POLIMERY DO WTRYSKIWANIA Polimery termoplastyczne Wprowadzenie Henryk Galina Politechnika Rzeszowska Katedra Technologii i Materiałoznawstwa Chemicznego
Treść Kiedy pojawiły się tworzywa sztuczne (tworzywa polimerowe)? Co to są polimery? Budowa polimerów Metody wytwarzania Ważniejsze polimery
Epoki i okresy historyczne epoka miedzi/brązu ok. 6000 p.n.e. - ok. 2000 p.n.e. epoka żelaza ok. 6000 p.n.e. - ok. 400 epoka polimerów syntetycznych epoka kamienia ok. 2 mln. p..n.e. - ok. 2000 p.n.e. 2000 1000000 100000 10000 1000 100 10 1 10 100 1000 prehistoria ok. 2 mln. p.n.e.- ok. 4000 p.n.e. starożytność ok. 4000 p.n.e.- ok. 400 średniowiecze ok. 400 - XIV w. epoka nowo żytna XIV w.- ok. 1790 współczesność ok. 1790-2012...
Pierwsze tworzywa polimerowe (naturalne) drewno (celuloza) skóra zwierzęca, futra, róg i fiszbiny (keratyna) włókna celulozowe (bawełna, len, konopie, juka) i białkowe (wełna, jedwab naturalny) szelak i inne żywice naturalne (lakiery) kazeina guma: wulkanizowany kauczuk naturalny (1830) azotan celulozy (nitroceluloza) (1830-40); celuloid (ok. 1870).
Materiały stosowane od czasów przednowożytnych metale ceramika (w tym budowlana) szkło kompozyty polimerowe materiały naturalne: drewno (celuloza):
Polimerowe materiały naturalne skóra zwierzęca, futra, róg i fiszbiny (keratyna) fiszbin bawełna juta len włókna celulozowe (bawełna, len, konopie, juta) i białkowe (wełna, jedwab naturalny) sizal jedwab - kokony wełna - runo
Polimerowe materiały naturalne kazeina - galalit galalit galalit żywice (szelak) szelak kauczuk naturalny (terpenoidy) kauczuk surowy
Charles Goodyear (1800-1860) This is it! W czerwcu 1844 r. uzyskał patent nr 3,633 na wulkanizowany kauczuk. Firma Goodyear Tire & Rubber Company powstała w 1898 r.
Pierwszy plastik azotan celulozy, nitroceluloza (1830-40), celuloid (Hyatt Bros., ok. 1870) Kliniki lalek działały do lat pięćdziesiątych XX w. Przemysł filmowy nie mógłby powstać bez celuloidu! pierwszy całkowicie syntetyczny materiał polimerowy bakelit pojawił się w 1909 r.
Leo Hendrik Baekeland (1883-1944) W domowym laboratorium Leo Beakeland opracowuje technologię wytwarzania i przetwórstwa polimerów otrzymywanych z fenolu i formaldehydu. Velox papier światłoczuły obrabiany przy świetle.
Pierwszy polimer syntetyczny Lipiec 1907 r.: zgłoszenie wynalazku Grudzień 1909 r.: patent na syntetyczne tworzywa Novolak i Bakelit. 1910 r. powstaje General Bakelite Co. 1911 r. produkcja bakelitu w Niemczech (Duisburg) i w Japonii. Bakelizer: reaktor ciśnieniowy do prowadzenia reakcji fenolu z formaldehydem, stosowany w latach 1907 do 1910
Wyroby z bakelitu
Ford T (1909) Ogumienie PI Lakier PKT (pokost) Skóra (siedzenia, rzemienie) Audi A6 (2009) Zderzaki PP ABS PC Fotele PUR PP PVC ABS PA Deska rozdzielcza PP ABS PA PC PE Układ paliwowy PE POM PA PP Podzespoły PP PPE PBT Pokrywy PA PP PBT Osłony wewnętrzne PP ABS PET POM PVC Osłony zewnętrzne ABS PA PBT ASA PP Oświetlenie PP PC ABS PMMA UP Tapicerka PVC PUR PP PE Instalacja elektryczna PP PA PBT ASA PP
17 grudnia 1903 maszyna braci Wright Wykorzystanie materiałów kompozytowych w kadłubie pasażerskiego samolotu Boeing 787 Dreamliner (2009). http://www.boeing.com Sikorsky S-76 (Mielec) Profil kompozytowy Airbusa A 380 Degussa SW-4_16 (Świdnik) Politechnika Rzeszowska koordynuje realizację badawczego projektu kluczowego Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym (Projekt POIG.01.01.02-00-015/08-00 2008-2013)
