Πνιπκεξή

Ση είλαη ηα πνιπκεξή

• Μαθξνκφξηα

• Έλα πνιπκεξέο απνηειείηαη απφ καθξηά αιπζίδα

επαλαιακβαλφκελσλ κνξίσλ (κνλνκεξή).

Ση είλαη πνιπκεξή

• Δλσκέλα (ζπλήζσο κέζσ

νκνηνπνιηθψλ δεζκψλ)

δεκηνπξγνχλ ην πολςμεπέρ

• θαίξα : μονομεπέρ

• 1,000 - 1,000,000 κνλνκεξή ζηελ πνιπκεξηθή αιπζίδα

Ιδηφηεηεο πνιπκεξψλ

• Διαθξηά πιηθά

• Αλζεθηηθά

• Φζελά

• Δπθνιία παξαγσγήο ηνπο

ζηε βηνκεραλία θαη επθνιία

επεμεξγαζίαο

• Αληίζηαζε ζηε δηάβξσζε

• Μνλσηηθά πιηθά

• Γχζθνιε ε βηναπνηθνδφκεζή

ηνπο (πεξηβαιινληηθή ξχπαλζε)

• Υακειφ ζεκείν ηήμεσο

• Δχθιεθηα πιηθά

Πιενλεθηήκαηα Μεηνλεθηήκαηα

Δίδε πνιπκεξψλ

Φπζηθά πνιπκεξή

• θπζηθφ ειαζηηθφ

• άκπιν

• θπηηαξίλε

Βηνπνιπκεξή

• DNA

• πξσηείλεο

πλζεηηθά πνιπκεξή

• πιαζηηθά

• ειαηoρξψκαηα

• γφκεο

Πνιπκεξή : Δπηζηήκε ηνπ

κέιινληνο

• Αγψγηκα θαη εκηαγψγηκα πνιπκεξή

(αληηθαηάζηαζε ζπζθεπψλ ππξηηίνπ)

• Βηνζπκβαηά πιηθά (βαιβίδεο θαξδίαο, ηερλεηνί κχεο,

κεηακνζρεχζεηο θεξαηνεηδνχο)

• Ναλνηερλνινγία (ηζηπο, λαλνθαηάιπζε)

• Δπαλαθπθιψζηκα θαη επαλαρξεζηκνπνηήζηκα πιηθά

Οξγαληθά Πνιπκεξή

• Πνιιά νξγαληθά πιηθά νλνκάδνληαη πδξνγνλάλζξαθεο αθνχ

απνηεινχληαη απφ πδξνγφλν θαη άλζξαθα.

• Οη ελδνκνξηαθνί δεζκνί ζε ηέηνηα κφξηα είλαη νκνηνπνιηθνί.

CH4

Μεζάλην

Άλζξαθαο

Τδξνγφλν

H C H

H

H

Οξγαληθά Πνιπκεξή

C C

H

H

H

H

C2H4 αηζπιέλην

Απιφο δεζκφο

Γηπιφο δεζκφο

C2H2 αθεηπιέλην

C CH H

-Μφξηα κε δηπινχο ή ηξηπινχο δεζκνχο: Αθφξεζηα κφξηα

-Μφξηα κε απινχο δεζκνχο: θνξεζκέλα κφξηα

Aηζπιέλην (αέξην) → θαηάιιειεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαηπίεζεο → πνιπαηζπιέλην (ζηεξεφ πνιπκεξηθφ πιηθφ)

• Οη απινί δεζκνί κπνξνχλ λα πεξηζηξέθνληαη

θαη λα θάκπηνληαη.

Οξγαληθέο νκάδεο ζε πνιπκεξή

Οικογένεια Υαπακηηπ.

ομάδα

δομή Ανηιππυζ.

μψπιο

Αιθνφιεο R-OH CH3OH Μεζαλφιε

Αηζέξεο R-O-R’ CH3OCH3 Γηκεζπιαηζέξαο

Ομέα RCOOH CH3COOH Ομηθφ νμχ

Αιδεχδεο RCHO HCHO Φνξκαιδεχδε

Αξσκ. C,H C6H5R C6H5OH Φαηλφιε

Παξαδείγκαηα πνιπκεξψλ

* C C *

H

H

H

H n

πνιπαηζπιέλην

(πιαζηηθά πεξηηπιίγκαηα)

* C C *

HH

Hn

πνιπζηπξέλην

(πιηθφ παθεηαξίζκαηνο)

* C C *

H

OH

H

H n

* C C *

H

O

H

Hn

CCH

3

O

πνιπ(βηλπιηθή αιθνφιε)

(γφκεο)

Poly(vinyl acetate)

(γφκεο, ειαηνρξψκαηα)

H2C CH2

Δπαλαιακβαλφκελε

κνλάδα

Παξαδείγκαηα πνιπκεξψλ

C

H

H

C

H

Cln

* * C

F

F

C

F

Fn

* *C

H

H

C

H

CH3

n

* *

C

H

H

C

CH3

C

n* *

O

O CH3

O C

CH3

CH3

O C

O

n

**

C

O

O*

O

C C O

H

H

H

H

*

n

TeflonPVC πνιππξνππιέλην

polycarbonate

PET (πιαζηηθέο κπνπθάιεο)PΜΜΑ

Βαζκφο πνιπκεξηζκνχ (degree of polymerization)

O αξηζκφο επαλαιακβαλφκελσλ κνλάδσλ ζηελ πνιπκεξηθή αιπζίδα.

