wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
1
TREŚĆ WYKŁADU
1.
Rola chemii we współczesnym życiu. Podstawowe prawa i
definicje.
Nazewnictwo chemiczne.
2. Występowanie pierwiastków we wszechświecie. Układ okresowy
pierwiastków – budowa i właściwości.
3. Atomy, cząsteczki i jony. Budowa atomu.
4. Gramoatom, mol, objętość molowa gazów. Elektroujemność
pierwiastków.
5. Wiązania chemiczne.
6. Chemia metali. Pierwiastki niemetaliczne i ich związki
7. Charakterystyka stanów materii.
8. Warunki przebiegu reakcji chemicznych. Katalizatory. Procesy
odwracalne.
Równowaga chemiczna.
9. Właściwości fizyczne roztworów. Roztwory wodne. Roztwory
związków
jonowych. Dysocjacja elektrolityczna. Pojęcie pH.
10. Związki nieorganiczne. Kwasy i zasady.
11. Związki organiczne i ich nomenklatura.
12. Podstawy chemii organicznej.
Właściwości fizyczne i chemiczne
polimerów.
13. Podstawowe zagadnienia z technologii chemicznej. Źródła
energii.
14. Organiczne i nieorganiczne materiały dla przemysłu.
15. Woda jako medium stosowane do celów komunalnych i
przemysłowych.
Jonity. Wybrane zagadnienia z chemii technicznej
wykład 12 polimery
( inż. mat.)
2
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
3
TWORZYWA SZTUCZNE
Związki składające się cząsteczek o budowie
łańcuchowej, w której powtarzają się i identyczne
fragmenty zwane merami. Charakterystyczna jest
bardzo duża masa cząsteczkowa rzędu tysięcy i
milionów gramów.
Podział z punktu widzenia pochodzenia
• Naturalne
– białka, kwasy nukleinowe, celuloza
(polisacharydy), kauczuk naturalny
• Syntetyczne
– nylon, teflon, pleksiglas, PCW, ebonit,
celuloid, itd.
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
4
PODZIAŁ Z PUNKTU WIDZENIA METODY
SYNTEZY
• Polimery
- Polimeryzacja wymaga obecności w merach
wiązań wielokrotnych, reakcja inicjowana jest
obecnością wolnych rodników, kationów lub anionów.
• Polikondensaty
– monomery użyte do syntezy muszą
posiadać dwie grupy funkcyjne a w wyniku ich łączenia
wydziela się mała cząsteczka, np. woda.
PODZIAŁ Z PUNKTU WIDZENIA ZACHOWANIA
SIĘ TWORZYW SZTUCZNYCH
• Termoplastyczne
• Termoreaktywne
(termoutwardzalne)
• Chemoreaktywne
(chemoutwardzalne)
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
5
Polimeryzacja
– łączenie się dużej liczby małych
cząsteczek (monomer) w jedną wielką makrocząsteczkę
(polimer). Monomerami ulegającymi polimeryzacji są przede
wszystkim związki zawierające wiązania wielokrotne (podwójne
lub potrójne) oraz związki cykliczne o nietrwałej budowie
pierścieniowej (tlenki alkilenów, laktony, laktamy, bezwodniki).
W reakcji polimeryzacji można wyróżnić trzy podstawowe etapy:
inicjowanie
wzrost łańcucha
zakończenie
W reakcji można stosować różnorodne monomery
nienasycone,
uzyskując
polimery
z
różnymi
"grupami
wiszącymi" (G) przyłączonymi do szkieletu polimeru, na
przykład:
Grupami wiszącymi (G) mogą być; grupy alkilowe, -Cl (chlorki),
-CN (nitrylowa), -C
6
H
5
(fenyl), -COOH i inne.
