Polimeri i kompoziti

1
Polimeri i kompoziti

• dio POLIMERI
• Ðurdica Španicek

2
Polimeri

• Reakcije dobivanja polimera
• Strukturne karakteristike
• - vrste veza izmedu makromolekula
• -slaganje makromolekula
• Prijelaz u cvrsto stanje
• Dodaci polimerima
• Svojstva polimera- opcenito
• Polimerni materijali-svojstva i primjena
• Biorazgradljivi polimeri
• Polimeri s metalima u osnovnom ili bocnom lancu
  (anorganski polimeri i poluorganski polimeri)

3
Polimeri

• Kondenzirani sustavi makromolekula

4
Kondenzirane tvari

• Kondenzirani sustavi (eng. Soft condensed matter)

Uobicajeni naziv za materijale koji nisu
kapljevine niti klasicne cvrste tvari a prilikom
prijelaza u cvrsto stanje ne kristaliziraju
(barem ne potpuno)
5
Polimerizacije

• Polimeri se dobivaju reakcijama polimerizacije
  kojima se veliki broj relativno jednostavnih
  ponavljanih jedinica, mera, povezuje u
  makromolekulu-polimer

6
POLIMERI
POLIMERI nastaju reakcijom polimerizacije
uglavnom nezasicenih spojeva (monomeri s
dvostrukom kovalentnom vezom, koja je energijski
bogatija, pa prema tome i reaktivnija). Primjer
nastajanje polietilena
n CH2 CH2 ? - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 -
CH2 -....... ? ?- CH2 - CH2 -?n
polietilen (PE)
eten
ponavljana jedinica
monomer
mer
polimer
7
Shematski prikaz nastajanja polietilena
8
(-CH2 CH2-)n

• n stupanj polimerizacije- broj ponavljanih
  jedinica kao mjera za velicinu makromolekula-s
  porastom stupnja polimerizacije rastu uporabna
  svojstva polimera

9
POLIMERI

• Polimolekularnost-
• makromolekule koje tvore jedan polimer
  jednake su po kemijskom sastavu ali ne i po
  velicini

10
PODJELA TEHNICKIH POLIMERA
A) Prema porijeklu - prirodni oplemenjeni
(kaucuk, celuloza) - sintetski
B) Prema reakcijskom mehanizmu nastajanja
(reakciji polimerizacije) - lancani -
stupnjeviti
C) Prema vrsti veza izmedu makromolekula i
ponašanju pri zagrijavanju - plastomeri
(termoplasti) - duromeri (duroplasti) -
elastomeri - elastoplastomeri
D) Prema vrsti ponavljanih jedinica -
homopolimeri (jedna vrsta ponavljanih
jedinica) - kopolimeri (dvije ili više vrste
ponavljanih jedinica)
11
Polimerizacije

• Lancana (adicijska) polimerizacija
• najcešce samo jedna vrsta monomera
• svojstva dobivenog polimera jako ovisna o DP
• Stupnjevita (kondenzacijska) polimerizacija
• uvijek reagiraju dva razlicita monomera
• uz polimer nastaje niskomolekulni nusprodukt
  (voda,CO2)
• umrežena struktura nastaje u nekoliko potpuno
  odvojenih faza (oblikovanje u fazi dobivanja)

12
Lancana polimerizacija

• Pocetak reakcije polimerizacije inicijacija
• Faza rasta makromolekula propagacija
• Završetak reakcije polimerizacije - terminacija

13
Inicijacija lancane polimerizacije

• Inicijacija- zapocinje nastajanjam reaktivnih
  cestica, I, koje nastaju od ogovarajucih
  spojeva, inicijatora (I)
• radikali (R)
• anioni (A-)
• kationi (K)
• - koordinacijski kompleksni spojevi - inicijatori
  koji s molekulama monomera stvaraju kompleksne
  spojeve koordinacijske stereospecificne
  polimerizacije (nastaju polimeri velike
  strukturne pravilnosti)

14
Inicijatori

• Radikali- kemijski spojevi relativno male
  energije disocijacije kemijskih veza ( 120-170
  kJ/mol) nastaju slobodni radikali s nesparenim
  elektronom visoke energije
• (Organski peroksidi, hidroperoksidi,
  alifatski azospojevi)
• Anionski inicijatori -skupine s
  elektron-akceptorskim svojstvima (jake Lewisove
  baze i alkalijski metali-Li,Na,K, tercijarni
  amini i fosfini
• Kationski inicijatori skupine s jakim
  elektron-donorskim svojstvima (jake Lewisove
  kiseline, Friedel Craftsovi katalizatori- BF3,
  SnCl4,AlCl3,TiCl4,SbCl5)

