Polimery to substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.

Transkrypt

1

2

3 Polimery to substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami. Budowa łańcucha polimerowego (na przykładzie polietylenu): Monomer jest najmniejszą jednostką strukturalną, która powtarza się w budowie łańcucha. Pierwiastki typowo wchodzące w skład łańcucha polimerowego zaznaczono na fioletowo na rysunku obok.

4 łańcuchy liniowe łańcuchy rozgałęzione łańcuchy usieciowane trójwymiarowa sieć

5 z rozkładem statystycznym z rozkładem naprzemiennym z rozkładem blokowym z doczepieniami

6 Tworzywa sztuczne to materiały składające się z polimerów syntetycznych lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np.: napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki itp. Tworzywa polimerowe cechują następujące właściwości: mała gęstość, izolacyjne własności cieplne i elektryczne (z wyjątkiem polimerów przewodzących prąd elektryczny), słabo odbijają światło i często są przezroczyste. wiele polimerów jest giętkich i odkształcalnych.

7 polietylen (ang. skrót PE) poli(chlorek winylu) (PVC) poli(metakrylan metylu) (PMMA) bakelit politetrafluoroetylen (PTFE) polipropylen (PP) polistyren (PS) nylon poliester (PET) poliwęglan (PC)

8 Ze względu na własności użytkowe polimery dzielą się na plastomery i elastomery. Plastomery to polimery charakteryzujące się wydłużeniem przy rozerwaniu zwykle nieprzekraczającym 200%, dzielą się na: polimery termoplastyczne (termoplasty), polimery utwardzalne (duroplasty). Elastomery to polimery cechujące się skłonnością do dużych odkształceń sprężystych (po poddaniu dużemu odkształceniu i odciążeniu praktycznie powracają do pierwotnej postaci). Surowcem do wytwarzania polimerów jest zwykle ropa naftowa. Monomery łączone są w makrocząstki podczas polireakcji: polimeryzacji, kopolimeryzacji, polikondensacji lub poliaddycji.

9

10 Układy koloidalne są to układy dyspersyjne zawierające fazę rozpraszającą i rozproszoną. Najczęściej są to układy dwuskładnikowe. Ich wygląd jest podobny do układów jednorodnych, chociaż składniki w nich występujące (zwykle) nie są w nich zmieszane jednorodnie na poziome cząsteczkowym. Faza rozproszona tworzy w układzie koloidalnym cząstki o rozmiarach nm. Jeżeli przez roztwór koloidalny przepuści się wiązkę światła, to wskutek uginania się promieni na cząstkach fazy rozproszonej, światło staje się widoczne w postaci tzw. stożka Tyndalla.

11

12 faza rozpraszająca: GAZ faza rozproszona przykłady nazwa ciecz mgła, chmury, kondensujące pary mgły ciało stałe kurz, dym gazozole (aerozole) faza rozpraszająca: CIECZ faza rozproszona przykłady nazwa gaz ciecz mikropęcherzyki gazów w cieczy mleko, roztwór żelatyny, majonez ciało stałe zole metali, siarczków faza rozpraszająca: CIAŁO STAŁE piany, zole faza rozproszona przykłady nazwa gaz pumeks, okluzje gazowe w minerałach liozole, emulsoidy zawiesiny koloidalne, suspensoidy piany stałe ciecz kwarc mleczny, perły piany stałe ciało stałe szkło rubinowe zole stałe

13 Na cząstce fazy rozproszonej (ciała stałego) w roztworze tworzy się warstwa podwójna (gromadzą się jony, jak przedstawiono na rysunku poniżej). W przypadku (roztworów) koloidów liofilowych następuje proces solwatacji (cząstki fazy rozproszonej łączą się z cząsteczkami fazy rozpraszającej). Dla koloidów liofobowych solwatacja nie występuje. Trwałość roztworów koloidalnych zapewniona jest przez wypadkowy ładunek elektryczny cząstek fazy rozproszonej i/lub ładunek otoczki solwatacyjnej.

