budapesti m polimertechnika tanszék polimer anyagtudománypt.bme.hu/~vas/polimer...

1

2015.03.09. 1

Polimer anyagtudományPolimer anyagtudományBMEGEPTMG20, 2+0+1v, 4 BMEGEPTMG20, 2+0+1v, 4 krpkrp

Vas László MihályVas László Mihály

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemPolimertechnika Tanszék

I. POLIMEREK ATOMOS ÉS MOLEKULÁRIS SZERKEZETE

2015.03.09. 2

KövetelményrendszerKövetelményrendszer

�� ElőadásokElőadások: minden oktatási héten: : minden oktatási héten: Kedd 12:15Kedd 12:15--14:00 14:00 MT. ép. MT. ép. PTPT--LaborLabor előadóelőadó

•• Előadásanyag (prezentáció) letölthető: Előadásanyag (prezentáció) letölthető: http://pt.bme.hu/~vashttp://pt.bme.hu/~vas

�� LaborLabor: páros vagy páratlan oktatási heteken: : páros vagy páratlan oktatási heteken: Szerda 12:15Szerda 12:15--14:00 14:00 MT ép. MT ép. PTPT--LaborLabor

•• 77x2 óra mérőcsoportokban végzett önálló laborgyakorlatx2 óra mérőcsoportokban végzett önálló laborgyakorlat

Önálló laborfeladatÖnálló laborfeladat: egy kiválasztott : egy kiválasztott termoplasztikustermoplasztikus polimer polimer termoanalízisetermoanalízise és és komplex mechanikai vizsgálata. komplex mechanikai vizsgálata.

•• Útmutatók és mérésadatok letölthetők: Útmutatók és mérésadatok letölthetők: http://pt.bme.hu/~bakonyihttp://pt.bme.hu/~bakonyi

�� Vizsgára bocsátás feltételeVizsgára bocsátás feltétele::•• Részvétel az önálló laborgyakorlatokonRészvétel az önálló laborgyakorlatokon•• Részvétel a csoportRészvétel a csoport--jegyzőkönyv elkészítésében jegyzőkönyv elkészítésében

(beadási határidő: az utolsó oktatási héten péntek 12:00 óra) (beadási határidő: az utolsó oktatási héten péntek 12:00 óra)

2

2015.03.09. 3Vas László M.

IrodalomIrodalom

�� Felhasznált forrásokFelhasznált források1. Bodor 1. Bodor G.G.--VasVas L.M.: Polimerek szerkezettana. Műegyetemi Kiadó, Bp. 2000.L.M.: Polimerek szerkezettana. Műegyetemi Kiadó, Bp. 2000.2. Halász L.2. Halász L.--Zrínyi M.: Bevezetés a Zrínyi M.: Bevezetés a polimerfizikábapolimerfizikába. Műszaki K., Bp. 1989.. Műszaki K., Bp. 1989.3. Bodor G.: A polimerek szerkezete. Műszaki K. Bp. 1982.3. Bodor G.: A polimerek szerkezete. Műszaki K. Bp. 1982.4. Bodor 4. Bodor G.G.--VasVas L.M.: Polimer anyagtudomány. Kézirat. BME, Bp. 2000.L.M.: Polimer anyagtudomány. Kézirat. BME, Bp. 2000.5. 5. EhrensteinEhrenstein G.W.: G.W.: PolymerwerkstoffePolymerwerkstoffe. . StrukturStruktur und und mechanischemechanische VerhaltenVerhalten. . C.HanserC.Hanser

VerlagVerlag, München, 1978., München, 1978.6. 6. PukánszkyPukánszky B.: Műanyagok. Műegyetemi Kiadó, Bp. 1995.B.: Műanyagok. Műegyetemi Kiadó, Bp. 1995.7. Oswald 7. Oswald T.A.T.A.--MengesMenges G.: G.: MaterialsMaterials Science of Science of PolymersPolymers forfor EngineersEngineers. . HanserHanser Pub., Pub.,

New York, 1996. New York, 1996. 8. 8. MengesMenges G.: G.: WerkstoffkundeWerkstoffkunde der der KunststoffeKunststoffe. . C.HanserC.Hanser VerlagVerlag, München, 1985., München, 1985.

�� Ajánlott irodalomAjánlott irodalom9. 9. WardWard I.M.I.M.--HadleyHadley D.W.: An D.W.: An IntroductionIntroduction toto thethe PropertiesProperties of of SolidSolid PolymersPolymers. .

J.Wiley&SonsJ.Wiley&Sons, , ChichesterChichester, 1993., 1993.10. 10. StroblStrobl G.: The G.: The PhysicsPhysics of of PolymersPolymers. . ConceptsConcepts of of UnderstandingUnderstanding theirtheir StructuresStructures and and

BehaviourBehaviour. Springer . Springer VerlagVerlag, Berlin. 1996., Berlin. 1996.11. 11. EiseleEisele U.: U.: IntroductionIntroduction toto PolymerPolymer PhysicsPhysics. . SpringerSpringer--VerlagVerlag, Berlin 1990., Berlin 1990.

2015.03.09. 3

2015.03.09. 4

AnyagtudományAnyagtudomány

�� Szerkezeti anyagok főbb osztályaiSzerkezeti anyagok főbb osztályai

•• Fémek (M)Fémek (M)

•• Kerámiák (C)Kerámiák (C)

•• PolimerekPolimerek (szerves) ((szerves) (PP))

•• A fentiek keverékei, kompozitjaiA fentiek keverékei, kompozitjai

MM→→MM: acél : acél →→AlAl;;

C C →→CC: kavics : kavics →→cement;cement;

PP →→PP: : PESPES--szálszál →→PVCPVC

M M →→C: acél C: acél →→beton;beton; PP →→C: C: Cell.rostCell.rost →→agyagagyag

C C →→M: kerámia M: kerámia →→AlAl;; M M →→P: acél P: acél →→gumigumi

C C →→PP: üvegszál : üvegszál →→UPUP;; PP →→M: ???M: ???

M

C P

Monomer = 1 egység/tag

Oligomer = Néhány egység/tag

Polimer = Sok egység/tag

3

2015.03.09. 5

Szerkezeti anyagok és arányaik a civilizáció fejlődése soránSzerkezeti anyagok és arányaik a civilizáció fejlődése során

2015.03.09. 6

KondratyevKondratyev--féleféle fejlődési ciklusokfejlődési ciklusok

Ny.D. Kondratyev (1892-1938) orosz-szovjet közgazdász prof. – hosszútávú ciklusok

Ciklus hajtóereje: új találmány(családok) bevezetése, elterjedése és kifutása

Ciklusok (K-hullámok: ≈50 év (40-80) ) és fejlődési területek:

biotechnológia

4

2015.03.09. 7

KondratyevKondratyev--féleféle fejlődési ciklusokfejlődési ciklusok

A fejlődési ciklusok és az USA tényleges áruforgalma

2015.03.09. 8

Polimer anyagok kidolgozásának történetePolimer anyagok kidolgozásának története

1839-99: Vulkanizált lágygumi (1839), az ebonit (keménygumi, 1851), az első

termoplasztikus polimer: a celluloid (cellulóz-nitrát, 1869), viszkóz.

1900-29: Az első szintetikus polimer: a bakelit (fenolgyanta, 1907), PVC

1930-39: Akril polimerek, PS, PVAC, PA (nylon), melamin gyanták, PU, PET

1940-49: PE, PTFE (teflon), EP és UP gyanták, szilikon polimerek, SBR, ABS), az

első termoplasztikus polimerkeverék (PVC/NBR);

1950-59: iPP, PAC, PC, PAN, POM, LDPE, HDPE; polifenilénoxid (PPO);

1960-69: Aromás poliamid (aramid, Kevlar), létrapolimerek, klórozott poliéterek,

EPDM, PI, poliszulfonok, ionomerek, PAN-alapú szénszálak;

1970-79: Polifenilénszulfid, poliéterszulfon, poliéterketonok, PAI, PBT,

polimerkeverékek (blendek) és ötvözetek térhódítása, folyadékkristályos

(önerősítő) polimer (LCP vagy SRF);

1980-89: PEI, poliariléter, aromás poliéterkarbonát, poliimidszulfon, HPPE

1990-99: Polimeranyagok tulajdonságainak javítása, új polimer keverékek, polimer

ötvözetek, társított anyagok kidolgozása, PBO

2000- Intelligens anyagok, nanoszerkezetű anyagok, nanokompozitok

5

2015.03.09. 9

Polimer termelés dinamikájaPolimer termelés dinamikája�� Polimerek, mint szerkezeti anyagok Polimerek, mint szerkezeti anyagok –– mennyiség és teljesítménymennyiség és teljesítmény

(de.wikipedia.org)

2015.03.09. 10

Polimer termelés dinamikájaPolimer termelés dinamikája

�� A nyersacél és a szintetikus polimerek termelése a nyugati A nyersacél és a szintetikus polimerek termelése a nyugati

világbanvilágban

Czvikovszky T.: Periodica Polytechnica Mech. Eng. Vol.38. No.4. (1994). 201-207.

