Transcript
Page 1: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLIMERNO

INŽENJERSTVO

Doc. dr. sc. Ljerka Kratofil Krehula

[email protected]

STUDIJ: Kemijsko inženjerstvo

1

Page 2: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Izvođenje nastave

• srijedom, 12-15 h, Marulićev trg 19,

P2KM-19

• Prof. dr. sc. Emi Govorčin Bajsić

• Prof. dr. sc. Marko Rogošić

• Doc. dr. sc. Ljerka Kratofil Krehula

2

Page 3: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Predavanja, 1. dio

Doc. dr. sc. Ljerka Kratofil Krehula

10. listopada

17. listopada

24. listopada

31. listopada 1. kolokvij

Laboratorijske vježbe

utorkom, 8-11 h, 16. i 23. listopada

ZPIOKT, Savska cesta 16/2 Graft polimerizacija Identifikacija

3

Page 4: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

4

1. dio kolegija (doc. Krehula) - ocjenjivanje

Ukupna ocjena: maksimalno 85 bodova 70 bodova - kolokvij 10 bodova - lab. vježbe 5 bodova - prisutnost 51 – 59 bodova – 60 % dovoljan (2) 60 – 67 bodova dobar (3) 68 – 75 bodova vrlo dobar (4) 76 – 85 bodova odličan (5)

Page 5: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Polimeri

5

Polimeri - kemijski spojevi vrlo velikih molekulskih masa

(u rasponu od nekoliko 1000 pa sve do nekoliko 1 000 000)

Naziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio

Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao je polimerima

kemijske spojeve koji se sastoje od

istovrsnih ponavljanih jedinica, mera.

Page 6: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

6

1839. E. Simon – prva polimerizacija

1924. H. Staudinger – uvodi naziv makromolekule

Page 7: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

1839. - prirodni kaučuk po prvi puta je vulkaniziran i dobiven je visoko

elastični materijal - guma.

1870. - dobiven komercijalni celuloid

(75 % celulozni nitrat + 25 % kamfor)

1892. - dobiveno je prvo tekstilno vlakno, rayon

1907. sintetiziran polimer fenol–formaldehidna smola (bakelit)

1920. - postavljena Staudinger-ova hipoteza o

makromolekulama

- započinje snažniji razvoj gumarske industrije zajedno s

razvojem autoindustrije.

1930. - započinje razvoj polimerne industrije.

1950. - snažan razvoj sintetskih polimera i industrije

polimernih materijala 20. stoljeće

„polimerno doba”

POVIJESNI RAZVOJ sintetskih polimera

7

Page 8: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

1953. H. Staundinger - za osnovne postavke teorije o polimerima

1963. K. Ziegler i G. Natta - za otkriće koordinacijske

polimerizacije s katalizatorima i za pripravu stereoregularnog

polimera

1974. P. J. Flory - za teorijski i eksperimentalni doprinos osnovnim

načelima polimerne znanosti

1991. P.-G. de Gennes - za uspješan matematički opis fenomena

faznog prijelaza kod polimera, tekućih kristala i super-

vodljivih materijala

2000. A. J. Heeger, A. G. Mac Diarmid i H. Shirakawa

- za otkriće i razvoj vodljivih polimera

Dobitnici Nobelove nagrade (područje polimera)

8

Page 9: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Prirodni polimeri – nastaju biosintezom u prirodi gdje se prikupljaju

i potom se prerađuju u polimerni materijal ili se sintetiziraju iz monomera

prirodnog porijekla.

Od prirodnih se polimera kao materijali upotrebljavaju prirodna koža,

svila, škrob, celuloza i celulozni derivati, hitin te prirodna guma.

Neki prirodni polimeri ne upotrebljavaju se kao materijali, ali se ubrajaju u

makromolekule (polimere): polisaharidi, enzimi, proteini.