15
Koordinativna polimerizacija

• Mehanizam povezivanje monomernih molekula i
  inicijatora tako da se nova ponavljana jedinica
  ugraduje umetanjem izmedu inicijatora i
  rastuceg lanca ( stericko, prostorno usmjeravanje
  svake nove jedinice)
• I M1 ? I M1 M2 ? I M2-
  M1- P
• I inicijator
• P rastuca molekula
• M1, M2 molekule monomera

16
Monomeri za lancane polimerizacije

1. Vinilni spojevi CH2 CHX
2. Ciklicki spojevi

17
Zašto nezasiceni spojevi?

• Dvostruka i trostruka veza su energijski bogatije

18
sp2 hibridizacija dvostruke veze ugljika
19
Polimerizacija vinilnih monomera

• Propagacija
• Odvija se reakcijom aktivnih cestica s ?
  elektronima dvostruke veze stvaranjem novog
  aktivnog centra, nakon kojeg slijedi brza
  sukcesivna adicija monomernih molekula
• R CH2 CHX ? R-CH2-CHX
• Aktivni centar nalazi se uvijek na kraju molekule
  dok se ne zaustavi rast.
• Reakcija zaustavljanja- terminacija
  disproporcioniranje
• rekombiniranje

radikal
monomer
monomer-radikal
20
Prednosti i nedostatci radikalske polimerizacije
Prednosti Nedostatci
Relativno neosjetljiva na tragove necistoca Moguca je u vodenom mediju Tijekom inicijacije i terminacije uvode se strukturne nepravilnosti Reakcija prijenosa lanca dovodi do smanjenja molekulne mase i grananja Ogranicena kontrola taktnosti Cesto su potrebni visoki tlakovi
21
Prednosti i nedostatci anionske polimerizacije
Prednosti Nedostatci
Uska raspodjela mol. masa Ogranicena reakcija prijenosa lanca Predvidiva prosjecna molekulna masa Mogucnost živucih polimerizacija Osjetljivost na otapala zbog moguceg prijenosa lanca na otapalo Može biti vrlo spora Osjetljivost na tragove necistoca
22
Kationska polimerizacija
Prednosti Nedostatci
Veliki broj reaktivnih monomera Velika reaktivnost aktivnih mjesta i zato velika brzina reakcije Brza reakcija cak i pri nižim temperaturama Velika reaktivnost dovodi do neželjenih reakcija Potrebna visoka cistoca reakcijskih tvari Prijenos lanaca dovodi do niskih mol.masa i velikog grananja Kineticki mehanizam nije u potpunosti objašnjen
23
Prednosti i nedostatci koordinacijske
polimerizacije
Prednosti Nedostatci
Moguce postici specificnu taktnost odabirom sustava katalizatora Reakcije grananja su ogranicene Reakcija je moguca pri niskim tlakovima i umjerenim temperaturama Moguca je polimerizacija monomera koji inace ne polimeriziraju Uglavnom primjenjiva samo na olefinske monomere
24
Lancane polimerizacije

• Polietilen radikalska
• koordinativna
• Polipropilen koordinativna
• Poli(vinil-klorid) radikalska
• Polistiren radikalska
• kationska
• anionska
• koordinativna
• Poli(metil-metakrilat) radikalska
• anionska
• Poli(izo-butilen) kationska
• Poli(tetrafluoretilen) radikalska

25
Stupnjevita polimerizacija

• U reakciju ulaze razliciti višefunkcionalni
  monomeri
• NH2-(CH2)6-NH2 HOOC-(CH2)4-COOH

-H2O
PA 66
Poliamid 66 (Nylon)
heksametilendiamin
adipinska kiselina
26
Stupnjevita polimerizacijaumreživanje PF smole
-H2O
Fenolformaldehid fenol ? fenolformaldehidna
smola, PF
27
Neki važniji polimeri dobiveni stupnjevitom
polimerizacijom