14 Proces degradacji koloidów polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej w większe agregaty (>> 500 nm) nosi nazwę koagulacji. Proces ten wynika z eliminacji ładunku elektrycznego cząstek koloidalnych, lub naruszenia otoczek solwatacyjnych. W efekcie cząstki koloidu zlepiają się w większe agregaty

15 Metody oznaczania wielkości cząstek fazy rozproszonej: Metody mechaniczne: przesiewanie (100-0,05 mm), sączenie przez bibułę (5-1,5 mm), sączenie przez sączki szklane lub porcelanowe (100-0,2 mm), sączenie przez ultrafiltry (3-1 mm), Metody sedymentacyjne: analiza szlamowania: wypłukiwanie, sedymentacja (1-0,01 mm), wydmuchiwanie (0,1-0,001 mm), odwirowywanie ( nm), ultraodwirowywanie (100-3 nm), Metody optyczne: bezpośredni pomiar mikroskopowy (1-0,0001 mm), liczenie cząstek w ultramikroskopie (100-5 nm), pomiar natężenia efektu Tyndalla (100-1 nm), interferencja promieni X (100-1 nm), Inne metody: pomiar lepkości (100-1 nm), pomiar prędkości dyfuzji (< 1 nm), pomiar prężności pary (50-1 nm).

16 Metody koagulacji koloidów: Dodatek elektrolitu powodującego zmniejszenie grubości warstwy podwójnej (warstwy dyfuzyjnej). Dodatek koloidu o ładunku przeciwnym, co powoduje rozładowywanie cząstek. Działanie promieniowania jonizującego. Ogrzewanie (desorpcja jonów z powierzchni zmniejszenie grubości warstwy podwójnej, ale też procesy nieodwracalne np. ścinanie białek). Działanie mechaniczne (mieszanie, wytrząsanie). Desolwatacja (dehydratacja) przez dodanie środków odwadniających. Odparowanie lub wymrażanie ośrodka rozpraszającego.

17 Proces powstawania żelu w wyniku samorzutnej koagulacji koloidów nazywa się synerezą. Faza rozpraszająca wydziela się (np. odparowuje), objętość materiału staje się coraz mniejsza, ale w przybliżeniu początkowy kształt materiału jest zachowany. zol żel Możliwe jest też zjawisko odwracalnej przemiany żelu w zol (tiksotropia), które zachodzi pod wpływem czynników mechanicznych, np. mieszania, wstrząsów, fal ultradźwiękowych. Istotą zjawiska jest (odwracalne) niszczeniu sieci przestrzennej żelu. zol żel Koloidy liofobowe są szczególnie czułe na działanie elektrolitów. Działanie koagulujące elektrolitu (dodanego do roztworu) jest tym silniejsze, im większy jest ładunek jonu o znaku przeciwnym w porównaniu do ładunku cząstek fazy rozproszonej.

18 Duży dodatek elektrolitu ułatwia zobojętnianie ładunku cząstek koloidu, ale wykazuje działanie odwadniające. Obserwuje się wysalanie koloidów liofilowych pod wpływem dodatku znacznych ilości elektrolitu. Zdolność wysalająca elektrolitu zależy od charakteru kationów i anionów, które uszeregowane są w szeregi liotropowe.

19 właściwość koloid liofobowy koloid liofilowy otrzymywanie struktura cząstek stężenie fazy rozproszonej metody dyspersyjne lub kondensacyjne przeważnie zespoły cząsteczek na ogół niewielkie można otrzymać przez zwykłe rozpuszczanie makrocząsteczki (białka, polimery) może być znaczne efekt Tyndalla wyraźny niewyraźny barwa układu często zabarwione najczęściej bezbarwne ładunek elektryczny lepkość cząstki są zawsze naładowane nieznaczna, podlegająca prawu Einsteina ładunek nieznaczny lub brak ładunku znaczna, często nie podlegająca prawu Einsteina tworzenie piany nie tworzą piany łatwo tworzą piany pęcznienie brak silnie pęcznieją tworzenie galaret nie tworzą tworzą wrażliwość na działanie elektrolitów koagulacja pod wpływem małych stężeń elektrolitów mała wrażliwość przy małych stężeniach, przy dużych stężeniach zachodzi wysalanie charakter koagulacji nieodwracalna odwracalna

20 Lepkość koloidów η jest na ogół większa od lepkości ośrodka dyspergującego η 0. W przypadku koloidów liofobowych spełnione jest prawo Einsteina: 0 (1 2,5 ) gdzie ϕ to stosunek objętości fazy rozproszonej do objętości całego układu. Cząstki koloidu wykazują wypadkowy ładunek elektryczny, dlatego poruszają się w polu elektrycznym. Zjawisko to nazywamy elektroforezą. Proces ten można też rozpatrywać jako wzajemne przemieszczanie się cząstek fazy rozproszonej i rozpraszającej pod wpływem pola elektrycznego.

21 Wyróżnia się dwa główne typy metod wytwarzania koloidów: metody dyspersyjne (rozdrabnianie dużych cząstek, rozpylanie w łuku elektrycznym, mielenie w młynach koloidalnych, peptyzacja osadów), metody kondensacyjne (zmniejszenie rozpuszczalności, redukcja lub utlenianie roztworów soli).