Polimer kémia és -fizika

1. Bevezetés Gyökös polimerizáció Ionos polimerizáció Sztereospecifikus polime-rizáció Kopolimerizáció Lépcsős polimerizáció – lineáris polimerek – térhálósodás Entrópiarugalmas deformá-ció Oldás Halmaz, fázis, fizikai állapot Reológia Kényszerelasztikus defor-máció Törés Kristályos polimerek Társított rendszerek Polimer kémia és -fizika

2. Típusai – láncpolimerizáció – lépcsős polimerizáció Láncpolimerizációs mód-szerek – gyökös – anionos – kationos – sztereoszelektív Monomerek szerkezete – vinil – vinilidén R1 és R2: hidrogén, halogén, alkil, alkenil, aril, – pl. metil, fenil ciano, vinil Polimerizáció A polimerizációs eljárás meghatározza a polimer jellemzőit és stabilitását.

3. 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

4. Gyökös polimerizáció azovegyületek bomlása redox iniciálás 2. Láncnövekedés: gyors monomer addíció

5. 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

6. Ionos polimerizációKationos polimerizáció Katalizátor: Lewis sav, pl. BF3, AlCl3, TiCl4, SnCl4 Kokatalizátor: nukleofil anyagok, pl. víz Láncindítás: Láncnövekedés – fontos az aktív centrum ionjainak kapcsolata Záródás: láncátadás, szennyeződés Telekelikus polimerek, élő polimerizáció

7. Ionos polimerizációAnionos polimerizáció • Tényezők: – oldószer polaritása – ellenion jellege – ellenion erőssége – rezonancia stabilitás – sztérikus hatások • Szennyeződések • Hőmérséklet • Élő polimerizáció

8. Sztereospecifikus polimerizációSztereoizomeria 1. Izotaktikus 2. Szündiotaktikus 3. Ataktikus rendezettség - fázisszerkezet - tulajdonságok

9. Sztereospecifikus polimerizációMechanizmus

10. KopolimerizációKopolimer összetétele, szabályozás 1. Ideális polimerizáció, r1 = r2 = 1 2. Majdnem ideális, r1r2 = 1, de r1 r2 3. Alternáló, 0 < r1r2 < 1 4. Reális – azeotróp • azeotróp • kis konverzió • monomer pótlás

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

12. Lépcsős polimerizációLefutás xn = 1 xn = 1,3 xn = 2 xn = 4 p = 0 p = 0,25 p = 0.50 p = 0.75 Lépcsős növekedés, gyakorlatban alkalmazható polimer előállítása csak nagy konverzióval lehetséges.

13. Konverzió, polimerizációs fok Carothers egyenlet Konverzió Polfok (%) xn 95 50 99 100 PA móltömeg: 12000 xn = 106 – 116 p> 99 % Lépcsős polimerizációJellemzők

14. Lépcsős polimerizációÖsszehasonlítás

15. Feltétel – bifunkció  lineáris – többfunkció  térhálós Komponensek – gél: oldhatatlan –sol: oldható Átlagos funkcionalitás Konverzió és xn favp (%) xn 1 95 20 2,1 95 200 TérhálósodásFeltételek, jellemzők

16. TérhálósodásGélesedés; gyakorlati szempontok • Gélesedés • Feldolgozás • Alkalmazás – bakelit, aminoplaszt – poliészter – epoxi gyanta – poliuretán

17. Entrópiarugalmas deformációFeszültség és deformáció A megközelítés 30 % deformációig érvényes.

18. Polimer oldatokElegyíthetőség • Feltétel • Entrópiaváltozás  kismólsúlyú anyagok

19. Halmaz, fázis, fizikai állapot • Halmazállapot: gáz, folyadék, szilárd • Fázisállapot: kristályos, amorf – rendezettség • Fizikai állapot – ömledék – nagyrugalmas – üveges

20. Halmaz, fázis, fizikai állapotTermomechanikai görbe Amorf polimer  jellemző hőmérséklet: Tg

21. Halmaz, fázis, fizikai állapotTermomechanikai görbe Kristályos polimer  jellemző hőmérséklet: Tm

22. Folyás, viszkozitásJellemzők • helyváltoztatás • konformációváltozás, orientáció • szerkezeti hatások, fizikai térháló időfüggés nyírásfüggés

23. Folyás, viszkozitásMeghatározó tényezők  nyírás

24. kapilláris polimer reológiai duzzadás ömledéktörés Folyás, viszkozitásFolyási anomáliák; mérés • Folyási anomáliák  reológiai duzzadás  rugalmas turbulencia • Reológiai jellemzők mérése  kapilláris viszkoziméterek  rotációs viszkoziméterek  plasztográf

25. E1 2 E2 1 Elasztikus deformációFenomenológiai modellek • Burgers modell • Állandó feszültség • A polimerek deformáci-ójának összes jellegze-tességét mutatja. • Relaxációs idők • Általánosított modellek • Formai leírás

26. Üveges és kristályos anyagokKényszerelasztikus deformáció Konformációváltozás

27. B a D L Törés, ütésállóságHibahely; szabványos módszerek Izod • Hibahely • Feszültségkoncentráció • Modellezés: bemetszés • Szabványos módszerek • Méretfüggő értékek Charpy

28. Törés, ütésállóságTörési típusok Különböző mértékű plasztikus deformáció

29. elemi cella krisztallit lamella szferolit termék Kristályos polimerekSzerkezeti elemek • Elemi cella: a legkisebb szabá-lyos egység. • Lamella: jellemző a vastagsága. • Szferolit: mérete változik a góc-képzés hatására. • Kristályosság: befolyásolja a merevséget. A polimer tulajdonságait a kristályszerkezet határozza meg.

30. Kristályos polimerekSzferolit Lamellák gömb alakú halmaza; PP  módosulata.

31. Kristályos polimerekSzferolit Lamellák a szferolitban, orientáció, vastagság, tulajdonságok.

32. Kristályos polimerekSzerkezet és tulajdonságok Kötőmolekulák száma arányos a lamellavastagsággal.

33. Kristályos polimerekOrientáció Nagy szilárdság és merevség az orientáció irányában.

34. Társított rendszerek Előny: különleges tulajdonságok

35. Szálerősítésű kompozitokTipikus alkalmazások

36. Szálerősítésű kompozitokTipikus alkalmazások