Μαθξνκφξηα. Ση είλαη ηα πνιπκεξή. Έλα πνιπκεξέο απνηειείηαη απφ καθξηά αιπζίδα επαλαιακβαλφκελσλ κνξίσλ (κνλνκεξή).

Transcript

1 Πνιπκεξή

2 Μαθξνκφξηα Ση είλαη ηα πνιπκεξή Έλα πνιπκεξέο απνηειείηαη απφ καθξηά αιπζίδα επαλαιακβαλφκελσλ κνξίσλ (κνλνκεξή).

3 Ση είλαη πνιπκεξή θαίξα : μονομεπέρ Δλσκέλα (ζπλήζσο κέζσ νκνηνπνιηθψλ δεζκψλ) δεκηνπξγνχλ ην πολςμεπέρ 1,000-1,000,000 κνλνκεξή ζηελ πνιπκεξηθή αιπζίδα

4 Ιδηφηεηεο πνιπκεξψλ Πιενλεθηήκαηα Διαθξηά πιηθά Αλζεθηηθά Φζελά Δπθνιία παξαγσγήο ηνπο ζηε βηνκεραλία θαη επθνιία επεμεξγαζίαο Αληίζηαζε ζηε δηάβξσζε Μνλσηηθά πιηθά Μεηνλεθηήκαηα Γχζθνιε ε βηναπνηθνδφκεζή ηνπο (πεξηβαιινληηθή ξχπαλζε) Υακειφ ζεκείν ηήμεσο Δχθιεθηα πιηθά

5 Δίδε πνιπκεξψλ Φπζηθά πνιπκεξή θπζηθφ ειαζηηθφ άκπιν θπηηαξίλε Βηνπνιπκεξή DNA πξσηείλεο πλζεηηθά πνιπκεξή πιαζηηθά ειαηoρξψκαηα γφκεο

6 Πνιπκεξή : Δπηζηήκε ηνπ κέιινληνο Αγψγηκα θαη εκηαγψγηκα πνιπκεξή (αληηθαηάζηαζε ζπζθεπψλ ππξηηίνπ) Βηνζπκβαηά πιηθά (βαιβίδεο θαξδίαο, ηερλεηνί κχεο, κεηακνζρεχζεηο θεξαηνεηδνχο) Ναλνηερλνινγία (ηζηπο, λαλνθαηάιπζε) Δπαλαθπθιψζηκα θαη επαλαρξεζηκνπνηήζηκα πιηθά

7 Οξγαληθά Πνιπκεξή Πνιιά νξγαληθά πιηθά νλνκάδνληαη πδξνγνλάλζξαθεο αθνχ απνηεινχληαη απφ πδξνγφλν θαη άλζξαθα. Οη ελδνκνξηαθνί δεζκνί ζε ηέηνηα κφξηα είλαη νκνηνπνιηθνί. Άλζξαθαο Τδξνγφλν H H C H CH 4 Μεζάλην H

8 Οξγαληθά Πνιπκεξή C 2 H 4 αηζπιέλην H C H H C H Απιφο δεζκφο Γηπιφο δεζκφο C 2 H 2 αθεηπιέλην H C C H -Μφξηα κε δηπινχο ή ηξηπινχο δεζκνχο: Αθφξεζηα κφξηα -Μφξηα κε απινχο δεζκνχο: θνξεζκέλα κφξηα

9 Aηζπιέλην (αέξην) θαηάιιειεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πίεζεο πνιπαηζπιέλην (ζηεξεφ πνιπκεξηθφ πιηθφ) Οη απινί δεζκνί κπνξνχλ λα πεξηζηξέθνληαη θαη λα θάκπηνληαη.

10 Οξγαληθέο νκάδεο ζε πνιπκεξή Οικογένεια Υαπακηηπ. ομάδα δομή Ανηιππυζ. μψπιο Αιθνφιεο R-OH CH 3 OH Μεζαλφιε Αηζέξεο R-O-R CH 3 OCH 3 Γηκεζπιαηζέξαο Ομέα RCOOH CH 3 COOH Ομηθφ νμχ Αιδεχδεο RCHO HCHO Φνξκαιδεχδε Αξσκ. C,H C 6 H 5 R C 6 H 5 OH Φαηλφιε

11 Παξαδείγκαηα πνιπκεξψλ πνιπαηζπιέλην (πιαζηηθά πεξηηπιίγκαηα) πνιπζηπξέλην (πιηθφ παθεηαξίζκαηνο) H 2 C CH 2 H H * C C * H n H H * C C * H H H H n Δπαλαιακβαλφκελε κνλάδα Poly(vinyl acetate) (γφκεο, ειαηνρξψκαηα) πνιπ(βηλπιηθή αιθνφιε) (γφκεο) H O O C H H CH 3 * C C * H OH n * C C * n

12 Παξαδείγκαηα πνιπκεξψλ H H H H F F * C C * H PVC Cl n * C C * H CH 3 n πνιππξνππιέλην * C C * F F n Teflon CH 3 O polycarbonate * O C O C * CH 3 n O O H H H CH 3 * C O C C O H H n * * C C * n H C O CH 3 PET (πιαζηηθέο κπνπθάιεο) PΜΜΑ O

13 Βαζκφο πνιπκεξηζκνχ (degree of polymerization) O αξηζκφο επαλαιακβαλφκελσλ κνλάδσλ ζηελ πνιπκεξηθή αιπζίδα. H H * C C * n = DP H Cl Μνξηαθφ βάξνο πνιπκεξνχο (molecular weight) Ιζνχηαη κε ην γηλφκελν ηνπ βαζκνχ πνιπκεξηζκνχ επί ην κνξηαθφ βάξνο ηεο επαλαιακβαλφκελεο κνλάδαο (κνλνκεξνχο) n π.ρ. Να πξνζδηνξηζηεί ην ΜΒ ηνπ πνιπζηπξελίνπ κε Β.Π. 50. H H * C C * H n Πνιπζηπξέλην (PS)