• uz dodatak aditiva (punila, boja, stabilizatora…) nastaju

polimerni materijali

Polimeri - prirodnog ili sintetskog porijekla

9

Page 10: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Sintetski polimeri

• Sintetski polimeri - organskog ili anorganskog porijekla, bitno se razlikuju po svojstvima.

1. polimeri organskog porijekla:

polietilen - [CH2 - CH2 ]n-

– polazne sirovine (monomeri) dobivaju se iz nafte – nazivaju se još i petrokemijski polimeri - relativno jeftini

– do sada su najviše istraživani, najveća primjena

2. polimeri anorganskog porijekla –

- svakim danom sve se više istražuju i nalaze sve

veću primjenu.

10

Page 11: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

NOMENKLATURA POLIMERA

• Polimer dobiva ime prema svojoj osnovnoj monomernoj jedinici (meru), dakle prema izvoru nastajanja uz dodatak prefiksa poli-, npr.

• Monomer Polimer

CH2 = CH2 etilen ─( CH2 ─ CH2 )n─ polietilen, PE

CH = CH2 propilen ─( CH ─ CH2 )n ─ polipropilen, PP ׀ ׀ CH3 CH3

CH = CH2 vinil-acetat ─( CH - CH2 )n ─ poli(vinil-acetat), PVAc ׀ ׀ OCOCH3 OCOCH3

CH=CH2 vinil-klorid ─( CH - CH2 )n ─ poli(vinil-klorid), PVC Cl Cl Ako se ime monomera sastoji od 2 riječi, tada se ime polimera piše tako da se ime monomera piše u zagradi.

11

1. skupina polimera

Page 12: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Polimer dobiva ime prema karakterističnoj strukturnoj skupini

budući da osnovna monomerna jedinica nastaje iz različitih polaznih tvari.

Poliesteri HO – R– OH + HOOC – R' – COOH – (O – R –C O)n –

dialkohol dikiselina esterska skupina

COO

Poliamidi NH2-R-NH2 + HOCO-R'–COOH – (NH–R–CO)n-– ili

diamin dikiselina – (NH–R–NH–CO–R'–CO)n

CONH

Poliuretani HO-R-OH + OCN-R'-NCO -(O-R-O-CO-NH-R'-NH-CO)n-

dialkohol diizocijanat COONH

2. skupina polimera

12

Page 13: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLIMERNA molekula:

- homopolimer - sastoji se od 1 vrste monomera

- kopolimer - sastoji se od 2 ili više vrsta monomera

- linearan

- razgranat

- umrežen

RAZGRANATI

KOPOLIMERI

PS -lanac

EPDM

- cijepljeni kopolimer ili graft kopolimer

- blok kopolimer

LINEARNI

Strukturna građa molekula polimera

- statistički ili random kopolimer - alternirajući kopolimeri

13

Page 14: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

PODJELA POLIMERA prema mehaničkim svojstvima

14

POLIMERI

POLIPLASTI ELASTOMERI

TERMOPLASTI

KRISTALNI

TERMOSETI

AMORFNI

NEUMREŽENI UMREŽENI

Plastična svojstva Elastična svojstva

ili duromeri ili plastomeri

Page 15: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Svojstva polimera ovise o:

• Strukturi polim. molek. (lanca)

– veličini molek. masa

– umreženosti

• Duromeri

• Guma

– neumreženosti • Linearni

• Razgranati

• Amorfni

• Kristalni

• Semikristalni

15

• Kemijskom sastavu

– Poliolefini (PE,PP)

– Poliesteri (PET)

– Poliuretani

– Poliamidi („najlon”)

– Celuloza

– Epoksi smole

– Polikarbonati (PC)

– Polibutadien (BR guma)

– Polikloropren (CR guma)

