STRUCTURA POLIMERILOR

POLIMERIMateriale plasticePOLIMERIPolimerul: substan chimic pur, rezultat n urma unei reacii de polimerizare, compus dintr-un numr mare de molecule simple denumite monomeri.Polimerii organici pot fi :naturali ca de exemplu: ADN, amidonul,celuloza latexul etc.sintetici obinui prin sinteze chimice dirijate de om n mii de sortimente. Polimerii organici stau la baza constituirii urmtoarelor materiale: materiale plastice polietilena (PE), policarbonatul (PC), polistirenul (PS), policarbonatul de vinil (PVC).fibre sintetice ( nylon, acrilic, polistiren, Kevlar);elastomeri ( cauciuc, policloropan);vopsele (produse pe baz de soluii sau emulsii de polimeri);adezivi ( soluii sau emulsii de polimeri);

Tipuri de polimeri i structuriClasificarea polimerilor n funcie de:mecanismul de nlnuire ( polimerizare de adiie, policondensare);structura; comportament lor sub influena temperaturii i a solicitrilor mecanice.

ComportareStructurMecanism de nlnuiretermoplasticilanuri liniare flexibileadiie sau condensaretermorigizireea rigid tridimensionalcondensareelastomeri lanuri liniare reticulateuzual mecanisme de adiiePOLIMERIZAREPolimerizarea: proces chimic de nlnuire, pentru formare a unei macromolecule de polimer n urma unei suite de reacii chimice identice. Not: la nceput dou molecule de monomeri formeaz un dimer, apoi adugnd a treia molecul se obine un trimer i aa mai departe iar la 30 monomeri nlnuii folosim termenul de polimer; Monomerii utilizai n sinteza polimerilor pot fi obinui din produse naturale petrochimice (petrol, gaze cel mai rentabil la ora actual), lemn, reziduri agricole sau din carbon.Caracteristici necesare ca o molecul de monomer s se poat nlnui :un aranjament monomeric (notat cu A- ) trebuie s dispun de mai mult de o legtur, altfel nu se poate alctui dect un dimer (A-A);dac aranjamentul monomeric, dispune de dou legturi cu aranjamentele vecine, molecula obinut este unidimensional, filiform dar nu neaprat liniar ( unghiul legturilor ntre atomii de C de 109 );dac aranjamentul monomeric schimb 3 sau mai multe legturi cu monomerul vecin molecula devine tridimensional formnd un volum sau un bloc.

Lanuri polimericereprezentri schematice

Mecanismul de polimerizarePolimeri obinui prin adiie se bazeaz pe formarea unor legturi de tip covalent ntre moleculele individuale genernd lanuri de mii de molecule fr modificri chimice a reactanilor. Exemplu reacia de adiie- polietilen

Polimerii obinui prin condensare implic dou sau mai multe tipuri de molecule care sunt legate prin reacii chimice i rezult un produs de reacie (H2O).Exemplu de reacie de condensare

Structura polimeruluiPolimeri liniari - formai din lanuri lungi coninnd mii de molecule. Legturile ntre monomerii lanului pot fi foarte puternice ( de tip covalent), n timp ce legturile dintre lanuri sunt foarte slab ( legturi secundare de tip van der Waals).2. Polimerii ramificai sunt structuri de reele tridimensionale, obinute prin legarea unor lanuri transversale rigide predomin legturile de tip covalent.Polimeri reticulai Polimeri cu reea tridimensionalNot: proprietile influenate de lungimea lanului i dimensiunea moleculei polimerului.Dimensiunea moleculei caracterizat prin:masa molecular;gradul de polimerizare(numrul de meridin polimer).

Structura CopolimeruluiCopolimerul: momomeri de tip diferit nlnuii .Tipuri de copolimeri :StatisticSecvenialGrefat

Exemple :butadien stiren (BS) Acrilo-butadien -stiren (ABS)

Comportarea polimerilor la nclzire i sub sarcin

Polimerii termoplastici : comportare tipic de manier plastic, ductil. Pot fi pui n form la temperaturi ridicate, rcii apoi renclzii i reformai ntr-o form diferit (fr modificarea structurii de baz sau a proprietilor polimerului). Polimerii termoplastici care au o structur liniar sunt uor de reciclat. Exemple: PE (polietilena), PVC (policlorura de vinil), PS (polistirenul), PP (polipropilena) etc.Polimerii termorigizi sunt mai rezisteni dect cei trmoplastici nu pot fi reprocesai deci reciclai. Exemple:PH (fenolicul) PC (policarbonatul) EP(poliepoxida) etc.Elastomerii : comportare intermediar polimerilor de tip termoplastic respectiv termirigizi. Se caracterizeaz prin capacitatea mare de a se deforma elastic ( nmagazineaz o mare cantitate de energie) . Comportament datorat existenei legturilor transversale perfecte (vezi vulcanizarea cauciucului la 1500 n prezena sulfului). Exemple: poliisopren (cauciucul sintetic).