14 Μέζα κνξηαθά βάξε (Αverage molecular weights) Έλα δείγκα πνιπκεξνχο πεξηέρεη πιαηηά θαηαλνκή ΜΒ πνιπκεξψλ, νιηγνκεξψλ. M n x i M i Μέζν θαηά αξηζκφ ΜΒ: Μi: κέζν κνξηαθφ βάξνο θαηεγνξίαο i, xi: ην θιάζκα ηνπ ζπλνιηθνχ αξηζκνχ αιπζίδσλ i κέζα ζηελ αληίζηνηρε θαηεγνξία κεγεζψλ. M w w i M i Μέζν θαηά βάξνο ΜΒ: Μi: κέζν κνξηαθφ βάξνο θαηεγνξίαο i, wi: ην θιάζκα βάξνπο ησλ κνξίσλ i κέζα ζην ίδην εχξνο κεγεζψλ. Πνιπδηαζπνξά (PDI or MWD) = M w / M n

15 Μεραληθή αληνρή Amount of polymer Μέζα κνξηαθά βάξε (Αverage molecular weights) Number Average M n Weight Average M w Molecular weight Βαζκφο πνιπκεξηζκνχ

16 Πξνζδηνξηζκφο Μνξηαθνχ βάξνπο πνιπκεξψλ - SEC Διασωπιζμόρ: πδξνδπλακηθφο φγθνο V h καθξνκνξίσλ Κακπχιε βαζκνλφκεζεο Πξνζδηνξηζκφο: Μn, Mp, Mw, PDI Υξσκαηνγξαθία απνθιεηζκνχ κεγέζνπο (Size exclusion chromatography, SEC)

17 χζηεκα Διαλύηης (κινηηή θάζη) Ανηλία Ειζαγωγή δείγμαηος

18 χζηεκα Αληρλεπηήο-UV Αληρλεπηήο-DRI Αληιία / κε απηνκαηνπνηεκέλε εηζαγσγή δείγκαηνο ηήιεο αληρλεπηέο Δπεμεξγαζία δεδνκέλσλ

19 Πνιπκεξή Οκνπνιπκεξή Οη πνιπκεξηθέο αιπζίδεο απνηεινχληαη απφ έλα είδνο κνλνκεξνχο, π.ρ. πκπνιπκεξή Οη πνιπκεξηθέο αιπζίδεο απνηεινχληαη απφ δχν ή πεξηζζφηεξα είδε κνλνκεξψλ, π.ρ. n n m O H 3 CO

20 Καηεγνξίεο πκπνιπκεξψλ Δλαιιαζζφκελα Αδξνκεξή Σπραία Δλνθζαικηζκέλα ή ζπκπνιπκεξή εκβνιηαζκνχ

21 Σαθηηθφηεηα - ηεξεντζνκέξηα Ιζνηαθηηθά X Y X Y X Y X Y X Y X Y πλδηνηαθηηθά X Y Y X X Y Y X X Y Y X Αηαθηηθά X Y X Y Y X X Y Y X Y X

22 Μνξηαθή Γνκή - Αξρηηεθηνληθή αιπζίδαο Γξακκηθέο αιπζίδεο (νκνπνιπκεξή, ζπκπνιπκεξή) Πνιπκεξή θηέλαο (molecular brushes) Γηαθιαδσκέλα Πνιπκεξή - αζηέξηα Πνιπκεξή ζθάιαο ή δηαζηαπξσκέλα Γηθηπσκέλα (πιέγκαηα)

23 Μνξηαθή Γνκή - Αξρηηεθηνληθή αιπζίδαο Γπαμμικά πολςμεπή: Οη νκάδεο κνλνκεξψλ ζπλδένληαη κεηαμχ ησλ απφ ηα άθξα ζαλ απιέο αιπζίδεο (εχθακπηεο). Γιακλαδυμένα πολςμεπή: Πιεπξηθέο αιπζίδεο ζπλδένληαη κε ηηο θχξηεο. Γιαζηαςπυμένα πολςμεπή: Γεηηνληθέο πιεπξηθέο αιπζίδεο ελψλνληαη κεηαμχ ηνπο ζε δηάθνξεο ζέζεηο κε νκνηνπνιηθνχο δεζκνχο. Γικηςυμένα πολςμεπή: Σξηζδηάζηαηεο νκάδεο κνλνκεξψλ πνπ δηαζέηνπλ 3 ελεξγνχο νκνηνπνιηθνχο δεζκνχο θαη ζρεκαηίδνπλ ηξηζδηάζηαηα δίθηπα.