nCH
2
CH
G
n
CH
2
CH
G
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
6
POLIKONDENSACJA - poliamidy
+
H
2
N (CH
2
)x COOH
H
2
N (CH
2
)x COOH
aminokwas
+
H
N (CH
2
)x COOH
H
2
N (CH
2
)x C
O
H
2
O
+
H
2
N (CH
2
)x NH
2
HOOC (CH
2
)y COOH
dwuamina kwas dwukarboksylowy
H
2
O
O
H
2
N (CH
2
)x N C (CH
2
)y COO +
H
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
7
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
8
POLIKONDENSACJA - Poliestry
HO (CH
2
)x OH HOOC (CH
2
)y COOH
+
+H
2
O
HO (CH
2
)x O C (CH
2
)y COOH
O
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
9
POLIETYLEN
• Mer – etylen
• Nazwa i wzór – polietylen (-CH
2
-CH
2
-)n
• Zastosowanie
– miękkie rurki, butelki, izolacja elektryczna,
zabawki, torebki foliowe, przemysł spożywczy.
• Właściwości
– termoplastyczny, łatwo się spala, odporny
chemicznie, bardzo trudno rozpuszczalny, niska temperatura
mięknięcia, hydrofobowy.
Dwie odmiany:
• Otrzymywany pod wysokim ciśnieniem, wysokociśnieniowy
bardziej elastyczny, nadaje się na miękkie folie.
• Otrzymywany pod normalnym ciśnieniem, niskociśnieniowy;
bardziej usieciowany niż wysokociśnieniowy, wyroby sztywniejsze.
C
C
H
H
H
H
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
10
POLISTYREN
• Mer – styren
• Nazwa i wzór – polistyren
• Zastosowanie
– pojemniki, opakowania,
izolacja termiczna, zabawki
• Właściwości
– termoplastyczny, łatwy do barwienia,
bezbarwny, przezroczysty, nie nagrzewa się w
szybkozmiennym polu magnetycznym, rozpuszcza się
w CHCl
3
, CCl
4
, chlorowcowęglowodorach, mała
wytrzymałość mechaniczna. W procesie polimeryzacji
dodatek substancji, które pod wpływem ciepła
wydzielają gazy powoduje, że otrzymamy tworzywo
spienione
• Styropian
produkowany w postaci kuleczek z
substancją spieniającą w środku.
C
H
2
C
H
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
11
TEFLON
• Mer – tetrafluoroetylen
• Nazwa i wzór – politetrafluoroetylen (-CF
2
-CF
2
-)n
• Zastosowanie
– naczynia kuchenne, żelazka, izolacja
elektryczna, dielektryk świetlny, materiały
• Właściwości
– termoplastyczny, niepalny, bardzo
odporny chemicznie, bardzo trudno rozpuszczalny,
450ºC - wysoka temperatura mięknięcia, hydrofobowy,
pod dużym stałym obciążeniem zaczyna płynąć.
C
C
F
F
F
F
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
12
PCV
Mer – chlorek winylu
• Nazwa i wzór
– polichlorek winylu (-CH
2
-CHCl-)
n
, PCV,
igelit
• Zastosowanie
– rury, siding, wykładziny podłogowe,
materiały tekstylne, zabawki.
• Właściwości
– PCV występuje w dwóch odmianach:
• Normalnie polimeryzowany w masie: bardzo sztywny i
kruchy, dodatek zmiękczaczy, nieprzezroczysty.
• Emulsyjny (emulsja w roztworze wodnym): bezbarwny,
przezroczysty, duża elastyczność, stosowany do wyrobu
naczyń i rurek medycznych.
• Termoplastyczny, temperatura mięknięcia 100ºC,
bardzo odporny chemicznie, rozpuszczalny w
cykloheksanonie, dielektyk.
C
C
H
Cl
H
H
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
13
PLEXIGLAS
• Mer – metakrylan metylu
• Nazwa i wzór – polimetakrylan metylu, plexi, szkło
organiczne
• Zastosowanie
– meble i sprzęty domowe, optyka (pryzmaty
i soczewki).
• Właściwości
– termoplastyczne, wysoka temperatura
mięknięcia, przezroczyste, barwi się tylko powierzchniowo,
bardzo dobra wytrzymałość mechaniczna, przepuszcza
promieniowanie UV, łatwe w obróbce, rozpuszczalny w
chlorowcowęglowodorach, bezwodniku kwasu octowego.