Μνξηαθφ βάξνο πνιπκεξνχο (molecular weight)

Ιζνχηαη κε ην γηλφκελν ηνπ βαζκνχ πνιπκεξηζκνχ επί ην κνξηαθφ βάξνο ηεο

επαλαιακβαλφκελεο κνλάδαο (κνλνκεξνχο)

C

H

H

C

H

Cln

* * n = DP

π.ρ. Να πξνζδηνξηζηεί ην ΜΒ ηνπ πνιπζηπξελίνπ κε Β.Π. 50.

* C C *

HH

Hn

Πνιπζηπξέλην (PS)

Μέζα κνξηαθά βάξε (Αverage molecular weights)

Έλα δείγκα πνιπκεξνχο πεξηέρεη πιαηηά

θαηαλνκή ΜΒ πνιπκεξψλ, νιηγνκεξψλ.

Πνιπδηαζπνξά (PDI or MWD) = Mw / Mn

Μέζν θαηά βάξνο ΜΒ:

Μi: κέζν κνξηαθφ βάξνο θαηεγνξίαο i,

wi: ην θιάζκα βάξνπο ησλ κνξίσλ i

κέζα ζην ίδην εχξνο κεγεζψλ.

Μέζν θαηά αξηζκφ ΜΒ:

Μi: κέζν κνξηαθφ βάξνο θαηεγνξίαο i,

xi: ην θιάζκα ηνπ ζπλνιηθνχ αξηζκνχ

αιπζίδσλ i κέζα ζηελ αληίζηνηρε

θαηεγνξία κεγεζψλ.

iin MxM

iiw MwM

Μέζα κνξηαθά βάξε (Αverage molecular weights)

Number Average Mn

Weight Average Mw

Molecular weight

Am

ount

of

poly

mer

Βαζκφο πνιπκεξηζκνχ

Με

ραλη

θή

αλη

νρή

Πξνζδηνξηζκφο Μνξηαθνχ βάξνπο

πνιπκεξψλ - SEC

Διασωπιζμόρ: πδξνδπλακηθφο φγθνο Vh καθξνκνξίσλ

Κακπχιε βαζκνλφκεζεο

Υξσκαηνγξαθία απνθιεηζκνχ

κεγέζνπο (Size exclusion

chromatography, SEC)

Πξνζδηνξηζκφο:

Μn, Mp, Mw, PDI

Διαλύηης (κινηηή θάζη)

Ανηλία

Ειζαγωγή δείγμαηος

χζηεκα

Αληιία / κε

απηνκαηνπνηεκέλε

εηζαγσγή δείγκαηνο

ηήιεο

χζηεκα

Αληρλεπηήο-DRI

Αληρλεπηήο-UV

αληρλεπηέο

Δπεμεξγαζία

δεδνκέλσλ

Οκνπνιπκεξή πκπνιπκεξή

Οη πνιπκεξηθέο αιπζίδεο

απνηεινχληαη απφ έλα είδνο

κνλνκεξνχο, π.ρ.

Οη πνιπκεξηθέο αιπζίδεο

απνηεινχληαη απφ δχν ή

πεξηζζφηεξα είδε κνλνκεξψλ,

π.ρ.

Πνιπκεξή

n nO

H3CO

m

Καηεγνξίεο πκπνιπκεξψλ

Δλαιιαζζφκελα Αδξνκεξή

ΣπραίαΔλνθζαικηζκέλα ή

ζπκπνιπκεξή εκβνιηαζκνχ

Σαθηηθφηεηα - ηεξεντζνκέξηα

Ιζνηαθηηθά

Αηαθηηθά

πλδηνηαθηηθά

X X X X X XY Y Y Y Y Y

X Y X Y XY X Y X Y XY

X X Y X Y YY Y X Y X X

Μνξηαθή Γνκή - Αξρηηεθηνληθή

αιπζίδαοΓξακκηθέο αιπζίδεο

(νκνπνιπκεξή, ζπκπνιπκεξή)

Γηαθιαδσκέλα

Πνιπκεξή θηέλαο(molecular brushes)

Γηθηπσκέλα (πιέγκαηα)

Πνιπκεξή - αζηέξηα

Πνιπκεξή ζθάιαο ή

δηαζηαπξσκέλα

Μνξηαθή Γνκή - Αξρηηεθηνληθή

αιπζίδαο

• Γπαμμικά πολςμεπή: Οη νκάδεο κνλνκεξψλ ζπλδένληαη κεηαμχησλ απφ ηα άθξα ζαλ απιέο αιπζίδεο (εχθακπηεο).