Polimeri amorfi (vitroi)Polimeri semicristaliniStarea vitroas caracterizat prin absena ordinii la mare distan n reeaua atomic (proprietatea lichidelor) i prin absena mobilitii elementelor constitutive (proprietate a solidelor). Starea vitroas este o form termodinamic instabil a materiei care poate cristaliza dac condiiile cinetice i termodinamice se modific i permit acest lucru.

Polimer semicristalin

Polimeri amorfi (vitroi)Polimeri semicristaliniUn polimer poate fi amorf sau semicristalin modificndu-i starea n funcie de temperatur i influenat i de structura i masa sa molecular. Fixarea structurii se face n stadiul sintezei polimerului. Polimer amorf Sunt de obicei transpareni;caracterizat prin temperatura de vitrifiere TV parametrul cel mai importat la procesarea i utilizarea;tehnici de prelucrare prin termoformare- nclzit pesteTV unde prezint alungiri semnificative pentru tensiuni relativ reduse. Trecerea de la starea amorf la starea cristalin depinde de sructura molecular, adic un polimer a crui lan are o mare regularitate structural va putea cristaliza. Polimer semicristalin

- Caracterizat prin temperatura de topire Tt a fazei cristaline i prin temperatura de vitrifiere TV (dou temperaturi de tranziie ); - Sunt cel mai adesea opaci ( cele dou componente amorf i cristalin nu prezint acelai indice de refracie)

Polimeri semicristaliniCreterea cristalitelor pornind de la un polimer topit

Materiale plasticeDefiniie: materialele plastice sunt un amestec de doi sau mai muli polimeri (substane macromoleculare ) cu aditivi care permit adaptarea proprietilor materialului plastic la constrngerile tehnologice i de utilizare.Avantaje: - polimerii prezint o mare varietate sortimental i deci o mare diversitate a caracteristicilor mecanice i chimice;- facilitatea i diversitatea procedeelor de prelucrare (de punere n form) la ritmuri ridicate de fabricaie;- cost energetic redus al sintezei i transformrii;- densiti reduse n jurul valorii de 1g/cm3.Dezavantaje ( inconveniente care limiteaz domeniul de aplicaii):- proprieti de rezisten mecanic (cu puine excepii) relativ modeste;- nu sunt auto i biodegradabile (explicat prin lungimea lanurilor polimerice);-n timpul arderii pot degaja produse toxice.

AditiviAditivii de utilizare curent:Stabilizani cu rol de a ntrzia i/sau inhiba degradarea structurii polimerului n fabricaie sau utilizare;Colorani sau pigmeni;Ignifugani cu rolul de a face combustia materialelor plastice ct mai dificil;Antistatici cu rolul reducerii acumulrii sarcinilor electrostatice superficiale;Germinativi facilitarea i accelerarea cristalizrii polimerilor semicristalini;Plastifiani rolul diminurii rigiditii materialelor plastice;Antioc ameliorarea rezistenei la oc i obinerea strii cauciucate;Lubrifiani - cu rolul reducerii coeficientului de frecare; ntritori mbuntirea rezistenei mecanice.

Principalele materiale plastice-consideraii generale-

Caracterizarea materialelor plastice se prezint prin compararea proprietilor n raport cu alte materiale plastice ( nu cu materialele metalice sau ceramice).Prezentarea fiecrui material se face prin:denumire, denumire prescurtat, caracteristicile structuriidomeniul temperaturii de utilizare n care comportamentul plasticului este similar celui de la temperatur ambiant;Alegerea materialului plastic pentru o anumit aplicaie se va face dup urmtoarele criterii:condiii tehnice impuse produsului,fezabilitatea tehnologic,costul.

