POLIMERI

Materiale plastice

POLIMERI

• Polimerul: substanţă chimică pură, rezultată în urma unei reacţii de polimerizare, compus dintr-un număr mare de molecule simple denumite monomeri.

• Polimerii organici pot fi :– naturali ca de exemplu: ADN, amidonul,celuloza latexul etc.

– sintetici obţinuţi prin sinteze chimice dirijate de om în mii de sortimente.

• Polimerii organici stau la baza constituirii următoarelor materiale: o materiale plastice polietilena (PE), policarbonatul (PC), polistirenul (PS),

policarbonatul de vinil (PVC).o fibre sintetice ( nylon, acrilic, polistiren, Kevlar);o elastomeri ( cauciuc, policloropan);o vopsele (produse pe bază de soluţii sau emulsii de polimeri);o adezivi ( soluţii sau emulsii de polimeri);

Tipuri de polimeri şi structuri

Clasificarea polimerilor în funcţie de:• mecanismul de înlănţuire ( polimerizare de adiție, policondensare);• structura; • comportament lor sub influenţa temperaturii şi a solicitărilor mecanice.

 Comportare Structură Mecanism de

înlănţuire

termoplastici lanţuri liniare flexibile adiţie sau condensare

termorigizi reţea rigidă tridimensională condensare

elastomeri lanţuri liniare reticulate uzual mecanisme de  adiţie

POLIMERIZARE

• Polimerizarea: proces chimic de înlănţuire, pentru formare a unei macromolecule de polimer în urma unei suite de reacţii chimice identice.

Notă: la început două molecule de monomeri formează un dimer, apoi adăugând a treia moleculă se obţine un trimer şi aşa mai departe iar la 30 monomeri înlănţuiţi folosim termenul de polimer;

Monomerii utilizaţi în sinteza polimerilor pot fi obţinuţi din produse naturale petrochimice (petrol, gaze – cel mai rentabil la ora actuală), lemn, reziduri agricole sau din carbon.

• Caracteristici necesare ca o moleculă de monomer să se poată înlănţui : un aranjament monomeric (–notat cu A- ) trebuie să dispună de mai mult

de o legătură, altfel nu se poate alcătui decât un dimer (A-A); dacă aranjamentul monomeric, dispune de două legături cu aranjamentele

vecine, molecula obţinută este unidimensională, filiformă dar nu neapărat liniară ( unghiul legăturilor între atomii de C de 109 ⁰);

dacă aranjamentul monomeric schimbă 3 sau mai multe legături cu monomerul vecin molecula devine tridimensională formând un volum sau un bloc.

Lanţuri polimericereprezentări schematice

Mecanismul de polimerizare

1. Polimeri obţinuţi prin adiţie se bazează pe  formarea unor legături de tip covalent între moleculele individuale – generând lanţuri de mii de molecule fără modificări chimice a reactanţilor. Exemplu reacţia de adiţie- polietilenă

2. Polimerii obţinuţi prin condensare implică două sau mai multe tipuri de molecule care sunt legate prin reacţii chimice şi rezultă un produs de reacţie (H2O).

Exemplu de reacţie de condensare

Structura polimerului

1. Polimeri liniari - formaţi din lanţuri lungi conţinând mii de molecule. Legăturile între monomerii lanţului pot fi foarte puternice ( de tip covalent), în timp ce legăturile dintre lanţuri sunt foarte slab ( legături secundare de tip van der Waals).

2. Polimerii ramificaţi sunt structuri de reţele tridimensionale, obţinute prin legarea unor lanţuri transversale rigide – predomină legăturile de tip covalent.

3. Polimeri reticulaţi 4. Polimeri cu reţea tridimensională

Notă: proprietăţile influenţate de lungimea

lanţului şi dimensiunea moleculei polimerului.

Dimensiunea moleculei caracterizată prin: masa moleculară; gradul de polimerizare(numărul de meri

din polimer).

Structura Copolimerului

• Copolimerul: momomeri de tip diferit înlănţuiţi .• Tipuri de copolimeri :

Statistic Secvenţial Grefat

Exemple :butadien –stiren (BS)

Acrilo-butadien -stiren (ABS)

Comportarea polimerilor la încălzire şi sub sarcină

• Polimerii termoplastici : comportare tipică de manieră plastică, ductilă. Pot fi puşi în formă la temperaturi ridicate, răciţi apoi reîncălziţi şi reformaţi într-o formă diferită (fără modificarea structurii de bază sau a proprietăţilor polimerului). Polimerii termoplastici care au o structură liniară sunt uşor de reciclat.