CH
3
C
COOCH
3
H
2
C
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
14
ELASTOMERY
Przedstawiciel: kauczuk syntetyczny
• Surowce do syntezy kauczuku
• Podstawy syntezy Giulio Natta i Karl Ziegler
KAUCZUK NATURALNY
• Poli-cis-izopren otrzymywany z drzewa Hevea
brasiliensis. Proces wulkanizacji gumy
(wprowadzenia mostków siarkowych w obecności
ZnO) opracował w 1839 Charles Goodyear
B
u
t
a
d
i
e
n
I
z
o
p
r
e
n
C
H
C
C
C
HH
H
H
H
C
H
3
H
H
H
H
CCCC
H
C
h
l
o
r
o
p
r
e
n
C
H
C
C
C
HH
H
H
C
l
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
15
KAUCZUK NATURALNY - polimer izoprenu
wulkanizacja
mostki C S C
mostki C S S C
R + H
2
C=C C=CH
2
CH
3
H
H
CH
3
H
2
C C C CH
2
R
CH
2
CH
3
H
2
C C C
R
C
CH
3
C
polimeryzacja
H
CH
2
CH
2
H
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
16
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
17
BAKELITY
• Żywice rezolowe
• W formie ciekłej żywice rezolowe są stosowane do
lakierów pokrywających części transformatorów →
doskonała odporność na przebicie iskrą elektryczną.
• Zmieszane z wypełniaczem (trociny, kreda, gips) i
podgrzane powyżej 140C – twardnieją nieodwracalnie
(tworzywo termoutwardzalne) – bakelit.
• Tekstolit – mechanicznie wytrzymała tkanina
nasycona żywicą rezolową i utwardzona na gorąco;
wytrzymały mechanicznie na ścieranie (przeguby
kuliste, sworznie kuliste, miski do sworzni kulistych).
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
18
NYLON I JEDWAB
H
2
N (CH
2
)
6
NH
2
HOOC (CH
2
)
4
COOH
H
2
N (CH
2
)
6
N C (CH
2
)
4
COOH H
2
O
(CH
2
)
4
C N (CH
2
)
6
N C (CH
2
)
4
C N (CH
2
)
6
Kondensacja
Dalsza kondensacja
Heksametylenodiamina
Kwas adypinowy
H
H
H
H
O
O
O
O
+
+
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
19
INNE POLIMERY
WINIDUR
– termoplastyczny, mało elastyczny, odkształca się pod
wpływem temperatury, inne własności podobne jak PCV.
Zastosowanie: zbiorniki na chemikalia, wanny elektrolityczne
(galwaniczne) rury, okapy wyciągowe i rury kanalizacyjne.
EPIDIANY-
ciecze o konsystencji miodu, utwardzane pod wpływem
związków chemicznych (amin alifatycznych); duża
wytrzymałość mechaniczna, duża odporność chemiczna, duża
adhezja do żelaza i jego stopów oraz do aluminium i jego
stopów; klej epidianowi stosowany m.in. do zaklejania pęknięć
w blokach silników.
POLIURETANY
– polimer spieniony, zastępujący naturalną gąbkę
AKRYL
– poliakrylonitryl, tworzywo sztuczne stosowane
powszechnie w przemyśle odzieżowym i przy wytwarzaniu
przedmiotów ozdobnych – dywany, zasłony itp.
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
20
PODSUMOWANIE
1.
Polimery to bardzo duże cząsteczki składające się z
małych, powtarzających się fragmentów – merów
2.
Proteiny, kwasy nukleinowe, celuloza i kauczuk
naturalny to polimery występujące w przyrodzie
3.
Polimery organiczne powstają w reakcji polimeryzacji
lub polikondensacji
4.
Polimery różnią się między sobą właściwościami
5.
Kauczuk syntetyczny polichloroprenowy i styreno-
butadienowy powstaje w wyniku kopolimeryzacji
6.
Kwasy nukleinowe składają się z nukleotydów.