• Γιακλαδυμένα πολςμεπή: Πιεπξηθέο αιπζίδεο ζπλδένληαη κε ηηοθχξηεο.

• Γιαζηαςπυμένα πολςμεπή: Γεηηνληθέο πιεπξηθέο αιπζίδεοελψλνληαη κεηαμχ ηνπο ζε δηάθνξεο ζέζεηο κε νκνηνπνιηθνχοδεζκνχο.

• Γικηςυμένα πολςμεπή: Σξηζδηάζηαηεο νκάδεο κνλνκεξψλ πνπδηαζέηνπλ 3 ελεξγνχο νκνηνπνιηθνχο δεζκνχο θαη ζρεκαηίδνπληξηζδηάζηαηα δίθηπα.

Γηακνξθψζεηο κνξίσλ

• ηεπεοφζομέπεια

• Άηνκα ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο κε ηελ ίδηα ηάμε (αξρή-ηέινο) αιιά

δηαθέξνπλ ζηελ ηνπνζέηεζή ηνπο. (ηζνηαθηηθή δηακφξθσζε, ζπλδηνηαθηηθή,

αηαθηηθή)

• Γευμεηπική ιζομέπεια

• ηα άηνκα κε δηπιφ δεζκφ, ην πιεπξηθφ άηνκν

• κπνξεί λα είλαη απφ ηε κία πιεπξά ηεο αιπζίδαο

• ή ηελ άιιε. (cis, trans δνκή)

Σα πνιπκεξή πνπ έρνπλ πεξηζζφηεξα απφ έλα πιεπξηθά άηνκα ή νκάδεο αηφκσλ πνπζπλδένληαη κε ηελ θχξηα αιπζίδα, ε θαλνληθφηεηα θαη ζπκκεηξία ηεο πιεπξηθήονκάδαο κπνξεί λα επεξεάζεη ζεκαληηθά ηηο ηδηφηεηεο.

Γιαμψπθυζη απσήρ-ηέλοςρ Γιαμψπθυζη απσήρ-απσήρ

Μέζνδνη Πνιπκεξηζκνχ

Πολςμεπιζμψρ: ζχλζεζε πνιπκεξψλ κεγάινπ κνξηαθνχ βάξνπο.

Γηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία νκάδεο κνλνκεξψλ ζπλελψλνληαη ε κία κε ηελ

άιιε γηα λα δεκηνπξγήζνπλ θάζε έλα απφ ηα γηγαληηαία κφξηα πνπ απνηεινχλ

ην πιηθφ.

Πνιπκεξηζκφο πξνζζήθεο

(Addition Polymerization)

Πνιπκεξηζκφο ζπκπχθλσζεο

(condensation polymerization)

Πνιπκεξηζκφο πξνζζήθεο

Γχν δξαζηηθέο νκάδεο ζπλελψλνληαη κεηαμχ ηνπο γηα λα ζρεκαηίζνπλ έλα

γξακκηθφ καθξνκφξην. Η ζχζηαζε ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο είλαη αθξηβέο

πνιιαπιάζην ηνπ αξρηθνχ αληηδξψληνο κνλνκεξνχο.

•Σξία ζηάδηα: έλαξμε, δηάδνζε, ηεξκαηηζκφο

Πνιπκεξηζκφο ζπκπχθλσζεο

• ρεκαηηζκφο πνιπκεξψλ κε ζηαδηαθέο δηακνξηαθέο ρεκηθέο αληηδξάζεηο πνπ

ζπλήζσο πεξηιακβάλνπλ πεξηζζφηεξα απφ έλα είδε κνλνκεξνχο. Τπάξρεη

ζπλήζσο έλα παξαπξντφλ πνπ απνζπάηαη.

• Καλέλα αληηδξψλ δελ έρεη ην ρεκηθφ ηχπν ηεο επαλαιακβαλφκελεο νκάδαο.

Καηεγνξίεο πνιπκεξψλ

• Θεξκνπιαζηηθά

• Θεξκνζθιεξπλφκελα

• Διαζηνκεξή

• Κξπζηαιιηθά

Θεξκνπιαζηηθά πνιπκεξή

• Λήςε δηαθφξσλ ζρεκάησλ ζηελ θαηάζηαζε ηήγκαηνο

• Μεηά απφ ςχμε άκνξθεο, παιψδεηο δνκέο

π.ρ. Poly(ethylene terepthalate) – πιαζηηθά κπνπθάιηα

πνιπαηζπιέλην, πνιππξνππιέλην (πιαζηηθέο ηζάληεο)

Υαξαθηεξηζηηθά

Άκνξθν ζεξκνπιαζηηθφ

Ηκηθξπζηαιιηθφ

ζεξκνπιαζηηθφ

Θεξκνζθιεξπλφκελα (Thermosets)

Υαξαθηεξηζηηθά

• θιήξπλζε κεηά απφ ζέξκαλζε (ιφγσ δηαζηαπξψζεσλ)

• Με αληηζηξεπηή δηεξγαζία

• Ακεηάβιεην ζρήκα

• Μεγάιε αληνρή θαη δνκηθή ζηαζεξφηεηα

πνιπκεξέο ζην νπνίν νη

αιπζίδεο ζπλδένληαη κεηαμχ

ηνπο κε νκνηνπνιηθέο

δηαζηαπξψζεηο

(π.ρ. επνμεηδηθή ξεηίλε).