Produkcja tworzyw polimerowych na świecie w 2003 r. Tworzywa polimerowe: 202 mln. t. (202 mld. litrów) Stal: 968 mln. t. (120 mld. litrów) 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Zastosowanie materiałów polimerowych Gospodarstwo domowe 4,5% Elektrotechnika 7,5% Meblarstwo 7,0% Rolnictwo 2,0% Opakowania 29,5% Inne 16,0% Budownictwo 24,5% Motoryzacja 9,0%
Geografia produkcji tworzyw polimerowych w 2003 r. Wielka Brytania; 2,5% Włochy; 2,5% Francja; 3,5% Beneluks; 5,0% Reszta Europy Zach.; 2,0% Hiszpania; 2,0% Niemcy; 9,5% Ameryka Płn.; 26,0% Japonia; 7,0% Płd.-Wsch. Azja (bez Japonii); 27,0% Wsch. Europa; 5,0% Reszta świata; 4,0% Afryka + Bliski Wschód; 5,0%
Budowa polimerów mer* polimer liniowy ok. 1920 r. Herman Staudinger, laureat nagrody Nobla z 1953 r., udowodnił, że polimery są zbudowane z makrocząsteczek polimer rozgałęziony Wiele polimerów tworzy sieć molekularną! termin: mer jest nieformalny; prawidłowa nazwa: jednostka monomeryczna lub konstytucyjna
Nowe, rewolucyjne teorie budzą kontrowersje. Tak było w przypadku atomistycznej budowy materii, a także budowy polimerów. Nowa prawda naukowa nie triumfuje wskutek przekonania przeciwników tej prawdy i spowodowania, że przejrzą oni na oczy, ale raczej dlatego, że przeciwnicy w końcu umierają i dorasta nowe pokolenie, które jest z nią oswojone. Max Planck
Wallace H. Carothers (1896 1937) Współtwórca pierwszego kauczuku syntetycznego neoprenu Twórca nylonu Prekursor nowoczesnej chemii polimerów + POLIMERYZACJA STOPNIOWA * + * POLIMERYZACJA ŁAŃCUCHOWA
Rozruchy nylonowe 1945, 1946 Nylon Day eve 15 maj 1940 vying for 13,000 pairs. W 1946 r. w Pittsburghu 40 000 osób stało w kolejce po 13 000 par pończoch. Doszło do rozruchów. W marcu 1947 r. firma DuPont osiągnęła wydajność 30 milionów par miesięcznie!
Polietylen a bitwa o Anglię Odkryty przypadkowo w 1933 w firmie ICI Najlepsza odporność na szybkozmienne pole elektryczne (20-60 MHz) Główny materiał izolacyjny w urządzeniach radarowych.
Stephanie Kwolek (1923-2014) diamina w wodzie film tworzącego się polimeru dichlorek kwasowy w rozpuszczalniku organicznym 1946: zatrudnienie w firmie DuPont Rozpuszczalnik dla polimeru: tetrametylomocznik + LiCl ciekłokrystaliczny roztwór nadający się do przędzenia od 1964 praca z poliamidami W 2010 r. uzyskała tytuł członka honorowego Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Polskich w USA Polonia Technica
Kevlar
CHEMIA I FIZYKA POLIMERÓW - NOBLIŚCI H. Staudinger 1953 K. Ziegler, G. Natta - 1963 P. J. Flory - 1974 J. M. Lehn -1987 P-G. DeGennes - 1992 H. Kroto - 1996 H. Shirakawa, A. G. McDiarmid, H. J. Heeger - 2000 J. B. Fenn, K. Tanaka i K. Wüthrich 2002 Krzysztof Matyjaszewski? Y. Chauvin, R. H. Grubbs i R. R. Schrock 2005
Udział polskiej myśli naukowej Wacław Szuszkiewicz (1896-1992) W Chemicznym Instytucie Badawczym opracował technologię kauczuku KER. Produkcja w Dębicy od 1936 r. Współtwórca amerykańskiego kauczuku syntetycznego GR Produkcja od 1945 r. Michael Szwarc (1909-2000) Urodzony w Będzinie. Studia na PW ukończył w 1932. W 1936 wyemigrował do Palestyny. Odkrywca żyjącej polimeryzacji anionowej. Krzysztof Matyjaszewski (1950-) Urodzony w Konstantynowie Łódzkim. Studia na PŁ. Obecnie profesor w Carnegie Melon University w Pittsburghu i w PŁ. Jeden z głównych twórców kontrolowanej polimeryzacji rodnikowej.