6

2015.03.09. 11

POLIMEREK OSZTÁLYOZÁSAPOLIMEREK OSZTÁLYOZÁSA

�� TermoplasztikusTermoplasztikus ((≈≈ Hőre lágyuló) (lineáris)Hőre lágyuló) (lineáris)●● Amorf szerkezetűAmorf szerkezetű

PVC, PC, PMMA, PS, ABS PVC, PC, PMMA, PS, ABS

●● RészbenkristályosRészbenkristályos szerkezetűszerkezetűPE, PP, POM, PA, PET(P)PE, PP, POM, PA, PET(P)

�� Nem Nem termoplasztikustermoplasztikus ((≈≈ Hőre keményedő)Hőre keményedő)●● Amorf szerkezetűAmorf szerkezetű (térhálós)(térhálós)

> Gyengén/ritkán térhálós> Gyengén/ritkán térhálós (gumik): (gumik):

NR, CR, SBR, PURNR, CR, SBR, PUR

> Sűrűn térhálós> Sűrűn térhálós (gyanták): (gyanták):

UP, EP, VEUP, EP, VE

●● RészbenkristályosRészbenkristályos szerkezetűszerkezetű> Lineáris > Lineáris (Pl.(Pl. cellulóz, fehérje, PAN, cellulóz, fehérje, PAN, KevlárKevlár, PTFE, szénszál), PTFE, szénszál)

> Részben térhálós > Részben térhálós (gyapjúkeratin, utólagosan térhálózott, pl. XPE)(gyapjúkeratin, utólagosan térhálózott, pl. XPE)

2015.03.09. 12

Polimerek felhasználásaPolimerek felhasználása

�� Hajók (polimer kompozit)Hajók (polimer kompozit)

7

2015.03.09. 13

Polimerek felhasználásaPolimerek felhasználása�� Lopakodók (polimer kompozit)Lopakodók (polimer kompozit)

2015.03.09. 14


�� Hidak, egyéb szerkezetek (polimer kompozit)Hidak, egyéb szerkezetek (polimer kompozit)

8

2015.03.09. 15

Polimerek felhasználásaPolimerek felhasználása�� Repülőgépek (polimer kompozit)Repülőgépek (polimer kompozit)

2015.03.09. 16


�� Szélturbina Szélturbina -- lapátok (polimer kompozit)lapátok (polimer kompozit)

9

2015.03.09. 17

Polimerek felhasználásaPolimerek felhasználása�� Szélfarm (Polimer kompozit)Szélfarm (Polimer kompozit)

2015.03.09. 18

Polimerek felhasználásaPolimerek felhasználása�� Űrrepülőgép (tervezett) Űrrepülőgép (tervezett) (Polimer kompozit)(Polimer kompozit)

10

2015.03.09. 19

Anyagszerkezet és tulajdonságAnyagszerkezet és tulajdonság

�� Monomer Monomer (M)(M) →→ Polimer Polimer (PA)(PA) →→ Termék Termék (PT)(PT) lánclánc

M PA PT Polimerelõállítás

Polimerfeldolgozás

MonomerPolimer/oligomer anyag

Polimertermék

SzerkezetTulajdonság

SzerkezetTulajdonság

FeldolgozhatóságTechnológia

Szerkezet Technológia

Kérdés: Mi a tulajdonságok anyagszerkezettani magyarázata?

2015.03.09. 20

Polimerek szerkezeti szintjeiPolimerek szerkezeti szintjei

Gráf-pont:szerkezeti szint

Gráf-él:átmenet a szerkezeti szintek között (él mentén: rendezés és egyesítés műveletek)

Szerkezeti gráf PE szerkezeti szintjei

↑

↓

Elemi részecskék

Atomok

Monomerek

Makromolekula

Krisztallit

Fibrilla

Szferolit

Polimer test

Krisztallit

Kristálycella

Fibrilla

Szferolit

Polimer test

Menges G.: Werkstoffkunde der Kunstsstoffe.

Hanser Verlag, München, 1985.

11

2015.03.09. 21

Polimer anyagtudományPolimer anyagtudománySzerkezet, tulajdonság és kapcsolatukSzerkezet, tulajdonság és kapcsolatuk

�� Polimerek szerkezetePolimerek szerkezete (mikroszintek)(mikroszintek)

•• Atomos szerkezetAtomos szerkezet

•• Molekuláris szerkezetMolekuláris szerkezet

•• Morfológiai vagy finomszerkezetMorfológiai vagy finomszerkezet

�� Polimerek tulajdonságaiPolimerek tulajdonságai (makroszint)(makroszint)

•• Mechanikai tulajdonságokMechanikai tulajdonságok

•• Hőmérséklet hatásaHőmérséklet hatása

•• Légnedvesség hatásaLégnedvesség hatása

•• Egyéb tulajdonságok (fizikai, kémiai)Egyéb tulajdonságok (fizikai, kémiai)

2015.03.09. 22

Polimer anyagtudomány tárgy felépítésePolimer anyagtudomány tárgy felépítése

�� Polimer anyagok, tipikus anyagosztályok, polimer keverékek és Polimer anyagok, tipikus anyagosztályok, polimer keverékek és

ötvözetek szerkezeteötvözetek szerkezete

�� Polimerek szerkezetvizsgálati módszereiPolimerek szerkezetvizsgálati módszerei

�� Polimer anyagok mechanikai viselkedésePolimer anyagok mechanikai viselkedése

�� Polimerek viselkedése a hőmérséklet és más környezeti tényezők Polimerek viselkedése a hőmérséklet és más környezeti tényezők

változása mellettváltozása mellett

�� Polimerek szilárdsági és törésmechanikai tulajdonságaiPolimerek szilárdsági és törésmechanikai tulajdonságai

�� Szilárd polimerek mechanikai viselkedésének fenomenológiai Szilárd polimerek mechanikai viselkedésének fenomenológiai

modellezésemodellezése

�� Polimerek statisztikus szerkezetiPolimerek statisztikus szerkezeti--mechanikai modellezése mechanikai modellezése

12

2015.03.09. 23

Polimereket felépítő atomokPolimereket felépítő atomok

A periódusos rendszer első 18 eleme

Kationok(+) < Fémes elemek ←→←→←→←→ Nemfémes elemek > Anionok(-)

Növények: cellulóz-váz

C,H,O

Állatok: vázfehérje, kitin

C,H,O,N

Ásványok: szilikátok

Si,O,…

Rendszám:

protonok száma

2015.03.09. 24

Néhány atom szerkezeteNéhány atom szerkezete

�� HidrogénHidrogén (H) és (H) és HéliumHélium (He)(He)

■ Szénatom (C)

•Főkvantumszám (1≤n≤7): elektronhéj jele

•Mellékkvantumszám (l):

elektron energiaszintje (0→n-l)(s, p, d, f, … állapotok)

•Mágneses kvantumszám (-l≤m≤l) (pályaformák térbeli iránya)

•Spinkvantumszám (elektron

impulzusnyomatéka : ±1/2)

n=1

n=1

n=2

Főkvantumszám:

n=1: max. 2 elektron




1.Pauli elv: 1 atom elektronjai min. 1

kvantumszámban különböznek.

2. Pauli elv: 1 atompályán maximum

2 elektron tartózkodhat.

13

2015.03.09. 25

Elektronhéj Elektronhéj

�� Állapotfüggvény, tartózkodási valószínűségÁllapotfüggvény, tartózkodási valószínűségSchrödinger időfüggetlen hullámegyenlete egy energia-sajátértékegyenlet, amely az egy részecske alkotta kvantumrendszer E energiáját, a H (Hamilton-féle) differenciáloperátor sajátértékeiként határozza meg, míg a ψ megoldások az E sajátértékekhez tartozó sajátfüggvények:

h= Planck állandó; m=részecske tömege; U(x,y,z)=a mozgást meghatározó potenciál

Orbitál=Atompálya: a lehetséges elektronhelyzetek összessége

Az elektronfelhő lokális sűrűségét az elektron tartózkodási valószínűsége határozza meg

• A ψ(x,y,z) hullámfüggvény (megoldás) a részecske (kvantum)állapotát írja le.• Állapotok szuperpozíciója: Ha ψ1 és ψ2 a részecske két lehetséges állapota

� ezek lineáris kombinációja is lehetséges állapot.

Um

hHEH +∆

π−=ψ=ψ

8:

22

2

2

2

2

2

zyx ∂∂+

∂∂+

∂∂=∆

http://nagysandor.eu/AsimovTeka/Harrison/ParticleWave.html

2015.03.09. 26


Állapotfüggvény, Állapotfüggvény, tartózkodási valószínűségtartózkodási valószínűség

http://nagysandor.eu/AsimovTeka/Harrison/ParticleWave.html

•A |ψ|2 pontsűrűségfüggvény, így |ψ(x,y,z)|2 dV annak valószínűsége, hogy az elektron az adott (x,y,z) pont körüli kis, dV térfogatú tartományban található;

• A |ψ|2 4πr2 radiális sűrűségfüggvény, így |ψ(r)|2 4πr2dr annak valószínűsége, hogy az elektron az r sugarú, drvastagságú gömbrétegben található. A maximum a Bohr sugárnál található, ahol az elektronnak alapállapotban keringenie kellene.

1s atompálya

dV(r)= 4πr2dr

14

2015.03.09. 27


Állapotfüggvény, tartózkodási valószínűségÁllapotfüggvény, tartózkodási valószínűség

Atompálya: Az atommag körüli térnek az a része, ahol az elektronok 90%-os valószínűséggel megtalálhatók. Alhéj: az elektronok közel azonos energiaállapotban vannak. Ezeket s,p,d,f, betűkkel jelöljük.Elektronhéj: Az azonos energiaszintű alhéjak összessége. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 lehet, amennyi a periódusok (sorok) száma a periódusos rendszerben.

https://www.mozaweb.hu/

Atompályáks-elektronok:

gömbszimmetrikus

pályaforma

p-elektronok:

súlyzóformájú

pályaforma

2015.03.09. 28

A szén rendezett szerkezetformái 1.A szén rendezett szerkezetformái 1.Kristályos módosulatokKristályos módosulatok

Gyémánt Grafit

KötéstávolságKötéstávolság GyémántGyémánt GrafitGrafit

Atomok közöttAtomok között 0,154 nm0,154 nm 0,142 nm0,142 nm

Rétegek közöttRétegek között -- 0,339 nm0,339 nm

s-elektronok:

gömbszimmetrikus

pályaforma

p-elektronok:

súlyzóformájú

pályaforma

σσσσ-kötés: max.

elektronsűrűség az

x-kötéstengelyen

(s-s, s-p, px-p

xpályák

kapcsolódása)

ππππ-elektronok: max.

eletronsűrűség az x-

kötéstengelyen kívül

(py-p

y, p

z-p

zpályák

kapcsolódása)

Kötésben:

molekulapálya

4 σ kötés3 σ kötés

+ π-elektronok

15

2015.03.09. 29

A szén rendezett szerkezetformái 2.A szén rendezett szerkezetformái 2.Kristályos módosulatokKristályos módosulatok

�� GrafénGrafén –– egy atom vastagságú grafitrácsegy atom vastagságú grafitrács

2015.03.09. 30

A szén rendezett szerkezetformái 3.A szén rendezett szerkezetformái 3.�� FullerénekFullerének

16

2015.03.09. 31

A szén rendezett szerkezetformái 4.A szén rendezett szerkezetformái 4.�� FullerénekFullerének

Fullerén (C60)– kubán (C8H8) heteromolekuláris kristály(Nature, 2006 - Pekker S. és tsi.)