Θεξκνζθιεξπλφκελα

1. Ρηηίνερ θαινψληρ-θοπμαλδεχδηρ (βακελίηηρ)

Παξαζθεπή: Αληίδξαζε θαηλφιεο κε θνξκαιδευδε ζηελ παξνπζία θαηαιπηψλ

OH

+ HCHO

OH

CH2OH

OH

CH2HOH2C

OH

CH2OH

OH

HO

OH

OH

HO

Q

Θεξκνπιαζηηθά θαη Θεξκνζθιεξπλφκελα

Πνιπκεξή

Σαξινψμηζη ζωμθυνα με ηη μησανική ανηαπψκπιζη ζε ςτηλέρ

θεπμοκπαζίερ.

Θεπμοπλαζηικά: Απνηεινχληαη απφ θπξίσο γξακκηθά καθξνκφξηα πνπ κε ηε

ζέξκαλζε καιαθψλνπλ θαη ξένπλ (ραιάξσζε δεπηεξνγελψλ δεζκψλ) θαη αθνχ

κνξθνπνηεζνχλ, ςχρνληαη θαη ζηεξενπνηνχληαη.

• Δληειψο αληηζηξεπηέο δηαδηθαζίεο. ρεηηθά καιαθά θαη φιθηκα.

• Σα πεξηζζφηεξα γξακκηθά πνιπκεξή θαη κε δηαθιαδσκέλεο δνκέο κε επέιηθηεο

αιπζίδεο.

Θεπμοζκληπςνψμενα: πξφθεηηαη γηα δηζδηάζηαηα θαη ηξηζδηάζηαηα δίθηπα. Καηά ηελ

αξρηθή ζεξκηθή επεμεξγαζία, δεκηνπξγνχληαη νκνηνπνιηθνί δεζκνί δηαζηαπξψζεσλ

κεηαμχ γεηηνληθψλ αιπζίδσλ θαη ην πνιπκεξέο ζθιεξαίλεη θαη κνξθνπνηείηαη θαηά

κε αληηζηξεπηφ ηξφπν.

• θιεξφηεξα, ηζρπξφηεξα θαη πην εχζξαπζηα κε θαιχηεξε ζηαζεξφηεηα ζηηο

δηαζηάζεηο ηνπο.

• Σα πεξηζζφηεξα δηαζηαπξσκέλα θαη δηθηπσκέλα πνιπκεξή.

Διαζηηθά ή Διαζηνκεξή

π.ρ. θπζηθφ ειαζηηθφ, ζπλζεηηθά ειαζηηθά (PS-b-PB)

Μεραληθέο ηδηφηεηεο πνπ ραξαθηεξίδνπλ έλα ειαζηνκεξέο

(α) Πνιχ κεγάιεο επηκεθχλζεηο (500 – 1000%) ππφ ζπλζήθεο

κνλναμνληθνχ εθειθπζκνχ (ζπλνδεχνληαη απφ κηθξέο απψιεηεο ελέξγεηαο)

(β) κεγάιε αληνρή ζε εθειθπζκφ θαη πςειφ κέηξν ειαζηηθφηεηαο ππφ

ζπλζήθεο πιήξνπο έθηαζεο

(γ) Άκεζε θαη πιήξεο επαλαθνξά ζηηο αξρηθέο δηαζηάζεηο κεηά απφ

απνκάθξπλζε θνξηίνπ

Παξακφξθσζε Διαζηνκεξψλ

Διαζηνκεξή: Τθίζηαηαη κεγάιεο παξακνξθψζεηο θαη ζηε ζπλέρεηα επηζηξέθνπλ

ειαζηηθά ζηελ αξρηθή ηνπο κνξθή.

ε απνπζία ηάζεο: άκνξθν πνιπκεξέο κε πεξηειηγκέλεο κνξηαθέο αιπζίδεο

Κπιηήπια για να είναι

ελαζηομεπικψ ένα πολςμεπέρ:

• δελ πξέπεη λα θξπζηαιιψλεηαη

εχθνια

• ζρεηηθά ειεχζεξεο πεξηζηξνθέο

δεζκψλ

• ην ειαζηνκεξέο πξέπεη λα

βξίζθεηαη πάλσ απφ ηελ

ζεξκνθξαζία παιψδνπο

κεηάβαζεο (Tg)

Παξακφξθσζε Διαζηνκεξψλ

Η παξακφξθσζε είλαη ειαζηηθή κε ην ζπληειεζηή

ειαζηηθφηεηαο λα δηαθέξεη αλάινγα κε ηηο αιιαγέο ηεο

δηάηαζεο.