Fragment filmu Absolwent (ang. The Graduate) amerykański film fabularny z roku 1967 w reżyserii Mike'a Nicholsa. W 1968 film zdobył Oscara za reżyserię.
Kopolimery blokowe AAAAAAAABBBBBB AAAAAAAABBBBBBAAAAAAA A B A B B B A Kopolimer A 2 B 1 A 2 w kształcie litery H A A Kopolimer (A 1 B 1 ) 2 B 1 w kształcie litery pi A A B A A B A Kopolimer A 3 B 1 A 3 Kopolimer A 5 B 1 A 5
Morfologie kopolimerów trójblokowych Cylindry PS otoczone pierścieniami PB w matrycy PMMA Kulisty PB na granicy rozdziału pomiędzy PS i PMMA Cylindry PB na granicy rozdziału pomiędzy PS i PMMA Cylindry PS otoczone helikalnymi pasmami PB w matrycy PMMA PS/PB/PMMA kopolimer trójblokowy Cylindry PS i PB upakowane heksagonalnie w matrycy PMMA Stadler, Moguncja
Przybliżone daty wprowadzania syntetycznych tworzyw polimerowych Rok Tworzywo Producent 1868 Azotan celulozy - celuloid Hyatt Bros. 1909 Żywice fenylowo-formaldehydowe Bakelit AG 1915 Polistyren (PS) I.G.Farbenindustrie 1927 Octan celulozy Canadian Celanese 1929 Polibutadien (buna) I.G.Farbenindustrie 1930 Kauczuk chloroprenowy (neopren) E.I.du Pont de Nemours & Co. 1931 Poli(chlorek winylu) (PCW- PVC) Poli(metakrylan metylu) (plexiglass) I.G.Farbenindustrie Rohm and Haas 1935 Poliamid 6,6 (nylon) E.I.du Pont de Nemours & Co. 1936 Poliakrylonitryl (perlon) Kopolimer styrenu/akrylonitrylu I.G.Farbenindustrie
Przybliżone daty wprowadzania syntetycznych tworzyw sztucznych, cd. 1938 Żywice epoksydowe R.J.Plunkett 1939 Poli(chlorek winylidenu) Polietylen wysokociśnieniowy Dow Chem. Co. ICI Ltd. 1942 Poli(tetrafluoroetylen) (teflon) Polietylen niskociśnieniowy E.I.du Pont de Nemours & Co. BASF 1943 Poli(dimetylosiloksan) Poli(alkohol winylowy) Dow Chem. Co. Shawinigan Chem. Ltd. 1946 Poli(akrylonitryl/butadien/styren) (ABS) Poli(tereftalan etylu) (PET) U.S.Rubber ICI Ltd. 1947 Poliuretany Bayer AG 1957 Polipropylen (PP) Poliwęglan Montecatini Bayer AG
Przybliżone daty wprowadzania syntetycznych tworzyw sztucznych, cd. 1960 Kauczuk etylenowo-propylenowy Exxon 1962 Poliimidy Poli(fluorek winylidenu) Ionomery Lata 70-te Lata 80-te Lata 90-te Poliamidy aromatyczne (kevlar) Polieterosulfony Poliaryloketony Polieteroimidy Poliimidosulfony Poliftalimidy Polilaktyd Poliestry alifatyczne E.I.du Pont de Nemours & Co. Pennwalt Chem. Co. E.I.du Pont de Nemours & Co. E.I.du Pont de Nemours & Co. ICI Ltd. Union Carbide General Electric Co. Celenese Amoco Cargill
Oznaczenia dla potrzeb recyklingu politereftalan etylenu polietylen dużej gęstości polichlorek winylu polietylen małej gęstości
Oznaczenia dla potrzeb recyklingu polipropylen polistyren inne tworzywa polimerowe i laminaty, folie z tworzyw polimerowych
Przykłady PET, 1994 PE, 1974
Przykłady guma mieszanina żywic
celuloid, 1930 bakelit, 1930-36 PA, 1940 ME-FOR, 1960 PMMA, 1992
PUR, 1971 PTFE, 1995 PS, 1950 PMMA, 1961 PE i PP, 1990 PA (wyłącznik) + PS, 1957
ABS, 1966 ABS, 1969 PE, 1973 PS, 1968 POM, 1995 MO-FOR, 1955
elementy (łożyska) z poliacetalu elementy tłumiące w elementach maszyn, głównie samochodów (poliamid, PA)
Płyty z poliwęglanu (PC) i ich zastosowanie
Spójrzmy tylko jak brat Dominik radzi sobie z przenoszeniem naszych archiwów na CD-ROM! CD i DVD są także płytami z poliwęglanów (PC)