Molekuláris motor:Kubán kocka: álló részFullerén gömb: forgó elem

2015.03.09. 32

A szén rendezett szerkezetformái 5.A szén rendezett szerkezetformái 5.�� NanocsövekNanocsövek

Átmérő:

Néhány nm

17

2015.03.09. 33

Atomok közötti kötések 1.Atomok közötti kötések 1.

�� Kötés energiája és a vonzóKötés energiája és a vonzó--taszító erőktaszító erők

ro

csökken ⇒ Uo

nő

U(r)

r

roUo

Taszító erõk Vonzó erõk

Kötés potenciálja

ro = kötéstávolságUo = kötési energia

ro/2= van der Waals távolság

mm

on

oonm

rr

r

mn

n

r

r

mn

mU

rrU −α−

−−

−=β+α−= ~

Lenard-Jones potenciál

mo

onr

mnU

)( −α=mno m

nr −

αβ=

1

Két részecske alkotta rendszer

2015.03.09. 34


Primer kötésekPrimer kötések JellemzőkJellemzők Jelentőség Jelentőség polimereknélpolimereknél

1.1. KovalensKovalens

kötéskötés

Kisszámú közös Kisszámú közös elektronpárelektronpár

alapvetőalapvető

2.2. IonosIonos

kötéskötés

Elektronleadás és Elektronleadás és --felvételfelvétel

kicsikicsi

3.3. FémesFémes

kötéskötés

Nagyszámú Nagyszámú közös elektronközös elektron

nincsnincs

Kovalens kötés jellemzése: Elektronegativitás (EN) különbség, Dipólusmomentum (µ=δro), dipólusindex (DI=µ/ero=δ/e) Elektron tartózkodási valószínűsége (p)

Intramolekuláris – Makromolekulán belüli atomok között

18

2015.03.09. 35


�� Kovalens kötés Kovalens kötés ((σσ--kötéskötés: : rotációképesrotációképes > > ππ--kötéskötés: nincs rotáció): nincs rotáció)

�� IonIon--kötés … … … … … Fémes kötéskötés … … … … … Fémes kötés

1 2 1 2

p1=p2=1/2 p1>p2

-

-

-

- δ+δ+=δ-=0

δ-1

6

5

3

2

4

pi=1/6

Dipólus

1 2

p1=1

- δ+=1δ-=1

p2=0

1 2

pi=1/n, i=1,...,n

-3

n

i

(Többszörös kötésnél az egyik mindig σ–kötés.)

Rendelkezik

ionos és

kovalens

jelleggel is.

2015.03.09. 36

Atomok közötti kötések 4a.Atomok közötti kötések 4a.�� Kovalens kötések Kovalens kötések –– molekulapályákmolekulapályák

σ-kötés

π-kötés

Atompályák Molekulapályák

19

2015.03.09. 37

Atomok közötti kötések 4b.Atomok közötti kötések 4b.�� Kovalens kötés Kovalens kötés –– kvázikvázi-- és állandó dipólus és állandó dipólus – tartózkodási valószínűség

1 2 1 2

p1=p2=1/2 p1>p2

-

-

-

- δ+δ+=δ-=0

δ-Dipólus

( ) ( ) knkkn pp

k

nknXkXPq −−

=−=== 1121, 1,

2,21,20,2

2

0,2 )1(01)( qqqqE

kkk ⋅−+⋅+⋅=δ=δ ∑

=P(1,1)=P(2,0)+P(0,2)

P(2,0)=P(1,1) P(2,0)=P(1,1)+P(0,2)

p1=0.9

↓E(δ)=-0.8

2015.03.09. 38


� Kovalens kötések – Atomok elektronegativitása (EN) – az atomok elektronszívási képességének mértéke

Nemfémes jellegűelemek

Elektro-negativitás

Fémes és félfémes jellegű elemek

Elektro-negativitás

Hidrogén (H)Foszfor (P)Szén (C)Kén (S)

Bróm (Br)Nitrogén (N)

Klór (Cl)Oxigén (O)Fluor (F)

2,12,12,52,52,83,03,03,54,0

Cézium (Cs)Kálium (K)

Nátrium (Na)Litium (Li)

Kálcium (Ca)Magnézium (Mg)Alumínium (Al)

Cink (Zn)Vas (Fe)

Szilicium (Si)Réz

Bór (B)

0,70,80,91,01,01,21,51,61,81,81,92,0

Pauling-féle relatív skála:

EN(Cs)=0,7;…; EN(Ca) = 1,0 � EN(F) = 4,0

20

2015.03.09. 39

Atomok közötti kötések 5.a.Atomok közötti kötések 5.a.

� Kovalens kötések – Atomok elektronegativitása (EN)

Két atom közötti kötés típusát meghatározza elektronegativitásuk összege (ΣEN) és különbsége (∆EN):• ΣEN kicsi és ∆EN kicsi � fémes kötésjön létre.• ΣEN nagy és ∆EN kicsi � kovalens kötés jön létre.�•∆EN nagy (∆EN≥2 ) � ionos kötésjön létre.

Ha ∆EN=0 akkor apoláris kovalens kötés

0<∆EN<2 akkor poláris kovalens kötés

http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/materials/graphics/1.gif

Ionic

Σ

Pl. Ionos kötésű:NaClMgOAl2O3

Kerámiák (karbid és egyéb

típusú fémkerámiák,)

Pl. Kovalens kötésű:H2, O2, F2, Cl2

P4, S8

H2O, HF, HClSiO2

SiC, B4CKerámiák

(oxid és nitrid típusú

kerámiák) Megj.: Pl. az Fe3C

vaskarbid (cementit), ill.

a TiC intersticiós

fémötvözet.

2015.03.09. 40


Kovalens kötés Kötéstávolság[nm]

Disszociációs energia[kJ/mol]

C≡≡≡≡NC≡≡≡≡C

0,1150,120

892812

C=OC=NC=C

0,1210,1270,134

729 615611

C-FO-HC-HN-HSi-OC-OC-CC-ClC-NC-SiC-SO-O

0,132…0,1390,0960,1100,1010,1640,1460,1540,1770,1470,1870,1810,132

431...515465414389368360348339306288260147

21

2015.03.09. 41


Szekunder Szekunder kötésekkötések

JellemzőkJellemzők Polimer jellege, Polimer jellege, amiben találhatóamiben található

1.1. DipólusDipólus

(orientációs)(orientációs) kötéskötés

Állandó, vagy Állandó, vagy indukált dipólusokindukált dipólusok

Kissé polárisKissé poláris

2.2. HidrogénHidrogén

kötéskötés

Legerősebb Legerősebb dipólus kötésdipólus kötés

Erősen polárisErősen poláris

3.3. DiszperziósDiszperziós

kötéskötés

LeggyengébbLeggyengébb

szekunder kötésszekunder kötés

ApolárisApolárisMindenMinden polimerben van! polimerben van! (poláris, vagy apoláris polimerben is) (poláris, vagy apoláris polimerben is)

Intermolekuláris – Makromolekulák között

2015.03.09. 42

Atomok közötti kötések 8.Atomok közötti kötések 8.� Szekunder kötés példák

KötéstípusKötéstípus SzerkezetSzerkezet Disszociációs Disszociációs

energiasűrűségenergiasűrűség

[kJ/mol] [kJ/mol]

IonkötésIonkötés

(pl. (pl. ionomerekionomerek))

42...8242...82

HH--kötéskötés (pl. (pl. cellcell., .,

fehérje, PA, PVA, fehérje, PA, PVA,

PU)PU)

13…3013…30

(…40)(…40)

Dipólus kötésDipólus kötés(pl. PVC, PVF, (pl. PVC, PVF,

PAN, poliészterek)PAN, poliészterek)

6…176…17

(indukciós: 4…8)(indukciós: 4…8)

Diszperziós v. Diszperziós v.

van der Waals van der Waals

kötés kötés (pl. PE, PP)(pl. PE, PP)

2…4…(8)2…4…(8)

OC

OCZnC

O

OC C

O

OC

NaCC

O

O

H

100%-an ionizált 50%-an ionizált

C O H O C N H CO

C C N

N C CO

C CO

OO

CH2

CH2

CH 2

CH2

CH2

CH2

CH2CH 2

CH2CH2

22

2015.03.09. 43


� Hidrogén kötések

(A legnagyobb elektronegativitású elemek, az A legnagyobb elektronegativitású elemek, az FF, , OO, és , és NN képesek erre.)képesek erre.)

Hidrogén kötés Kötéstávolság[nm]

Disszociációsenergia[kJ/mol]

C-H---NO-H---NO-H---OO-H---ClN-H---NN-H---ON-H---ClN-H---FF-H---F

…0,28

0,26…0,280,310,31

0,29…0,300,320,280,24

13…

13…26…

13…2117……30

2015.03.09. 44

Atomok közötti kötéstípusok 10.Atomok közötti kötéstípusok 10.

