POLIMERY. mer - najmniejszy, powtarzający się monomer polimer mer

Transkrypt

1 PLIMERY pracowaie: dr Urszula Lelek-Borkowska, Joaa Loch WSTĘP yzacją azywamy reakcję łączeia się cząsteczek iektórych związków orgaiczych w długie łańcuchy bądź sieci makrocząsteczki o masie cząsteczkowej przekraczającej u. ząsteczki mające zdolość do takich reakcji azywamy moomerami, a powstające w wyiku reakcji makrocząsteczki - polimerami. Moomerami mogą być wyłączie cząsteczki posiadające: wiązaie wielokrote, ajczęściej podwóje, które może ulec rozerwaiu dając dwa elektroy zdole do tworzeia owych wiązań, dwie grupy fukcyje, zdole do reakcji. góle rówaie reakcji polimeryzacji moża zapisać astępująco: A... A-A-A-A-A-A-... A mer - ajmiejszy, powtarzający się moomer polimer mer elemet łańcucha. Ze względu a mechaizm reakcje polimeryzacji dzielimy a: polimeryzację łańcuchową, poliaddycję, polimeryzację kodesacyją. a) yzacja łańcuchowa (ajczęściej rodikowa) zachodzi dla moomerów posiadających wiązaia wielokrote, które pękają pozwalając a tworzeie się rodików zdolych do łączeia się w długie łańcuchy: Reakcja polimeryzacji rodikowej musi być iicjowaa. b) Poliaddycja (polimeryzacja stopiowa) polega a takim przegrupowaiu się atomów pomiędzy cząsteczkami moomerów, że polireakcja zachodzi bez wydzieleia produktu uboczego. W odróżieiu od polimeryzacji addycyjej ma charakter stopiowy, a ie łańcuchowy, p. poliuretay). c) yzacja kodesacyja zachodzi dla moomerów posiadających co ajmiej dwie grupy fukcyje, które reagują z wydzieleiem produktu uboczego (ajczęściej wody). Jeżeli moomer posiada dwie róże grupy fukcyje, mogące reagować ze sobą mamy do czyieia z homopolikodesacją (jede moomer z dwiema różymi grupami fukcyjymi), p.: R 1 + R 1 R 1 R amiokwas amiokwas poliamid W przypadku, gdy moomer posiada dwie takie same grupy fukcyje, może reagować tylko z komoomerem, czyli drugim moomerem, który posiada dwie ie grupy fukcyje mamy wówczas do czyieia z heteropolikodesacją (dwa komoomery), p.: 1

2 R 1 + R 2 R 1 R alkohol + kwas = poliester dwuwodorotleowy dwukarboksylowy Ze względu a własości fizykochemicze polimery moża podzielić a: elastomery zwae gumami, posiadają zdolość wielokrotego rozciągaia i powrotu do poprzedich wymiarów (p. usiecioway polibutadie), duromery twarde, ieelastycze, trudotopliwe o wysokiej wytrzymałości mechaiczej, służące jako materiały kostrukcyje. Trudotopliwe duromery są azywae duroplastami (p. bakelit, żywice poliestrowe, epoksydowe), plastomery zwae termoplastami, miej sztywe od duromerów, moża je przetwarzać poprzez topieie i wtryskiwaie do form lub wytłaczaie (p. polietyle, polipropyle, polimetakryla metylu). Wielokrote przerabiaie termicze pogarsza właściwości mechaicze i użytkowe. Ze względu a pochodzeie dzielimy polimery a: aturale, sztucze. 1. PLIMERY ATURALE y aturale są to polizwiązki występujące aturalie w przyrodzie. d tysięcy lat są wykorzystywae przez człowieka w postaci aturalej, bądź zmodyfikowaej. ajczęściej spotykae polimery aturale: kauczuk aturaly, polisacharydy (wielocukry): skrobia, celuloza. polipeptydy (białka). Kauczuk aturaly Moomer 3 2 metylobut 1,3 die izopre 3 3 poliizopre kauczuk aturaly Kauczuk aturaly poddaway jest procesowi wulkaizacji za pomocą siarki, w wyiku którego uzyskuje się gumę (ok. 3% siarki) oraz eboit (guma twarda, ok % siarki). Wulkaizacja jest chemiczym procesem sieciowaia cząsteczek polimeru polegający a addycji siarki do podwójych wiązań węgiel-węgiel prowadzący do otrzymaia gumy, co przedstawioe jest a poiższym schemacie: 2