Principalele materiale plastice-consideraii generale-

POLIETILENA PETermoplastic- semicristalin- 50 la +60 0CProprietile polietilenei variaz cu densitatea, adic cu gradul de cristalinitate i masa molecular. Polietilena de nalt densitate (PEHD) este moderat rigid, o bun rezisten la oc, rezisten excelent practic la toate produsele chimice, sensibilitate la ultraviolete.Aplicaii: recipieni de ulei de motor, cuve, containere, cutii i evi.Polietilena de joas densitate (PELD), combin flexibilitatea cu o bun tenacitate i este mai puin rigid.Aplicaii: fabricarea sacilor de menaj, conductelor flexibile, jucrii.POLISTIRENUL PSTermoplastic- amorf- 40 la + 60 0CMaterial plastic transparent, rigid i fragil. Prezint o slab rezisten la ultraviolete, atacat de un numr mare de solveni organici. Slaba rezisten la oc a acestor polimeri vitroi poate fi ameliorat prin ncorporarea sferolitelor de cauciuc fin divizate n matricea de polistiren.Aplicaii: pahare i tacamuri jetabile, cutii de ambalaj, jucrii, aparate de ras, casete video etc.

Principalele materiale plastice-consideraii generale-

POLICLORURA DE VINIL PVCTermoplastic- amorf- 50 la +60 0CSe prezint sub dou forme: PVC rigid (dur); PVC plastifiant poate conine pan la 50% plastifianiAre cea mai bun rezizten la foc dintre toi polimerii.Aplicaii: PVC dur pentru conducte i evi ( alimentare cu ap, drenaj, cabluri), elemente de placare exterioar a cldirilor, cri de credit, butelii transparente, rame de ferestre. PVC plastifiat- mbrcminte pentru cabluri, igle, prelate, nlocuitori de piele, pelicule de ambalaj, conducte de irigaii, impermeabile transparente etc.

POLIPROPILENA PPTermoplastic- semicristalin-5 la + 100 0C Este materialul plastic cel mai uor, are proprieti similare polietilenei, dar o inut mai bun la temperatur i o rigiditate mai ridicat. Rezistena chimic i la ultraviolete este mai sczut decat a polietilenei. Polipropilena ntrit cu fibre de sticl (material compozit) are o inut ameliorat la temperatur.Aplicaii: fabricarea mobilierului de grdin, pompe i agitatoare la maini de splat, ventilatoare, suportul scaunelor de automobil, carcase de acumulatoare, etc.

Principalele materiale plastice-consideraii generale-

POLICARBONATUL PCTermoplastic amorf pan la + 125 0CMaterial plastic cu adaos de plastifiant devine foarte rezistent la oc.Aplicaii: cti de protecie, parbrize etc.FENOLICUL PFTermorigid- amorfpan la + 170 0CMaterial plastic dur i fragil cu adaosuri sau ntritori (mic, fin de lemn), de culoare nchis asigur o excelent inut la temperatur i foc.Aplicaii: fabricarea componentelor electrice ce trebuie s funcioneze la temperaturi nalte (relee), maniere izolatoare termic.

Principalele materiale plastice-consideraii generale-

POLIURETANUL PUTermoplastic sau termorigidamorf sau semicristalinO mare varietate de polimeri liniari sau reticulai.Aplicaii: saltele flexibile pentru tapierii sau rigide pentru izolri, carcase pentru calculatoare, mobil de birou etc.POLIMETACRILATUL DE METIL PMMA- amorf pan la + 70 0CMaterialul plastic cu cea mai mare transparen, fragil, rezistent la ultraviolete, rezisten chimic mediocr. Aplicaiile pun n eviden proprietile optice.Aplicaii: lentile de aparate foto, hublouri etc.NYLONUL PAsau poliamida semicristalin-50 la + 130 0CMai rigid i mai rezistent decat polipropilena, o bun anduran la oboseal, rezistent la uzur prin frecare. Fibrele de sticl i carbon contribuie la ameliorarea rigiditii i rezistenei la temperatur.Aplicaii: angrenaje, rezervoare de radiatoare auto, rachete de tennis, coliere de rulmeni, componente de aparate foto, etc.

Principalele materiale plastice-consideraii generale-POLIESTERUL SATURAT PHTPTermoplastic- semicristalin-30 la + 120 0CMaterial plastic tehnic similar nylonului.Aplicaii: buteliile buturilor gazoase. POLIESTERUL NESATURAT UPTermorigid pan la + 100 0CMaterial plastic transparent se ntrete cu fibre de sticl. naintea procesului de reticulare la temperatura ambiant este n stare lichid.Aplicaii: piese de caroserie auto, rezervoare sub presiune, cabine de du, antene parabolice.POLIEPOXIDA EPTermorigid pan la + 130 0C Material plastic utilizat ca i matrice pentru compozite pe baz de polimeri. Se ntrete cu fibr de sticl.Aplicaii: piese de structur a avioanelor, rachetelor, helicopterelor, circuite imprimate, etc.