– Silikoni

– Polisilani

POLIMERNI MATERIJALI

Page 16: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Kemijska

– degradacija

– topljivost

– gorivost

– barijerna svojstva

• Mehanička

– čvrstoća

– istezanje

– tvrdoća

• Fizička

– temperatura taljenja

– gustoća

– viskoznost

• optička

– transparentnost

• električna

– električna vodljivost

16

Svojstva polimera

Page 17: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

KARAKTERIZACIJA POLIMERA

Svojstva su posljedica – sastava i strukture polimerne molekule

- određivanjem svojstava „opisuje se” polimerni materijal – na

osnovi čega se određuje kvaliteta i područje primjene polimera.

a) kemijski sastav

b) struktura polimernog lanca

c) veličina i raspodjela molekulskih masa polimera

d) amorfna/kristalna struktura

e) morfologija – višefazni sustavi

S

V

O

J

S

T

V

A

Iznimno važan odnos struktura – svojstvo

ZAŠTO SU VAŽNA ODREĐUJU PODRUČJE PRIMJENE I

KVALITETU PROIZVODA 17

Page 18: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Kloroprenska guma

PRIMJENA

• vlakna

• ambalažni materijali

• premazi (boje i lakovi)

• ljepila

• primjena u elektronici

• membransko razdvajanje

• nosači lijekova

foije

Membrane separation

Adhesives

ODNOS struktura – svojstva

polietilen

18

Page 19: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLIMERI

19

Page 20: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

1. Plastika ili poliplasti

Plastomeri ili termoplasti

& duromeri ili termoseti

• Svojstva - primjena

– materijal (ambalaža, konstr. materijal)

– vlakna

– premazi

– ljepila

• Aditivi za plastiku

• Tehnologije prerade plastike (ekstruzija, injektiranje, predenje, premazivanje)

2. Gume (elastomeri)

prirodna & sintetska guma

– umješavanje & tehnološki

procesi prerade (auto gume, cijevi, crijeva…)

– tehnološki procesi prerade

lateksa (proizvodi tankih stijenki;

rukavice, baloni)

20

Page 21: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

3. Polimerne mješavine &

(nano)kompoziti

– mješljivost komponenti

– vrste mješavina

• Mješljive

• Kompatibilne

• Nemješljive

Svojstva mješavina i

(nano)kompozita

– izrazito drugačija u odnosu na

polazni polimer

4. Biopolimeri &

biorazgradljivi polimeri

– Bio- makromolekule

• Polisaharidi

• Polipeptidi & Poliproteini

• Prirodna guma

– Biorazgradljivi sintetski

polimeri

• Polilaktidna kiselina (PLA)

• Polihidroksialkanoat (PHA)

– Polihidroksibutirat (PHB)

• Polikaprolakton (PCL)

21

Page 22: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

5. Polimeri za napredne tehnologije

• Membrane i membranske tehnologije

– Barijerna svojstva

– Separacijske membrane

• Biomedicinska primjena i nosači lijekova

• Primjena u elektronici – Vodljivi polimeri

22

Page 24: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

ORGANSKI POLIMERI

• POLISTIREN – proizvodnja polistirena

iz stirena (vinil-benzena)

CHCH2n CH2 CH

n

Stiren (vinil-benzen) polistiren (poli (vinil-benzen))

tekućina PS

Polimeri dobiveni

radikalskim polimerizacijama

24

Page 25: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Stiropor • Vrsta polistirena dobivena bubrenjem pentanom

- ekspandirani polimerni materijal

• gori čađavim plamenom zbog prisutne benzenske jezgre

25

Page 26: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLIETILEN

n

CH2CH2 CH2 CH2

etilen, plin polietilen, PE

26

Page 27: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Polietilen se ekstrudira uz dodatak raznih pigmenata

• Crni polietilen – za vreće za smeće i u poljoprivredi

• Prozirni polietilen – za plastenike u poljoprivredi

• Bijeli ili obojeni polietilen – za plastične vrećice u

kućanstvu (LDPE), kutije i posude (HDPE)

27

Page 28: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLI(VINIL-KLORID)