Eπεμεξγαζία ειαζηνκεξψλ

• Απαηηνχκελν ραξαθηεξηζηηθφ γηα ειαζηνκεξή: κνξηαθή δνκή εκθαλίδεη κηθξφ

βαζκφ δηαζηαπξψζεσλ.

• Βοςλκανιζμψρ: δηαδηθαζία ζρεκαηηζκνχ δηαζηαπξψζεσλ ζηα ειαζηνκεξή, ν

νπνίνο επηηπγράλεηαη κε κία κε αληηζηξεπηή ρεκηθή αληίδξαζε.

• πλήζσο πξνζηίζεηαη αιπζίδεο αηφκσλ ζείνπ πνπ ζπλδένληαη κε γεηηνληθέο

αιπζίδεο.

Μέηξν ειαζηηθφηεηαο

Αληνρή ζε εθειθπζκφΒνπιθαληζκφο

Κξπζηαιιηθά πνιπκεξή

ε κνξηαθφ επίπεδν, νη πνιπκεξηθέο αιπζίδεο πηνζεηνχλ

εθηεηακέλεο ή ζπξξηθλσκέλεο δηακνξθψζεηο θαηά ηε

δηαδηθαζία θξπζηαιινπνίεζεο.

Άκνξθα Κξπζηαιιηθά

polycarbonate

polyethylene

Κξπζηαιιηθά πνιπκεξή• Κξπζηαιιηθφηεηα ησλ πνιπκεξψλ: επηζηνίβαζε κνξηαθψλ αιπζίδσλ έηζη ψζηε

λα ζρεκαηίδεηαη κηα νξγαλσκέλε δηάηαμε αηφκσλ.

• % θξπζηαιιηθφηεηα =

• ξc: ππθλφηεηα πιήξνπο θξπζηαιιηθνχ,

• ξs: ππθλφηεηα δείγκαηνο,

• ξα: ππθλφηεηα πιήξνπο άκνξθνπ.

100

cs

sc

Πνιπκεξή: 0-95%

Κξπζηαιιηθά Πνιπκεξή

• Βαζκφο θξπζηαιιηθφηεηαο εμαξηάηαη:

• (α) ξπζκφο ςχμεο

• (β) δηακφξθσζε αιπζίδαο

• Απιέο → ζχλζεηεο δνκέο κνλνκεξψλ

• Γξακκηθά → δηαθιαδσκέλα → δηαζηαπξσκέλα → δηθηπσκέλα (ζπλήζσο άκνξθα)

• Ιζνηαθηηθά/ζπλδηνηαθηηθά → αηαθηηθά

• Μηθξά → νγθψδε πιεπξηθά κφξηα

• πκπνιπκεξή ελαιιαζφκελεο/κπινθ → ηπραία/εκβνιηαζκνχ (ζπλήζσο άκνξθα)

Μείσζε ηνπ βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο

Κξπζηαιιηθά πνιπκεξήΣππηθή δνκή θξπζηαιιηθψλ πνιπκεξψλ : LAMELLAR

Οπηηθή Μηθξνζθνπία

θαηξνιπηψλ

Γνκή lamellar PEO-Ppeptides

Μεραληθέο ηδηφηεηεο πνιπκεξψλ

Μεηξήζεηο Σάζεο - Παξακφξθσζεο

Γεδνκέλα πνπ ιακβάλνληαη απφ κεηξήζεηο ηάζεο-παξακφξθσζεο ζε

ζεξκνπιαζηηθά πιηθά είλαη ζεκαληηθά, αθνχ πξνζδίδνπλ πιεξνθνξίεο πνπ

αθνξνχλ ηελ αθακςία ηνπ πιηθνχ, ηελ αληνρή ηνπ, ην βαζκφ

επζξαπζηφηεηάο ηνπ θ.ν.θ.

Τά

ζη (

ζ)

Παραμόρθωζη (γ)

Δ = θιίζε = ζ/γ

= Young’s modulus

L

O

Y (yield point)

B (break point)

Energy for

brittle fracture

Energy required

for tough fracture

(α) Κακπχιε επηκήθπλζεο –θνξηίνπ γηα ην polycarbonate,(ζεξκνπιαζηηθφ πνιπκεξέο)

Πηγή: R. P. Kambour θαη R. E. Robertson.

Μεηξήζεηο Σάζεο - Παξακφξθσζεο

(b) Πνιπαηζπιέλην κεγάιεο ππθλφηεηαο:δείγκα πεηξάκαηνο ηάζεο πνπ δείρλεηνκνηφκνξθε επηκήθπλζε (ε καθξηά ζηελήπεξηνρή ζην δείγκα).