KLASYFIKACJA POLIMERÓW polimery naturalne syntetyczne proteiny, polinukleotydy polisacharydy gumy, żywice elastomery termoplasty duroplasty
Typy polimeryzacji Polimeryzacja addycyjna (łańcuchowa) Polimeryzacja kondensacyjna (stopniowa) rodnikowa monomery nienasycone jonowa monomery nienasycone i cykliczne polikondensacja produkty uboczne w reakcjach grup funk. poliaddycja reakcje grup funk. bez produktów ubocznych anionowa kationowa koordynacyjna kontrolowana
Systemy katalityczne Bez katalizatora polikondensacja, charakter środowiska, polimeryzacja termiczna, polimeryzacja wywołana działaniem tlenu z powietrza Inicjatory rodnikowe polimeryzacja monomerów nienasyconych Inicjatory polimeryzacji jonowej polibutadien (Buna, Buna S), monomery nienasycone i cykliczne Katalizatory Zieglera-Natty (związki tytanu i aluminium) polimeryzacja olefin, polimeryzacja stereospecyficzna Polimeryzacja żyjąca (M. Schwarz: naftaleno-sód) kopolimery blokowe, gwiazdy Katalizatory metalocenowe poliolefiny Kontrolowana polimeryzacja rodnikowa polimeryzacja monomerów nienasyconych, dowolna architektura makrocząsteczek polimeru
Polimery wytwarzane metodą polimeryzacji rodnikowej polietylen: ~300 ppm O 2 ; 100-300 MPa, (1 Pa 10-5 atm); 140/180 0 300/325 0 C: (LDPE) reaktor rurowy: Ø 2-6 cm/ l=0.5 1.5 km; 10 m s -1 ; T m = 105-115 0 C czas przepływu ~1 min; 15-30% konw./cykl; M n = 5 10 4 polistyren: polimeryzacja blokowa + nieco etylobenzenu (płynność) 120-220 0 C (260 0 C): w reakt. wieżowych; M n = 50 15 10 4 ; T g ~85 0 C. Suspensja, emulsja <kopolimery>; ABS; -SB; kauczuki poli(chlorek winylu): polimeryzacja blokowa, suspensja, emulsja <kopol> VAc) twardy (T g ~80 0 C), zmiękczony kopol. VAc; plastyfikacja. CH 2 =CH 2 Cl
Polimery wytwarzane metodą polimeryzacji rodnikowej Poli(octan winylu ): homo polialkohol winylowy CH 2 =CHOCOCH 3 kopolimery (VCl, VCl 2 ); emulsja (powłoki). Poliacetale (cykliczne - kleje) poliakrylany: głównie kopolimery metakrylany szkło organiczne CH 2 =CHCOOR T g ~105 0 C, CH 2 =C(CH 3 )COOR poliakrylonitryl: CH 2 =CHCN inne akrylowe: CH 2 =CHCOOH CH 2 =CHCONH 2 polimeryzacja w zawiesinie lub w roztworze, kopolimery z VAc, VCl, VCl 2 ; głównie do włókien Różne metody polimeryzacji CH 2 =C(CH 3 )CONH 2 CH 2 =CHCOOCH 2 CH 2 OH
Polimery wytwarzane metodą polimeryzacji rodnikowej fluoropolimery: - polimeryzacja w suspensji (2002: DuPont nkryt.co 2 ) CF 2 =CF 2 ; CF 2 =CFCl; - duże M 10 6 ; wysoka temp. do 300 0 C CH 2 =CF 2 ; CH 2 =CHF; PTFE- spiekanie CF 2 =CF-CF 3 1,3 dieny: butadien, izopren, chloropren CH 2 =CH-CH=CH 2 CH 2 =C(CH 3 )-CH=CH 2 CH 2 =C(Cl)-CH=CH 2 kauczuki, kopolimery (SBR) (25%) Bu karboksylowane
POLIMERYZACJA ANIONOWA Główne cechy żyjącej polimeryzacji anionowej: - stabilność centrów aktywnych - kiedy R i R p : R + (n+1) M R(m) n m DP n = (n+1) [M] o /[R ] o - możliwa funkcjonalizacja końców łańcucha - możliwa synteza polimerów blokowych, gwiazd itp. Najczęściej używane inicjatory: - karboaniony - aniony amidowe (np.: H 2 N ; (C 2 H 5 ) 2 N < amidek potasu H 2 N, K - aniony alkoholanowe (fenolany) - aniony karboksylanowe (np.: CH 3 COO ) - silne nuklefile ( zwitteriony) <R 3 N; R 3 P>
(homo)polimer A (homo)polimer B kopolimer blokowy A-B kopolimer blokowy A-B-A gwiazda kopolimer szczepiony Rzeczywisty kształt makrocząsteczek inny, niż na rysunkach!