Szekunder kötések jelentősége:

�� A víz A víz folyékonyfolyékony a szobahőmérsékletena szobahőmérsékleten

�� Polimer folyadék (oldat, olvadék) Polimer folyadék (oldat, olvadék) viszkozitásaviszkozitása

�� Lineáris polimer Lineáris polimer szilárdságaszilárdsága

pl. szuperszilárd PE (HPPE) és szénszálpl. szuperszilárd PE (HPPE) és szénszál

23

2015.03.09. 45


�� A víz 20 A víz 20 ooCC--on folyadék on folyadék ←← HH--kötésekkötések

Vízmolekula: H2OOxigénmolekula: O2m(H2O)=18m(O2)=32 m(H)=1

m(O)=16

O OOH H

20 oCGázFolyadékSzobahõmérséklet

2015.03.09. 46


�� Gyenge PE fóliaGyenge PE fólia

�� SzuperszilárdSzuperszilárd HPPEHPPE

2000: R=428 km2000: R=428 km

�� PBO szálPBO szál: :

R=450 km,R=450 km,

E=270 E=270 GPaGPa, , σσBB=5,8 =5,8 GPaGPa

�� Acél szálAcél szál::

R=25R=25--35 km,35 km,

E=210 E=210 GPaGPa, ,

σσBB=1,5=1,5--2,7 2,7 GPaGPa

HPPE

www.dsm.com

24

2015.03.09. 47

Különböző anyagok sűrűségKülönböző anyagok sűrűség-- és szilárdság jellemzőiés szilárdság jellemzői

Anyag Sűrűség[g/cm3]

Erug.mod.[GPa]

Szak. szil.[MPa]

Szak.hossz[km]

Ütő-h.szil.[J/cm2]

Acél 7,8-7,9 200-220 350-2700 5-35 80-170

Alumínium 2,7-2,78 65-75 250-700

Beton* 1-3,5

Kerámia 1,9/3,5-4 55-450 17-3200 40-75

Fa** 0,3-0,93 6-16 77-137 8-35 1-10

PU-gumi 1,1-1,3 0,006-0,03 30-140 5-12 nem törik

PE-HD 0,95-0,96 0,4-5 25-340 22-36 8-110

PP 0,91 1,1-5 30-660 23-72 2-8

PA 1,05-1,15 1,2-8,3 60-900 32-85 1-5

Kevlár szál 1,44-1,45 40-150 2500-3800 170-270

PE-HP szál 0,97 50-140 2000-3500 210-400

SzénszálGrafitszál

1,7-1,92,2

200-400720

2000-350020000

120-200900

2015.03.09. 48

Molekuláris szerkezet 1.Molekuláris szerkezet 1.�� Polimer előállítása MPolimer előállítása M→→A átalakulássalA átalakulással

Polimerizáció: kettõskötés felbontásával

Monomer (M) Ismétlõdõ egység (A)

Ismétlõdõ egység (A)Monomer (M)

Polikondenzáció: funkciós csoportok leválásával

Ismétlõdõ egység (A)Monomer (M)

Poliaddíció: atom-áthelyezõdéssel

Kondenzátum

Pl.: PE, PP, PS, PVC, PVDC, PTFEPMMA, PAN, PVAL

Pl.: PA, PET, PBT, PC

Pl.: PU, PUR

25

2015.03.09. 49

Molekuláris szerkezet 2.Molekuláris szerkezet 2.

Polimer lánc Polimer lánc (P)(P) szerkezete szerkezete –– Ismétlődő egység Ismétlődő egység (A)(A)

�� Monomer Monomer →→ Ismétlődő egység Ismétlődő egység ((konstitúcióskonstitúciós))::

�� Egyalkotós polimer: Egyalkotós polimer:

�� Kétalkotós polimer:Kétalkotós polimer:

M →→→→ A = -ΓΓΓΓ1-X-ΓΓΓΓ2

(M1,M2) →→→→ A = - ΓΓΓΓ1-X1-ΓΓΓΓ1 - ΓΓΓΓ2-X2-ΓΓΓΓ2-

M→→→→-A-

(M1) (M

2)

{M} →→→→ P = -[A]n-

(M)

X – szénvázú

magcsoport

ΓΓΓΓ=-ΓΓΓΓ2-ΓΓΓΓ1

- kötő-

vagy hídcsoport

ΓΓΓΓ1,ΓΓΓΓ2

- hídfelek

W1 W2

R11

R12

R21

R22

Wi = vázatom (C,O,N,S,Si)

Rij = oldalcsoport (C,O,N,H,Cl,F)

2015.03.09. 50


Hídcsoport elnevezése ΓΓΓΓ Hídcsoport szerkezete ΓΓΓΓ1 Hídfél ΓΓΓΓ2 Hídfél

Ürescsoport (csak kötés) ∅ = -- ∅ ∅

Karbonil gyök, keton tag -CO- -CO- ∅

Oxigénhíd, éter- vagy acetáltag -O- -O- ∅

Amin csoport -NH- -NH- ∅

Kénhíd, szulfid tag -S- -S- ∅

Észtercsoport -CO-O- -CO- -O-

Karbonát kötőcsoport -O-CO-O- -O- -CO-O-

Amidcsoport,peptidcsoport -NH-CO- -NH- -CO-

Uretán csoport -NH-CO-O- -NH- -CO-O-

Urea csoport -NH-CO-NH- (láncmol.)=N-CO-N= (hálóág)

-NH-CO-=N-CO-

-NH--N=

Imid csoport -N=(CO)2=vagy -CO-N-CO-

-N=(CO)2= ∅

Szulfon kötőcsoport -SO2- -SO2- ∅

Kötő-, vagy hídcsoportok a polimerekben

26

2015.03.09. 51


Zárócsoport elnevezése Zárócsoport szerkezete

Metilcsoport -CH3

Hidroxil csoport -OH

Karboxil csoport -COOH

Metilalkohol gyök -CH2OH

Amino csoport -NH2

Acetát gyök -OCOCH3

Iniciátor maradék Különböző lehet

Zárócsoportok a polimerekben

2015.03.09. 52


Polimer anyagosztályokPolimer anyagosztályok a kötőcsoportok szerinta kötőcsoportok szerint

�� Homogén szénvázú szerves polimerekHomogén szénvázú szerves polimerek: : ΓΓ==ØØ1. 1. EtilénbázisúakEtilénbázisúak (PE, PP, PS, PVC, PVDC, PVF, PTFE, PMMA)(PE, PP, PS, PVC, PVDC, PVF, PTFE, PMMA)

2. 2. Nem etilénbázisúakNem etilénbázisúak (NR, BR, SBR, CR)(NR, BR, SBR, CR)

�� Heterogén szénvázú szerves polimerekHeterogén szénvázú szerves polimerek: : Γ≠Γ≠ØØ={={--}}1. 1. PoliéterekPoliéterek, cellulóz, cellulóz: : ΓΓΓΓΓΓΓΓ==--OO-- (étercsoport, oxigénhíd)(étercsoport, oxigénhíd)

2. 2. PoliészterekPoliészterek: : ΓΓΓΓΓΓΓΓ==--COCO--OO-- (észter(észter--csoport)csoport)

3. 3. Poliamidok, vázfehérjékPoliamidok, vázfehérjék: : ΓΓΓΓΓΓΓΓ==--NHNH--COCO-- (amid csoport)(amid csoport)

4. 4. PoliuretánokPoliuretánok: : ΓΓΓΓΓΓΓΓ==--NHNH--COCO--OO-- ((uretánuretán csoport)csoport)

�� Heterogén Heterogén sziliciumvázúsziliciumvázú szervetlen polimerekszervetlen polimerek: : Γ≠Γ≠ØØSzilikátok (üveg, bazalt, szilikon):Szilikátok (üveg, bazalt, szilikon): ΓΓΓΓΓΓΓΓ==--OO--

27

2015.03.09. 53


�� Homogén szénvázú polimerekHomogén szénvázú polimerek ((ΓΓΓΓΓΓΓΓ==ØØ))

• Etilénbázisúak

• Nem etilénbázisúak (pl. a gumi alapanyagok)

C C

R1

R2

R3

R4

Vinil-polimerek

R1=R2=R3=-HR4=-H PE -CH3 PP -Cl PVC -F PVF -CN PAN - PS

Vinilidén-polimerek

R1=R2=-HR3=R4=-Cl PVDC -F PVDF

Egyéb

R3=-CH3; R4=-COOCH3 PMMAR1=R2=R3=R4=-F PTFE

C C C

H

H

H

H

H

C

H BR

2015.03.09. 54


Polivinil polimerek R4 oldalcsoport

Oldalcsoportokban: C,H (szénhidrogén jellegűek)

PE (polietilén) -H

PP (polipropilén) -CH3

PMB (polimetilbutén) -C3H7

PMP (TPX) (polimetilpentén) -C4H9

PS (polisztirol) -C6H5 = −⟨ο⟩ (benzol gyűrű)

Oldalcsoportokban: C,H,O (szénhidrát jellegűek)

PVA(L) (polivinilalkohol) -OH

PVAA (polivinilakrilsav) -COOH

PVA(C) (polivinilacetát) -OCOCH3

PMA (polimetakrilát/polimetilakrilát)) -COOCH3

PVB (polivinilbutirát) -OCO(CH2)3

Oldalcsoportokban: C,H,(O),N (N és esetleg O tart.)

PAN (poliakrilnitril/polivinilcianid) -CN

PAA (poliakrilamid) -CO-NH2

Oldalcsoportokban: C,H,Cl,F (halogén tartalmúak)

PVC (polivinilklorid) -Cl

PVF (polivinilfluorid) -F

28

2015.03.09. 55


Polivinilidén polimerek R3 = R4 oldalcsoportok

Oldalcsoportokban: C,H(szénhidrogén jellegűek)

PIB (poliizobutilén) -CH3

Oldalcsoportokban: C,H,O(szénhidrát jellegűek)

PVDA(L) (polivinilidénalkohol) -OH

Oldalcsoportokban: C,H,N(nitrogén tartalmúak)

PVDCN (polivinilidéncianid) -CN

Oldalcsoportokban: C,H,Cl,F(halogén tartalmúak)

PVDC (polivinilidénklorid) -Cl

PVDF (polivinilidénfluorid) -F

2015.03.09. 56


Egyéb etilénbázisú polimerek R1 R2 R3 R4

Oldalcsoportokban: C,H,O(szénhidrát jellegűek)

PMMA (polimetilmetakrilát) (plexi) -H -H -CH3 -COOCH3

HEMA (polihidroxietilmetakrilát) (>>gél)

-H -H -CH3 -COO(CH2)2OH

PMAA (polimetakrilsav) -H -H -CH3 -COOH

Oldalcsoportokban: C,H,O,N

PECA (polietilcianoakrilát) -H -H -CN -COO(CH2)2

Oldalcsoportokban: C,H,Cl,F(halogén tartalmúak)

P3FE (politrifluoretilén) -H -F -F -F

PTFE (politetrafluoretilén) (teflon) -F -F -F -F

PTFCE (politrifluormonoklóretilén) -F -F -F -Cl

PHFP (polihexafluorpropilén) -F -F -F -CF3

29

2015.03.09. 57


Egyéb, homogén főláncú polimerek(szénhidrogén jellegűek)

SzerkezeteIsmétlődő egység: -A- = -X-

•••• Diéntartalmúak (vulkanizálva: gumi =R):

Oldalcsoportokban: H

B (polibutadién)(gumi: BR) -CH=CH-(CH2)2-

Oldalcsoportokban: C,H

I (1,4 poliizoprén) (ld. 2.8. ábra: cisz/transz)(kaucsuk, term. anyag: IR - cisz forma)(gutta-percha, term. anyag - transz forma)

