Műanyagok

Pukánszky Béla - Tel.: 20-15Műanyag- és Gumiipari Tanszék, H ép. 1. em.

Tudnivalók:– előadás– írott anyag– kérdések, konzultáció– vizsga

Vizsgajegyek2003/2004 őszi félév

0

10

20

30

40

50Je

gyek

szám

a

1 2 3 4 5

Érdemjegy

Felvette: 153 Vizsgázott: 88

Bevezetés

Történeti áttekintésA műanyagipar helyzeteA tárgy célkitűzéseFogalmak, definíciók– makromolekula, polimer– polimerizáció– szerkezet

Csoportosítás– felhasználás, feldolgozás– műanyag, módosításKülönbségek a kis- és nagymólsúlyú anyagok közöttTematika

Szerkezeti anyagok

1948 1958 1968 1978 1988 1998 20080

1

2

3

4

5

Felh

aszn

álás

lg(M

t)

Év

vas műanyag réz gumi alumínium

Rohamos növekedésSzéleskörű alkalmazásElőnyök– kedvező jellemzők– jó teljesítmény/ár viszony– termelékeny feldolgozásTömegműanyagok

Különleges viselkedés

Történeti fejlődés

1839 gumi vulkanizálás Goodyear1870 celluloid Hyatt1909 fenol gyanta Baekeland1915 szintetikus kaucsuk Leverkusen1926 makromolekula Staudinger1931 kissűrűségű PE (LDPE) ICI1938 Nylon Carothers1941 PET Whinfield1954 PP Natta1974 Kevlar DuPont

Célkitűzések

A műanyagokkal kapcsolatos alapvetőismeretek közlése

tulajdonságok, viselkedéseltérések a hagyományos anyagoktólfeldolgozás és tulajdonságokalkalmazási példákműanyagok kiválasztásának szempontjaimindennapi problémák (törés, szakadás, ragasztás, javítás)műanyagok és környezetvédelem

MűanyagfelhasználásAlkalmazási terület szerint - 2000

0

10

20

30

40

50M

enny

iség

(%)

Cso

mag

olás

Építő

ipar

Ház

tartá

s

Elek

trom

os

Mezőg

azda

ság

Járműip

ar

Búto

ripar

Gép

ipar

Egyé

b

MűanyagfelhasználásTípus szerint - 2000

0

5

10

15

20

25

30M

enny

iség

(%)

PE PP

PVC

PS, A

BS

Gya

nták

PUR

PET

Műs

zaki

Egyé

b

Tömegműanyagok

Fogalmak

Makromolekula: azonos egységekből, építőelemekből állómolekulaOligomer: ismétlődő egységek száma <10Ismétlődő egység: a makromolekula építőeleme

Monomer: a polimerizáció alapanyagaPolimer: a makromolekulák összessége – természetes polimerek, műanyagok, elasztomerek, gyanták

CH2 CH2 CH2 CH2( )nNH2(CH2)6NH2, HOOC(CH2)4COOH

NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO[ ]n

Polimerek

Monomer Ismétlődő egység Triviális név Rövidítés

polietilén PEpolipropilén PP

polisztirol PS

PVC PVC

CH2 CH2 CH2 CH2( )n

CH2 CH

CH3

n)( CH2 CH

CH3

CH2 CH n)( CH2 CH

CH2 CH

Cl( )nCH2 CH

Cl

Polimerek

Monomer Ismétlődő egység Triviális név Rövidítés

poli(tetrafluor-etilén) PTFE

poli(metil-metakrilát) PMMA

poli(etilén-tereftalát) PET

CF2 CF2 CF2 CF2 n)(

CH2 C

COOCH3

CH3

CH2 C

COOCH3

CH3

n)(

H3COOC COOCH3

HO CH2 CH2 OH OCH2CH2OOC CO( )n

Fogalmak

Műanyag: adalékokat és tár-sítóanyagokat tartalmazó po-limerPolimerizáció: a mesterséges polimerek előállítására szol-gáló eljárásHomopolimer: azonos építő-elemekből álló polimerekKopolimer: két vagy több épí-tőelemből felépülő polimer