24 Γηακνξθψζεηο κνξίσλ Σα πνιπκεξή πνπ έρνπλ πεξηζζφηεξα απφ έλα πιεπξηθά άηνκα ή νκάδεο αηφκσλ πνπ ζπλδένληαη κε ηελ θχξηα αιπζίδα, ε θαλνληθφηεηα θαη ζπκκεηξία ηεο πιεπξηθήο νκάδαο κπνξεί λα επεξεάζεη ζεκαληηθά ηηο ηδηφηεηεο. Γιαμψπθυζη απσήρ-ηέλοςρ Γιαμψπθυζη απσήρ-απσήρ ηεπεοφζομέπεια Άηνκα ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο κε ηελ ίδηα ηάμε (αξρή-ηέινο) αιιά δηαθέξνπλ ζηελ ηνπνζέηεζή ηνπο. (ηζνηαθηηθή δηακφξθσζε, ζπλδηνηαθηηθή, αηαθηηθή) Γευμεηπική ιζομέπεια ηα άηνκα κε δηπιφ δεζκφ, ην πιεπξηθφ άηνκν κπνξεί λα είλαη απφ ηε κία πιεπξά ηεο αιπζίδαο ή ηελ άιιε. (cis, trans δνκή)

25 Μέζνδνη Πνιπκεξηζκνχ Πολςμεπιζμψρ: ζχλζεζε πνιπκεξψλ κεγάινπ κνξηαθνχ βάξνπο. Γηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία νκάδεο κνλνκεξψλ ζπλελψλνληαη ε κία κε ηελ άιιε γηα λα δεκηνπξγήζνπλ θάζε έλα απφ ηα γηγαληηαία κφξηα πνπ απνηεινχλ ην πιηθφ. Πνιπκεξηζκφο πξνζζήθεο (Addition Polymerization) Πνιπκεξηζκφο ζπκπχθλσζεο (condensation polymerization)

26 Πνιπκεξηζκφο πξνζζήθεο Γχν δξαζηηθέο νκάδεο ζπλελψλνληαη κεηαμχ ηνπο γηα λα ζρεκαηίζνπλ έλα γξακκηθφ καθξνκφξην. Η ζχζηαζε ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο είλαη αθξηβέο πνιιαπιάζην ηνπ αξρηθνχ αληηδξψληνο κνλνκεξνχο. Σξία ζηάδηα: έλαξμε, δηάδνζε, ηεξκαηηζκφο

27 Πνιπκεξηζκφο ζπκπχθλσζεο ρεκαηηζκφο πνιπκεξψλ κε ζηαδηαθέο δηακνξηαθέο ρεκηθέο αληηδξάζεηο πνπ ζπλήζσο πεξηιακβάλνπλ πεξηζζφηεξα απφ έλα είδε κνλνκεξνχο. Τπάξρεη ζπλήζσο έλα παξαπξντφλ πνπ απνζπάηαη. Καλέλα αληηδξψλ δελ έρεη ην ρεκηθφ ηχπν ηεο επαλαιακβαλφκελεο νκάδαο.

28 Καηεγνξίεο πνιπκεξψλ Θεξκνπιαζηηθά Θεξκνζθιεξπλφκελα Διαζηνκεξή Κξπζηαιιηθά

29 Θεξκνπιαζηηθά πνιπκεξή Υαξαθηεξηζηηθά Λήςε δηαθφξσλ ζρεκάησλ ζηελ θαηάζηαζε ηήγκαηνο Μεηά απφ ςχμε άκνξθεο, παιψδεηο δνκέο π.ρ. Poly(ethylene terepthalate) πιαζηηθά κπνπθάιηα πνιπαηζπιέλην, πνιππξνππιέλην (πιαζηηθέο ηζάληεο) Άκνξθν ζεξκνπιαζηηθφ Ηκηθξπζηαιιηθφ ζεξκνπιαζηηθφ

30 Θεξκνζθιεξπλφκελα (Thermosets) Υαξαθηεξηζηηθά θιήξπλζε κεηά απφ ζέξκαλζε (ιφγσ δηαζηαπξψζεσλ) Με αληηζηξεπηή δηεξγαζία Ακεηάβιεην ζρήκα Μεγάιε αληνρή θαη δνκηθή ζηαζεξφηεηα πνιπκεξέο ζην νπνίν νη αιπζίδεο ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο κε νκνηνπνιηθέο δηαζηαπξψζεηο (π.ρ. επνμεηδηθή ξεηίλε).

31 Θεξκνζθιεξπλφκελα 1. Ρηηίνερ θαινψληρ-θοπμαλδεχδηρ (βακελίηηρ) Παξαζθεπή: Αληίδξαζε θαηλφιεο κε θνξκαιδευδε ζηελ παξνπζία θαηαιπηψλ OH OH CH 2 OH + HCHO OH OH OH HO HOH 2 C CH 2 CH 2 OH Q HO OH OH

32 Θεξκνπιαζηηθά θαη Θεξκνζθιεξπλφκελα Πνιπκεξή Σαξινψμηζη ζωμθυνα με ηη μησανική ανηαπψκπιζη ζε ςτηλέρ θεπμοκπαζίερ. Θεπμοπλαζηικά: Απνηεινχληαη απφ θπξίσο γξακκηθά καθξνκφξηα πνπ κε ηε ζέξκαλζε καιαθψλνπλ θαη ξένπλ (ραιάξσζε δεπηεξνγελψλ δεζκψλ) θαη αθνχ κνξθνπνηεζνχλ, ςχρνληαη θαη ζηεξενπνηνχληαη. Δληειψο αληηζηξεπηέο δηαδηθαζίεο. ρεηηθά καιαθά θαη φιθηκα. Σα πεξηζζφηεξα γξακκηθά πνιπκεξή θαη κε δηαθιαδσκέλεο δνκέο κε επέιηθηεο αιπζίδεο. Θεπμοζκληπςνψμενα: πξφθεηηαη γηα δηζδηάζηαηα θαη ηξηζδηάζηαηα δίθηπα. Καηά ηελ αξρηθή ζεξκηθή επεμεξγαζία, δεκηνπξγνχληαη νκνηνπνιηθνί δεζκνί δηαζηαπξψζεσλ κεηαμχ γεηηνληθψλ αιπζίδσλ θαη ην πνιπκεξέο ζθιεξαίλεη θαη κνξθνπνηείηαη θαηά κε αληηζηξεπηφ ηξφπν. θιεξφηεξα, ηζρπξφηεξα θαη πην εχζξαπζηα κε θαιχηεξε ζηαζεξφηεηα ζηηο δηαζηάζεηο ηνπο. Σα πεξηζζφηεξα δηαζηαπξσκέλα θαη δηθηπσκέλα πνιπκεξή.