• Stupnjevitom polimerizacijom nastaju uglavnom
  duromeri
• Nezasiceni poliesteri UP
• Epoksidne smole EP
• Fenol-formaldehidne smole PF
• Melamin-formaldehidne smole MF
• Nastaju i neki važni plastomeri
• Poliamidi - linearni PA (Nylon, Perlon,
• - aromatski (aramidi) Nomex,
  Kevlar)
• Polikarbonat PC
• Poli(etilen-tereftalat) PET (linearni
  poliester)
• Poli(butilen-tereftalat) PBT

28
Elastomeri
28

• Kemijski umreženi elastomeri Gume
• -dobivaju se uglavnom lancanom polimerizacijom
  i umrežavaju
• vulkanizacijom
• Fizikalno umreženi elastomeri
  Elastoplastomeri
• - dobivaju se uglavnom kopolimerizacijom

29
29

Osnovne skupine elastomera (kaucuka)-2.
Kratica Naziv Staklište Tg, C
Skupina Q (silicij u osnovnom lancu) Skupina Q (silicij u osnovnom lancu) Skupina Q (silicij u osnovnom lancu)
SI (SIR) FSIR Polisiloksan (silikonski elastomer) Fluor-silikonski elastomer - 115 - 115
Skupina U (ugljik, kisik i dušik u osnovnom lancu) Skupina U (ugljik, kisik i dušik u osnovnom lancu) Skupina U (ugljik, kisik i dušik u osnovnom lancu)
PUR ASM Poliuretanski elastomer Alkilen-sulfidni elastomer - 40 - 60
30
KOPOLIMERIZACIJAistovremena polimerizacija dva
ili više bifunkcionalna sustava od kojih je
svaki za sebe sposoban za polimerizaciju
CH2CH-CHCH2 ? (-CH2-CHCH-CH2-)n
butadien polibutadien
stiren polistiren
Npr. kopolimer butadien stiren 75 25 (BUNA
S sintetski kaucuk)
31
Vrste kopolimerizacije

• A-A-A-A-A-A-B-B-A-A-A-A-B-B-B-B-
• statisticki kopolimer
• -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-
• alternirajuci kopolimer
• A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B-A-A-A-
• blok kopolimer
• B-B-B-B-B-?bocni lanac
• -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-?temeljni
  lanac
• B-B-B-B-B-B-
• cijepljeni kopolimer

32

• Anorganski polimeri gradeni od anorganskih
  temeljnih lanaca i bocnih skupina
• npr polisilani H H H H
• - Si - Si - Si
  - Si
• H H H H

33
Poluorganski polimeri

• Poluorganski polimeri imaju anorganske elemente u
  temeljnom lancu ili bocnim skupinama, npr.
  Polisiloksani
• R R
  R R
• - Si-O- SiO- SiOSi
• R R R R
• R - CH3, C6H5

34
Jakost kemijskih veza
veza kJ/mol
C C 335
C O 330
C N 276
C Si 322
P P 222
O O 142
B - O 498
35
Plastomerni kapljeviti kristali(liquid
krystalline polymers, LCP)

• Kapljevita kristalna uredenost je svojstva tvari
  da im se molekule orijentiraju, a da pritom ne
  stvaraju kristalnu strukturu vec mezofazu izmedu
  trodimenzijske kristalne uredenosti i kapljevite
  molekulne neuredenosti-
• -odredene strukturne karakteristike i
  ponašanje kristala a pokretljivost kapljevina

36
Jakost kemijskih veza
veza kJ/mol
C C 335
C O 330
C N 276
C Si 322
P P 222
O O 142
B - O 498
37
Struktura polimera

• vrste veza izmedu makromolekula
• slaganje makromolekula

38
Podjela polimera prema vrsti veza izmedu
makromolekula (ponašanju pri zagrijavanju)
39
SLAGANJE STRUKTURNIH JEDINICA (makromolekula)
Stupanj kristalnosti a - udio kristalnih podrucja
u polimeru
5 lt ? lt 96
PE (polietilen)
podrucje sa kristalnom strukturom
podrucje sa amorfnom strukturom
40
Plastomeri

• po potrošnji najrasprostranjenija skupina
  polimernih materijala
• razlikuju se po stupnju uredenosti strukture
• amorfni plastomeri ? prozirni (nemodificirani)
• kristalasti plastomeri ? mutni i neprozirni
  (nemodificirani)
• zagrijavanjem mekšaju i potom se tale (zbog
  sekundarnih medumolekulnih veza)