Οκνηφκνξθε

επηκήθπλζε

Μεηξήζεηο Σάζεο - Παξακφξθσζεο

Μεηξήζεηο ηάζεο - παξακφξθσζεο

ρέζε ηάζεο-παξακφξθσζεο ηξηψλ ηχπσλ πιαζηηθψλ.

Πηγή: R. L. E. Brown.

Πιαζηηθφ

θιεξφ θαη φιθηκν

Άθακπην, εχζξαπζην

Διαζηηθφ – ειαζηνκεξέο

Μαιαθφ θαη εχθακπην

εκείν δηαξξνήοΑληνρή

ζε εθειθπζκφ

Θεξκνκεραληθέο ηδηφηεηεο

Με αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο:

1. Μείσζε κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο

2. Μείσζε εθειθπζηηθήο αληνρήο

3. Αχμεζε νιθηκφηεηαο

20

40

60

80

00 0.1 0.2 0.3

4°C

20°C

40°C

60°C

to 1.3

s(MPa)

e

Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηηο

κεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ πνιπκεξψλ

Αωξηζη ανηοσήρ ζε εθελκςζμψ

• Μείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ή αχμεζε ηνπ ξπζκνχ παξακφξθσζεο

• Δθηεηακέλε δηαπινθή ησλ αιπζίδσλ πνπ εκπνδίδεη ηελ θίλεζε ησλ

αιπζίδσλ

• Αχμεζε κνξηαθνχ βάξνπο

• Αχμεζε βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο

• Γηέιθπζε: Γηαδηθαζία επέθηαζεο ηνπ ιαηκνχ (αληίζηνηρε δηαδηθαζία ηεο

ζθιήξπλζεο κεηάιισλ κε παξακφξθσζε) – αληζνηξνπηθέο ηδηφηεηεο

Αωξηζη εθελκςζηικοω μέηπος ελαζηικψηηηαρ:

• Μείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ή αχμεζε ηνπ ξπζκνχ παξακφξθσζεο

• Γελ επεξεάδεηαη απφ ην κνξηαθφ βάξνο

• Αχμεζε βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο

• Γηέιθπζε

Ιμσδνειαζηηθφηεηα Άκνξθν πνιπκεξέο ζπκπεξηθέξεηαη:

• Ωο χαινο ζε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο (κπνξεί λα παξνπζηάδεη ειαζηηθή ζπκπεξηθνξά γηα ζρεηηθά κηθξέο παξακνξθψζεηο).

• αλ ειαζηφκνξθν ζηεξεφ ζε ελδηάκεζεο ζεξκνθξαζίεο

• αλ παρχξξεπζην πγξφ ζε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο

Διαζηηθή παξακφξθσζε:

αθαξηαία

Δλδηάκεζε ζπκπεξηθνξά →

ιξυδοελαζηική ζςμπεπιθοπά →

ζηηγκηαία ειαζηηθή παξακφξθσζε

ε νπνία αθνινπζείηαη απφ κηα

ημψδε.

Ιμψδε ζπκπεξηθνξά: ε

παξακφξθσζε δελ είλαη αθαξηαία

αιιά θαζπζηεξεί ή εμαξηάηαη απφ

ην ρξφλν. Γελ επαλέξρεηαη.

Μέηξν ημσδνειαζηηθήο ραιάξσζεο

Μεηξήζεηο ραιάξσζεο ηάζεο γηα δεδνκέλε παξακφξθσζε θαη κέηξεζε ηάζεο κε ην ρξφλν (κείσζε ηάζεο)

Μέηπο σαλάπυζηρ:

φπνπ:

ζ(t) ε κεηξνχκελε ρξνληθά εμαξηψκελε ηάζε

εν ην επίπεδν παξακφξθσζεο, ην νπνίν δηαηεξείηαη ζηαζεξφ.

o

r

ttE

e

s

Η ημσδνειαζηηθή ζπκπεξηθνξά εμαξηάηαη απφ ην ρξφλν θαη ηε ζεξκνθξαζία

Μέηξν ημσδνειαζηηθήο ραιάξσζεο

o

r

ttE

e

s

Δμάξηεζε θαη απφ ζεξκνθξαζία

Γεπμαηϊδερ, Με

πιήξσο αλαθηήζηκε

παξακφξθσζε

Δλαζηψμοπθο

Διαζηηθφ θαη ημψδεο

Ιξϊδερ

Τγπψ

Ταλϊδερ

Γχζθακπην, ςαζπξφ

Τm

Η ημσδνειαζηηθή ζπκπεξηθνξά εμαξηάηαη απφ ην ρξφλν θαη ηε ζεξκνθξαζία

Μνξθνινγηθέο αιιαγέο ζηα

πνιπκεξή

• εηξά κεηαβνιψλ ζηηο κνξθνινγίεο ζπλζεηηθψλ πνιπκεξψλ κε

ζέξκαλζε.