33 Διαζηηθά ή Διαζηνκεξή Μεραληθέο ηδηφηεηεο πνπ ραξαθηεξίδνπλ έλα ειαζηνκεξέο (α) Πνιχ κεγάιεο επηκεθχλζεηο ( %) ππφ ζπλζήθεο κνλναμνληθνχ εθειθπζκνχ (ζπλνδεχνληαη απφ κηθξέο απψιεηεο ελέξγεηαο) (β) κεγάιε αληνρή ζε εθειθπζκφ θαη πςειφ κέηξν ειαζηηθφηεηαο ππφ ζπλζήθεο πιήξνπο έθηαζεο (γ) Άκεζε θαη πιήξεο επαλαθνξά ζηηο αξρηθέο δηαζηάζεηο κεηά απφ απνκάθξπλζε θνξηίνπ π.ρ. θπζηθφ ειαζηηθφ, ζπλζεηηθά ειαζηηθά (PS-b-PB)

34 Παξακφξθσζε Διαζηνκεξψλ Διαζηνκεξή: Τθίζηαηαη κεγάιεο παξακνξθψζεηο θαη ζηε ζπλέρεηα επηζηξέθνπλ ειαζηηθά ζηελ αξρηθή ηνπο κνξθή. ε απνπζία ηάζεο: άκνξθν πνιπκεξέο κε πεξηειηγκέλεο κνξηαθέο αιπζίδεο Κπιηήπια για να είναι ελαζηομεπικψ ένα πολςμεπέρ: δελ πξέπεη λα θξπζηαιιψλεηαη εχθνια ζρεηηθά ειεχζεξεο πεξηζηξνθέο δεζκψλ ην ειαζηνκεξέο πξέπεη λα βξίζθεηαη πάλσ απφ ηελ ζεξκνθξαζία παιψδνπο κεηάβαζεο (Tg)

35 Παξακφξθσζε Διαζηνκεξψλ Η παξακφξθσζε είλαη ειαζηηθή κε ην ζπληειεζηή ειαζηηθφηεηαο λα δηαθέξεη αλάινγα κε ηηο αιιαγέο ηεο δηάηαζεο.

36 Eπεμεξγαζία ειαζηνκεξψλ Απαηηνχκελν ραξαθηεξηζηηθφ γηα ειαζηνκεξή: κνξηαθή δνκή εκθαλίδεη κηθξφ βαζκφ δηαζηαπξψζεσλ. Βοςλκανιζμψρ: δηαδηθαζία ζρεκαηηζκνχ δηαζηαπξψζεσλ ζηα ειαζηνκεξή, ν νπνίνο επηηπγράλεηαη κε κία κε αληηζηξεπηή ρεκηθή αληίδξαζε. πλήζσο πξνζηίζεηαη αιπζίδεο αηφκσλ ζείνπ πνπ ζπλδένληαη κε γεηηνληθέο αιπζίδεο. Μέηξν ειαζηηθφηεηαο Αληνρή ζε εθειθπζκφ Βνπιθαληζκφο

37 Κξπζηαιιηθά πνιπκεξή ε κνξηαθφ επίπεδν, νη πνιπκεξηθέο αιπζίδεο πηνζεηνχλ εθηεηακέλεο ή ζπξξηθλσκέλεο δηακνξθψζεηο θαηά ηε δηαδηθαζία θξπζηαιινπνίεζεο. Άκνξθα Κξπζηαιιηθά polycarbonate polyethylene

38 Κξπζηαιιηθά πνιπκεξή Κξπζηαιιηθφηεηα ησλ πνιπκεξψλ: επηζηνίβαζε κνξηαθψλ αιπζίδσλ έηζη ψζηε λα ζρεκαηίδεηαη κηα νξγαλσκέλε δηάηαμε αηφκσλ. % θξπζηαιιηθφηεηα = c s s c 100 ξ c : ππθλφηεηα πιήξνπο θξπζηαιιηθνχ, ξ s : ππθλφηεηα δείγκαηνο, ξ α : ππθλφηεηα πιήξνπο άκνξθνπ. Πνιπκεξή: 0-95%

39 Κξπζηαιιηθά Πνιπκεξή Βαζκφο θξπζηαιιηθφηεηαο εμαξηάηαη: (α) ξπζκφο ςχμεο (β) δηακφξθσζε αιπζίδαο Μείσζε ηνπ βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο Απιέο ζχλζεηεο δνκέο κνλνκεξψλ Γξακκηθά δηαθιαδσκέλα δηαζηαπξσκέλα δηθηπσκέλα (ζπλήζσο άκνξθα) Ιζνηαθηηθά/ζπλδηνηαθηηθά αηαθηηθά Μηθξά νγθψδε πιεπξηθά κφξηα πκπνιπκεξή ελαιιαζφκελεο/κπινθ ηπραία/εκβνιηαζκνχ (ζπλήζσο άκνξθα)

40 Κξπζηαιιηθά πνιπκεξή Σππηθή δνκή θξπζηαιιηθψλ πνιπκεξψλ : LAMELLAR Οπηηθή Μηθξνζθνπία θαηξνιπηψλ Γνκή lamellar PEO-Ppeptides