41
Najvažniji amorfni plastomeri
Kratica Naziv Staklište Tg, C Skupina
PVC PS Poli(vinil-klorid) Polistiren 81 100 Masovni plastomeri
CA S/B ABS SAN ASA PMMA Celulozni acetat Stiren/butadien blok-kopolimer Akrilonitril/butadien/stiren Stiren/akrilonitril kopolimer Akrilonitril/stiren/akrilat Poli(metil-metakrilat) 105 90 85 106 100 105 Prijelazni plastomeri (Tg glavne faze)
PA 6-3-T PC PPE (PPO) PSU PES PEI PAI Amorfni poliamid Polikarbonat Poli(fenilen-eter) poli(fenilen oksid) Polisulfon Poli(eter-sulfon) Poli(eter-imid) Poli(amid-imid) 147 150 175 190 230 217 277 Konstrukcijski plastomeri
42
42

Najvažniji kristalasti plastomeri
Kratica Naziv Staklište Tg, oC Skupina
PE-LD PE-HD PP Polietilen male gustoce Polietilen velike gustoce Polipropilen - 100 - 115 - 18 Masovni plastomeri
PTFE PET Poli(tetrafluoretilen) Poli(etilen-tereftalat) -97 69 Prijelazni plastomeri
PA 11 PA 12 PA 66 PA 610 PA 46 POM PBT PPS PEEK Poliamid 11 Poliamid 12 Poliamid 6.6 Poliamid 610 Poliamid 46 Poli(oksimetilen) Poli(butilen-tereftatlat) Poli(fenilen-sulfid) Poli(eter-eter-keton) 43 41 57 50 85 - 38 22 88 143 Konstrukcijski plastomeri
43
Temperature trajne primjene

• Podrucje trajne primjene za vecinu plastomera je
  do 1000C ili nešto više
• Toplinski postojani plastomeri (neojacani)
• poli(eter-sulfon) (PES) zajamcen rad 20 god. pri
  1800C
• poliimidi (PI) trajni rad do 350 0C
• poli(fenilen-sulfid) (PPS) trajni rad do 260 0C
  (kratkotrajno do 500 0C)
• poli(eter-eter-keton) (PEEK)- trajni rad do 280
  0C ( kratko do 500 0C)
• slican poli(eter-keton-keton) (PEKK)

44
Duromeri
44

• U fizickoj strukturi duromera prevladava gusta
  prostorna umreženost makromolekula primarnim
  (kemijskim) vezama
• ? amorfna nadmolekulna struktura
• U potpuno umreženom duromeru nema sekundarnih
  (fizikalnih) veza, ali je teško postici potpunu
  umreženost, pa u strukturi duromera uvijek
  postoji i mali udio fizikalnih veza koje utjecu
  na blago mekšanje duromera pri zagrijavanju.
• Kod rahlo umreženih duromera taj je utjecaj još
  znacajniji, pa je moguce jasno uociti podrucje
  staklastog prijelaza.

45
45

Najvažniji duromeri
Kratica Naziv
PF UF MF UP SI EP Fenol-formaldehidna smola Urea-formaldehidna smola Melamin-formaldehidna smola Nezasicene poliesterske smole Silikonska smola Epoksidne smola
Duromerni materijal duromer punilo ili ojacalo
46
Elastomeri
46

• Kemijski umreženi elastomeri Gume
• Fizikalno umreženi elastomeri
  Elastoplastomeri
• Nadmolekulna struktura
• ? rahlo (djelomicno) medusobno umrežene
  makromolekule koje uglavnom tvore amorfnu
  nadmolekulnu strukturu.
• ? neke vrste elastomera mogu pri posebnim
  uvjetima djelomice kristalizirati i tvoriti
  kristalaste nadmolekulne strukture.