Exemple: PE (polietilena), PVC (policlorura de vinil), PS (polistirenul), PP (polipropilena) etc.

• Polimerii termorigizi sunt mai rezistenţi decât cei trmoplastici nu pot fi reprocesaţi deci reciclaţi.

Exemple:PH (fenolicul) PC (policarbonatul) EP(poliepoxida) etc.• Elastomerii : comportare intermediară polimerilor de tip termoplastic respectiv

termirigizi. Se caracterizează prin capacitatea mare de a se deforma elastic ( înmagazinează o mare cantitate de energie) . Comportament datorat existenţei legăturilor transversale perfecte (vezi vulcanizarea cauciucului la 1500 în prezenţa sulfului).

Exemple: poliisopren (cauciucul sintetic).

Polimeri amorfi (vitroşi)Polimeri semicristalini

• Starea vitroasă caracterizată prin absenţa ordinii la mare distanţă în reţeaua atomică (proprietate a lichidelor) şi prin absenţa mobilităţii elementelor constitutive (proprietate a solidelor).

Starea vitroasă este o formă termodinamică instabilă a materiei care poate cristaliza dacă condiţiile cinetice şi termodinamice se modifică şi permit acest lucru.

• Polimer semicristalin

Polimeri amorfi (vitroşi)Polimeri semicristalini

• Un polimer poate fi amorf sau semicristalin modificându-şi starea în funcţie de temperatură şi influenţat şi de structura şi masa sa moleculară. Fixarea structurii se face în stadiul sintezei polimerului.

• Polimer amorf – Sunt de obicei transparenţi;

– Caracterizat prin temperatura de vitrifiere TV parametrul cel mai importat la procesarea şi utilizarea;

– se pretează bine tehnicilor de prelucrare prin termoformare, încălzit fiind pesteTV unde prezintă alungiri semnificative pentru tensiuni relativ reduse. Trecerea de la starea amorfă la starea cristalină depinde de sructura moleculară, adică un polimer a cărui lanţ are o mare regularitate structurală va putea cristaliza.

•Polimer semicristalin

- Caracterizat prin temperatura de topire a fazei cristaline şi prin temperatura de vitrifiere având două temperaturi de tranziţie;

- Sunt cel mai adesea opaci ( cele două componente amorfă şi cristalină nu prezintă acelaşi indice de refracţie)

Polimeri semicristalini

• Creşterea cristalitelor pornind de la un polimer topit

Materiale plastice

• Definiţie: materialele plastice sunt un amestec de doi sau mai mulţi polimeri (substanţe macromoleculare ) cu aditivi care permit adaptarea proprietăţilor materialului plastic la constrângerile tehnologice şi de utilizare.

• Avantaje:

- polimerii prezintă o mare varietate sortimentală şi deci o mare diversitate a caracteristicilor mecanice şi chimice;

- facilitatea şi diversitatea procedeelor de prelucrare (de punere în formă) la ritmuri ridicate de fabricaţie;

- cost energetic redus al sintezei şi transformării;

- densităţi reduse în jurul valorii de 1g/cm3.• Dezavantaje ( inconveniente care limitează domeniul de aplicaţii):

- proprietăţi de rezistenţă mecanică (cu puţine excepţii) relativ modeste;

- nu sunt auto şi biodegradabile (explicat prin lungimea lanţurilor polimerice);

-în timpul arderii pot degaja produse toxice.

Aditivi

• Aditivii de utilizare curentă:– Stabilizanţi – cu rol de a întârzia şi/sau inhiba degradarea structurii polimerului

în fabricaţie sau utilizare;– Coloranţi sau pigmenţi;– Ignifuganţi – cu rolul de a face combustia materialelor plastice cât mai dificilă;– Antistatici – cu rolul reducerii acumulării sarcinilor electrostatice superficiale;– Germinativi – facilitarea şi accelerarea cristalizării polimerilor semicristalini;– Plastifianţi –rolul diminuării rigidităţii materialelor plastice;– Antişoc – ameliorarea rezistenţei la şoc şi obţinerea stării cauciucate;– Lubrifianţi - cu rolul reducerii coeficientului de frecare; – Întăritori – îmbunătăţirea rezistenţei mecanice.