POLIMERYZACJA KATIONOWA Metodą polimeryzacji kationowej produkuje się w przemyśle : Poliizobutylen (poliizobuten): <M n >= ~0.5 10 6 polimeryzacja w ~ -100 o C, we wrzącym etylenie Polimery frakcji C 5 po oddzieleniu frakcji C 4 (izobuten) i izoprenu (C 5 -różnice w temp. wrzenia) - polimeryzacja w obecności AlCl 3
POLIMERYZACJA Z OTWARCIEM PIERŚCIENIA Polimeryzacja monomerów (hetero)cyklicznych pozwala na otrzymanie dowolnej struktury szkieletu polimeru: p= 0,1...
POLIMERYZACJA Z OTWARCIEM PIERŚCIENIA poliaminy polietery poliacetale polisiarczki poliselenki poliamidy poliestry
POLIMERYZACJA Z OTWARCIEM PIERŚCIENIA (NA SKALĘ PRZEMYSŁOWĄ) Poliamid 6 z kaprolaktamu Polisiloksany z cyklicznych prepolimerów (oligomerów) o różnej wielkości (otrzymanych przez hydrolizę SiCl 4 ) Polilaktyd Poliformaldehyd (polioksymetylen POM; politrioksan; poliacetal)
POLIMERYZACJA KOORDYNACYJNA Katalizator Zieglera-Natty TiCl 4 + Al (C 2 H 5 ) 3 Polimeryzacja etylenu: HDPE; LLDPE Polimeryzacja propylenu: i-pp Kauczuki etylenowo-propylenowe, z dodatkiem dienów: EPDM Polimeryzacja styrenu: s-ps Katalizatory zawierają dodatki poprawiające wydajność, morfologię ziarna i strukturę łańcucha Są one solą technologii polimeryzacji.
Katalizator metalocenowy M metal, Zr, Ti, Hf A atom mostkujący, najczęściej Si, C R H lub fragment organiczny X zwykle chlor, czasem podstawnik organiczny
Kopolimeryzacja etylenu i propylenu włączenie propylenu R Zr Zr R włączenie etylenu R - powstający polimer
Podstawowe zasady: Polikondensacja Duży stopień przereagowania (> 99,9%) Funkcyjność monomeru (f) równa 2,0 Stosunek stechiometryczny monomerów równy 1,0 Brak reakcji ubocznych obniżających funkcyjność monomerów Efektywne usuwanie małocząsteczkowego produktu Pełna wzajemna dostępność grup do reakcji
Poliestry n HOOC-R-COOH + n HO-R'-OH -(CO-R-COO-R'-O)- + nh 2 O n Poliwęglany n n - 2n HCl
PET Zn(CH 3 COO) 2 195-280 C CH 3 OH Sb 2 O 3 280 C próżnia PET
Poliestry aromatyczne często dodaje się monomery zaginające łańcuch, np. izomer meta, b. wysokie T g.
