Kapittel 14, Polymerers Struktur Definisjon av polymer Kjemisk sammensetning Polymerisering Struktur Molekylvekt Molekylform Krystallinitet

Transkript

1 Kapittel 14, Polymerers Struktur Definisjon av polymer Kjemisk sammensetning Polymerisering Struktur Molekylvekt Molekylform Krystallinitet hapter 14-1

2 Polymerer Naturlige polymerer Tre Gummi Bomull Ull Lær Silke Syntetiske polymerer Nye materialer fra midten av 1900-talet Plast Gummi Fibrer, folie, skum. hapter 14-2

3 Polymerer va er en polymer? Poly - mer mange repeterende enheter, monomerer repeat unit Polyethylene (PE) l repeat unit l l Polyvinyl chloride (PV) 3 Polypropylene (PP) Adapted from Fig. 14.2, allister 7e. 3 repeat unit 3 hapter 14-3

4 Polymers sammensetning De fleste polymerer er hydrokarboner og Mettet hydrokarboner vær karbon bundet til fire atomer etan n 2n+2 hapter 14-4

5 hapter 14-5

6 Umettet ydrokarboner Dobbelt- & trippelbindinger: reaktive kan danne nye form bindinger Dobbeltbinding etylen, eten - n 2n 4-bindinger, men kun 3 atomer bindet til Trippelbinding acetylen, etyn - n 2n-2 hapter 14-6

7 Isomeri Isomeri To forbindelser med den samme kjemiske sammensetning kan ha ulik struktur Ex: 8 18 n-oktan = metyl-4-etyl pentan (isooktan) 3 ( 2 ) hapter 14-7

8 hapter 14-8

9 Polymerisering Fri radikal polymerisering R + free radical monomer (ethylene) R initiation R + R dimer Initiator: exempel - benzoyl peroxid propagation O O 2 O = 2 R hapter 14-9

10 Polymerisering Adapted from Fig. 14.1, allister 7e. Lange kjeder av repeterende enheter hapter 14-10

11 Poymerisering, andre eksempel Polyvinylklorid PV Polytetrafluoroetylen Teflon hapter 14-11

12 Polymerisering omopolymer: samme type av monomer Kopolymer: to eller flere monomerer Funksjonalitet Bifunksjonell: to bindinger todimensjonale kjeder Trifunksjonell: tre bindinger sidekjeder hapter 14-12

13 Bulk or ommodity Polymers hapter 14-13

14 hapter 14-14

15 hapter 14-15

16 MOLEKYLVEKT Molekylvekt, M i : Masse av en mol av kjeder. Lav M høy M M n = total wt av polymer total # av molekyler M M n w = Sx M = Sw M i i i i M w mer følsom for høyere molekylvekt Adapted from Fig. 14.4, allister 7e. hapter 14-16

17 Beregning av molekylvekt Molekylvekt bestemmer smeltepunkt Typisk mange millioner g/mol hapter 14-17

18 Grad av polymerisering, DP DP = antal repeterende enheter i kjede DP n = å x i n i = M n m DP w = å w i n i = M w m m = midlere molekylvekt av repeterende enhet m = Sf i m i fraktion av kjede Molekylvekt av repeternede enhet i hapter 14-18

19 Molekylform Moleculens orientering kan endres gjennom rotasjon rundt bindingene Adapted from Fig. 14.5, allister 7e. hapter 14-19

20 Molekylstruktur End to End Avstand, r Adapted from Fig. 14.6, allister 7e. hapter 14-20

21 Molekylstruktur Kovalent kjede: konfigurering og styrke: secondary bonding Lineær Forgrenet Kryssbunden Nettverk Økende styrke Adapted from Fig. 14.7, allister 7e. hapter 14-21

22 Konfigurasjon Molekylform, isomeri head-to-tail head-to-head hapter 14-22

23 hapter Stereoisomeri - Taktisitet R R R R R R R R R R R R isotaktisk alle R grupper på samme side syndiotaktisk R grupper alternerende sider ataktisk R groups tilfeldig orientert

24 Geometrisk isomeri - cis/trans cis cis-isopren (naturgummi) Grupper på samme side trans trans-isopren (guttaperka) Grupper på motsatt side hapter 14-24

25 Struktur hos polymerer hapter 14-25

26 Termoplaster/herdplaster Termoplaster (thermoplastics) Mykner smelter ved oppvarming, reversibel Lineære polymerer fleksible sidekjeder Myke materialer erdplaster (thermosets) Permanente hard ved polymerisering Mykner smelter ikke ved oppvarming Kryssbundet eller netverkspolymerer arde sterke materialer hapter 14-26

27 Ko-polymerer Adapted from Fig. 14.9, allister 7e. To eller flere monomerer polymerisert sammen tilfeldig A og B varierer tilfeldig alternerende A og B alternerer blokk store blokk av A alternerer med store blokk av B podet, graft kjeder av B podet på A-kjede A B random alternating block graft hapter 14-27

28 Polymer Krystallinitet Ex: polyetylen enhetcell Adapted from Fig , allister 7e. hain folded struktur Adapted from Fig , allister 7e. 10 nm hapter 14-28

29 Polymer krystallinitet Polymerer er sjelden 100% krystalline Altfor vanskelig å ordne alle kjeder % Krystallinitet: -- TS og E øker ofte med % krystallinitet. -- Varmebehndling øker % krystallinitet krystallint område amorf onråde Adapted from Fig , allister 6e. (Fig is from.w. ayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, John Wiley and Sons, Inc., 1965.) hapter 14-29

30 Polymere krystallfomer Enkrystaller kun ved langsom vekst Adapted from Fig , allister 7e. hapter 14-30

31 Polymere krystallformer Sfærulitter hurtig vekst lamelære strukturer Spherulite surface Nucleation site Adapted from Fig , allister 7e. hapter 14-31

32 Defekter i polymerer hapter 14-32