41 Μεραληθέο ηδηφηεηεο πνιπκεξψλ

42 Τάζη (ζ) Μεηξήζεηο Σάζεο - Παξακφξθσζεο Γεδνκέλα πνπ ιακβάλνληαη απφ κεηξήζεηο ηάζεο-παξακφξθσζεο ζε ζεξκνπιαζηηθά πιηθά είλαη ζεκαληηθά, αθνχ πξνζδίδνπλ πιεξνθνξίεο πνπ αθνξνχλ ηελ αθακςία ηνπ πιηθνχ, ηελ αληνρή ηνπ, ην βαζκφ επζξαπζηφηεηάο ηνπ θ.ν.θ. Y (yield point) L B (break point) Δ = θιίζε = ζ/γ = Young s modulus Energy required for tough fracture Energy for brittle fracture O Παραμόρθωζη (γ)

43 Μεηξήζεηο Σάζεο - Παξακφξθσζεο Οκνηφκνξθε επηκήθπλζε (α) Κακπχιε επηκήθπλζεο θνξηίνπ γηα ην polycarbonate, (ζεξκνπιαζηηθφ πνιπκεξέο) Πηγή: R. P. Kambour θαη R. E. Robertson. (b) Πνιπαηζπιέλην κεγάιεο ππθλφηεηαο: δείγκα πεηξάκαηνο ηάζεο πνπ δείρλεη νκνηφκνξθε επηκήθπλζε (ε καθξηά ζηελή πεξηνρή ζην δείγκα).

44 Μεηξήζεηο Σάζεο - Παξακφξθσζεο

45 Μεηξήζεηο ηάζεο - παξακφξθσζεο ρέζε ηάζεο-παξακφξθσζεο ηξηψλ ηχπσλ πιαζηηθψλ. Πηγή: R. L. E. Brown. Αληνρή ζε εθειθπζκφ Άθακπην, εχζξαπζην εκείν δηαξξνήο Πιαζηηθφ θιεξφ θαη φιθηκν Διαζηηθφ ειαζηνκεξέο Μαιαθφ θαη εχθακπην

46 Θεξκνκεραληθέο ηδηφηεηεο s(mpa) C 20 C 40 C 20 to C e Με αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο: 1. Μείσζε κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο 2. Μείσζε εθειθπζηηθήο αληνρήο 3. Αχμεζε νιθηκφηεηαο

47 Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηηο κεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ πνιπκεξψλ Αωξηζη ανηοσήρ ζε εθελκςζμψ Μείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ή αχμεζε ηνπ ξπζκνχ παξακφξθσζεο Δθηεηακέλε δηαπινθή ησλ αιπζίδσλ πνπ εκπνδίδεη ηελ θίλεζε ησλ αιπζίδσλ Αχμεζε κνξηαθνχ βάξνπο Αχμεζε βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο Γηέιθπζε: Γηαδηθαζία επέθηαζεο ηνπ ιαηκνχ (αληίζηνηρε δηαδηθαζία ηεο ζθιήξπλζεο κεηάιισλ κε παξακφξθσζε) αληζνηξνπηθέο ηδηφηεηεο Αωξηζη εθελκςζηικοω μέηπος ελαζηικψηηηαρ: Μείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ή αχμεζε ηνπ ξπζκνχ παξακφξθσζεο Γελ επεξεάδεηαη απφ ην κνξηαθφ βάξνο Αχμεζε βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο Γηέιθπζε

48 Ιμσδνειαζηηθφηεηα Άκνξθν πνιπκεξέο ζπκπεξηθέξεηαη: Ωο χαινο ζε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο (κπνξεί λα παξνπζηάδεη ειαζηηθή ζπκπεξηθνξά γηα ζρεηηθά κηθξέο παξακνξθψζεηο). αλ ειαζηφκνξθν ζηεξεφ ζε ελδηάκεζεο ζεξκνθξαζίεο αλ παρχξξεπζην πγξφ ζε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο Διαζηηθή παξακφξθσζε: αθαξηαία Δλδηάκεζε ζπκπεξηθνξά ιξυδοελαζηική ζςμπεπιθοπά ζηηγκηαία ειαζηηθή παξακφξθσζε ε νπνία αθνινπζείηαη απφ κηα ημψδε. Ιμψδε ζπκπεξηθνξά: ε παξακφξθσζε δελ είλαη αθαξηαία αιιά θαζπζηεξεί ή εμαξηάηαη απφ ην ρξφλν. Γελ επαλέξρεηαη.

49 Μέηξν ημσδνειαζηηθήο ραιάξσζεο Η ημσδνειαζηηθή ζπκπεξηθνξά εμαξηάηαη απφ ην ρξφλν θαη ηε ζεξκνθξαζία Μεηξήζεηο ραιάξσζεο ηάζεο γηα δεδνκέλε παξακφξθσζε θαη κέηξεζε ηάζεο κε ην ρξφλν (κείσζε ηάζεο) Μέηπο σαλάπυζηρ: E r t s e t o φπνπ: ζ(t) ε κεηξνχκελε ρξνληθά εμαξηψκελε ηάζε ε ν ην επίπεδν παξακφξθσζεο, ην νπνίν δηαηεξείηαη ζηαζεξφ.

