Szerkezet és tulajdonságok
Bevezetés
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
Kristályos polimerek – a kristályosodás feltétele, szabályos lánc – kristályos szerkezet – kristályosodás, gócképződés – kristályosodás, olvadás, kinetika – kristályos szerkezet és tulajdonságok
Amorf polimerek szerkezete 1
Bevezetés
Hajlékony polimer lánc
Tipikus viselkedés
Gyakorlati jelentőség
Kölcsönhatás és szabályzása – lágyítás
Kristályos polimerek
Heterogén szerkezetek amorf polimerekben
2
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
Jellemző hőmérsékletek: Tg, Tm
Üvegesedési hőmérséklet: a lánc hajlékonysága
Meghatározó tényezők – a főláncban található kötések típusa – a szubsztituensek mérete, sztérikus hatások – intermolekuláris kölcsönhatások
3
Molekulaszerkezet és tulajdonságok A főlánc szerkezete Ismétlődő egység
Polimer
Tg (°C)
CH3
Poli(dimetil-sziloxán)
Si
-123
O
CH3
Polietilén
CH2
Polioximetilén
CH2
Poliamid 6 Poli(etilén-tereftalát)
NH
CH2
-120
O
-50
(CH2)5
OCH2CH2OOC
CO CH3
Polikarbonát O
C O
O
50
CO
69 150
C CH3
4
Molekulaszerkezet és tulajdonságok A szubsztituensek mérete Polimer
Ismétlődő egység
Tg (°C)
Polietilén
CH2
CH2
–120
Polipropilén
CH2 CH
–10
CH3
Polisztirol
Poli(vinil-karbazol)
CH2
CH2
CH
CH
100
208
N
5
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Intermolekuláris kölcsönhatások Polimer
Ismétlődő egység
Poliizobutilén
CH3 CH2
Tg (°C) –65
C CH3
Polipropilén
CH2 CH
–10
CH3 Poli(vinilidén-klorid)
Cl CH2
–17
C Cl
Poli(vinil-klorid)
CH2 CH
80
Cl Poli(akril-nitril)
CH2 CH
130
CN 6
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Intermolekuláris kölcsönhatás
40
Hidegállóság (oC)
20
0
-20
-40
-60 20
40
60
80
100
Lágyítótartalom (sr)
Lágyítás, másodlagos kötések – üvegesedés, hidegállóság. 7
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Összefüggés a jellemző hőmérsékletek között 350
Olvadáspont (oC)
300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -100 -50
0
50
100 150 200 250
Üvegesedési hőmérséklet (oC)
A jellemző hőmérsékletek összefüggnek; általános szabály nincs. 8
Kristályos polimerek Szerkezeti feltétel
Kristályosodási hő (J/g)
250
225
200 módosított 175 térhálós
150
125 0
100
200
300
400
500
600
Szilán tartalom (ppm)
Szabályos lánc 9
Kristályos polimerek Szerkezeti elemek elemi cella
krisztallit
lamella szferolit termék
Elemi cella: a legkisebb szabályos egység.
Lamella: jellemző a vastagsága.
Szferolit: mérete változik a gócképzés hatására.
Kristályosság: befolyásolja a merevséget. A polimer tulajdonságait a kristályszerkezet határozza meg. 10
Kristályos polimerek Elemi cella
PE, PVOH, cellulóz
PP, peptidek
Síkban kiterített és hélikus szerkezetek; polimorfia. 11
Kristályos polimerek Lamella
Egykristály, rojtozott micella, hajtogatott lamella. 12
Kristályos polimerek Szferolit
Lamellák gömb alakú halmaza; PP α módosulata.
13
Kristályos polimerek Szferolit
Lamellák a szferolitban, orientáció, vastagság, tulajdonságok. 14
Kristályos polimerek Cilindritek
Sorgócok és transzkristályosodás, korlátozott növekedés; hedritek, siskebab szerkezet.
16
Kristályos polimerek Gócképződés, gócképzők
Homogén és heterogén gócképzés; topológia szerepe, anizometrikus gócképzők. 17
Kristályos polimerek Gócképződés, gócképzők
19
Kristályos polimerek Kristályosodás, olvadás, kinetika
Olvadási hőmérséklet (oC)
140
130
120
110
100 15
20
25
30
Lamella vastagság (nm)
Az olvadási hőmérséklet a lamella vastagságtól függ. 20
Kristályos polimerek Kristályosodás, olvadás, kinetika
0
Hőáram (mW)
-2
-4
-6
-8
-10 40
80
120
160
200
240
Hőmérséklet (oC)
Széles olvadási tartomány, túlhűtés. 21
Kristályos polimerek Kristályosodás, olvadás, kinetika
Növekedési sebesség (µm/min)
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 120
140
160
180
200
220
Hőmérséklet (oC)
Szferolit növekedése: termodinamika és kinetika. 22
Kristályos polimerek Szerkezet és tulajdonságok
Modulus (GPa) - számolt
2.2
1.9
homo
1.6
kristálymódosulat
kristályosság
lamellavastagság
blokk 1.3
E = 0.02 Tcp + 0.025 ∆H c − 3.2
random
1.0
0.7 0.7
1.0
1.3
1.6
1.9
Modulus (GPa) - mért
2.2
a szferolitok mérete
kötőmolekulák száma
23
Kristályos polimerek Szerkezet és tulajdonságok
Szakítószilárdság (MPa)
45 40 35 30 25 20 15 10 0
3
6
9
12
15
Kötőmolekulák száma x 10 (C-C cm-2) -15
Kötőmolekulák száma arányos a lamellavastagsággal. 24
Kristályos polimerek Orientáció
Rugalmassági modulus (GPa)
6 5 4 3 2 1 0 1
2
3
4
5
6
7
8
Nyújtási arány
Nagy szilárdság és merevség az orientáció irányában. 25
