Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

POLYMERY. 2 C (1s 2, 2s 1 ; 2p 3 ) 4 kovalentní vazby 109,5º H (1s 1 ) 1 vazba uhlovodík (karbohydrát)

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "POLYMERY. 2 C (1s 2, 2s 1 ; 2p 3 ) 4 kovalentní vazby 109,5º H (1s 1 ) 1 vazba uhlovodík (karbohydrát)"— Transkript prezentace:

1 POLYMERY

2 2 C (1s 2, 2s 1 ; 2p 3 ) 4 kovalentní vazby 109,5º H (1s 1 ) 1 vazba uhlovodík (karbohydrát)

3 3 vazba disocia č ní energie [kJ.mol -1 ] délka vazby [nm] nasycenáC – C3400,154 nenasycená C = C6200,134 C  C 8100,120 C – H4200,109

4 4 Polymery Makromolekulární chemie - sloučeniny vybudované z atomových skupin základní pojmy: polymerační stupeň n = počet merů v řetězci  délka polymerního řetězce  další vlastnosti materiálu monomer = vstupní nízkomolekulární organická sloučenina mer = přechodná forma vzniklá během polyreakce polymer = vzniká vzájemnou vazbou vysoce reaktivních konců rozštěpených vazeb; je v něm n -krát zapojena merová jednotka

5 5 3.1 Polymerace štěpení násobných vazeb → reakční místa  řetězení monomer: plynný eten (etylen) CH 2 = CH 2 mer: přechodná forma - CH – CH - polymer: práškový polyetylen [CH 2 – CH 2 ] n

6 6 Vliv stupně polymerace na vlastnosti polymeru n = řádově 10 0 n = řádově 10 1  2 n = řádově 10 3  4

7 7 3.2 Polykondenzace vzájemná reakce organických látek → polymer + kondenzát

8 8 Modely řetězce 3-D sférický model 3-D prostorový model 2-D strukturní model

9 9 4. Údaje o polymerním řetězci n - polymerační stupeň m - hmotnost základního meru 4.1 Molekulová hmotnost M 4.2 Primární vazebné síly C C C C intramolekulární vazby kovalentního charakteru

10 10 Polyreakce  řetězce různé délky  statistický charakter molekulové hmotnosti výsledného polymeru. 5.2 Molekulová hmotnost polymeru tvar distribuční křivky  technologické vlastnosti polymeru  šířka křivky   interval T m   náročnost technologie zpracování,  kvalita výrobků (tlusté stěny, tvarově méně náročné výrobky) molekulová hmotnost četnost výskytu molekulová hmotnost střední určená způsobem x

11 Složení řetězce - konstituce terpolymer - v řetězci mery tří typů homopolymer - v řetězci mery pouze jednoho typu: A nebo B kopolymer - v řetězci mery dvou typů: A i B roubovaný statistický alternující blokový

12 Struktura (stavba) řetězce - konstituce lineární rozvětvený zesítěný příčná vazba na řádově 10 2  3 C 3-D síť příčná vazba na řádově 10 0  1 C dopad na vlastnosti – zvláště mechanické (deformace řetězce)

13 Konfigurace (takticita) řetězce popisuje uložení bočních skupin atomů kolem základního řetězce přímý dopad na vlastnosti materiálu → pravidelně uspořádané řetězce je možno poskládat blíž k sobě změna konfigurace řetězce možná pouze chemickým zásahem ataktický (statistický) syndiotaktický izotaktický

14 Konformace řetězce Jednoduché vazby → schopnost rotace Každá poloha → určitá energie Přednostně obsazovány polohy s minimální energií Lineární řetězce (PE) → postavení trans – trans  tvar cik – cak Řetězce s malou boční skupinou (izotaktický PP) → postavení trans – gauche pravá  šroubovice s boční skupinou v úhlu 120  Dopad na mechanické vlastnosti: dostatečná teplota → rotace  řetězec reaguje na vnější zatížení ohnutím a natočením Řetězce s velkou boční skupinou (C 6 H 5 → PS ) → neschopny rotace Řetězce s násobnou vazbou → neschopny rotace Změna konformace řetězce možná fyzikálním zásahem (ohřevem)