3 Kauczuk aturaly polimer liiowy 3 3 S temp. S 3 S 3 S Guma polimer usiecioway gumy Zastosowaie gumy duroplast, odpora a wysoką temperaturę, ieprzepuszczala dla wody, elastycza w szerokim zakresie temperatur, wytrzymała a rozciągaie, pala (wydziela się gryzący dym), pod wpływem światła ulega procesowi starzeia; eboit duroplast, twardy, kruchy, dobry izolator ciepła i elektryczości, odpory a działaie czyików chemiczych. uszczelki, opoy, zabawki, artykuły gospodarstwa domowego, sprzęt sportowy, sprzęt medyczy, elastycze tkaiy, liy, kleje; eboit skrzyki akumulatorowe, wykładziy ochroe i atykorozyje, ustiki do fajek, droby sprzęt elektrotechiczy, części aparatury chemiczej, materiał izolacyjy w przemyśle elektrotechiczym, chemiczym i radiotechice. Polisacharydy (wielocukry) Moomer Moosacharyd (polisacharyd) (ryboza) lub (glukoza, fruktoza, galaktoza) ( 2 ) D-ryboza D-glukoza D-fruktoza ząsteczki moosacharydów łączą się za pomocą wiązaia glikozydowego (mostek tleowy) fragmet łańcucha skrobi (amyloza) 3

4 Zastosowaie Do polisacharydów ależą: skrobia (materiał zapasowy rośli, gromadzoy w owocach, asioach, korzeiach, liściach, bulwach, rdzeiu łodygi i kłączach), celuloza (drewo, słoma, baweła, juta), glikoge (materiał zapasowy tkaek zwierzęcych i ludzkich, gromadzoy w wątrobie i tkace mięśiowej), chitya (budulec pacerzy owadów i skorupiaków). Z celulozy wyrabia się papier, kleje, lakiery, celofa, błoy fotograficze i sztuczy jedwab. cta celulozy służy do wyrobu bło fotograficzych, tworzyw sztuczych, lakierów i włókie.skrobia i jej pochode przemysł włókieiczy, farmaceutyczy, kosmetyczy, papiericzy, tekstyly oraz do produkcji klejów. Białka (proteiy, polipeptydy) Moomer Amiokwasy (polipeptyd) R S 2 2 R 1 R 2 amiokwas glicya cysteia feyloalaia Zastosowaie Białka to podstawowe, wielocząsteczkowe składiki wszystkich orgaizmów żywych, zbudowae z reszt amiokwasowych połączoych wiązaiami peptydowymi. Białka utrzymują strukturę orgaizmów żywych i biorą udział we wszystkich procesach w ich zachodzących. Podział białek ze względu a ich fukcje biologicze: ezymy, trasportowe (hemoglobia, albumia), strukturale (kolage, elastya, keratya), odporościowe (globulia), biorące udział w skurczach mięśi (miozya), błoy komórkowe, hormoy (isulia, oksytocya), toksyy (jad węża). przemysł spożywczy, medycya 4

5 2. PLIMERY SZTUZE y sztucze są to związki otrzymywae przez człowieka a drodze sytezy chemiczej. PLIMERY SZTUZE y łańcuchowe y poliaddycyje y kodesacyje Polietyle (PE), Polipropyle (PP), Polichlorek wuylu (PV, PV), Politetrafluoroetyle (PTFE, Teflo, Tarfle), Polistyre (PS), Polimetakryla metylu (PMMA), Kauczuki sytetycze (Polibutadie (PB, PBA), Polichloropre (eopre)) Poliuretay (PU), Żywice epoksydowe. Poliestry, Poliamidy, Poliwęglay, Feoplasty, Amioplasty, Silikoy PLIMERY ŁAŃUWE Moomer Polietyle (PE) = ete (etyle) polietyle Zastosowaie termoplast, giętki, woskowaty, przezroczysty, odpory a działaie roztworów kwasów, zasad i soli oraz iską temperaturę. folie, opakowaia, zabawki, materiały izolacyje, artykuły gospodarstwa domowego. Polipropyle (PP) Moomer 3 prope (propyle) 3 3 polipropyle Zastosowaie termoplast, paly, bezbarwy, bezwoy, iewrażliwym a działaie wody, odpory a działaie kwasów, zasad i soli oraz rozpuszczalików orgaiczych. przewody do wody i cieczy agresywych, zbioriki zderzaki, części karoserii, butelki, pojemiki, folie, opakowaia, zabawki, materiały izolacyje, artykuły gospodarstwa domowego. 5