• ε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο, φια ηα γξακκηθά πνιπκεξή

είλαη παιψδε.

Σ: κεηαηξνπή πνιπκεξνχο απφ γςαλί ζε ελαζηικό.

Η ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία έρνπκε απηή ηε κεηάπησζε

νλνκάδεηαη ζεξκνθξαζία παιψδνπο κεηάπησζεο

(Glass Transition Temperature)

Φαηλφκελα Κξπζηάιισζεο, Σήμεο

θαη Ταιψδνπο Μεηάβαζεο

Κπςζηάλλυζη

• Γηαδηθαζία φπνπ δεκηνπξγείηαη πξνζαλαηνιηζκέλε ζηεξεά θάζε θαηά ηελ ςχμε

πγξνχ ηήγκαηνο κε ηπραία κνξηαθή δνκή (ππξήλσζεο θαη αλάπηπμε ππξήλσλ)

Σήξη

• Μεηαζρεκαηηζκφο ζηεξενχ πιηθνχ, πνπ έρεη ηαθηηθή δνκή επζπγξακκηζκέλσλ

κνξηαθψλ αιπζίδσλ, πξνο έλα παρχξεπζην πγξφ ζην νπνίν ε δνκή είλαη πνιχ

ηπραία. → πξαγκαηνπνηείηαη ζε εχξνο ζεξκνθξαζηψλ Σm.

Η ςαλϊδηρ μεηάβαζη

• Μεηάβαζε απφ έλα ζπκπαγέο άκνξθν ζηεξεφ ζε πγξφ ηήγκα (πκβαίλεη ιφγσ

πεξηνξηζκνχ ηεο θίλεζεο κεγάισλ ηκεκάησλ κνξηαθψλ αιπζίδσλ φηαλ

κεηψλεηαη ε ζεξκνθξαζία)

Μνξθνινγηθέο αιιαγέο ζηα

πνιπκεξή

γπαιί

ιάζηηρν

γφκα

πγξφ

Άκνξθν πνιπκεξέο

Σg

Σg

γπαιί

πγξφ

Δχθακπην

ζεξκνπιαζηηθφ

Ηκηθξπζηαιιηθφ πνιπκεξέο

Σm

Θεξκνθξαζία Ταιψδνπο

Μεηάβαζεο ή Μεηάπησζεο (Tg)

• Αληηπξνζσπεχεη ηε ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία ιακβάλεη ρψξα

κηα ζρεηηθά απφηνκε αιιαγή απφ ηελ παιψδε ζηε ειαζηηθή ή

εχθακπηε ζεξκνπιαζηηθή θαηάζηαζε φισλ ζρεδφλ ησλ

γξακκηθψλ πνιπκεξψλ.

• Υαξαθηεξηζηηθή κεηάπησζε γηα θάζε είδνο πνιπκεξνχο.

• Η Σg δηαθέξεη αλάινγα κε ην είδνο ησλ αηφκσλ πνπ

απνηεινχλ ηνλ πνιπκεξηθφ ζθειεηφ, ην είδνο ησλ πιεπξηθψλ

νκάδσλ θαη ηελ ηνπνζέηεζε ηνπο ζην ρψξν.

Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηε ζεξκνθξαζία

ηήμεο θαη παιψδνπο κεηάβαζεο

• Θεπμοκπαζία ηήξηρ αςξάνεηαι:

• αχμεζε ζηελ αθακςία αιπζίδσλ (παξνπζία δηπιψλ δεζκψλ, αξσκαηηθψλ

αιπζίδσλ, κεγάιεο πιεπξηθέο νκάδεο).

• Αχμεζε κνξηαθνχ βάξνπο (ηήμε ζε πεξηνρή ζεξκνθξαζηψλ).

• Αχμεζε βαζκνχ θξπζηαιιηθφηεηαο

• Θεπμοκπαζία ςαλϊδοςρ μεηάβαζηρ αςξάνεηαι:

• παξνπζία νγθσδψλ πιεπξηθψλ νκάδσλ, πνιηθψλ πιεπξηθψλ αηφκσλ ή

νκάδεο αηφκσλ, δηπινί δεζκνί θαη αξσκαηηθέο αιπζίδεο.

• Αχμεζε κνξηαθνχ βάξνπο.

• Αχμεζε ππθλφηεηαο δηαζηαπξψζεσλ.