-C(CH3)=CH-(CH2)2-

Oldalcsoportokban: C,H, Cl

C (polikloroprén) (gumi: CR) -CCl=CH-CH2-

•••• Aromásak:

Poli(p-xilén) -CH2−⟨ο⟩−CH2-

2015.03.09. 58

Molekuláris szerkezet 11.Molekuláris szerkezet 11.�� Heterogén szénvázú polimerekHeterogén szénvázú polimerek ((Γ≠Γ≠Γ≠Γ≠Γ≠Γ≠Γ≠Γ≠ØØ))

N

H

N

H

C

O

C

O

O C

H

H

O

x

C

O

C

O

C O

H

H

C C O

H

H

H

H

N C

H

H

H

C

O

x-1

N C

H

H

H

N

H

x y-2

C

O

C C

H

H

O

Poliamidok

Poliuretánok

Poliéterek PoliészterekPOM POE

PET: x=2; PBT: x=4

PAx PAx.y Aramid

(Pl. PA6)

(Pl. PA6.6)

Kevlar

N C

H

H

H

N C

H O

x y

O C

O

O C

H

H

30

2015.03.09. 59


BiopolimerekBiopolimerek

�� PoliszacharidPoliszacharid alapúakalapúak•• CellulózCellulóz és hemicellulóz (és hemicellulóz (ββ--glükózglükóz))•• KeményítőKeményítő (burgonyából)(burgonyából) ((αα--glükózglükóz))

�� Fehérje alapúak Fehérje alapúak (aminosav)(aminosav)•• Növényi eredetűek (kukorica Növényi eredetűek (kukorica �� zeinzein))•• Állati eredetűek (tejÁllati eredetűek (tej��kazein; bőrkazein; bőr��kollagén)kollagén)

�� Lineáris, alifás poliészterekLineáris, alifás poliészterek•• PoliglikolsavPoliglikolsav (PGA = (PGA = polyglicolicpolyglicolic--acidacid) () (glikolsavbólglikolsavból polikondenzációvalpolikondenzációval))•• PolitejsavPolitejsav (PLA = (PLA = polylacticpolylactic--acidacid, , polilaktidpolilaktid)()(laktidbóllaktidbólpolikondenzációvalpolikondenzációval, vagy keményítőből fermentációval), vagy keményítőből fermentációval)

KeményítőKeményítő��GlükózGlükóz��(fermentáció)(fermentáció)��TejsavTejsav��PolitejsavPolitejsav

Keményítő

2015.03.09. 60

Molekuláris szerkezet 13.Molekuláris szerkezet 13.Oxigénhidas, egykomponensű polimerekIsm. egység: -A- = -X- ΓΓΓΓ-

MagcsoportX

HídcsoportΓΓΓΓ

•••• Szerves polimerek:

Poliéterek -O-

POM (polioximetilén, poliformaldehidpoliacetál)

-CH2-

POE (polioxietilén, polietilénoxid,polietilénglikol)

-(CH2)2-

POP (polioxipropilén) -CH2-CH(CH3)-

PAC (poliacetaldehid) -CH(CH3)-

CPE (klórozott poliéter) -CH2-C(CH2-Cl)2-CH2-

PPO (polifenilénoxid),vagy PPE (polifenilénéter)

−⟨ο⟩−

PECH (poliepiklorohidrin) (elasztomer) -CH(CH2Cl)-

Polikarbonátok -O-CO-O-

PC (polikarbonát) -(CH2)2−⟨ο⟩− vagy −⟨ο⟩−C(CH2)2−⟨ο⟩−

•••• Szervetlen polimerek:

Szilikonok

Polisziloxán -Si(CH3)2- -O-

31

2015.03.09. 61


Oxigénhidas, többkomponensű polimerek

Ismétlődő egység(-A-)

ΓΓΓΓ1 Híd(fél) ΓΓΓΓ2 Híd(fél)

Lineáris poliészterek:• PET, PETP• PBT, PBTP

-ΓΓΓΓ1-(CH2)m-ΓΓΓΓ1-ΓΓΓΓ2−⟨ο⟩−ΓΓΓΓ2-m = 2m = 4

-O- -CO-

PoliéterketonokPEKPEEKPEKKPOB (polioxibenzoat)

-[−⟨ο⟩−ΓΓΓΓ1-]m-[−−−−⟨οοοο⟩−Γ−Γ−Γ−Γ2-]n-m = 1, n = 1m = 2, n = 1m = 1, n = 2m = 2, n = 2

-O- -CO-

PPE (polifenilénéter)Q = aromás gyűrű

-Q(CH3)2-ΓΓΓΓ1-Q(CH3)3-ΓΓΓΓ2- -O- -O-

Cellulózalapú anyagok

•Cellulóz (C)•Cellulózacetát (CA)•Cellulóznitrát (CN)•Etilcellulóz (EC)•Cellulózpropionát (CP)•Cellulózacetátbutirát (CAB)

•Cellulózacetátpropionát(CAP)

-G-ΓΓΓΓ1-G’-ΓΓΓΓ2-G=G’= -C5O[H 5R1R2R3]-R3= -CH3R1••••R1=R2= -OH••••R1=R2= -OCOCH3••••R1=R2= -ONO2••••R1=R2= -O(CH2)2••••R1=R2= -OCOCH2CH3••••R1= -OCOCH3R2= -OCO(CH2)2CH3

••••R1= -OCOCH3R2= -OCOCH2CH3

-O- -O-

OR 3

O

R 1

R 2OO

R2

R1

R3

2015.03.09. 62

Molekuláris szerkezet 15.Molekuláris szerkezet 15.Polimer Ismétlődő egység

(-A-)ΓΓΓΓ1 Hídfél ΓΓΓΓ2 Hídfél

N a főláncban:

Poliamidok(PA)•Egyalkotósak: PAx(x=m+1=4,6,7,11)pl. PA6 – polikaprolaktám•Kétalkotósak: PAx.yx=m=6;y=n+2=6,10,12pl. PA6.6 –polihexametilén-adipamid

-ΓΓΓΓ1-(CH2)m-ΓΓΓΓ2--ΓΓΓΓ1-(CH2)m-ΓΓΓΓ1-ΓΓΓΓ2-(CH2)n-ΓΓΓΓ2-

-NH- -CO-

Aramidok (aromásamidok)•Para-aramid, Q =−⟨ο⟩−(pl. Kevlár)•Meta-aramid, Q=Q’:(pl. Nomex)

-ΓΓΓΓ1-Q-ΓΓΓΓ1-ΓΓΓΓ2-Q-ΓΓΓΓ2- -NH- -CO-

Polikarbamidok -(CH2)m- -NH-CO- -NH-

Fehérjék(polipeptid)(sokalkotós biopolimer)

-ΓΓΓΓ1-CHRi-ΓΓΓΓ2- -NH- -CO-

Poliimidek (PI)Q = −⟨ο⟩−

-ΓΓΓΓ1=Q’=ΓΓΓΓ1’ -Q- -N(CO)2==(CO)2N-

∅

Poliamidimid(PAI)Q = −⟨ο⟩−R = változó tag

-ΓΓΓΓ1=Q’-ΓΓΓΓ2-Q-R-Q- -N(CO)2= -NH-CO-

p-para m-meta

32

2015.03.09. 63


Polimer Ismétlődő egység(-A-)

ΓΓΓΓ1 Hídfél ΓΓΓΓ2 Hídfél

N és O a főláncban:

Poliuretánok(PU) -ΓΓΓΓ1-(CH2)m-ΓΓΓΓ1-ΓΓΓΓ2-(CH2)n-ΓΓΓΓ2- -NH-CO- -O-

Poliimidek (PI)Q = −⟨ο⟩−

-ΓΓΓΓ1=Q’=ΓΓΓΓ1’ -Q-ΓΓΓΓ2-Q- -N(CO)2==(CO)2N-

-O-

Poliéterimid(PEI)Q = −⟨ο⟩−

-Q-ΓΓΓΓ1=Q’-ΓΓΓΓ2-Q-C(CH3)2-Q--ΓΓΓΓ2-Q--ΓΓΓΓ1’-

-N(CO)2= -O-

Polibismaleinimid(PBI)Q = −⟨ο⟩−R = változó tag

-(CH2)2=ΓΓΓΓ1-Q-R-Q-ΓΓΓΓ2=(CH)2- -N=(CO)2= ∅

C

C

C

C

N N

O O

OO

Imid-kötés

2015.03.09. 64


Polimer Ismétlődő egység(-A-)

ΓΓΓΓ1 Hídfél ΓΓΓΓ2 Hídfél

S atom a főláncban:

Polifenilénszulfid(PPS)Q = −⟨ο⟩−

−⟨ο⟩−ΓΓΓΓ1- -S- ∅

S és O a főláncban

Poliszulfonok(PSU)Q = −⟨ο⟩−

-Q-ΓΓΓΓ1-Q-ΓΓΓΓ2-Q-C(CH3)2-Q-ΓΓΓΓ2- -SO2- -O-

Poliéterszulfon(PESU) Q =−⟨ο⟩−

−⟨ο⟩−ΓΓΓΓ1−⟨ο⟩−ΓΓΓΓ2−⟨ο⟩− -SO2- -O-

33

2015.03.09. 65


�� Az ismétlődő egység (A) Az ismétlődő egység (A) szerkezetiszerkezeti izomériáiizomériái

•• CiszCisz--transz izomériatransz izoméria Cisz TranszCisz TranszPl. Pl. ciszcisz--izoprénizoprén = kaucsuk= kaucsuk

transztransz--izoprénizoprén = = guttagutta--perchapercha

•• 6 atomos gyűrű 6 atomos gyűrű (5xC, 1xO) szék (a) és kád (b) formájú (5xC, 1xO) szék (a) és kád (b) formájú izomériája (pl. cellulóz)izomériája (pl. cellulóz)

CC

CHC

H

C CC

CHC

H

C3 3

a) b)

a) b)

2015.03.09. 66


pl. PP:

R=-CH3

C C

H

H

H

H

C C

H

H

H

CH

HH

~ ~f l

PE

PP

Aszimmetrikus C-atomos molekulalánc

a. Izotaktikusb. Szündiotaktikusc. Ataktikus

Konfigurációs izomerek:

34

2015.03.09. 67


LáncmentiLáncmenti térbeli szabályosság térbeli szabályosság KKonfigurációs izomerek (primer térszerkezet)

