STIINTA MATERIALELORCURS 11POLIMERI: STRUCTURA, TIPURI STRUCTURALE ; POLIMERI TERMOPLASTI SI TERMORIGIZI,

ELASTOMERI

POLIMERIDef.: Materiale organice macromoleculare constituite din lanturi lungi (M =

104 – 106 Da) - C – C – (legatura covalenta) la care se asociaza si altiatomi (H, O, N, F, ...)

Polimerii sunt alcatuiti din unitati structurale care se repeta

Ex. Polietilena (PE) - (CH2 – CH2)n - Mu.s. = 28Da

Polimetacrilat de metil (PMMA) Mu.s. = 100Da

Homopolimeri / Copolimeri aleatori A-B-A-B-B-B-A-A-alternanti A-B-A-B-A-B-A-B-in blocuri A-A-A-A-B-B-B-B-

-

úúúúúú

û

ù

êêêêêê

ë

é

--

nCOOCH

C

CH

CH

3

3

2

POLIMERI - STRUCTURAPolimer cu catena liniara - U – U – U – U – U – U - ....

U = unitate structurala

Polimer ramificat (cu catene laterale)

Polimer reticulat (cu legaturi transversale)

UUU

UUUUUUU

UUU

---

--------

---

UUUU

UUUUU

UUUU

---

------

----

POLIMERI - STRUCTURAPolimeri Amorfi catena liniara / ramificata

Semicristalini catena reticulata –prin ordonare in siruri semiparalele

Grad de cristalinitate = raportul fractie ordonata / cant. totala

Cristalizare – la cald, sub sarcini mecanice, chimic

POLIMERI - STRUCTURA

Structura 3D semicristalina in nylon 6,6 prin legatura de H

POLIMERI - STRUCTURA

Polimer amorf Polimer semicristalin Sferulita

POLIMERI - STRUCTURA

POLIMERI - STRUCTURA

POLIMERIMasa macromoleculei: M = n x Mu.s. , n = grad de polimerizare(n < 100 pt. oligomeri)

Mn – masa moleculară medie numerică; Mw – masa moleculară medie masică

Polimerii industriali: Mn = 25,000 – 100,000Da; Mw = 50,000 – 300,000Da

i = Mw / Mn – indice de polidispersitate;

Polimerii de sinteză – amestecuri de macromolecule cu grade diferite de polimerizarePolimeri comerciali: i = 1.5 – 5; polimeri naturali: i ~ 1 (general)

åå=

i

iin N

MNM å

å=ii

iiw MN

MNM

2

POLIMERI

Masa moleculară infuenţează major proprietăţile polimerului:

Exemplu – polietilena

PE-HD (0.945-0.960 g/cm3): R = 22-30 MPa; A = 500-800; tmax = 70-80ºC

PE-LD (0.915-0.924 g/cm3): R = 9-11 MPa; A = 500-650; tmax = 60ºC

POLIMERI

Cele 4 legaturi simple ale atomului de carbon definesc un tetraedru regulat

POLIMERI

Polistiren

POLIMERI

Legatura C-C se poate roti in jurul axei proprii

>>> MOBILITATE MARE (minimizarea energiei)

POLIMERISinteza polimerilor – pornind de la monomeri

(etilena, propilena, benzen, ...); se rup legaturi duble si se formeaza noi legaturi simple

Poliaditie - PE, PP, PVC, PS, PUR, ...

Policondensare – se elimina o molecula mica (H2O, HCl) PA (Nylon), PF, ...

POLIMERITipuri de polimeri

a. Termoplasti – trec in stare vascoasa la cald (T > Tc)catene liniare / lanturi laterale

b. Elastomeri (cauciucuri) – legaturi transversale slabe

cauciuciri polisulfurice (tiocauciucuri) prin vulcanizare → legaturi tranversale de sulf

continutul de S (3 – 25%) → rigiditate / duritate[peste 50% - ebonita]

Vulcanizarea cu S a cauciucului (natural)

POLIMERIcauciucuri siliconice

Cauciucul siliconic

Interval de temperaturi de lucru: -120ºC – 300ºCDuritate Shore A: 10 - 90

Poliizopren – sintetic, similar cauciucului natural;Polietilena clorurata – rezista la cald in hidrocarburi lichide;Polibutadienic / polibutadienstirenic – rezistenta buna sub 0ºC

>>> in anvelope;Poliacrilic – rezistent in produse petroliere;

POLIMERI

Curba termomecanica pentru polimeri amorfi; Tg – temperatura tranzitiei vitroase; Tf – temperatura de curgere; Tg > Tambiant → termoplasti; Tg < Tambiant → elastomeri

POLIMERIc. Termorigizi (duromeri) – polimeri la care intarirea (la cald - >200º; prin reactie – epoxi; prin iradiere) este ireversibila

Prin incalzire se distruge macromolecula, nu apare inmuiereaAu legaturi transversale tari

Polimerii epoxidici

Polimerizarea prin reactie intre o rasina epoxidica (avand grupuri epoxid la capete) si un intaritor (poliamina)

Grupul epoxid Rasina epoxidica

Intrebari de autoevaluare1. Ce sunt polimerii?2. De cate tipuri structurale sunt polimerii?3. Care sunt modalitatile de exprimare a masei unui polimer? Prin ce

difera?4. Ce este indicele de polidispersitate?5. Care este diferenta intre un homopolimer si un copolimer?6. Cum se poate modifica gradul de cristalinitate a unui polimer?7. Cum influenteaza gradul de tacticitate proprietatile unui polimer?8. Care este motivul mobilitatii in catena?9. Care sunt metodele de sinteza a polimerilor? Care sunt

mecanismele de realizare a acestora?10. Ce este vulcanizarea?11. Care sunt avantajele cauciucurilor siliconice?12. Prin ce difera, din punctul de vedere termomecanic, polimerii

termoplasti de elastomeri?13. Cum are loc polimerizarea polimerilor epoxidici?