47
Osnovne skupine elastomera (kaucuka) -1.
47

Kratica Kratica Naziv Staklište Tg, C Staklište Tg, C
Skupina M (zasiceni osnovni lanac - jednostruke kemijske veze) Skupina M (zasiceni osnovni lanac - jednostruke kemijske veze) Skupina M (zasiceni osnovni lanac - jednostruke kemijske veze) Skupina M (zasiceni osnovni lanac - jednostruke kemijske veze) Skupina M (zasiceni osnovni lanac - jednostruke kemijske veze)
EPDM IIR FCM ACM PIB Etilen/propilen/dienski elastomer Butilni (izobutilen/izoprenski) elastomer Fluorni elastomer Poliakrilatni (akril/esterski) elastomer Poliizobutilen Etilen/propilen/dienski elastomer Butilni (izobutilen/izoprenski) elastomer Fluorni elastomer Poliakrilatni (akril/esterski) elastomer Poliizobutilen Etilen/propilen/dienski elastomer Butilni (izobutilen/izoprenski) elastomer Fluorni elastomer Poliakrilatni (akril/esterski) elastomer Poliizobutilen - 60 - 35 - 38 - 90 - 90 - 70
Skupina O (kisik u osnovnom lancu) Skupina O (kisik u osnovnom lancu) Skupina O (kisik u osnovnom lancu) Skupina O (kisik u osnovnom lancu) Skupina O (kisik u osnovnom lancu)
CO (ECO) CO (ECO) Epiklorhidrinski elastomer - 20 - 20
Skupina R (nezasiceni osnovni lanac - dvostruke kemijske veze) Skupina R (nezasiceni osnovni lanac - dvostruke kemijske veze) Skupina R (nezasiceni osnovni lanac - dvostruke kemijske veze) Skupina R (nezasiceni osnovni lanac - dvostruke kemijske veze) Skupina R (nezasiceni osnovni lanac - dvostruke kemijske veze)
BR IR NR CR SBR NBR BR IR NR CR SBR NBR Butadienski elastomer Izoprenski elastomer Prirodni (izoprenski) elastomer Klor-butadienski (kloroprenski) elastomer Stiren/butadienski elastomer Akrilnitril/butadienski elastomer - 102 - 73 - 73 - 40 - 35 - 60 - 30 - 102 - 73 - 73 - 40 - 35 - 60 - 30
48
48

Osnovne skupine elastomera (kaucuka)-2.
Kratica Naziv Staklište Tg, C
Skupina Q (silicij u osnovnom lancu) Skupina Q (silicij u osnovnom lancu) Skupina Q (silicij u osnovnom lancu)
SI (SIR) FSIR Polisiloksan (silikonski elastomer) Fluor-silikonski elastomer - 115 - 115
Skupina U (ugljik, kisik i dušik u osnovnom lancu) Skupina U (ugljik, kisik i dušik u osnovnom lancu) Skupina U (ugljik, kisik i dušik u osnovnom lancu)
PUR ASM Poliuretanski elastomer Alkilen-sulfidni elastomer - 40 - 60
49
Morfološka grada polimera
50
Mehanizam prijelaza polimera u cvrsto stanje

1. Stvaranje klica (nukleacija)
2. Rast klica

51
Kristalizacija polimera
1. Stvaranje klica- slucajni sudari molekula
iste orijentacije
52
Kristalizacija polimera

• 2. Rast klica- vjerojatnost rasta klica pri
  TltTm ovisi o udjelima suprotnih procesa. Što je
  veca nakupina molekula u klici vece je rasipanje
  krajeva. Smanjenje unutarnje energije nakupine
  raste sa svakom pridošlom molekulom.
• Kriticna velicina je ona nakon koje klica
  pokazuje vecu sklonost rastu nego li disperziji.
  Sniženjem temperature smanjuje se kineticka
  energija, raste prosjecna velicina nakupine
  (grozd, cluster), smanjuje se kriticna velicina
  klice.

53
Kristalizacija
1.Primarna kristalizacija ispod ravnotežne
temperature segmenti lanaca slažu se na površinu
kristalita. Rast se odvija samo u smjeru osi x
i y jedinicne celije (termodinamski povoljni
smjerovi) i dolazi do stvaranja lamela.
Debljina kristalita proporcionalna je temperaturi
kristalizacije
54
Rast primarnog kristala
55
Monokristali polietilena
56
Kristalni poredak makromolekula
57
2. Sekundarna kristalizacija

• Nakon primarne kristalizacije polimer je u
  relativno nestabilnom stanju. Daljnja
  kristalizacija je energijski poželjna ali je
  ometa smanjena pokretljivsot lanaca u amorfnom
  podrucju oko kristala. U duljem vremenskom
  periodu može doci do pregrupiranja makromolekula
  sekundarna kristalizacija.
• Moguca su 2 oblika sekundarne kristalizacije
• zadebljanje postojecih kristalita
• nastajanje novih kristalita

58
Sekundarna kristalizacija

• Sekundarna kristalizacija se može odvijati
  satima, danima, tjednima
• Obicno se javlja kod polimera koji su naglo
  hladeni iz taljevine
• Novi volumen kristalita iznosi uglavnom samo do
  10 volumena nastalog primarnom kristalizacijom

59
Mehanizam skrucivanja polimera

• Napredovanje kristalizacije ometa
• -povišenje viskoznosti
• -stericki utjecaji (kemijski sastav ponavljane
  jedinice)
• Relativna stabilnost faza odredena je uvjetima
  termodinamicke ravnoteže.