50 Μέηξν ημσδνειαζηηθήο ραιάξσζεο Η ημσδνειαζηηθή ζπκπεξηθνξά εμαξηάηαη απφ ην ρξφλν θαη ηε ζεξκνθξαζία Ταλϊδερ E r t s e t o Γχζθακπην, ςαζπξφ Γεπμαηϊδερ, Με πιήξσο αλαθηήζηκε παξακφξθσζε Δλαζηψμοπθο Διαζηηθφ θαη ημψδεο Ιξϊδερ Τγπψ Τm Δμάξηεζε θαη απφ ζεξκνθξαζία

51 Μνξθνινγηθέο αιιαγέο ζηα πνιπκεξή εηξά κεηαβνιψλ ζηηο κνξθνινγίεο ζπλζεηηθψλ πνιπκεξψλ κε ζέξκαλζε. ε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο, φια ηα γξακκηθά πνιπκεξή είλαη παιψδε. Σ : κεηαηξνπή πνιπκεξνχο απφ γςαλί ζε ελαζηικό. Η ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία έρνπκε απηή ηε κεηάπησζε νλνκάδεηαη ζεξκνθξαζία παιψδνπο κεηάπησζεο (Glass Transition Temperature)

52 Φαηλφκελα Κξπζηάιισζεο, Σήμεο θαη Ταιψδνπο Μεηάβαζεο Κπςζηάλλυζη Γηαδηθαζία φπνπ δεκηνπξγείηαη πξνζαλαηνιηζκέλε ζηεξεά θάζε θαηά ηελ ςχμε πγξνχ ηήγκαηνο κε ηπραία κνξηαθή δνκή (ππξήλσζεο θαη αλάπηπμε ππξήλσλ) Σήξη Μεηαζρεκαηηζκφο ζηεξενχ πιηθνχ, πνπ έρεη ηαθηηθή δνκή επζπγξακκηζκέλσλ κνξηαθψλ αιπζίδσλ, πξνο έλα παρχξεπζην πγξφ ζην νπνίν ε δνκή είλαη πνιχ ηπραία. πξαγκαηνπνηείηαη ζε εχξνο ζεξκνθξαζηψλ Σm. Η ςαλϊδηρ μεηάβαζη Μεηάβαζε απφ έλα ζπκπαγέο άκνξθν ζηεξεφ ζε πγξφ ηήγκα (πκβαίλεη ιφγσ πεξηνξηζκνχ ηεο θίλεζεο κεγάισλ ηκεκάησλ κνξηαθψλ αιπζίδσλ φηαλ κεηψλεηαη ε ζεξκνθξαζία)

53 Μνξθνινγηθέο αιιαγέο ζηα πνιπκεξή Άκνξθν πνιπκεξέο πγξφ Ηκηθξπζηαιιηθφ πνιπκεξέο πγξφ Σ m γφκα Δχθακπην ζεξκνπιαζηηθφ ιάζηηρν γπαιί Σ g γπαιί Σ g

54 Θεξκνθξαζία Ταιψδνπο Μεηάβαζεο ή Μεηάπησζεο (Tg) Αληηπξνζσπεχεη ηε ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία ιακβάλεη ρψξα κηα ζρεηηθά απφηνκε αιιαγή απφ ηελ παιψδε ζηε ειαζηηθή ή εχθακπηε ζεξκνπιαζηηθή θαηάζηαζε φισλ ζρεδφλ ησλ γξακκηθψλ πνιπκεξψλ. Υαξαθηεξηζηηθή κεηάπησζε γηα θάζε είδνο πνιπκεξνχο. Η Σg δηαθέξεη αλάινγα κε ην είδνο ησλ αηφκσλ πνπ απνηεινχλ ηνλ πνιπκεξηθφ ζθειεηφ, ην είδνο ησλ πιεπξηθψλ νκάδσλ θαη ηελ ηνπνζέηεζε ηνπο ζην ρψξν.

55 Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηε ζεξκνθξαζία ηήμεο θαη παιψδνπο κεηάβαζεο Θεπμοκπαζία ηήξηρ αςξάνεηαι: αχμεζε ζηελ αθακςία αιπζίδσλ (παξνπζία δηπιψλ δεζκψλ, αξσκαηηθψλ αιπζίδσλ, κεγάιεο πιεπξηθέο νκάδεο). Αχμεζε κνξηαθνχ βάξνπο (ηήμε ζε πεξηνρή ζεξκνθξαζηψλ). Αχμεζε βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο Θεπμοκπαζία ςαλϊδοςρ μεηάβαζηρ αςξάνεηαι: παξνπζία νγθσδψλ πιεπξηθψλ νκάδσλ, πνιηθψλ πιεπξηθψλ αηφκσλ ή νκάδεο αηφκσλ, δηπινί δεζκνί θαη αξσκαηηθέο αιπζίδεο. Αχμεζε κνξηαθνχ βάξνπο. Αχμεζε ππθλφηεηαο δηαζηαπξψζεσλ.

56 Σg δηαθφξσλ πνιπκεξψλ Πολςμεπέρ Tg ( ο C) Tm ( ο C) π(ζηπξέλην) π(κ-κεζπιζηπξέλην) π(κεζαθξπιηθφ κεζχιην) αηαθηηθφ π(κεζαθξπιηθφ κεζχιην) ηζνηαθηηθφ Νάυινλ π(αηζπιέλην)

57 Δκπνξηθά δηαζέζηκα θαη επξέσο δηαδεδνκέλα πνιπκεξή

58 Βηλπιηθά πνιπκεξή Γεληθφο ρεκηθφο ηχπνο: H 2 C CH X 1. Πνιπαηζπιέλην (polyethylene, PE) n X: H

59 Δπίδξαζε ηνπ αξηζκνχ δηαθιαδψζεσλ ζηηο ηδηφηεηεο ηνπ πνιπαηζπιελίνπ High density polyethylene