6 Polichlorek wiylu (PW, PV) Moomer l l l chloroete (chlorek wiylu) poli(chlorek wiylu) Zastosowaie termoplast, wytrzymały mechaiczie, odpory a działaie wielu rozpuszczalików. wykładziy podłogowe, stolarka drzwiowa i okiea, rury, materiały elektroizolacyje, artykuły gospodarstwa domowego, jako igelit pokrywaie skoczi i stoków arciarskich. Politetrafluoroetyle (PTFE, Teflo, Tarfle) Moomer F 2 F 2 F 2 F 2 tetrafluoroete (tetrafluoroetyle) poli(tetrafluoroetyle) teflo ietopliwy, odpory a ciepło, a działaie odczyików chemiczych i rozpuszczalików, posiada dobre właściwości dielektrycze, iski współczyik tarcia, obojęty fizjologiczie. Zastosowaie smary, elemety uszczeliające, powłoki ieprzywierające (atyadhezyje), atykorozyje, powlekaie ubrań ochroych dla straży pożarej i ratowictwa chemiczego, elemety urządzeń stosowaych w przemyśle chemiczym, medyczych, części maszy (łożyska Polistyre (PS) Moomer styre (wiylobeze) polistyre Zastosowaie termoplastyczy, bezbarwy, twardy, kruchy. sztucza biżuteria, szczoteczki do zębów, pudełka do płyt D, elemety zabawek, w formie spieioej (styropia) - płyty izolacyje i dźwiękochłoe, opakowaia (rówież do żywości), jako kopolimery z akryloitrylami i butadieami (ABS-akryloitrylobutadieo-styre) części samochodowe 6

7 Polimetakryla metylu (PMMA) Moomer metakryla metylu poli(metakryla metylu) Zastosowaie termoplast o wysokiej przeźroczystości, odpory a działaie ultrafioletu, odpory mechaiczie. płyty pleksiglasowe, pręty, guziki, oka samolotów, światłowody, zadaszeia, świetliki, elewacje, ekray akustycze (autostrady), łóżka opalające (solaria). Polibutadie (PB, PBA) Moomer but 1,3 die (1,3 butadie) polibutadie kauczuk sytetyczy Zastosowaie odpory a wysoką temperaturę, ieprzepuszczaly dla wody, elastyczy w szerokim zakresie temperatur, wytrzymały a rozciągaie, paly (wydziela się gryzący dym). sztucza guma (uszczelki, opoy, artykuły gospodarstwa domowego, itd.), elastycze żele, farby lateksowe, elastycze tkaiy, liy, kleje. Polichloropre (eopre) l Moomer 2-chlorobut-1,3-die chloropre l polichloropre eopre większą odporość a oleje i ie rozpuszczaliki orgaicze, iż kauczuki polibutadieowe, woliej ulega starzeiu, paly, samogasący. Zastosowaie jak kauczuki butadieowe, poadto tkaiy podgumowae (potoy ratukowe), skafadry urkowe, odzież ochroa do uprawiaia sportów wodych, opaski rehabilitacyje. 7

8 2.2. PLIMERY PLIADDYYJE Poliuretay (PU) Koomery R 1 R 2 R 1 izocyjaia alkohol poliureta R 2 R 2 Zastosowaie duroplasty, odpore a działaie wody, czyików atmosferyczych, olejów, smarów, rozpuszczalików orgaiczych, rozcieńczoych kwasów i zasad, dobre izolatory ciepła i elektryczości, wykazują lepszą wytrzymałość mechaiczą iż kauczuki oraz lepsze wskaźiki elastyczości i wydłużeia. produkcja włókie elastyczych typu lycry i elastau, przemysł meblarski (gąbki tapicerskie i materacowe), samochodowy (gąbki tapicerskie, sztywe piaki do zderzaków, elemetów wystroju wętrza i amortyzatorów), obuwiczy i tekstyly (podeszwy, tkaiy z podszewkami gąbczastymi, tkaiy ociepleiowe), gąbki do kąpieli, materiały izolacyje, kity uszczeliające, spoiwa, kleje. Żywice epoksydowe Koomery R l epichlorhydrya bisfeol żywica epoksydowa Ar 2 2 Przykład: 3 3 żywica epoksydowa epichlorhydryy z bisfeolem A duroplasty, ierozpuszczale i ietopliwe, bardzo przyczepe do prawie wszystkich materiałów, odpore a czyiki chemicze. Zastosowaie lamiaty, kleje do metali,kleje, kompozyty (lotictwo, motoryzacja, szkutictwo, sport wyczyowy). 8

