Εργαστήριο Υλικών V : Πολυμερή

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Εργαστήριο Υλικών V : Πολυμερή Σταδιακές αντιδράσεις Διδάσκοντες: Καθηγητής Αυγερόπουλος Απόστολος, Αν. Καθηγητής Ζαφειρόπουλος Νικόλαος

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Βαζηθέο Έλλνηεο Σν πνιπκεξέο είλαη κηα θαζαξή ρεκηθή έλσζε (καθξνκόξην), ελώ ην πιαζηηθό είλαη ζπλήζσο κίγκα πνιπκεξνύο (ή ζπκπνιπκεξνύο) θαη άιισλ πιηθώλ Η δηεπθξίληζε απηή γίλεηαη γηαηί πνιύ ζπρλά νη δύν απηνί όξνη ζπγρένληαη κεηαμύ ηνπο Έλα πνιπκεξέο (polymer) ή καθξνκόξην (macromolecule) είλαη έλα κεγάιν κόξην πνπ δεκηνπξγείηαη από ηελ επαλάιεςε κηθξώλ δνκηθώλ κνλάδσλ, νη νπνίεο ζπλδένληαη κεηαμύ ηνπο κε νκνηνπνιηθνύο δεζκνύο Ο όξνο καθξνκόξην ή πνιπκεξέο ή πνιπκεξηθό πιηθό δίλεηαη ζε κόξηα κε πεξηζζόηεξεο από δέθα δνκηθέο κνλάδεο. Σα κόξηα κε δέθα ή κε ιηγόηεξεο από δέθα δνκηθέο νλνκάδνληαη νιηγνκεξή (oligomers).

4 Βαζηθέο Έλλνηεο Οη ελώζεηο από ηηο νπνίεο πξνέξρνληαη ηα πνιπκεξή ιέγνληαη κνλνκεξή (monomers) Σα κνλνκεξή θαη νη δνκηθέο κνλάδεο (repeating units) ή κνλνκεξηθά ζηνηρεία (monomeric units) δηαθέξνπλ είηε ζηνλ ηξόπν ζύλδεζεο ησλ αηόκσλ ηνπο είηε ζηνλ αξηζκό ησλ αηόκσλ ηνπο n CH 2 CHCl πνιπκεξηζκόο (α) (β) (γ) CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH Cl Cl Cl n HCH 2 CH 2 C H πνιπκεξηζκόο (α) (β) CH 2 CH 2 C CH 2 CH 2 C Ο αξηζκόο ησλ κνλνκεξηθώλ ζηνηρείσλ ηνπ καθξνκνξίνπ νλνκάδεηαη βαζκόο πνιπκεξηζκνύ, Υ (degree of polymerization) θαη δίλεηαη από ηελ εμίζσζε: X = Μ / Μ 0

5 Βαζηθέο Έλλνηεο Γεληθά ηα πνιπκεξή ηαμηλνκνύληαη ζε δύν κεγάιεο θαηεγνξίεο: ηα θπζηθά πνιπκεξή θαη ηα παξάγσγά ηνπο π.ρ. πξσηεΐλεο, θπηηαξίλε, νμηθή θαη ληηξηθή θπηηαξίλε θιπ. ηα ζπλζεηηθά πνιπκεξή π.ρ. πνιπαηζπιέλην, πνιπζηπξέλην, πνιπακίδηα, πνιπεζηέξεο θιπ. Σα ζπλζεηηθά πνιπκεξή κπνξνύλ λα δηαηξεζνύλ κε ηε ζεηξά ηνπο: α) Αλάινγα κε ηε ρεκηθή ηνπο δνκή β) Αλάινγα κε ηε ζπκπεξηθνξά ηνπο ζηε ζέξκαλζε θαη γ) Αλάινγα κε ηελ ηδηόηεηα πνπ θπξηαξρεί ζηε ρξεζηκνπνίεζή ηνπο.

6 Βαζηθέο Έλλνηεο Η ζπνπδαηόηεξε δηαθνξά κεηαμύ ησλ απιώλ ελώζεσλ θαη ησλ πνιπκεξώλ είλαη όηη ηα πνιπκεξή απνηεινύληαη από καθξνκόξηα δηαθνξεηηθνύ κνξηαθνύ βάξνπο, ελώ νη απιέο ελώζεηο από κόξηα κε ην απηό κνξηαθό βάξνο. Άξα ζηελ πεξίπησζε ησλ πνιπκεξώλ κηιάκε γηα κέζα κνξηαθά βάξε θαη πνηέ γηα θαζαξά κνξηαθά βάξε. Σν κνξηαθό βάξνο ελόο πνιπκεξνύο πνπ πξνζδηνξίδεηαη κε κέζνδν πνπ βαζίδεηαη ζηνλ αξηζκό ησλ καθξνκνξίσλ π.ρ. νζκνκεηξία, ηόηε ην κνξηαθό βάξνο πνπ πξνθύπηεη νλνκάδεηαη κέζν κνξηαθό βάξνο θαη αξηζκό: n Ni N i i N11 N2 2 N3 N N N Από κεηξήζεηο ζθέδαζεο θσηόο, κεζόδνπ ε νπνία βαζίδεηαη ζην βάξνο ησλ καθξνκνξίσλ, ιακβάλεηαη ην κέζν κνξηαθό βάξνο θαηά βάξνο: w wi w i i w1 1 w2 2 w3 w w w

