2. klasyfikacja polimerów

Polimery można klasyfikować według różnych wybranych kryteriów. Właściwości polimerów zależą od ich budowy chemicznej, dlatego jest ona podstawą podziału polimerów na osobne grupy. Akademik Korszak zaproponował podział polimerów według budowy chemicznej łańcucha głównego. Znane są też inne klasyfikacje: według właściwości cieplno-przetwórczych, mechanicznych, strukturalnych i inne. Jednak klasyfikacja wg budowy chemicznej jest najczęściej stosowana.

2.1. Klasyfikacja według budowy chemicznej

2.1.1. Polimery z łańcuchem węglowym - łańcuch główny składa się z atomów węgla, a grupy boczne mogą mieć wodór lub grupy zbudowane zarówno z atomów węgla i wo­doru jak i heteroatomów - tlenek, chlorek, fluorek, azot, siarka i inne [1].

Przykładem polimerów z łańcuchem węglowym są polimery węglowodorowe w których podstaw­nikiem - R jest wodór lub grupa chemiczna zbudowana z atomów węgla i wodoru:

polietylen (−CH₂−CH₂−)_n

polipropylen (−CH₂−CH−)_n

|

CH₃

polistyren (−CH₂−CH−)_n

|

C₆H₅

Z pośród polimerów węglowych z heteroatomem w grupie bocznej można wydzielić:

poli(chlorek winylu) (−CH₂−CH−)_n

|

Cl

poliakrylonitryl (−CH₂−CH−)_n

|

CN

CH₃

|

poli(metakrylan metylu) (−CH₂−C−)_n

|

OCOCH₃

politetrafluoroetylen (−CF₂−CF₂−)_n

Politetrafluoroetylen jest przykładem polimeru o łańcuchu węglowym, który nie zawiera wodoru.

2.1.2. Do drugej grupy polimerów zaliczamy polimery z heteroatomem w łańcuchu głównym - są to polimery heterołańcuchowe. Takie polimery zawierają atomy:

tlenu - polietery, poliestry, poliacetale (np. POM):

polioksymetylen (POM) (−CH₂−O−)_n

azotu - poliuretany, poliamidy, polihidrazydy i inne:

poliamid (−OC−(CH₂)_x−CONH−(CH₂)_y−NH−)_n

poliuretan (−NH−R−NH−C−O−R₁−O−)_n

||

O

siarki - polisulfidy, polisulfony:

polisulfon (−R₁−SO₂−R₂−)_n

2.1.3. Trzecia grupa - są to polimery heterocykliczne, zawierające pierścień z heteroatomem - poliimidy, polioksadiazole, polibenzimidazole i inne:

2.1.4. Dużą grupę polimerów stanowią polimery o niewęglowym łańcuchu głównym, w których podstawnikiem bocznym R - jest grupa węglowodorowa. Łańcuch ten może być zbudowany z krzemu, tytanu, glinu i innych pierwiastków. Są to polimery nieorganiczne, np. - organosilany:

2.1.5. Polimery, które nie zawierają węgla - są to polimery nieorganiczne, do których zaliczamy, na przykład, siarkę polimeryczną i poli(chlorek fosfonitrylu):

─
S─S─S─S─S─

Każda klasa polimerów dzieli się na grupy, te na rodzaje, a te z kolei na gatunki i odmiany. Ten podział przedstawił R.Sikora w pracy [4,5].

2.2. Klasyfikacja według struktury nadcząsteczkowej

Według struktury nadcząsteczkowej polimery dzielimy na: krystaliczne (lub ciowo krystaliczne) i bezpostaciowe (lub amorficzne). Amorficzne występujące w postaci ciał jednofazowych, natomiast polimery krystaliczne są dwufazowe.

Do bezpostaciowych zaliczamy [4]:

- polistyren (PS);

- poli(chlorek winylu) (PVC);

- poli(metakrylan metylu) (PMMA);

- poliwęglan (PC);

- polisulfony (PSU);

- polioksyfenylen (PPO);

- pochodne celulozy, np. octan celulozy (CA).

Niektóre tworzywa bezpostaciowe w określonych warunkach mogą krystalizować, np. PS izotaktyczny i PVC.

