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 140C – 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