T m = 175 C, T g = 60-65 C Polilaktyd, czyli poli(kwas mlekowy) 2 x kwas mlekowy laktyd polilaktyd
Poliestry 1929 W.H. Carothers pierwsze alifatyczne poliestry (DuPont) 1940-te J.R. Whinfield włóknotwórczy polimer o wysokiej temp. topnienia z kwasu tereftalowego i glikoli (Calico Printers Association, UK) 1946 poliestry aromatyczno-alifatyczne (PET, PBT, PTT) (ICI, DuPont) 1930-1950 1960-1970 1970-te 1990-te żywice termoutwardzalne z nienasyconych poliestrów (spoiwo do laminatów wzmacnianych włóknem szklanym) kopoliestry blokowe (DuPont, Hytrel ) poliestry aromatyczne (UnionCarbide, Ardel ) ciekłokrystaliczne poliestry termotropowe (Ticona, Vectra ) wznowione zainteresowanie poliestrami aromatycznymi poli(laktonami), poli(laktydem) i kopolimerami produkcja w 2000 r.: prawie 30 mln. ton
Poliestry, właściwości alifatyczne alifatycznoaromatyczne w pełni aromatyczne elastomery poliestrowe niska T topn. (40-80 C) częściowo krystal. lub lepkie ciecze słabe mechanicznie wyjątki: poli(a, b- hydroksykwasy) wysoka T topn. (150-270 C) częściowo krystal. (włókna, folie, polimery inżynierskie) amorficzne z wysoką T g lub krystaliczne o b.wysokiej T topn. często ciekłokrystaliczne elastomery o strukturze dwufazowej
Poliamidy Carothers, jako pierwszy opracował poliamid 6,6, czyli słynny nylon x -2H 2 O 6 atomów C 6 atomów C
Poliamidy W tym samym ośrodku, w którym pracował Carothers, Stefania (Stephanie) Kwolek opracowała syntezę aramidów: -2 H 2 O -2 HCl kevlar
Struktura kevlaru
Wytrzymałość na rozciąganie zależna od energii wiązania chemicznego Włókna syntetyczne Przędzenie Rozciąganie - orientacja Wytrzymałość na rozciąganie zależna od energi oddziaływań pomiędzy łańcuchami Włókna z kevlaru lub z silnie zorientowanych polimerów PE, PET
Kevlar, zastosowania kamizelka kuloodporna wybitnie odporne tkaniny odzież ochronna akcesoria
Poliuretany lub itp. PUR niekiedy dodaje się tzw. przedłużaczy łańcucha wiązanie uretanowe H 2 O CO 2
Poliuretany Wprowadzone przez Otto Bayera (1937) jednostopniowa Synteza dwustopniowa + diamina lub glikol długołancuchowy + część (mała) przedłużacz + diizocyjanian + reszta wiązanie wodorowe pomiędzy uretanami
Poliuretany struktura segment miękki segment twardy Właściwość gęstość [g/cm 3 ] T g [C] wytrz. na rozc. [MPa] wydł. przy zerw. [%] PUR 1,2-40 35-45 400-500 Odporne na chemikalia, utlenianie, wysoką temperaturę i promieniowanie, materiał biokompatybilny
Poliuretany, zastosowania gąbki kokpit samochodu tłumiki drgań sejf ognioodporny izolacja rurociągu podwodnego
Elastomery termoplastyczne segment sztywny - zdolny do krystalizacji nadaje przetwarzalność typową dla termoplastów segment miękki - część amorficzna nadaje elastyczność typową dla elastomerów oddziaływanie na granicy faz
Elastomery termoplastyczne Elastomery poliamidowe Poliuretany termoplastyczne Poli(estro-etery) Poliamidy Kauczuki, Silikony skala D dla materiałów twardych skala A dla materiałów miękkich poli(estro-b-etery) składnik estrowy PBT składnik eterowy PEO, PPO, PTMO
Elastomery termoplastyczne powłoki desek snowboardu elementy torów kolejowych osłony poduszek powietrznych osłona złącz statycznych przewody pneumatyczne jednorazowe rękawice chirurgiczne
Elastomery termoplastyczne elastomer termoplastyczny poliestrowy elastomer termoplastyczny poliuretanowy
POLIMERY TERMOODPORNE POLIIMIDY, POLISULFIDY, POLISULFONY na podstawie prezentacji: http://www.slideserve.com/gabriel/polimery-specjalne
Otrzymywanie I POLIIMIDY W reakcji aromatycznych dibezwodników kwasów tetrakarboksylowych z aromatycznymi diaminami w aprotycznych polarnych rozpuszczalnikach (np. dimetyloacetamidzie, dimetyloformamidzie, dimetylosulfotlenku) na ogół w temperaturze pokojowej. Nazwy handlowe: Lubricomp, Luvocom, Siltem, Ultem Ar
POLIIMIDY Otrzymywanie II W reakcji dibezwodników kwasów tetrakaboksylowych z diizocyjanianami aromatycznymi w obecności katalitycznie działających substancji (np. H 2 O). Synteza polieteroimidów z udziałem bisfenoli.