9 2.3. PLIMERY KDESAYJE Poliestry Koomery R R 1 + R 2 R 1 R 2 hydroksykwas glikol i kwas dwukarboksylowy poliester Przykład: 2 poli(tereftala etylu) PET ajszerzej stosoway PET termoplast, o wysokiej krystaliczości, wytrzymały mechaiczie, odpory a działaie wody, kwasów, części rozpuszczalików orgaiczych. Podczas spalaia produktów wytworzoych z PET wytwarzają się duże ilości silie toksyczych dioksy. Zastosowaie produkcja aczyń, butelek, opakowań, iewielkich kształtek, włóka (elaa, polartec - polar), sztucze futra. Poliamidy amiokwas Koomery R R 1 + R 2 diamia i kwas dwukarboksylowy R 1 R 2 poliamid Przykłady: ( ) 6 + ( ) 4 ( ) 6 heksametyleodiamia kwas adypiowy ylo 6,6 ( ) ( ) 5 ( ) 5 kwas kaproowy ylo 6 ( )

10 Zastosowaie termoplasty, rozpuszczale w kwasach i feolach, mogą zaabsorbować do kilku procet wody, bardziej twarde i trudiej topliwe iż poliestry. ajczęściej stosoway ylo do produkcji pończoch, rajstop, sieci rybackich, spadochroów, li, poduszek powietrzych, szczoteczek do zębów, wykładzi dywaowych, stru gitarowych, kevlaru (materiału stosowaego w kamizelkach kuloodporych, kaskach i hełmach ochroych, trampoliach, kablach światłowodowych). Poliwęglay Koomery l l R Ar Przykład: fosge bisfeol poliwęgla 3 3 poliwęgla z fosgeu i bisfeolu A Zastosowaie przeźroczyste termoplasty o bardzo dobrych własościach mechaiczych (udarość, odporość a ściskaie), odpore a zacze różice ciśień. warstwy uodpariające szklae szyby a stłuczeie, czy przestrzeleie, szyby w batyskafach, samolotach, hełmach astroautów, kierowców rajdowych, butelki dla iemowląt, płyty D, DVD. Feoplasty Koomery feol formaldehyd żywica feolowo formaldehydowa (PF) duroplasty, iepale, ietopliwe, ierozpuszczale, o iskim przewodictwie elektryczym, słabej przewodości cieplej, odpore chemiczie. Zastosowaie ajczęściej stosoway bakelit obudowy aparatów telefoiczych, radiowych i fotograficzych, produkcja okładzi cierych hamulców i sprzęgieł, dodatki do lakierów, klejów. 10

11 Koomery Amioplasty Moczik lub melamia formaldehyd żywica moczikowo formaldehydowa (UF) Przykład: żywica melamiowo formaldehydowa (MF) Zastosowaie duroplasty, bezwoe, bezbarwe, odpore a działaie wody i rozpuszczalików orgaiczych, posiadają dobre własości elektroizolacyje, odporość cieplą do 120 lamiaty dekoracyje, artykuły AGD, artykuły elektrotechicze (giazdka, wtyczki, włącziki). Silikoy Moomer l R 1 Si l R 1 Si R 2 alkilosila R 2 siliko żywice, zależie od stopia usieciowaia, przypomiają w kosystecji żele, albo są litymi elastomerami. Zastosowaie oleje, smary, pasty, kauczuki, żywice, folie, lakiery hydrofobowe, materiały elektroizolacyje, środki do impregacji tkai, hydrożele stosowae jako implaty tkaek miękkich. PYTAIA KTRLE 1. Podaj rodzaje polimeryzacji. 2. Scharakteryzować polimeryzację łańcuchowa i kodesacyją (wzory, azewictwo, reakcje). 3. o to jest guma? 4. Podaj przykłady polimerów aturalych. 5. Podaj przykłady polimerów sztuczych. 6. Jakich polimerów używamy a co dzień? 7. o to są poliamidy? 8. Jakie zastosowaie mają poliestry? 9. Jak wygląda wiązaie peptydowe? 10. zym różi się kauczuk aturaly od sytetyczego? 11

12 12