60 Linear low density polyethylene Low density polyethylene

61 χγθξηζε δηαθφξσλ εηδψλ πνιπαηζπιελίνπ Ιδιψηηηα LDPE LLDPE HDPE εκείν ηήμεσο (K) Ππθλφηεηα (g/cm 3 ) Γχλακε εθειθπζκνχ θηικ (MPa)

62 2. Πνιππξνππιέλην (polypropylene, PP) CH 3 n X: CH 3 Αζπκκεηξία ηνπ κνξίνπ πξνππιελίνπ Σξία δηαθνξεηηθά ζηεξεντζνκεξή: - Ιζνηαθηηθφ PP - πλδηνηαθηηθφ PP - Αηαθηηθφ PP

63 3. Πνιπβηλπινρισξίδην (polyvinyl chloride, PVC) Cl n X: Cl Αζηαζέο ζε ςειέο ζεξκνθξαζίεο (Σ > 200 o C) απειεπζέξσζε HCl Πιαζηηθνπνηεκέλν PVC (καιαθφ πιηθφ πνπ ιακβάλεηαη κε πξνζζήθε πιαζηηθνπνηεηψλ)

64 4. Πνιπζηπξέλην (polystyrene, PS) n Πνιπκεξηζκφο ζηπξελίνπ (βηλπινβελδφιην) Δκπνξηθά δηαζέζηκν πνιπζηπξέλην: αηαθηηθφ, άκνξθν Αθξψδεο πνιπζηπξέλην κνλσηηθφ πιηθφ Γνρεία παθεηαξίζκαηνο θαγεηνχ απφ PS Πιαζηηθά δηαθαλή δνρεία πνιπζηπξελίνπ

65 5. Πνιπαθξπινληηξίιην (polyacrylonitrile, PAN) Ίλα Orlon CN n Πξψηεο χιεο γηα παξαζθεπή αλζξαθνλεκάησλ πκπνιπκεξηζκφο ηνπ κε βνπηαδηέλην Nitrile rubber ή Buna N (o-rings) πκπνιπκεξηζκφο ηνπ κε ζηπξέλην Γηαθαλέο πιαζηηθφ πιηθφ πκπνιπκεξηζκφο ηνπ κε ζηπξέλην & βνπηαδηέλην ΑΒS: θιεξά κεγάιεο αληνρήο πιηθά -Απνρεηεχζεηο θαη πδαηνπξνκήζεηα -Διαζηηθά ABS

66 5. Πνιχ κεζαθξπιηθφ κεζχιην (polymethyl methacrylate, PMMA) Τεσνηηά δόνηια από διαζηαςπωμένο PMMA (highly crosslinked PMMA) Γλσζηφ σο Plexiglass, Lucite, ή Perspex O CH 3 n O Γηαθαλέο πιαζηηθφ κε πνιχ θαιή ζηαζεξφηεηα ζηελ παξνπζία UV-Vis απνξξνθεηηθψλ κέζσλ, κηαο θαη απφ κφλν ηνπ κε έθζεζε ζε ππεξηψδε αθηηλνβνιία απνζπληίζεηαη. PMMA plexiglass Φαθνί επαθήο απφ PMMA

67 6. Πνιπηεηξαθζνξναηζπιέλην (polytetrafluoroethylene, Teflon) F F F F n Αληηθνιιεηηθφ ζθεχνο κε επηθάιπςε Teflon Σαηλία Teflon Κξπζηαιιηθφ πνιπκεξέο ηαζεξφ ζε ζεξκνθξαζίεο κέρξη θαη 330 o C (ζ.η.) Υεκηθά αδξαλέο ζηελ παξνπζία ηζρπξψλ νμέσλ, βάζεσλ, νξγαληθψλ δηαιπηψλ. Γπλαηφηεηα ηξνπνπνίεζεο ηεο επηθάλεηάο ηνπ θαη κεηαηξνπήο ηνπ ζε πδξφθηιν πνιπκεξέο κε ηθαλφηεηα δέζκεπζεο ηνπ ζε άιιεο επηθάλεηεο. Ρνή Teflon ππφ ηελ επίδξαζε πίεζεο ζρεκαηηζκφο ζχλζεησλ πιηθψλ πνπ λα απνηεινχληαη απφ γπαιί θαη Teflon γηα ζηαζεξνπνίεζε.

68 Παξαδείγκαηα Πνιπκεξή ζπκπχθλσζεο NH (CH 2 ) 6 N H CO (CH 2 ) 4 CO n λάυινλ 6,6 C H 2 2 O CO COO n O O (CH 2 ) 4 O C O NH (CH 2 ) 6 NH C O πνιπεζηέξαο πνιπνπξαηζάλε n

69 1. Νάυινλ (Nylon n,m) - Πνιπακίδηα H N C Αμιδικψρ δεζμψρ O Nomex (Du Pont) Phenylon (USSR) NH NH CO CO NH CO Fibre B (Du Pont) Terlon (USSR) n n Kevlar (Du Pont) NH N H CO CO n

70 2. Πνιπεζηέξαο (polyester) O O (CH 2 ) 2 O C C O Polyethylene terephthalate (Terylene or terene) 3. Polycarbonates

71 Πνιπζηινμάληα (ζηιηθφλεο) R Si R` O n Αλζεθηηθφηεηα ζηελ νμεηδσηηθή απνηθνδφκεζε ζε Σ κέρξη θαη 200 ν C. Γεζκφο Si-O: ζηαζεξφο ζηε ζεξκφηεηα, εχθνιε δηάζπαζε ζηελ παξνπζία νμέσλ θαη βάζεσλ. Τγξά πνιπζηινμάληα Πνιπζηινμαληθέο ξεηίλεο Silicon gel breast implants Διαζηνκεξή πνιπζηινμάληα Χειποςπγικοί ζωλήνερ από ζιλικόνη

