca se poate forma reactia de condensare (de exemplu a H2O), se poate atinge un ehilibru si reactia nu va mai continua. De asemenea, este posibil de a forta reactia inversa pe alta cale si polimerii se sparg. Se poate remedia prin indepartarea condensarii ca reactie in dezvoltare.-Reactiile de polimerizare pot fi incetinite la temperatura ambianta. Se solicita cresterea temperaturii sau adaugarea unui catalizator pentru cresterea vitezei reactiei.Reactiile de poliaditieAu loc prin aditia moleculelor de monomeri la lantul polimerului, care creste.Exemplu:n (C2H4)CH3- (C2H4)n- CH3Se impune prezenta unui monomer nesaturat. Nesaturarea arata ca monomerii contin legaturi duble.Prelungirea caracteristica a lantului are loc numai la sfarsitul acestuia. Concentratia monomerului se micsoreaza continuu pe parcursul procesului. Terminarea cresterii lantului are loc cand se unesc cele doua capete activate.Microstructura polimerilorPolimerii complet amorfi sunt rigizi si fragili. Temperaturasi efortul au o influenta puternica asupra aranjamentului molecular si asupra prprietatilor (la temperaturi marilanturile moleculare isi pot schimba mai usor orientareadecat la temperaturi reduse).Multi polimeri utilizati in aplicatii biomedicale au ca baza monomeri acrilici.Termenul 'acrilic' denota un monomer derivate din acid acrilic (AA) sau acid methacrilic (MAA). Toti derivatii sunt denumiti dupa acidul acrylic (acrylates, methacrylates).Aditivii polimerilorAditivii pot fi:-substante de umplere;-plasticizanti;-stabilizanti;-alti aditivi.

Substantele de umpleresunt pudrele sau fibrele folosite pentru a imbunatati proprietatile, cum ar fi: rezistenta de rupere la tractiune/intindere sau rezistenta la compresiune, rezistenta la abraziune, tenacitatea, stabilitatea termica.Exemple: bioxidul de siliciu, sticla, argila, talcul, carbonatul de calciu, particule de polimer sintetic.Plasticizanti actioneaza pentru a creste regiunile amorfe ale polimerilor si pentru a reduce coeziunea lantului. Fac sa creasca flexibilitatea, ductilitatea si tenacitatea.Exemple: greutatea moleculara a lichidelor organice mare, iar a polimerilor este mica.Stabilizantii- previn oxidarea sau fixarea transversala a radiatiilor UV sau a radicalilor liberi.Alti aditivi: coloranti si incetinirea combustiei.

Proprietatile mecanice ale polimerilorProprietatiPolimeriMetale

Modulul de elasticitate7 - 4000 MPa48 - 410 GPa

Rezistenta maxima de rupere la tractiune/intindere100 MPa4100 MPa

Elongatia maxima1000%100%

Proprietatile mecanice ale polimerilor sunt sensibile la schimbarea temperaturii mediului ambiant Variatia comportamentului la tensiune deformatie cu temperatura pentru PMMAPolimerii poseda o banda larga de comportamente mecanice si pot fi: puternici, slabi, fragili, ductili sau combinatii ale acestora .

Exemple ale variatiei curbelor tensiune deformatie la polimeriProprietatile mecanice pentru compozitia unui polimer particular depind puternic de gradul de cristalinitate si de greutatea moleculara.Efectul greutatii moleculare si gradul de cristalinitate in comportamentul mecanic al polimerilorAceste proprietati afecteaza, in special, rigiditatea materialului pin incalcirea lanturilor.Lanturile scurte prezente in masa polimerului pot actiona ca plasticizanti pentru distributia greutatii moleculare si faciliteaza miscarea lanturilor. Ele interactioneaza cu impachetarea eficienta a lanturilor lungi de molecule.

Comportamentul termic al polimerilorPolimerii sunt caracterizati de doua temperaturi importante:-Temperatura de topire la care are loc tranzitia dintre polimerul solid si lichid.-Temperatura de tranzitie vitroasa la care are loc tranzitia dintre regiunile in care polimerul este relativ rigid (subTV) si cele in care este relativ asemanator cauciucului/plastifiat (pesteTV).Aceasta temperatura este, de asemenea, afectata de greutatea moleculara a masei polimerului .

Cresterea greutatii moleculare cauzeaza cresterea temperaturii de topire si de tranzitie vitroasa si duce la incalcirea lanturilor.