MolekulaszerkezetJellemzés

Polimerizációs fok: ismétlődőelemek száma, xn

Molekulatömeg: xn• MMolekulatömeg eloszlásSzámszerinti molekulatömegTömegszerinti molekulatömegMomentumokPolidiszperzitás, Mw/Mn

Átlagos molekulatömeg

∑∑=

i

iiw

wMw

M

∑∑=

i

iin

NMN

M

ii

iiw

MNMN

M

2

∑∑=

MolekulaszerkezetJellemzés

Molekulatömeg eloszlásÁtlagos molekulatömegMeghatározás– szám– méret– térfogat– viszkozitásTulajdonságok

Mz

Mw

Mn

Polim

er m

enny

isége

Molekulatömeg

MolekulaszerkezetLáncszerkezet

A lánc alakja– lineáris– rövidláncú elágazás– hosszúláncú elágazás– térhálós molekula– csillag alakú molekula– létra szerkezet– fésű szerkezet– hágcsó és parketta

MolekulaszerkezetLáncszerkezet

Típus Sűrűség Elágazottság Kristályosság Modulus(g/cm3) (CH3/1000 C) (%) (GPa)

LDPE 0,921 12 35 0,17

HDPE 0,970 0 70 1,35

Jelentős változások a szerkezetben és a jellemzőkben

MolekulaszerkezetLáncszerkezet, konformáció

Alak – konformációKonformáció eloszlásKonformáció változásEgyensúlyi alak: gombo-lyodottGombolyag mérete:– láncvégtávolság– tehetetlenségi sugár– hidrodinamikai térfogatGátló tényezők

MolekulaszerkezetKonfiguráció

Cisz-poliizoprén

Transz-poliizoprén

Aszimmetrikus szénatomok, sztereoizomerek

CH2C CH

H3C

CH2

CH2C CH

H3C CH2

C CY

H H

XC C

H

Y

H

X

SzerkezetPolimer, műanyag

Polimer – kölcsönhatások– fizikai – fluktuációs háló– fizikai-kémiai – másodla-

gos erők– „kémiai” – keresztkötésekTérhálós polimerek– gumik– térhálós gyanták– térhálósűrűségMakroszkopikus szerkezet– amorf, kristályos– fázisszerkezet

Csoportosítás, tulajdonságokJellemző hőmérsékletek

Csoportosítás– elasztomerek– hőre lágyuló műanyagok– hőre keményedő anyagok– műszaki műanyagok– kompozitok

Tulajdonságok– szilárdság, merevség– ütésállóság– optikai jellemzők– vezetőképesség– hőállóság– különleges tulajdonságok

MűanyagokAdalékok, társító anyagok

Adalékok– stabilizátorok– csúsztatók– formaleválasztók– lágyítók– égésgátlók– színezékek, pigmentek– optikai fehérítők– szag- és illatanyagok– antisztatikumok– gócképzők

Társítóanyagok– polimerek– ütésálló adalékok– vezetőképesség javító

adalékok– töltőanyagok– erősítő anyagok– természetes polimerek

KülönbségekPolimer, kismólsúlyú anyag

Móltömeg, móltömegeloszlásHalmaz és fizikai állapotKonformáció és konformáció eloszlásKis rendezettség, kristályosságNagy viszkozitásOrientációEgyidejűleg többfajta deformációIdőfüggő tulajdonságok

MűanyagokTematika

BevezetésKémia, anyagismeret– gyökös polimerizáció– polikondenzációFizika– makromolekulák fizikája– deformáció, törésSzerkezet, tulajdonságok– kristályos és amorf polimerek– társított és összetett rendsze-

rek

Feldolgozás– hőre lágyuló műanyagok– térhálós gyanták– különleges eljárásokAlkalmazás– csomagolás– közlekedés, elektronika– egyéb területekDegradáció, stabilitás, ada-lékokKörnyezetvédelem