7 Βαζηθέο Έλλνηεο Έλα κέηξν ηεο θαηαλνκήο κνξηαθώλ βαξώλ ελόο πνιπκεξνύο είλαη ν ζπληειεζηήο πνιπκνξηαθόηεηαο ή θαηαλνκήο κνξηαθώλ βαξώλ (polydispersity factor), Ι, ν νπνίνο δίλεηαη από ηελ εμίζσζε: I Όζν ην Ι 1, ηόζν ην πνιπκεξέο έρεη κηθξόηεξε κνξηαθή δηαζπνξά δειαδή απνηειείηαη από κόξηα κε ην απηό πεξίπνπ κνξηαθό βάξνο. Δθόζνλ αλαθεξόκαζηε ζε κέζα κνξηαθά βάξε ηόηε ζα κεηαβάιιεηαη θαη ν βαζκόο πνιπκεξηζκνύ αλάινγα κε ην ελ ιόγσ θάζε θνξά κέζν κνξηαθό βάξνο σο εμήο: w n X n n 0 X w z w X z 0 0

8 Βαζηθέο Έλλνηεο nhr 1 H + nhcr 2 CH H(R 1 CR 2 C ) n H + (2n-1)H 2 nh 2 NR 1 NH 2 + nclcr 2 CCl H(NHR 1 NHCR 2 C) n Cl + (2n-1)HCl Αληίδξαζε πνιπζπκπύθλσζεο n CH 2 CH + R-R R ( CH 2 CH ) n R Cl Cl Αληίδξαζε πνιππξνζζήθεο n HR 1 H + n CNR 2 NC H H H HR 1 ( CNR 2 NCR 1 ) n-1 CNR 2 NC Ση αληίδξαζε είλαη;

9 Βηνκεραληθέο Μέζνδνη ηαδηαθνύ Πνιπκεξηζκνύ nh 2 NR 1 NH 2 + nclcr 2 CCl H ( NHR 1 NHCR 2 C ) n Cl + (2n-1) HCl Υκέλαο Nylon-6,6 Μεζεπηθάλεηα Φάζε δηακίλεο (Η2Ο) Φάζε δηριωξηδίνπ (CCl 4) Η αληίδξαζε απηή γίλεηαη ζηε ζπλεζηζκέλε ζεξκνθξαζία είλαη πνιύ ρξήζηκε γηα ηελ παξαζθεπή πνιπκεξώλ πνπ είλαη αζηαζή ζε κεγάιεο ζεξκνθξαζίεο. Βηνκεραληθή παξαζθεπή ηνπ Terylene (γλσζηό θαη σο ΡΔΣ, δειαδή ζύκθσλα κε ηελ αληίδξαζε: n H(CH 2 ) 2 H + n CH 3 C CCH C θαηαιύηεο H ( (CH 2 ) 2 C C ) n CH 3 + (n-1)h 2

10 Βηνκεραληθέο Μέζνδνη ηαδηαθνύ Πνιπκεξηζκνύ Πνιπκεξηζκόο κάδαο ή ηήγκαηνο (ass ή Bulk ή elt polymerization) Πνιπκεξηζκόο δηαιύκαηνο (Solution polymerization) θαη Πνιπκεξηζκόο ζηε κεζεπηθάλεηα δπν πγξώλ (Interfacial polymerization) πλζήθεο πνιπκεξηζκνύ Πνιπκεξηζκόο ηήγκαηνο Πνιπκεξηζκόο δηαιύκαηνο Πνιπκεξηζκόο κεζεπηθάλεηαο Θεξκνθξαζία Μεγάιε πλήζσο ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο ηαζεξόηεηα ζε κεγάιεο ζεξκνθξαζίεο Αλαγθαία Όρη Όρη Πίεζε Διαηησκέλε Αηκνζθαηξηθή Υξόλνο πνιπκεξηζκνύ Μεξηθέο ώξεο σο κεξηθέο κέξεο Μεξηθά ιεπηά σο κεξηθέο ώξεο Μεξηθά ιεπηά σο κεξηθέο ώξεο Αληηδξαζηήξαο Αεξνζηεγώο θιεηζηόο. Δηδηθόο Αλνηθηόο Απιόο Αλνηθηόο Απιόο Μνλνκεξή Φζελά. Μηθξή δξαζηηθόηεηα Αθξηβά. Μεγάιε δξαζηηθόηεηα Αθξηβά. Μεγάιε δξαζηηθόηεηα Αλαθύθισζε δηαιύηε Όρη Ναη Ναη Κηλεηηθή ηαδηαθή ηαδηαθή αλ αιπζσηή

11 Τέλος Ενότητας

12 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

13 Σημειώματα

14 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

15 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκοντες: Καθηγητής Αυγερόπουλος Απόστολος, Αν. Καθηγητής Ζαφειρόπουλος Νικόλαος. «Εργαστήριο Υλικών V : Πολυμερή. Σταδιακές αντιδράσεις». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

16 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]