CHCH2CH2 CH

Cl Cl

vinil-klorid, plin poli(vinil-klorid), PVC

28

Page 29: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Vrlo je dobar izolator-za električne

žice, za cijevi

• „Skaj” – vinilna sintetska koža-za torbe

i odjeću, cipele

29

Page 30: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLI(VINIL-ACETAT)

• PVAc u emulziji –za boje i ljepila

vinil-acetat, tekućina poli(vinil-acetat), PVAc

O

CO

CH

CH3

CH2 CH2

CH3

CH

CO

O

30

Page 31: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLI(TETRAFLUOR-ETILEN)

CF2 CF2 CF2CF2

Tetra(fluor-etilen) poli(tetrafluor-etilen),

PTFE, Teflon

31

Page 32: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLIAKRILATI

Akrilna kiselina poli(akrilna kiselina), PAA

Metilni ester akrilne kiseline poli (metil-akrilat), PMA

metakrilat

CH2

COOCH3COOCH3

CHCH2 CH

CH CH 2 CH

COOH COOH

CH 2

32

Page 33: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• PMMA – za sintetske zube

• PMA – za podne lakove

Metil ester metakrilne kiseline poli (metil-metakrilat)

metil- metakrilat PMMA

CH2CH2

CH3

C

COOCH3

C

CH3

COOCH3

33

Page 34: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Polimeri dobiveni

kondenzacijskim polimerizacijama

• POLIAMIDI

H2N CH2( )

6 NH2 + HOOC 4)( CH2 COOH

-2H2O

Heksametilendiamin adipinska kiselina

COCH2( )

4NH OC6)( CH2HN

Nylon 6,6; poliamid, poli(heksametilen-adipamid) PA

34

Page 35: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• PA – za zupčanike u tvornicama, masna

opipa, a ne treba ga podmazivati

• za odjeću

35

Page 36: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

n HOCH2CH2OH + n HOOC COOH ↔

↔ OOC COOCH2CH2n + 2n H2O

monomer

etilen-glikol

(EG)

monomer

tereftalna kiselina

(TPA)

poli(etilen-tereftalat), PET

POLIESTERI

36

Page 37: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

PET

– za boce – voda, osvježavajuća pića

- za tekstil

- za automobilsku industriju-odbojnici

(vrlo žilav materijal)

- konstrukcijski materijal

37

Page 38: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

POLIURETANI

– za mekane i tvrde spužve

- za pokućstvo

- za sportsku opremu

ONCO C R'HONR + OH

Diizocijanat dialkohol

R HNO C NH

O

R C

O

O

poliuretan, PU

38

Page 39: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

GUME – prirodne i sintetske

• Vulkanizacija – umrežavanje sumporom

ili drugim aditivima

C HCCH2 CH2

CH3 CH3

CH2CH2 CHC

izopren poliizopren

Si Si

Si Si

O

O

CH3 CH3

CH3CH3

O

O

silikonska guma

39

Page 40: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• SBR – stiren butadienska guma

• CR – polikloroprenska guma

• EPDM – etilen-propilen-dienska guma

40

Page 41: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

CELULOZA – prirodni polimer

H

OH

H

H

OH

CH2OH

OO

H

OH

H

OH

CH2OH

O

O

HHO H

C6H10O6 n

41

Page 42: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

ANORGANSKI POLIMERI

- sadrže Si, Ge, Sn te polifosfazen (P=N):

- silikoni

- polisilani

- poligermani i polistanani

- polifosfazeni

42

Page 43: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Silikoni

• Silikoni se upotrebljavaju u različite svrhe, a posebno su

otporni na visoke temperature (600°C)

• svojstvo im određuje primjenu.

(R2SiO)n

43

Opća formula

Opća formula polimera silikona

Osnovni lanac sastoji se - silicijevog i kisikovog atoma

R - organska grupa

metilne grupe – poli(dimetil siloksan).

- fenilna grupa – poli(difenil siloksan)

Poli(dimetil siloksan) najčešće upotrebljavani silikon.