60
Amorfna struktura

• Prijelaz pretežno amorfnog polimera iz
  kapljevitog (taljevine) u cvrsto stanje odvija se
  u tri faze
• Zamrzavanje gibanja citave molekule pri Tf (Tl)
• Zamrzavanje gibanja 20 do 50 atoma pri Tg
• Zamrzavanje lokalnih gibanja segmenta lanca (2 do
  10 C atoma pri T?
• T? temperatura relaksacije manja entalpija
  aktivacije ?Ha nego za Tg

61
Razliciti tipovi molekulnog i mikrostrukturnog
kretanja

• Koljenasto kretanje obicno obuhvaca tri ili
  cetiri veze

62
Kristalno stanje

• Udio i konacna velicina kristalnih podrucja
  funkcija su
• Kemijskog sastava makromolekule
• Temperature kristalizacije
• Temperature i vremena provedenog u taljevini

63
Utjecaj stupnja kristalnosti na svojstva
polipropilena
64
Struktura makromolekula

• Konstitucija kemijski sastav ponavljane jedinice
  (mera), broj ponavljanih jedinica (stupanj
  polimerizacije, DP)
• Konfiguracija prostorni raspored atoma ili grupa
  atoma oko C atoma u ponavljanoj jedinici
• Konformacija prostorni raspored nastao rotacijom
  oko jednostruke C C veze (odnosi se na cijelu
  makromolekulu)

65
Konfiguracija

• Konfiguracija makromolekula je ogranicena na
  prostorni razmještaj skupina atoma oko C atoma u
  ponavljanoj jedinici.
• Moguce su 2 osnovne konfiguracijske strukture
• - 1,3 struktura (struktura glava-rep)
• - 1,2 -1,4 struktura (strukturaglava-glava,
  odnosno rep-rep)

66
Konfiguracija vinilnih polimera

• Razlozi pretežitog nastajanja strukture
  glava-rep
• Rezonantna stabilizacija radikala u reakciji
  propagacije kod radikalnih polimerizacija
• Stericke smjetnje pri reakciji adicije monomera
  na rastuce polimerne molekule

67
Konfiguracija dienskih polimera

• Dienski polimeri monomer sadrži dvije dvostruke
  veze pa i polimer sadrži nakon polimerizacije
  jednu dvostruku vezu.
• Primjer butadien ?polibutadien
• 1 2 3 4
• CH2CH-CHCH2
• cis-1,4-polibutadien
• trans-1,4-polibutadien
• 1,2- polibutadien (mogu nastati izotaktne,
  sindiotaktne i ataktne konfiguracije)

68
Konfiguracije asimetricnih centara

• Uslijed sterickih razloga ( smetnji) dolazi do
  rotacije oko C-C veze i nastajanja energijski
  najpovoljnije konfiguracije. Prema konfiguraciji
  asimetricnih centara molekula može postojati u
  sljedecim konfiguracijama (G.Natta)
• izotaktna -isti stericki položaj
  suspstituenta
• sindiotaktna naizmjenicno suprotan položaj
• ataktna - nepravilno rasporedeni
  supstituenti

69
Konfiguracija polipropilena (-CH2-CH-)
CH3
n
70
Konformacija makromolekula
71
Konformacija makromolekula
72
Ukrucene konformacije
73
Spiralna (vijcana) konformacija PS
stereospecificna
polimerizacija
74
Nadmolekulne strukture

• Obzirom na kondenzirani sustav makormolekula,
  polimeri tvore i posebne nadmolekulne strukturne
  oblike razlicitih stupnjeva sredenosti.
• Morfologija makromolekula je uzrokom da one tvore
  djelomicno uredene strukture, a vrlo rijetko
  monokristale.
• Kristalasta podrucja mogu se nadalje organizirati
  u orijetiranom, višem stupnju sredenosti. Osnovni
  uvjet je postojanje konformacije velike
  geometrijske pravilnosti.
• Oblik i vrsta kristalnih podrucja u polimerima
  znacajno ovise o uvjetima kristalizacijskog
  procesa.