Właściwości Wysoka odporność termiczna: 450-500 o C początki rozkładu w atmosferze obojętnej powyżej 500 o C dosyć szybki ubytek masy; do 1000 o C zachowane jest około 60% masy początkowej (poliimid z bezwodnika piromelitowego i 4,4`-diaminobenzofenonu ; T g = 380 o C) Bardzo dobre właściwości mechaniczne, dielektryczne Odporność na rozpuszczalniki, stabilność hydrolityczna Gęstość 1,27-1,63 g/cm3. Skurcz przetwórczy 0,2-0,7% POLIIMIDY Zakres temperatury dla pracy ciągłej: do +170 C O O O O O O O H2N NH 2 bezwodnik piromelitowy 4,4`-diaminobenzofenon
POLIIMIDY O Zastosowania Przemysł lotniczy Przemysł motoryzacyjny Zabezpieczenie przed agresywnymi mediami zwłaszcza w podwyższonej temperaturze Obudowy wyłączników wysokiego napięcia, przełączniki, tłoki silników, elementy pomp, izolacje kabli. Zalecany czas suszenia: 4-6 h w 140-150 C: Temperatura przetwórstwa: 370-410 C; formy: 140-180 C Kapton pierwszy komercyjny poliimid, produkt kondensacji bezwodnika piromelitowego i 4,4`-diaminodifenyloeteru. Stosowany w postaci folii jako materiał elektroizolacyjny. N H2 4,4`-diaminodifenyloeter NH 2
POLIIMIDY Zastosowanie Aircraft engine cooling tube Integrated Fuel Pump Test Socket, Test Socket Holder Bearings, Bushings, Thrust Washers, Splines
POLIIMIDY Zastosowanie
POLIIMIDY SINTIMID jest bezpostaciowym, nietopliwym tworzywem wysokotemperaturowym. Cechuje się szerokim zakresem temperatury użytkowej, od 270 C do +300 C, trwale wysoką wytrzymałością, dużą odpornością na pełzanie i doskonałą odpornością na ścieranie. Dzięki wysokiej temperaturze zeszklenia, ok. 360 C można stosować SINTIMID przy krótkotrwałych temperaturach do 350 C.
POLIIMIDY TECALOR w przeciwieństwie do SINTIMIDU jest poliimidem przetwarzalnym termoplastycznie, któremu poprzez dodatkową obróbkę cieplną można również nadać strukturę semikrystaliczną. Trwała temperatura użytkowa dla TECALORU wynosi od 230 C do 330 C, zależnie od stopnia krystaliczności.
POLIIMIDY VESPEL nie ma punktu topnienia i ustalonej temperatury zeszklenia. Elementy z tworzywa VESPEL łączą w sobie właściwości tworzyw sztucznych, metali i ceramiki. Nadają się do zastosowania w stałej temperaturze użytkowej bliskiej temperaturze kriogenicznej do -288 C. W przeciwieństwie do termoplastów, elementy z VESPEL -u nie topią się i nie miękną przy krótkotrwałym podgrzaniu do 482 C. Podwyższona odporność termiczna zapewnia lepszą wydajność przez dłuższy czas.
POLIIMIDY przykłady Sintimid Vespel
Otrzymywanie POLISULFONY Polikondensacja, w której tworzą się grupy sulfonowe Polikondensacja monomerów z wbudowanymi w cząsteczkę grupami sulfonowymi oraz mającymi różne grupy funkcyjne.
POLISULFONY Właściwości Mogą być eksploatowane w zakresie 150-200 o C Odporne na działanie kwasów, zasad i roztworów soli Odporne na palenie Małe wartości stałych dielektrycznych Dobra odporność hydrolityczna Skurcz przetwórczy 0,70% - 0,75% Zastosowania Medycyna Przemysł żywnościowy Elektrotechnika i elektronika Membrany do osmozy, ultrafiltrowania, separacji gazów Przetwórstwo Zalecany czas suszenia: 3-4 h; Zalecana temperatura suszenia: 110-120 C Dopuszczalna zawartość wilgoci przy przetwórstwie: < 0,05 % Temperatura przetwórstwa: 330-380 C; formy: 90-150 C
POLISULFONY Zastosowanie Close-up of Polysulfone membranes (x 50) couplings Medical grade sub-micron filtration media.