Page 44: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Silikoni mogu biti linearni, ciklički ili umreženi

44

Page 45: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Silikoni su dobri elastomeri jer su im veze između

silicijeva atoma i dva kisikova atoma vrlo fleksibilne.

45

Kut koje tvore te veze može se otvarati i zatvarati

(kao otvaranje i zatvaranje škara)

Page 46: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Polisilani su značajnije izučavani oko 1950-tih godina prošlog

stoljeća.

1949. godine sintetizirani polisilan nazvan je

poli(dimetil silan), strukturne formule

- čvrsti kristali - netopljivi

- zagrijavanjem tali se tek kod 250 oC

Polisilani

46

Page 47: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

- germanij (Ge) ili kositar (Sn)

čine polimerni lanac

Polisilani, poligermani i polistanani se istražuju posebno za primjene u

elektronici.

Poligermani i polistanani

47

Page 48: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Polifosfazeni - osnovni lanac čini izmjena fosfornog i

dušikovog atoma.

R može biti bilo koja organska grupa

Polifosfazen ima - fleksibilan osnovni lanac – elastomer

- dobri izolatori

Polifosfazeni

48

Page 49: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Polimerizacija – kemijska reakcija u kojoj

niskomolekulski spojevi, monomeri,

međusobnim povezivanjem kovalentnim

kemijskim vezama tvore makromolekule,

tj. molekule polimera

49

Page 50: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Oligomeri – polimeri s malim stupnjem polimerizacije, - viskozne kapljevine ili lako taljive krutine, lako su topljivi

Stupanj polimerizacije, DP – broj ponavljanih jedinica neke

polimerne molekule

DP – engl. degree of polymerization

Mn = DP x M0

Molekulska masa polimera, Mn

– produkt DP-a i molekulske mase ponavljane jedinice, M0

Polimeri s većim stupnjem polimerizacije i molekulskim masama

većim od 10000 - otapaju se uz prethodno bubrenje i stvaraju čvrste filmove ili vlakna

50

Page 51: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Reakcije polimerizacije dijele se s obzirom na

1. mehanizam rasta lanca

2. medij polimerizacije

51

Page 52: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

1. Mehanizam rasta lanca:

1. lančane polimerizacije (radikalske)

- lančasti rast polimernog lanca.

I. inicijacija

II. propagacija

III. terminacija

2. stupnjevite polimerizacije (kondenzacijske)

- stupnjeviti rast polimernog lanca,

izdvajanje vode, amonijaka…(„male” molekule)

monomer + monomer → dimer

dimer + monomer → trimer

dimer + dimer → tetramer

trimer + monomer → tetramer itd.

52

Page 53: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

2. Medij polimerizacije

- homogene polimerizacije

- u masi

- u otopini

- heterogene polimerizacije

- u masi

- u otopini

- u suspenziji

- u emulziji

- u plinskoj fazi

- međupovršinske polikondenzacije

53

Page 54: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

1. lančane polimerizacije (radikalske)

54

Page 55: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

n HOCH2CH2OH + n HOOC COOH ↔

↔ OOC COOCH2CH2n + 2n H2O

monomer

etilen-glikol

(EG)

monomer

tereftalna kiselina

(TPA)

poli(etilen-tereftalat), PET

2. stupnjevite polimerizacije (kondenzacijske)

55

Page 56: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

a) lančane polimerizacije (radikalske)

1. Inicijacija

- djelovanje inicijatora

RMMR ik

primarna

aktivna specija

1. Inicijacija

2. Propagacija

3. Terminacija

1. mehanizam rasta lanca

R2I

56

Page 57: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Primjer radikalske polimerizacije:

1. Inicijacija

- prvi stupanj u reakciji polimerizacije, uključuje:

a) reakciju dekompozicije (homolitičkog razlaganja inicijatora)