Nukleotydy DNA składają się zasady purynowej i
pirymidynowej, cząsteczki deoksyrybozy i grupy
fosforanowej. Nukleotydy RNA składają się z zasady
adeninowej, cytozynowej, guaninowej i uracylowej
oraz cząsteczki rybozy i grupy fosforanowej.
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
21
Najważniejsze polimery
Nazwa
Wzór
Monomer
Zastosowanie
Polietylen
niskiej twardości
(LDPE)
- (CH
2
-CH
2
)
n
-
etylen
CH
2
=CH
2
błony filmowe, plastikowe
opakowania
Polietylen
wysokiej gęstości
(HDPE)
-(CH
2
-CH
2
)
n
-
etylen
CH
2
=CH
2
elektryczne izolacje
butle, zabawki
Polipropylen
(PP) różnej klasy
-[CH
2
-CH(CH
3
)]
n
-
propylen
CH
2
=CHCH
3
podobny do LDPE
wykładziny, tapicerka
Polichlorek winylu
(PVC)
- (CH
2
-CHCl)
n
-
chlorek winylu
CH
2
=CHCl
instalacje rurowe, podłogi
Polidichlorowinyl
(Saran A)
- (CH
2
-CCl
2
)
n
-
1,1 dichloroetylen
CH
2
=CCl
2
wykładziny, błony filmowe
Polistyren
(PS)
-[CH
2
-CH(C
6
H
5
)]
n
- styren
CH
2
=CHC
6
H
5
galanteria, styropian
Poliakrylonitryl
(PAN, Orlon, Acrilan) - (CH
2
-CHCN)
n
-
akrylonitryl
CH
2
=CHCN
włókna (liny, żagle, ubiory
Politetrafluoroetylen
(PTFE, Teflon)
-(CF
2
-CF
2
)
n
-
tetrafluoroetylen
CF
2
=CF
2
izolacje, uszczelki, aparatura
chemiczna, pokrycie patelni
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
22
Najważniejsze polimery c.d.
Nazwa
Wzór
Monomer
Zastosowanie
Polimetakrylanmetylu
(PMMA, Lucite,
Plexiglas)
- [CH
2
-
C(CH
3
)CO
2
CH
3
]
n
-
metakrylanmetylu
CH
2
=C(CH
3
)CO
2
CH
3
szyby, ozdoby, soczewki
Polioctan winylu
(PVAc)
- (CH
2
-
CHOCOCH
3
)
n
-
octan winylu
CH
2
=CHOCOCH
3
kleje, lakiery, farby
cis-Poliizopren
naturalny kauczuk
-[CH
2
-CH=C(CH
3
)-
CH
2
]
n
-
isopren
CH
2
=CH-
C(CH
3
)=CH
2
potrzeby wulkanizacyjne
Polichloropren (cis +
trans)
(Neoprene)
-[CH
2
-CH=CCl-
CH
2
]
n
-
chloropren
CH
2
=CH-CCl=CH
2
uszczelki, kable, węże
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
23
TWORZYWA SILIKONOWE
O
Si
R
R
O
Si
R
R
O
Si
R
R
O
Si
R
R
R - CH
3
- metyl
C
2
H
5
- etyl
C
6
H
5
- fenyl
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
24
TWORZYWA
SILIKONO
WE
Cl Si
CH
3
CH
3
Cl
OH Si
CH
3
CH
3
OH
+ H
2
O
+ HCl
2
2
OH
OH Si
CH
3
CH
3
+
+
OH
OH Si
CH
3
CH
3
+
silanol
O
O Si
CH
3
CH
3
O
CH
3
CH
3
Si
CH
3
CH
3
Si
polidwumetylosiloksan
wykład 12 polimery ( inż.
mat.)
25
KAUCZUK NATURALNY - polimer izoprenu
wulkanizacja
mostki C S C
mostki C S S C
R + H
2
C=C C=CH
2
CH
3
H
H
CH
3
H
2
C C C CH
2
R
CH
2
CH
3
H
2
C C C
R
C
CH
3
C
polimeryzacja
H
CH
2
CH
2
H
Document Outline