Konfigurációs ismétlődő egység (K)

�� FejFej--láb kapcsolódás módjaláb kapcsolódás módja•• Szabályos (fSzabályos (f--l, l, ff--ff--ll--ll) ) �� ((KK=A, =A, KK=AA)=AA)•• SzabálytalanSzabálytalan

�� TaktikusságTaktikusság•• Szabályos (Szabályos (izotaktikusizotaktikus ↓↓, , szündiotaktikusszündiotaktikus ↓↑↓↑) ) �� ((KK=A, =A, KK=AA)=AA)•• Szabálytalan (Szabálytalan (ataktikusataktikus))

�� JelentőségJelentőségA kristályosodás feltétele a A kristályosodás feltétele a láncmentiláncmenti térbeli szabályosság térbeli szabályosság

2015.03.09. 68


��Molekulák alaktípusaiMolekulák alaktípusai�� Topológiai alakTopológiai alak

•• LineárisLineáris (a) (HDPE, LLDPE)(a) (HDPE, LLDPE)

•• ElágazóElágazó –– fafa--(b), fésű(b), fésű--(c)(c)

és csillagés csillag--alakú (d) (LDPE)alakú (d) (LDPE)

•• HurkosHurkos –– létralétra--alakú (e),alakú (e),

hurkoshurkos--elágazó (f) alakúelágazó (f) alakú

•• TérhálósTérhálós (g)(g)

�� KonformációKonformáció –– CC--CC--C rotáció révénC rotáció révén→→ konformációs izomerekkonformációs izomerek

a)

b)

f)

e)

c)

d)g)

35

2015.03.09. 69


�� KonformációKonformáció: rotáció a C: rotáció a C--C kötések körülC kötések körül

Pl. N-bután molekula rotációs

helyzetei és energiaszintjei:

CH2(CH

3)–CH

2(CH

3)

Cisz-állás (1,7): globális energia maximum

Transz-állás (4): globális energia minimum

Fedő-állás (3, 5): lokális energia maximum

Ferde-állás (2,6): lokális energia minimum

2015.03.09. 70


Vázatomokkötése

Vegyület Konstitúció Rotációs energiagát

[kJ/mol]

C-C AcetonCisz-buténMetil-acetátPropilénTransz-buténEtánIzobutánIzopentánHexaklor-etán

H3C-CO-CH3H3C-CH=CH-CH3H3C-CO-O-CH3H3C-C(CH3)=CH2H3C-CH=CH-CH3H3C-CH3H3C-CH(CH3)2H3C-C(CH3)3Cl3C-CCl3

2,092,513,186,288,1611,7216,3220,1042,00

C-O Metil-alkohol H3C-OH 4,48

C-N Metil-aminDimetil-formamid

H3C-NH2H-OC-N(CH3)2

7,9592,11

Rotációs energiagát értékek egyes kötéseknél

Szekunder kötések disszociációs energiája: 2 … 30 (..40) kJ/mol

36

2015.03.09. 71

Molekuláris szerkezet 25.Molekuláris szerkezet 25.�� PolimerláncPolimerlánc konformációs térszerkezeteikonformációs térszerkezetei

•• Szekunder térszerkezetekSzekunder térszerkezetek

a)

b)

c)

Atom H C O F Cl Br J CH 3-

r0/2 [nm] 0,12 0,17 0,14 0,135 0,18 0,195 0,215 0,20

a) Nyújtottb) Spirálc) Statisztikus

Spirál:

Van der Waals távolság ↔ atomsugár:

3/1 7/2 4/1 4/1PPa) b) c)

• Tercier térszerkezetek

Köteges Hajtogatott Szuperhélix

Identitási távolság = Konformációs ismétlődő egység

Bobeth W.: Textile Faserstoffe. Springer-Verlag,

Berlin. 1993.

2015.03.09. 72


�� Térhálós szerkezetekTérhálós szerkezetekFenol-formaldehid gyanta

(Bakelit)

CH2-C(CH3)-CH-CH2 S S

CH2-C(CH3)-CH-CH2

Vulkanizált kaucsuk

(NR gumi) (-SSSS- is

lehet) N-CH2-N-CH2-N

C=O C=O

N-CH2-N-CH2-N

Urea-formaldehid

(karbamid) gyanta

-OX1-OOC-X2-COO-X1-OOC-CH-CH-COO-X1-O-

[CH-CHR]n

-OX1-OOC-X2-COO-X1-OOC-CH-CH-COO-X1-O-

Telítetlen poliészter (UP) gyanta

B

A

Egymásbahatoló térháló (IPN)

37

2015.03.09. 73


�� Térhálós szerkezetekTérhálós szerkezetek

•••• Epoxi gyanta (EP) – előpolimerje (0<n<25)

Megfelelő katalizátor, vagy térhálósító esetén, a epoxigyűrű O atomjai leválása révén, térhálókötések jönnek létre.

•••• Vinilészter gyanta (VE) – a poliészter gyanta egy hibrid, epoxi molekulákkal szívósított formája, pl. az epoxi észterizálásával kapják.

Tipikus addíciós térhálósító a

TETA (trietilén-tetramin)

en.wikipedia.org

2015.03.09. 74


�� Térhálós szerkezetek Térhálós szerkezetek –– Sűrűn térhálós polimerek (STH)Sűrűn térhálós polimerek (STH)

Telítetlen poliészter Telítetlen poliészter (UP) gyanta megszilárdulási folyamata(UP) gyanta megszilárdulási folyamata

GélesedésGélesedés: gél állapotba jutás : gél állapotba jutás –– összefüggő molekulaösszefüggő molekula

Hidegen - lassabb Melegen - gyorsabb Czvkikovszky-Nagy-Gaál: A polimertechnika alapjai. Műegyetemi Kiadó,

Bp. 2000.

38

2015.03.09. 75

Molekuláris szerkezet 29.Molekuláris szerkezet 29.�� Térhálós szerkezetekTérhálós szerkezetek –– Gyengén térhálós elasztomerek Gyengén térhálós elasztomerek (GTE)(GTE)

Kaucsuk vulkanizálása és

térhálósodási folyamata

2015.03.09. 76


�� HomopolimerHomopolimer –– egyféle ismétlődő egység (A) egyféle ismétlődő egység (A)

�� KopolimerekKopolimerek –– többféle ismétlődő egység (A,B,…)többféle ismétlődő egység (A,B,…)((polimerképzőpolimerképző monomerekből: M1monomerekből: M1��A, M2A, M2��B)B)

1. 1. SzabályosSzabályos (periodikus) szerkezetű(periodikus) szerkezetű –– van ismétlődő egységevan ismétlődő egysége

•• Alternáló Alternáló kopolimerkopolimer ((--ABAB--))

•• BlokkBlokk--kopolimerkopolimer (rövidblokkos) (pl. (rövidblokkos) (pl. --AABBBAABBB--))

2. 2. SzabálytalanSzabálytalan (aperiodikus) szerkezetű(aperiodikus) szerkezetű –– nincs ismétlődő egységenincs ismétlődő egysége

•• Statisztikus Statisztikus kopolimerkopolimer –– szabálytalan hosszúságú blokkokszabálytalan hosszúságú blokkok

3. 3. HosszúblokkosHosszúblokkos kopolimerkopolimer

•• TömbTömb--kopolimerkopolimer –– lineáris (lineáris (--AA…AAA…A--BB…BBB…B--))

•• Ojtott Ojtott kopolimerkopolimer –– elágazó elágazó

39

2015.03.09. 77

Molekuláris szerkezet 31.Molekuláris szerkezet 31.�� Sztirol Sztirol kopolimerekkopolimerek szerkezete szerkezete –– az összetevők hatásaaz összetevők hatása

Császi F. – Gaál J.: Segédlet a Műanyagok c.

tárgyhoz. Tankönyvkiadó Bp. 1984.

2015.03.09. 78


�� Polimerlánc molekulatömege és jellemzőiPolimerlánc molekulatömege és jellemzői

Polimerláncok felépítésePolimerláncok felépítése: : PPkk = Z= Z11--[A][A]n(k)n(k)--ZZ22 (k=1,…,n)(k=1,…,n)ZZ11, Z, Z

22–– zárótagok, végcsoportokzárótagok, végcsoportok

Az kAz k--adik lánc tömegeadik lánc tömege: : m(Pm(Pkk)=m(Z)=m(Z11)+)+nnkk⋅⋅m(Am(A)+m(Z)+m(Z22))

nnkk

–– a ka k--adik lánc polimerizációs fokaadik lánc polimerizációs foka

Átlagos molekulatömeg (számÁtlagos molekulatömeg (szám--szerinti):szerinti):MMnn == m(Zm(Z11)+)+DPDP⋅⋅m(Am(A)+m(Z)+m(Z22))DPDP = a polimer átlagos polimerizációs foka= a polimer átlagos polimerizációs foka

40

2015.03.09. 79


�� Molekulatömeg számszerinti jellemzőiMolekulatömeg számszerinti jellemzői

∑n

imn 1

1∑n

imn 1

1

Mn

nmfmm

nM

i

iir

iki

n

kkn :

1

11==≈=

∑

∑∑∑==

( ) 22

1

21n

n

knkn MmMm

nS −=−= ∑

=

Számszerinti átlag:

Számszerinti négyzetes szórás:

2015.03.09. 80


�� Átlagos molekulatömeg jellemzőkÁtlagos molekulatömeg jellemzők

•• Súlyozott molekulatömeg átlag:Súlyozott molekulatömeg átlag:

•• PolidiszperzitásPolidiszperzitás indexe/foka:indexe/foka:

ÁltalábanÁltalában: PI: PI≈≈3, de lehet akár 50 is; 3, de lehet akár 50 is; MonodiszperzMonodiszperz polimer: PIpolimer: PI≤≤1,1,11

�� Mérési módszerekMérési módszerek•• Végcsoportok száma/tömege mérése (Végcsoportok száma/tömege mérése (MMnn))

•• Fényszóródás mérés (Fényszóródás mérés (MMnn))

•• Ultracentrifugás mérés (MUltracentrifugás mérés (Mmm, , MMzz))

•• Viszkozitás mérés (Viszkozitás mérés (MMvv))

•• Egyéb módszerek (diffúziós, gőzEgyéb módszerek (diffúziós, gőz--, ozmózisnyomás mérés), ozmózisnyomás mérés)