Inicijator - vrlo važan za početak reakcije polimerizacije jer

stvara prve radikale – nastajanje dvaju primarnih radikala

b) reakciju između primarnog radikala nastalog raspadom inicijatora i monomerne jedinice:

nastajanje primarne aktivne specije

R2I

R RMM primarna

aktivna specija

57

Page 58: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Inicijatori – kemijski spojevi relativno male energije

disocijacije karakterističnih kemijskih veza (120-170 kJ mol-1)

pa se pod uvjetima procesa polimerizacije razlažu uz stvaranje

slobodnih radikala

Inicijator je vrlo važan za početak reakcije polimerizacije jer stvara prve

radikale koji iniciraju nastajanje monomernih radikala i tako započinje

prijenos aktivnosti.

Razgradnja inicijatora: toplina, energija zračenja,

kemijske reakcije

- kemijski spojevi koji sadrže –O-O-, -S-S-, =N-O-, -N=N-

funkcionalne skupine – homolitska razgradnja

R2I

HO22O2H

58

Page 59: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Vrijeme poluraspada inicijatora (t1/2) – veličina za određivanje brzine

dekompozicije inicijatora i njegove primjene pri danoj temperaturi –

vrijeme potrebno da se koncentracija inicijatora smanji na polovinu

početne vrijednosti.

Brzina dekompozicije inicijatora jako ovisi o temperaturi.

Za svaki inicijator postoji određeno temperaturno područje prikladno za

proces polimerizacije.

Pri nižim temperaturama od potrebne temp. polimerizacije nastajanje

slobodnih radikala je presporo, a pri višim temperaturama dekompozicija

je prebrza (kod nekih slučajeva reakcija pri višim temperaturama može

biti i nekontrolirana te eksplozivna).

59

Page 60: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

Inicijatori:

a) anorganski inicijatori

vodikov peroksid, H2O2 (O-O veza)

HO2OHHOC60o

hidroksilni radikal

kalijev persulfat K2S2O8 (O-O veza)

sulfatni anion- radikal

KO S O O S OK

O

O O

O

40

O

O

O S 2O + 2K +

o C

60

Page 61: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

b) organski peroksidi

dibenzoil peroksid, DBP (O-O veza)

Co

2H3C O100-130

O O CH3C C

CH3CH3

CH3

C

CH3

CH3

CH3

CH3

benzoiloksi radikal

ditercijarni butilperoksid (O-O veza)

t-butiloksi radikal

C o

O 65

O O O C C C O

2

O

2 + 2CO2

61

Page 62: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

t-butilhidroperoksid (O-O veza)

CH3

CH3CH3

CH3

CH3C COHO OH3C OH+

c) inicijatori sa S-S vezom

tetrametiltiuram disulfid, TMTD - vulkanizacija kaučuka – nastanak gume

(CH 3 ) 2 N C

S

N (CH 3 ) 2 C S S

S

60 o C

S

S 2 C N (CH 3 ) 2 2 +

62

Page 63: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

d) inicijatori s N-N vezom

2,2'-azobisizobutironitril, AIBN

2 cijano-2 propil radikal

CH 3

CH 3

CH 3

C

CH 3

C

C H 3 C C 40

2 H 3 C o C

N N C

N N

C N

+ N 2

63

Page 64: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

2. Propagacija

– dobivaju se polimerni lanci različitih duljina

RM RMMpkM

RMMMMRMM pk

2 2 2 2R CH CH R CH C H

2 2 2 2 2 2 2 2R CH C H CH CH R CH CH CH C H

- primjer: polimerizacija etilena – nastanak polietilena

primarna

aktivna specija

primarna

aktivna specija

RM RMMpkM

primarna

aktivna specija 64

Page 65: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

3. Terminacija – faza prestanka rasta polimernog lanca

a) kombinacijom

RMRMRM mnmnRM ktk

2 2 2 2 2 2 2 2R CH CH CH CH CH CH CH CH R

2 2 2 2 2 2 2 2R CH CH CH C H C H CH CH CH R

- primjer - polietilen:

65

Page 66: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

mnmn RMRMRMRM

tdk

b) disproporcioniranjem

2 2 2 2 2 2 2 2R CH CH CH C H C H CH CH CH R

2 2 2 3 2 2 2R CH CH CH CH CH CH CH CH R

terminirani polimerni

lanac

ova dvostruka veza može

se napasti i ponovo se

može izazvati polimerizacija

66

Page 67: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

c) prijenosom rasta lančane reakcije

(chain transfer) – nepoželjno Rast lanca prenosi se na nešto drugo.

RHRMRHRM n

k

ntt postaje aktivan

I- inicijator, - radikal, M - monomer, kd – konstanta disocijacije, ki- konstanta

inicijacije, kp- konstanta propagacije, ktk- konstanta transfera kombinacijom,

ktd- konstanta disproporcionacije, ktt- konstanta transferom

R

67

Page 68: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

• Prijenos rasta lanca

RH može biti: - inicijator

- otapalo

- monomer

- polimer

R3CH2CH2CH2CHHORH2HC2CH2CH2CHHO

terminirani polimerni

lanac

Rast lanca prenosi se na nešto drugo

68

Page 69: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

1. Prijenos rasta lanca na inicijator

- Inicijatori u pravilu nisu prenosioci rasta lanca

- do faze terminacije većina se inicijatora potroši

(dodaje se u vrlo malim konc. (svega 0,1%) i zato je

efekt prijenosa rasta s molekulama inicijatora vrlo malen)

- Vodikov peroksid – dobar inicijator, loš prenosilac rasta

lanca (poželjno)

- t-butilhidroperoksid – prenosilac rasta lanca

69

Page 70: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

2. Prijenos rasta lanca na otapalo

- Otapalo je uvijek prisutno, osim kod polim. u masi.

- Otapalo utječe na krajnje grupe polimernog radikala i na veličinu

molekulskih masa, ali ne utječe na strukturu lanca.

Aldehidna i ketonska otapala - odlični prenosioci rasta lanca kod

radikalske polim. zbog lakog otpuštanja H-atoma.

Serija otapala:

benzen, toluen, etilenbenzen, kumen, trifenilmetan: ovim redom

raste brzina prijenosa zbog lakoće otpuštanja H-atoma.

70

Page 71: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

benzen

H C H

H

toluen

H C H

H C H

H

e t ilb e n z e n

bolji prijenos rasta lanca

Serija otapala:

benzen, toluen, etilenbenzen, kumen, trifenilmetan

ovim redom raste brzina prijenosa zbog lakoće otpuštanja H-atoma:

71

Page 72: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

C H

H 3C C H 3

k u m en

C H

t r if e n ilm e ta n

bolji prijenos rasta lanca

72

Page 73: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

- halogena otapala: prenosioci rasta lanca

CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4

- CCl4 najveći prenosilac rasta lanca (nestabilnost Cl, jaka mobilnost)

- tioli (merkaptani) jako veliki prenosioci

(veza S-H) nestabilna: C2H5SH etantiol

73

Page 74: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

3. Prijenos rasta lanca na monomer

- relativno je malen jer na kraju polimerizacije kad nastupa

terminacija teorijski nema monomera (slično kao što nema

ni inicijatora)

U početnoj fazi dolazi do prijenosa aktivnosti s inicijatora na

monomer, a potom monomer prelazi u oligomer i polimer što

utječe na smanjenje konc. monomera.

74

Page 75: Primjena polimera u svakodnevnom životu 1.1.1. ODJEĆA ... fileNaziv polimer grčkog je podrijetla - poli - mnogo meros - dio Švedski kemičar Jöns Jakob Berzelius 1833. nazvao

CH2 CH

O

C O

CH3

Reaktivni monomeri - prenosioci rasta lanca

- vinil-acetat

- vinil-klorid CH2=CHCl

75


Top Related