72 Δηζαγσγή πξνζζέησλ ζε πνιπκεξή

73 Πιαζηηθνπνίεζε (Plastisization) Η δηαδηθαζία ελζσκάησζεο ελφο πιαζηηθνπνηεηή ζηε κάδα πνιπκεξνχο. Πιαζηηθνπνηεηέο: O Οπζίεο πνπ ελζσκαηψλνληαη ζε έλα πνιπκεξέο γηα βειηίσζε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ επεμεξγαζίαο, ηελ αχμεζε ηεο επθακςίαο θαη ηθαλφηεηαο επηκήθπλζεο. O πλήζσο πγξέο νξγαληθέο ελψζεηο κεγάινπ ζ.β., ζπκβαηέο κε ην πνιπκεξέο Μεηαβνιή θπζηθψλ θαη ρεκηθψλ ηδηνηήησλ πνιπκεξψλ παξνπζία πιαζηηθνπνηεηψλ: 1. Μείσζε ζθιεξφηεηαο 2. Βειηίσζε επθακςίαο 3. Μείσζε αληνρήο ζε εθειθπζκφ 4. Μείσζε κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο 5. Αχμεζε επηκήθπλζεο ζξαχζεσο 6. Μείυζη Tg - O O - O O dioctylphthalate

74 Άιια πξφζζεηα ζε πνιπκεξή Υξψκαηα (dyes) θαη Υξσζηηθέο (pigments) Δπδηάιπηα ζε πνιπκεξή Γελ επεξεάδνπλ ηε δηαθάλεηα ηνπ πνιπκεξνχο Αδηάιπηεο ζε πνιπκεξή Δπεξεάδνπλ ηε δηαθάλεηα ηνπ πνιπκεξνχο ηαζεξνπνηεηέο (Stabilizers) Δλψζεηο πνπ πξνζηαηεχνπλ ηα πνιπκεξή απφ εμσηεξηθέο επηδξάζεηο (θσο, ζεξκφηεηα, νμπγφλν θ.α.) Μέζα πιήξσζεο (fillers) Αχμεζε αληνρήο (παινβάκβαθαο, ζπλζεηηθέο ίλεο θ.ι.π.) Αχμεζε ζθιεξφηεηαο (κεηαιιηθά νμείδηα, θνληνπνηεκέλα κέηαιια) Βειηίσζε ζεξκνκνλσηηθψλ ηδηνηήησλ (SiO 2 ) Αχμεζε αληνρήο ζε ρεκηθά αληηδξαζηήξηα (γξαθίηεο, παινβάκβαθαο) Βειηίσζε εκθάληζεο (θσζθνξίδνληα νξπθηά, ζπλζεηηθέο ίλεο θ.ι.π.)

75 Πιαζηηθά Σερληθέο Μνξθνπνίεζεο Μέθοδοι: Δμψζεζε (extrusion) Υχηεπζε κε εκθχζεζε (blow molding) Υχηεπζε κε έγρπζε (injection molding) Υχηεπζε κε ζπκπίεζε θαη κεηαθνξά (compression and transfer molding) Υχηεπζε (casting)

76 Καηεξγαζία πνιπκεξψλ Eθβνιή ή εμψζεζε (Extrusion) Δθηεηακέλε εθαξκνγή ζηελ θαηαζθεπή ζπλερψλ κνξθψλ (ξάβδνη, ζσιήλεο, θχιια, ίλεο θ.ν.θ.) απφ πνιπκεξή. Δθαξκνγή θπξίσο ζηελ κνξθνπνίεζε ζεξκνπιαζηηθψλ πνιπκεξψλ. Καηά ηε κνξθνπνίεζε κε εθβνιή, ην πνιπκεξέο βξίζθεηαη ππφ ηε κνξθή ηήγκαηνο (ηήμε κε άλνδν ηεο Σ) ή δηαιχκαηνο (δηάιπζε πνιπκεξνχο ζε θάπνην δηαιχηε).

77 Μνλνθφριηνο εθβνιέαο Διάηαξη: - Σήμεο - Αλάκημεο - Μνξθνπνίεζεο (κε ρξήζε πεξηζηξεθφκελνπ θνριία κέζα ζε έλα θχιηλδξν). - Πξνψζεζεο πνιπκεξνχο κέζα απφ κήηξα

78 Μνλνθφριηνο εθβνιέαο

79 Γηπινθφριηνο εθβνιέαο Πεξηζηξνθή δχν παξαιιήισλ θνριηψλ κέζα ζε θαηάιιεια ζρεδηαζκέλν θχιηλδξν

80 Δθβνιή λάπινλ χζηεκα εθβνιήο πιινγή θηικ Μήηξα Κχιηλδξνη έιμεο Νεξφ Φηικ απφ λάπινλ

81 Μήηξεο εθβνιήο (Extrusion Dies)

82

83 Βηβιηνγξαθία 1. Δπηζηήκε θαη Σερλνινγία Τιηθψλ, William D. Callister, Δθδ. Σδηφιαο, Θεζζαινλίθε, Allcock, H. R.; Lampe, F. W. Contemporary Polymer Chemistry 2 nd Ed Applied Chemistry, a textbook for Engineers and Technologists, H.D. Gesser. 3. Γεληθή Υεκεία γηα Μεραληθνχο, Β.Π. Παπαγεσξγίνπ 4. Hamley I. W. Introduction to Soft Matter, Polymers, Colloids, Amphiphiles and Liquid crystals, 2000.