15 15 Energie natočení vazby úhel natočení [°] energie [kJ.mol -1 ] název polohy 00trans ,4gauche pravá 18015cis 2403,4gauche levá trans

16 16 5. Polymerní materiál jako  řetězců Polymerní materiál = soubor vzájemně se ovlivňujících řetězců vazebná energie řádově 10 1 kJ.mol Sekundární vazebné síly Intermolekulární vazby různého charakteru disperzní (Londonovy) síly nepatrná polarizace způsobená pohybem elektronů; slabé, nezávislé na teplotě vodíkové můstky nejsilnější typ sekundární vazby, přechod k primárním vazbám indukovaný dipól v blízkosti permanentních dipólů, které polarizují okolní původně neutrální vazby permanentní dipól kolem molekul s polárními vazby, snaha o vzájemnou orientaci narušována tepelným pohybem molekul;  teplota  koheze 

17 Krystalizace  c – hustota zcela krystalického polymeru,  v – hustota zkoumaného semikrystalického polymeru,  a – hustota zcela amorfního polymeru pouze jednoduché a dlouhé řetězce (PE) složitější struktury (ortorombická mřížka PE) jen část jednoduchých makromolekul organizovaná v mřížce  polymery pouze částečně krystalické = semikrystalické krystalinita polymeru Zapletení lineárních řetězců brání jejich přísnému uspořádání  vyšší stupeň organizace např. po tažení za studena  krystalinita až 95 % Krystalické polymery obvykle pevnější a odolnější vůči měknutí a rozpadu vlivem tepla než amorfní

18 Nadmolekulární struktura uspořádání amorfní fáze = amorfní klubko krystalizace z taveniny ovlivněné smykovým zatížením  fibrily napřímené řetězce krystalizace z taveniny  sferolit lamely radiálně rostoucí z krystalizačního zárodku oddělené amorfním podílem krystalizace ve zředěném roztoku  lamela destička o tloušťce 10  20 nm a délce řádově 10 mm; je v ní za sebou naskládaný určitý počet řetězců krystalizace v klidu střídaná prouděním  šiš – kebab

19 Tranzitní teploty krystalický podíl polymeru  teplota tání T m (melt)  atomy či ionty opouštějí svá místa v organizované krystalové mřížce Obvykle platí, že  amorfní podíl  teplota skelného přechodu T g (glass) T  T g  možné konformační změny  řetězce schopny natáčení T = T g  řetězce ustaveny do stabilní konformace T  T g  polymer je sklovitý, tvrdý a křehký  mezimolekulová soudržnost a  ohebnost řetězců   T g teplota viskozního toku T f (flow) porušeny sekundární vazby  řetězce kloužou po sobě

20 20 6. Základní typy polymerů 6.1 Termoplasty složeny z dlouhých řetězců typické chování  plastické, tvárné řetězce mohou a nemusejí být rozvětvené relativně slabé sekundární vazby semikrystalické nebo amorfní při zahřátí měknou a taví se při zvýšených teplotách se dají tvářet lehce recyklovatelné komoditní konstrukční

21 Reaktoplasty (termosety) fenolové pryskyřice složeny z dlouhých lineárních nebo rozvětvených řetězců svázaných do 3-D sítě  řetězce nemohou rotovat nebo pokluzovat  dobrá tuhost, pevnost a tvrdost, malá tažnost a rázová odolnost při zkoušce tahem vykazují podobné chování jako křehké kovy nebo keramika při ohřevu se netaví, ale dochází k dekompozici po zesítění jen obtížně zpracovatelné  obtížná recyklace

22 Elastomery přírodní i syntetické polymery schopnost elastické deformace větší než 200% amorfní termoplasty nebo lehce zesítěné reaktoplasty nízká T g bez příčných vazeb zatížení  rozplétání řetězců a napínání vazeb; odlehčení  řetězce se nevrátí do původního tvaru  nevratná deformace s příčnými vazbami zatížení  napínání vazeb; odlehčení  příčné vazby vrátí řetezce do původního tvaru  deformace vymizí