∑∑=

i

iig g

gmM gi = súlyozó osztályjellemző

21 nn

m VM

MPdPI +=== Mn: gi=ni

Mm: gi=nimi

Mz: gi=nim2i

Mn < Mv < Mm < Mz

41

2015.03.09. 81


�� ViszkozitásViszkozitás--szerinti molekulatömeg átlag és méréseszerinti molekulatömeg átlag és mérése

[ ] ( ) α+αα+ααααα

=

==

η=

η=∑

∑∑

∑

11

111

11][

M

M

Mn

MncM

K

c

KM

ii

iiii

iiv

αη vKM=][αη ii KM=][

Mark-Kuhn-Howink-Sakurada összefüggés az i-edik polimer molekulatömeg frakcióra és a teljes oldatra:

Viszkozitás-szerinti átlag:

ηo(c), ηosz = polimer oldat és oldószer viszkozitása

c = polimer koncentrációja

[η] = határviszkozitás

Flexibilis polimer: 0.5<α<0.8

Merev láncú: 0.8< α <2

∑=

ii

iii Mn

Mnc

>⇒>α=⇒=α<⇒<α

mv

mv

mv

MM

MM

MM

Ha

1

1

1

2015.03.09. 82


�� GPC készülék molekulatömegGPC készülék molekulatömeg--eloszlás méréséhezeloszlás méréséhezRégen: frakcionálással

http://www.answers.com/topic/gel-permeation-

chromatographyhttp://www.mtpgroup.nl/amm-laboratory-course.aspx

42

2015.03.09. 83

Molekuláris szerkezet 37.Molekuláris szerkezet 37.�� GPC mérés eredményeGPC mérés eredménye

http://cnx.org/content/m43550/latest/?collection=col10699/latest

2015.03.09. 84


�� Molekulatömeg hatása a polimer tulajdonságairaMolekulatömeg hatása a polimer tulajdonságaira

PE állaga és tulajdonságai a molekulatömeg függvényében

43

2015.03.09. 85


�� Molekulatömeg hatása a polimer tulajdonságairaMolekulatömeg hatása a polimer tulajdonságaira

Szilárdság ←← átlagos móltömeg

Ömledékviszkozitás ← átlagos móltömeg

(polidimetilsziloxán, 20 oC-on)

PP szál

2015.03.09. 86

Oldhatóság, elegyíthetőség 1.Oldhatóság, elegyíthetőség 1.

�� JelentőségeJelentősége

•• Nem termoplasztikusNem termoplasztikus, lineáris polimerek , lineáris polimerek feldolgozása oldatból:feldolgozása oldatból:

•• Természetes anyagok: cellulóz, vázfehérjékTermészetes anyagok: cellulóz, vázfehérjék

•• Mesterséges anyagok: HPPE, PAN (CMesterséges anyagok: HPPE, PAN (C--szál), szál),

Kevlar, TeflonKevlar, Teflon

•• Polimer keverékek, ötvözetekPolimer keverékek, ötvözetek előállításaelőállítása

44

2015.03.09. 87


�� Kohéziós energia Kohéziós energia [ J/részecske][ J/részecske]

�� Kohéziós energiasűrűség: CED Kohéziós energiasűrűség: CED [ J/cm3]

AlapfunkcióAlapfunkció PolimerPolimer CED CED [J/cm[J/cm33]]

ElasztomerElasztomer--

képzőképző

PE, NRPE, NR …<300…<300

PlasztomerPlasztomer PS, PVCPS, PVC 300<…<400300<…<400

SzálképzőSzálképző PET, PA6, PET, PA6, PANPAN

400< …400< …

2015.03.09. 88


�� Oldódás/elegyedés feltétele:Oldódás/elegyedés feltétele:G – Gibbs-féle szabadenergiaH – entalpia (hőtartalom)S – entrópiaT – abszolút hőmérséklet

∆∆∆∆H – oldódási hő∆∆∆∆H<0 exoterm folyamat∆∆∆∆H>0 endoterm folyamat

Hildebrand-Scott:

Diszperziós kölcsönhatásoknál

∆∆∆∆H=v1v2(δδδδ1-δδδδ2)2

vi– térfogathányad (i=1,2)

oldhatósági paraméter (i=1,2)CEDδi =

x x

x

x

xx

xx

x

x

x

x

o

ooo

o

o

oo oo

o

o

o

oo x

x

x

x

xx

xx

x

x

xx

Komponens_1

Komponens_2

Keverék

Kezdõ állapot

Végállapot

ooo

o

o

o

o

o

oo oo

oo

Ho, So, Go

H, S, G

Elegyedés: ∆G = ∆H - T∆S < 0

∆S = S - So > 0

T = állandó

45

2015.03.09. 89

Oldhatósági paraméterértékekOldhatósági paraméterértékekOLDÓSZER ρρρρ1 [J/cm3]1/2 POLIMER ρρρρ2 [J/cm3]1/2

n-Hexán 14.80 Polietilén (PE) 16.2

Dekalin 16.00 Polisztirol (PS) 18.9

Ciklohexán 17.00 Poli(metil-metakrilát) (PMMA) 18.6

Szén-tetraklorid 17.60 Poli(vinilklorid)(PVC) 19.5

2-Butanon 18.52 Poli(etilén-tereftalát) (PETP) 21.9

Benzol 18.75 Nylon 66 (PA6.6) 27.8

Kloroform 18.9 Poliakrilnitril (PAN) 26.3

Tetrahidrofurán 19.45

Aceton 20.00

Dimetil-formamid 25.00

Metanol 29.70

Ciklohexanon 32.80


Pontosabb beállításhoz:

oldószer keverékek

2015.03.09. 90


�� Polimerek oldódásaPolimerek oldódása(1) Duzzadás (amorf részekben)(1) Duzzadás (amorf részekben)

(a térhálós csak duzzad!)(a térhálós csak duzzad!)(2) A duzzadt polimer a gél (2) A duzzadt polimer a gél

állapoton áthaladva oldódikállapoton áthaladva oldódik

�� Empirikus Empirikus oldhatósági szabályokoldhatósági szabályok

•• Hasonló hasonlót oldHasonló hasonlót old•• A A móltömegmóltömeg növekedésével az növekedésével az

oldhatóság csökkenoldhatóság csökken•• Az olvadáspont növekedésével Az olvadáspont növekedésével

az oldhatóság csökkenaz oldhatóság csökken

Menges G.: Werkstoffkunde de Kunststoffe. Hanser V. München 1985.

46

2015.03.09. 91


�� Keveredés entrópiájaKeveredés entrópiája –– FloryFlory--HugginsHuggins--féle rácsmodell féle rácsmodell (n=n(n=n

11+n+n

22számú, Vszámú, V

ootérfogatú részecskének megfelelő rácspont)térfogatú részecskének megfelelő rácspont)

Kismolekulájúoldószer (1)és oldandó (2)V1 = n1Vo

V2 = n2Vo

Kismolekulájúoldószer (1)+ polimer (2)V1 = n1Vo

V2 = n2N2Vo

Polimeroldószer (1)+ polimer (2)V1 = n1N1Vo

V2 = n2N2Vo

N1=polimerizációs fok; φi = Vi/V=térfogattört; V=V1+V2

2015.03.09. 92


�� Az oldódás/keveredés fajlagos szabadentalpiájaAz oldódás/keveredés fajlagos szabadentalpiája

21122

21

1

1

2211lnln

)(φφχ+φφ+φφ=

+∆=∆

NNNnNnkT

Gg

G – Gibbs-féle szabadenergia

k – Boltzmann állandó

T – abszolút hőmérséklet

n1, n2 – részecskék száma

N1, N2 – polimerizációs fokok

φ1, φ2 – térfogati részarányok

χ1=χ1(p,T) – Flory-Huggins-féle oldószer-polimer kölcsönhatási állandó

Boltzmann: S=k·lnW Stirling: ln n! ∼ n ln n

47

2015.03.09. 93


�� A A FloryFlory--HugginsHuggins--féleféle kölcsönhatási állandó kölcsönhatási állandó ((χχ11))

• Hosszútávú (kizárt-térfogat) kölcsönhatások –vonzás/taszítás – jó/rossz oldószer

• Rossz oldószer: χ1>0,5

• Semleges, θ-állapotban:χ1=0,5

• Jó oldószer: χ1<0,5

Polimer oldatoknál általában: 0.25<χ1<0.6

Polimer oldat (kismolekulájú oldószer) esetén:

FKH AKHFelső- és Alsó Kritikus Hőmérséklet

χkrit

=

2015.03.09. 94


�� Elegyíthetőség feltétele egy koncentráció tartományban:Elegyíthetőség feltétele egy koncentráció tartományban:

• Egy (φ1, φ2) tartományban teljesülnie kell:

(1) ∆g < 0

(2) ∆g(φ) alulról konvex

• Korlátlan

elegyíthetőség:

A fentiek a teljes (0,1) tartományban teljesülnek

2100

210

)1(

)1(

gggg ∆α+∆α−=′∆<∆αφ+φα−=φ (0≤α≤1)

48

2015.03.09. 95


�� Korlátlan elegyíthetőség feltétele:Korlátlan elegyíthetőség feltétele:

21

2

NN

Nkrit +

=φ)(:)1(

11

2

10)(

211

" φ=

φ−+

φ<χ⇒>∆ φφ p

NNg

Korlátlan elegyedés, ha 0<φ<1-re: p(φ)-nek minimuma van a φkrit-nál:

∞→→∞→=→

==

=

+=φ=φ=χ<

≤φ≤),min(,0

,1,5.0

,2

11

2

1)()(min0

21

21

212

2110,1

NN

NN

NNNN

NNpp kritkrit

Két egybeeső spinodális pont:χχχχ1 ≤≤≤≤ χχχχ1,krit ⇒ Korlátlan elegyedés

Két különálló spinodális pont:χχχχ1 > χχχχ1,krit ⇒ Részleges elegyedés

Spinodális pont = inflexiós ponta ∆g(φ) görbén

),min(

2

),max(

2

21,1

21 NNNN krit <χ<

⇒

Polimer oldat

2015.03.09. 96

Oldhatóság, elegyíthetőség 10.a.Oldhatóság, elegyíthetőség 10.a.