75
Nadmolekulne strukture

• Resaste nakupine-lamele (debljine slojeva 10 do
  15 nm)

76
Nadmolekulne strukture
77
Nadmolekulne strukture sferuliti

• Sferuliticentralno simetricne nadstrukture iz
  velikog broja naboranih blokova lamela (debljina
  15 do 100 nm, promjer 0,1 do 1 mm)

78
Sferuliti
79
Promjena kristalnog oblika
80
Polimerni materijal polimer dodaci
81
Dodaci cistim polimerima

• Reakcijske tvari- pjenila, dodaci za smanjenje
  gorivosti, umrežavala
• Dodaci za poboljšanje preradljivosti- maziva,
  odvajala, punila, toplinski stabilizatori,
  regulatori viskoznosti, tiksotropni dodaci
• Modifikatori mehanickih svojstava- omekšavala,
  dodaci za povišenje žilavosti, punila,
  prijanjala, ojacala
• Modifikatori površinskih svojstava regulatori
  adhezivnosti, vanjska maziva, antistatici, dodaci
  za smanjenje sljubljivanja, za smanjenje
  neravnina na površini
• Modifikatori optickih svojstava- bojila, pigmenti
• Dodaci za poboljšanje postojanosti svjetlosni
  stabilizatori (UV), antioksidansi, antistatici,
  biocidi
• Ostalo mirisi, dezodoransi

82
Polimerne smjese i mješavine

• U svrhu poboljšavanja i dobivanja novih svojstava
  ceste su polimerne mješavine.
• Mješavina- mješljiva (obje komponenete daju
  miješanjem 1 fazu
• - nemješljiva (2 odvojene faze)
• Uspješnost procesa miješanja ovisi o
  termodinamici miješanja i reološkom ponašanju
  komponenti.

83
83

Plastomerne mješavine (smjese, legure) (eng.
blends)

• Mješavine makromolekula razlicitih vrsta
  plastomera (najcešce dva)
• Kompatibilni plastomeri
• ? miješanjem daju homogenu mješavinu do molekulne
  razine
• Djelomice kompatibilni plastomeri
• homogeno se mogu izmiješati s drugim
  plastomerima
• samo u ogranicenim podrucjima
• Nekompatibilni plastomeri
• ? miješanjem daju višefazne mješavine

84
Polimerne mješavine
Istezanje,
85
Tipovi miješanja ovisno o raspodjeli i
raspršenosti
86
Fizicka stanja polimera

• Ovisno o uvjetima mehanickih djelovanja i topline
  polimeri mogu imati neka od 4 fizickih stanja
• kristalno
• staklasto amorfno
• viskoelesticno ili gumasto
• visokofluidno ili kapljevito (kapljasto)

87
Fizicka stanja polimera

• Kristalno stanje- uredena struktura bez
  pokretljivosti molekula i njihovih segmenata
• Staklasto stanje statisticka konformacija bez
  gibljivosti molekula i njihovih segmenata.
  (energijski ili entalpijski elasticno stanje)
• Viskoelasticno (gumasto) stanje prijelaz
  statisticke u izduženu konformaciju uslijed
  vanjskog djelovanja nakon prestanka vanjskog
  djelovanja povratak u statisticku konformacijau
  (entropijski elasticno stanje)
• Visokofluidno (kapljevito) stanje gibljivost
  segmenata i cijelih molekula

88
Razliciti tipovi molekulnog i mikrostrukturnog
kretanja

• Koljenasto kretanje obicno obuhvaca tri ili
  cetiri veze

89
Stanja polimera ovisno o temperaturi
90
Temperaturna ovisnost mehanickih svojstava
amorfnih plastomera
(TS - podrucje staklastog prijelaza, TT -
podrucje tecenja, TR - podrucje razgradnje)
91
Amorfni plastomeri
92
Temperaturna ovisnost mehanickih svojstava
kristalastih plastomera
(TK - podrucje taljenja kristalita)
93
Kristalasti plastomeri
94
Uporabne temperature plastomera

• Kristalasti plastomeri Tu ovisi o Tm
• Amorfni plastomeri Tu ovisi o Tg

95
Temperatura uporabe Tu amorfnih i kristalastih
polimera
96
96

Temperaturna ovisnost mehanickih svojstava
duromera
97
97

Temperaturna ovisnost mehanickih svojstava
kemijski umreženih elastomera
98
Mehanicka svojstva

• cvrstoca
• istezljivost (deformabilnost)
• modul elasticnosti
• tvrdoca
• žilavost