23 Chování polymerů při zatížení polymery  elastická i plastická deformace řízena jinými zákonitostmi než ideálně – elastické materiály (kovy) bude probíráno detailněji ve vyšších ročnících materiál deformace elastickáplastická polymery (T  T g ) rozplétání řetězců napínání vazeb napřimování, rotace a pokluzy řetězců kovy----- napínání vazeb pohyb dislokací

24 24 polymer kov

25 25 Semikrystalický materiál při tahovém zatížení

26 26 strukturou polymeru Na vlastnosti polymerů má vliv teplota rychlost zatěžování  rychlost zatěžování   teplota struktura typ

27 27 Modul pružnosti E jako funkce tuhý kožovitý (leathery) pryžové plató (rubbery plato) viskózní konstrukční polymery: T prac  T g elastomery: T prac  T g struktury polymeru teploty teplota log E

28 28 2. Reologické modely reologie popisuje chování skutečných materiálů pomocí jednoduchých zařízení polymery kombinují vlastnosti ideálně elastických (kovy) a ideálně viskozních (kapaliny) materiálů  jsou viskoelastické ideálně pružný materiál Hook viskoelastický materiál Maxwell Kelvin Tucket ideálně viskozní materiál Newton reologický model  = f (t)  = f (t) kdo pro co

29 29 ideálně pružný materiál Hook Ideálně pružný materiál reologický model: pružina o tuhosti G elastické chování izotropních těles (kovů) při elastické deformaci smykem platí pro rovnováhu mezi napětím  a deformací  Hookův zákon

30 30 ideálně viskozní materiál Newton jednoduché kapaliny při ustáleném toku úměrná smykovému napětí  podle Newtonova zákona Ideálně viskózní materiál reologický model: hydraulický válec s kapalinou o viskozitě  při ustáleném toku je smyková rychlost

31 31, viskoelastický materiál Kelvin reologický model: pružina o tuhosti G a hydraulický válec s kapalinou o viskozitě  paralelně v tuhém rámu   MPa  = působící napětí E  MPa  = modul pružnosti materiálu t  s  = doba zatížení   Pa.s  = viskozita materiálu při dané teplotě Viskoelastický materiál I – K elvin (Voight) model deformace  materiálu je dána vztahem používá se pro modelování creepu materiálů (  = konst.,  = f (t) )

32 32 Maxwell viskoelastický materiál  i  MPa  = původní zatížení, E  MPa  = modul pružnosti materiálu,   Pa.s  = viskozita materiálu při dané teplotě reologický model: pružina o tuhosti G a hydraulický válec s kapalinou o viskozitě  seriově Viskoelastický materiál II – Maxwellův model používá se pro modelování relaxace materiálů (  = konst.,  = f (t) ) napětí  t v materiálu dosažené v čase t je dáno vztahem

33 33 reologický model: seriově zapojená pružina o tuhosti G 1, Kelvinův model s pružinou o tuhosti G 2 a hydraulickým válcem s kapalinou o viskozitě  2, a hydraulický válec s kapalinou o viskozitě  3. Viskoelastický materiál III – Tuckettův model viskoelastický materiál Tucket model je schopen kvalitativně předpovědět viskoelastické chování lineárního amorfního polymeru deformace je dána vztahem

34 34 nevratné přesuny klubek (reologický model: třetí člen řetězce = hydraulický válec s kapalinou o viskozitě  3 ) ideálně elastická okamžitá deformace valenčních úhlů, vazeb a mezimolekulárních vzdáleností (reologický model: první člen řetězce = pružina o tuhosti G 1 ) zpožděná elastická deformace polymerních klubek (reologický model: druhý člen řetězce = Kelvinův model s pružinou o tuhosti G 2 a hydraulickým válcem s kapalinou o viskozitě  2 )

35 35 elastická deformace v kovechv polymerech změna filosofie výpočtových postupů nestačí jen dosadit materiálové charakteristiky polymerních materiálů do výpočtových schémat vytvořených pro kovy


Stáhnout ppt "POLYMERY. 2 C (1s 2, 2s 1 ; 2p 3 ) 4 kovalentní vazby 109,5º H (1s 1 ) 1 vazba uhlovodík (karbohydrát)"

Podobné prezentace


Reklamy Google