�� Keveredési szabad entalpiagörbékKeveredési szabad entalpiagörbék: : Kismolekulájú oldatKismolekulájú oldat

2

21,1

11

2

1

+=χ

NNkrit

elegyedésRészleges

pontspinodáliskülönállóKét

elegyedésKorlátlan

pontspinodálisegybeesőKét

krit

krit

⇒χ>χ

⇒χ≤χ

,11

,11

:

:

2,1 =χ krit

A Flory-Huggins elmélet feltevései mellett a ∆g(φ) függvény speciális tulajdonsága:A φ=0, illetve φ=1 értékeknél a meredekség –∞, illetve +∞�Minden (reális) χ

1értéknél

van olyan δ>0, hogy a (0,δ), ill. (1-δ,1) kicsiny φ tartományokban oldódás/elegyedés jön létre

49

2015.03.09. 97

Oldhatóság, elegyíthetőség 10.b.Oldhatóság, elegyíthetőség 10.b.

�� Keveredési szabad entalpiagörbékKeveredési szabad entalpiagörbék: : Polimer oldatPolimer oldat

2

21,1

11

2

1

+=χ

NNkrit


pontspinodálisvagykülönálló


pontspinodálisvagyegybeeső

krit

krit

⇒χ>χ

⇒χ≤χ

,11

,11

:1,2

:0,2

605,0,1 =χ krit

5,02

,1 →χ∞→Nkrit

2015.03.09. 98

Oldhatóság, elegyíthetőség 10.c.Oldhatóság, elegyíthetőség 10.c.

�� Keveredési szabad entalpiagörbékKeveredési szabad entalpiagörbék: : Polimer keverékPolimer keverék

2

21,1

11

2

1

+=χ

NNkrit

02,0,1 =χ krit





krit

krit

⇒χ>χ

⇒χ≤χ

,11

,11

:1,2

:0,2

50

2015.03.09. 99

Oldhatóság, elegyíthetőség 10.d.Oldhatóság, elegyíthetőség 10.d.

�� Keveredési szabad entalpiagörbékKeveredési szabad entalpiagörbék: : Polimer keverékPolimer keverék

2

21,1

11

2

1

+=χ

NNkrit

01457,0,1 =χ krit





krit

krit

⇒χ>χ

⇒χ≤χ

,11

,11

:1,2

:0,2

2015.03.09. 100


�� Elegyedés/szételegyedés és az átmenet tartományaiElegyedés/szételegyedés és az átmenet tartományai

• Konvex burkoló görbe

• Binodális pontok

• Spinodális pontok

• Irányérzékeny átmenetek:

Bi �Si , Si �Bi (i=1,2)

Keverékek fázisdiagramja

• AKH – alsó kritikus szétválási hőmérséklet (polimer keverékeknél)

• FKH – felső kritikus szétválási hőmérséklet

51

2015.03.09. 101


�� Egyéb típusú fázisdiagramokEgyéb típusú fázisdiagramok

FKH: Polimer oldatoknál (kismolekulájú oldószer) AKH és FKH:

Kismolekulájú oldatoknál Speciális, ritka esetek

2015.03.09. 102


�� Polimer keverékekPolimer keverékek

•• ElegyedőElegyedő komponensekkomponensekPl.1. PA/Pl.1. PA/PAPA ((móltömegmóltömeg különböző)különböző)Pl.2. PMMA/PVDF, PPO/PSPl.2. PMMA/PVDF, PPO/PS

•• Nem elegyedőNem elegyedő komponensekkomponensek

Polimer ötvözetPolimer ötvözet készítése készítése –– kompatibilizálássalkompatibilizálással

(Pl. ABS/PC (Pl. ABS/PC –– BayblendBayblend))Technológiai alkalmazások Technológiai alkalmazások –– nem kompatibilis komponensekkel nem kompatibilis komponensekkel

(Pl. (Pl. mikroszálgyártásmikroszálgyártás))

52

2015.03.09. 103


�� KompatibilizálásKompatibilizálás módszereimódszerei

X

AA

A A

A A

A

A A

B B

BB

BB

B

B B

B BB

BB

BB

Fázishatár

• Kötő kopolimerek bekeverése

• Kötő kopolimerek ‘in situ’ generálása

• Ionomerek adalékolása

• Olyan polimer adalékolása, amely a fázishatárokon csökkenti a felületi feszültséget

Fázishatáron kötő kopolimer

2015.03.09. 104

Oldhatóság, elegyíthetőség 15.Oldhatóság, elegyíthetőség 15.Polimerkeverék A komponensek keverékben érvényesülő tulajdonságai

Elegyedők

PPO/PS = PPE/PSPMMA/PVDF

PPO=PPE – szilárdság, hőállóságPS - olvadékos megmunkálás, degradáció nélkülPMMA – merevségPVDF - lángállóság, megmunkálhatóság

Közel elegyedők

PVC/PMMA PVC - lángállóság, merevség, alacsony költségPMMA – merevség

Nem elegyedők – kompatibilizált keverékek, ötvözetek

ABS/PCPC/PETPPC/PBTPPVC/ABS

ABS – megmunkálhatóság, alacsony költségPC - szívósság, hőállóságPETP vagy PBTP – vegyszerállóság, megmunkálhatóságPVC - lángállóság, merevség, alacsony költség

PBTP/EPDMSMA/ABSPOM/PTFEPVC/NBR

PBTP – megmunkálhatóság, merevségEPDM elasztomer – ütésállóság SMA – megömleszthetőségABS - mechanikai tulajdonságok, festhetőségPOM - mechanikai tulajdonságok, megmunkálhatóságPTFE - belső vagy önkenésPVC - lángállóság, megmunkálhatóság, vegyszerállóságNBR elasztomer – flexibilitás

PE/PA PE-mátrix – alacsony költség, megmunkálhatóságPA-rétegképző – záróréteg a tartályfalban

Utracki L.A.: Polymer Alloys and Blends. Hanser Pub., New York, 1990.

53

2015.03.09. 105

Folyadékkristályos szerkezetekFolyadékkristályos szerkezetek

�� Folyadékkristályos szerkezet = Folyadékkristályos szerkezet = anizotrópanizotróp folyadékfolyadék

Szmektikus Nematikus Koleszterikus

Lyotróp LCP: Polimer oldatban (c1, c2) koncentráció tartományban; pl. Kevlar

Termotróp LCP: Polimer olvadékban (T1, T2) hőfoktartományban; pl. Vectran

(LCP poliészter)

Lyotróp LCP

Mezofázisú szerkezet – Feltétele: merev (pálcikaszerű) molekulaláncok

Bobeth W.: Textile Faserstoffe. Springer Verlag, Berlin, 1993.

2015.03.09. 106

Feldolgozható polimerek előállítása 1.Feldolgozható polimerek előállítása 1.

HŐRE LÁGYULÓ POLIMERTERMÉK GYÁRTÁSA

1. Monomerek

Művelet: ↓↓↓↓ Polimerizálás

2. Nagy móltömegű szilárd polimer

Művelet: ↓↓↓↓ Keverés, elegyítés↓↓↓↓ (kompaundálás)

3. Feldolgozható polimer alapanyag

Művelet: ↓↓↓↓ Olvadékos↓↓↓↓ formaképzés↓↓↓↓ lehűtés

4. Hőre lágyuló polimer termék

TÉRHÁLÓS POLIMER TERMÉK GYÁRTÁSA

1. Monomerek

Művelet: ↓↓↓↓ Polimerizálás

2. Kis móltömegű polimer (oligomer, előpolimer)

Művelet: ↓↓↓↓ Keverés, elegyítés↓↓↓↓ (kompaundálás)

3. Feldolgozható polimer alapanyag

Művelet: ↓↓↓↓ Formakitöltés↓↓↓↓ melegítés↓↓↓↓ térhálósítás

4. Térhálós polimer termék

54

2015.03.09. 107

Feldolgozható polimerek előállítása 2.Feldolgozható polimerek előállítása 2.

�� Adalékanyagok 1.Adalékanyagok 1.

�� SzerkezetmódosításSzerkezetmódosítás

•• Nukleáló szerek Nukleáló szerek

•• StabilizátorokStabilizátorok

•• Lágyítók Lágyítók

�� SzerkezetátalakításSzerkezetátalakítás

•• HabosítószerekHabosítószerek

•• Ütésálló adalékokÜtésálló adalékok

•• Térhálósítók és katalizátorokTérhálósítók és katalizátorok

•• Térhálósodást gyorsítók/lassítókTérhálósodást gyorsítók/lassítók

•• TöltőTöltő-- és erősítőanyagokés erősítőanyagok

•• Tapadást elősegítő anyagokTapadást elősegítő anyagok

�� Adalékanyagok 2.Adalékanyagok 2.

�� FeldolgozhatóságFeldolgozhatóság

•• Csúsztatók (belső/külső)Csúsztatók (belső/külső)

•• KenőanyagokKenőanyagok

•• FormaleválasztókFormaleválasztók

�� AlkalmazhatóságAlkalmazhatóság

•• Égésgátlók Égésgátlók

•• Lángállóságot növelőkLángállóságot növelők

•• Antioxidánsok Antioxidánsok

•• AntisztatikumokAntisztatikumok

•• Színezékek, optikai fehérítőkSzínezékek, optikai fehérítők

•• SzagSzag-- és illatanyagokés illatanyagok

2015.03.09. 108

PolimergyártásPolimergyártás MagyarországonMagyarországon

�� TVK:TVK: (etilén) LDPE, HDPE, LLDPE; (propilén) PP(etilén) LDPE, HDPE, LLDPE; (propilén) PP

�� BorsodChem:BorsodChem: ((vinilkloridvinilklorid) PVC, PF () PVC, PF (fenolgyantafenolgyanta))

�� DunamontDunamont (DunastyrDunastyr):: (sztirol) HIPS, (sztirol) HIPS,

EPS (EPS (extendableextendable==habosíthatóhabosítható PS)PS)

�� ZoltekZoltek Rt.:Rt.: ((akrilnitrilakrilnitril) PAN szálak, ) PAN szálak, PyronPyron szálakszálak (oxidált PAN), (oxidált PAN),

PANEX (szén) szálakPANEX (szén) szálak

Néhány nagyobb gyártó:

budapesti m polimertechnika tanszék polimer anyagtudománypt.bme.hu/~vas/polimer...

Documents