POLISULFONY Przykłady polieterosulfon PESU (PES) poliaryloeterosulfon PAESU VITREX (ICI) polibisfenolosulfon PBSU (PSF) UDEL (Amoco) P n = 40-60 polifenylenosulfon (PPSU) (PPSF) RADEL R (Amoco)
POLISULFONY Przykłady UDEL (Amoco) VITREX (ICI) RADEL R (Amoco)
POLISULFIDY (PPS) Otrzymywanie Obecnie otrzymywany jest przemysłowo z p-dichlorobenzenu i siarczku sodu w polarnym organicznym rozpuszczalniku (nazwa Handlowa Ryton, Polyphenylene Sulfide) Nazwy handlowe : Celstran, Fortron, Larton, Latilub, Primef, Tedur Na 2 S
POLISULFIDY (PPS) Właściwości Polimer semikrystaliczny Temperatura topnienia 285 o C, T g = 85 o C Początek ubytku masy około 570 o C (dynamiczna termograficzna analiza (10 o C/min)); duża odporność na degradację (badania izotermiczne)- 4.5% ubytku masy w T=370 o C po 2h. Zmiana właściwości pod wpływem ogrzewania w obecności tlenu Odporność na palenie Bardzo dobre właściwości dielektryczne Zastosowanie Pokrycia zabezpieczające przed działaniem agresywnych mediów Kompozyty z włókien szklanych lub węglowych Przemysł motoryzacyjny Lotnictwo
POLISULFIDY (PPS) Zastosowanie
Polieteroeteroketon (PEEK) Polietoroeteroketony (PEEK) otrzymuje się w reakcji stopniowej dialkilacji soli bisfenoli. Typowa reakcją jest reakcja 4,4'-difluorobenzofenonu z solą disodową hydrochinonu, który powstaje przez działanie na ten ostatni węglanem sodu. Reakcję prowadzi się w temp. ok. 300 C w polarnych rozpuszczalnikach, takich jak difenylosulfon. O ONa O F F + - 2NaF ONa O O n O S O difenylosulfon
Polieteroeteroketon (PEEK) PEEK Gęstość 1320 kg/m 3 Moduł Younga (E) 3,6 GPa Wytrzymałość na rozciąganie (σ t ) 90-100 MPa Wydłużenie przy zerwaniu 50% Udarność z karbem 55 kj/m 2 Temperatura zaszklenia 143 C Temperatura topnienia ~343 C Przewodnictwo cieplne 0.25 W/m.K Sorpcja wody, 24 godz.(astm D 570) 0.1%
Polieteroeteroketon (PEEK) Właściwości PEEK jest polimerem semikrystalicznym o znakomitych właściwościach mechanicznych i odporności chemicznej, która pozostaje zachowana w wysokiej temperaturze. Wysoce odporny na degradację termiczną oraz na działanie wody i rozpuszczalników organicznych. Nieodporny na działanie chlorowców i silnych kwasów Brønsteda i Lewisa, a także niektórych związków halogenowych i aromatów w wysokiej temperaturze. Zastosowania Z uwagi na trwałość, PEEK wykorzystywany jest do produkcji wyrobów o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych, takich jak łożyska, części tłoków, pomp, płytek zaworowych w kompresorach oraz izolacji kabli. Jest jednym z nielicznych materiałów polimerowych, wykorzystywanych w instalacjach ultrawysokiej próżni. PEEK jest uważany za zaawansowany materiał dla celów biomedycznych, jako implant do celów medycznych. Jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i kosmicznym, telekomunikacji i przemyśle chemicznym. PEEK jako materiał z pamięcią kształtu w zastosowań biomechanicznych PEEK nie był tradycyjnym materiałem znanym z zachowania pamięci kształtu, ale obecny postęp w przetwórstwie umożliwia wytwarzanie materiałów z pamięcią kształtu z aktywacją mechaniczną. Technologia znajduje zastosowanie w chirurgii ortopedycznej.
PEKEK Poliaryloeteroketony Jest to grupa polimerów kondensacyjnych, do której należy także PEEK. Najprostszy, znany jako PEK, powstaje w reakcji: n - nhcl Struktura innych poliaryloeteroketonów: PEKK PEEKK
Fenoplasty nowolak H + OH rezol
Aminoplasty aminoplasty metylolowanie kondensacja
Żywice epoksydowe OH...
Żywice epoksydowe, utwardzanie