Do częściowo krystalicznych zaliczamy:

- polietylen (PE);

- polipropylen (PP);

- poliamidy (PA);

- polioksymetylen (poliacetale) (POM);

- poli(tereftalan etylenu) (PET);

- politetrafluoroetylen (PTFE);

- poli(siarczek fenylenu) (PPS).

2.3. Klasyfikacja według właściwości mechanicznych

Polimery dzieli się na elastomery i plastomery. Za kryterium podziału przyjęto zachowanie się polimeru w temperaturze pokojowej w układzie naprę­żenie - odkształcenie σ = f(ε). Elastomerem jest polimer (tworzywo) charakte­ryzujący się małym modułem Younga od l do 4 MPa i odwracalnym wydłuże­niem przy rozciąganiu do 1000% i więcej. Temperatura zeszklenia elastomerów położona jest poniżej temperatury pokojowej, a zakres temperatury użytkowania znajduje się w obszarze stanu wysokoelastycznego. Do elastomerów należą tworzywa dienowe (gumy), poli­uretan miękki, niektóre tworzywa olefinowe (poliizobutylen), fluorowcowe (poli(chlorek winylu) zmiękczony) i ich kopolimery oraz gumy siloksanowe.

Natomiast do plastomerów zalicza się polimery o dużym module Younga (ponad 1000 MPa) oraz wydłużeniu przy rozciąganiu od l do 200%. Temperatura zeszklenia plastomerów jest wyższa od temperatury pokojowej, a zakres temperatury użytkowania znajduje się w obszarze stanu szklistego lub twardego poniżej temperatury zeszklenia. Do plastomerów należą polimery, zarówno termoplastyczne jak i utwardzalne o nieodwracalnym wydłużeniu przy rozciąganiu.

2.4. Klasyfikacja według właściwości cieplno-przetwórczych

Tworzywa wielkocząsteczkowe klasyfikuje się na termoplastyczne (termoplasty) i utwardzalne (duroplasty lub chemoplasty).

Tworzywa termoplastyczne (termoplasty) są zdolne do wielokrotnego przechodzenia pod wpływem ciepła ze stanu stałego w stan plastyczny lub ciekły oraz odwrotnie bez istotnych zmian budowy chemicznej i właściwości. Dzielimy je na bezpostaciowe (amorficzne) i częściowo krystaliczne (p.2.2).

Do tworzyw termoplastycznych należą też niektóre poliuretany (PUR).

Natomiast poliimidy mogą wykazywać właściwości tworzyw termoplastycznych (bezpostaciowych) oraz utwardzalnych.

Polimery utwardzalne (duroplasty) dzieli się na tworzywa termoutwardzalne i chemoutwardzalne. Mogą być przetwarzane tylko jednokrotnie ze względu na tworzenie sią strukturę przestrzennie usieciowaną pod czas usieciowania.

Tworzywo termoutwardzalne pod wpływem ciepła lub czynników fizycz­nych przekształca się nieodwracalnie w materiał usieciowany i nietopliwy. Do tworzyw tych zaliczamy:

- żywice fenolowo-formaldehydowe (PF) lub krezolo-formaldehydowe (CF);

- żywice mocznikowe (UF);

- żywice melaminowe (MF);

- polisiloksany (silikony) (SI).

Niektóre rodzaje żywic (PF), tzw. nowolaki, są również chemoutwardzalne.

Tworzywa chemoutwardzalne pod wpływem środków chemicznych, tzw. utwardzaczy przekształcają się w materiał usieciowany i nietopliwy. Proces ten dokonuje się w temperaturze pokojowej lub podwyższonej. Do tworzyw tych zaliczamy:

- żywice epoksydowe (EP);

- nienasycone żywice poliestrowe (UP);

- niektóre poliuretany (PUR).

W niektórych przypadkach stosowany jest też podział polimerów ze względu na kierunki ich stosowania. Z tego punktu widzenia polimery (tworzywa wielkocząsteczkowe) dzielimy na: konstrukcyjne, powłokowe, adhezyjne, włóknotwórcze i specjalne.

18

siarka polimeryczna

polifosfonitrylochlorek

poliorganosiloksany (silikony)

poliorganosilany

poliimid

---