Σg δηαθφξσλ πνιπκεξψλ

Πολςμεπέρ Tg

(οC)

Tm

(οC)

π(ζηπξέλην) 100 240

π(κ-κεζπιζηπξέλην) 70 215

π(κεζαθξπιηθφ κεζχιην)

αηαθηηθφ

114 -

π(κεζαθξπιηθφ κεζχιην)

ηζνηαθηηθφ

48 160

Νάυινλ 66 45 267

π(αηζπιέλην) -107 95

Δκπνξηθά δηαζέζηκα θαη επξέσο

δηαδεδνκέλα πνιπκεξή

Βηλπιηθά πνιπκεξή

H2C CH

X

Γεληθφο ρεκηθφο ηχπνο:

1. Πνιπαηζπιέλην (polyethylene, PE)

X: H

n

Δπίδξαζε ηνπ αξηζκνχ δηαθιαδψζεσλ ζηηο ηδηφηεηεο

ηνπ πνιπαηζπιελίνπ

High density polyethylene

Linear low density polyethylene Low density polyethylene

χγθξηζε δηαθφξσλ εηδψλ

πνιπαηζπιελίνπ

Ιδιψηηηα LDPE LLDPE HDPE

εκείν ηήμεσο (K) 383 393 - 403 403

Ππθλφηεηα (g/cm3) 0.92 0.92 – 0.94 0.94 – 0.97

Γχλακε

εθειθπζκνχ θηικ

(MPa)

24 37 43

2. Πνιππξνππιέλην (polypropylene, PP)

X: CH3

n

CH3

Αζπκκεηξία ηνπ κνξίνπ πξνππιελίνπ

Σξία δηαθνξεηηθά ζηεξεντζνκεξή:

- Ιζνηαθηηθφ PP

- πλδηνηαθηηθφ PP

- Αηαθηηθφ PP

3. Πνιπβηλπινρισξίδην (polyvinyl chloride, PVC)

X: Cln

Cl

Αζηαζέο ζε ςειέο ζεξκνθξαζίεο (Σ > 200 oC) – απειεπζέξσζε HCl

Πιαζηηθνπνηεκέλν PVC (καιαθφ πιηθφ πνπ

ιακβάλεηαη κε πξνζζήθε πιαζηηθνπνηεηψλ)

4. Πνιπζηπξέλην (polystyrene, PS)

n

Πνιπκεξηζκφο ζηπξελίνπ (βηλπινβελδφιην)

Δκπνξηθά δηαζέζηκν πνιπζηπξέλην: αηαθηηθφ, άκνξθν

Αθξψδεο πνιπζηπξέλην –

κνλσηηθφ πιηθφ

Γνρεία παθεηαξίζκαηνο θαγεηνχ απφ PS

Πιαζηηθά δηαθαλή δνρεία πνιπζηπξελίνπ

5. Πνιπαθξπινληηξίιην (polyacrylonitrile, PAN)

CN

n

Ίλα Orlon

πκπνιπκεξηζκφο ηνπ κε βνπηαδηέλην

πκπνιπκεξηζκφο ηνπ κε ζηπξέλην

πκπνιπκεξηζκφο ηνπ κε ζηπξέλην

& βνπηαδηέλην

Nitrile rubber ή Buna N (o-rings)

Γηαθαλέο πιαζηηθφ πιηθφ

ΑΒS: θιεξά κεγάιεο αληνρήο πιηθά

-Απνρεηεχζεηο θαη πδαηνπξνκήζεηα

-Διαζηηθά ABS

Πξψηεο χιεο γηα παξαζθεπή

αλζξαθνλεκάησλ

5. Πνιχ κεζαθξπιηθφ κεζχιην (polymethyl methacrylate,

PMMA)

Γλσζηφ σο Plexiglass, Lucite, ή Perspex

Γηαθαλέο πιαζηηθφ κε πνιχ θαιή ζηαζεξφηεηα ζηελ παξνπζία UV-Vis

απνξξνθεηηθψλ κέζσλ, κηαο θαη απφ κφλν ηνπ κε έθζεζε ζε ππεξηψδε

αθηηλνβνιία απνζπληίζεηαη.

PMMA plexiglass Φαθνί επαθήο απφ PMMA

O

O

CH3

n

Τεσνηηά δόνηια από

διαζηαςπωμένο PMMA

(highly crosslinked PMMA)

6. Πνιπηεηξαθζνξναηζπιέλην (polytetrafluoroethylene,

Teflon)

• Κξπζηαιιηθφ πνιπκεξέο

• ηαζεξφ ζε ζεξκνθξαζίεο κέρξη θαη 330 oC (ζ.η.)

• Υεκηθά αδξαλέο ζηελ παξνπζία ηζρπξψλ νμέσλ, βάζεσλ , νξγαληθψλ

δηαιπηψλ.

• Γπλαηφηεηα ηξνπνπνίεζεο ηεο επηθάλεηάο ηνπ θαη κεηαηξνπήο ηνπ ζε

πδξφθηιν πνιπκεξέο κε ηθαλφηεηα δέζκεπζεο ηνπ ζε άιιεο επηθάλεηεο.

• Ρνή Teflon ππφ ηελ επίδξαζε πίεζεο – ζρεκαηηζκφο ζχλζεησλ πιηθψλ πνπ λα

απνηεινχληαη απφ γπαιί θαη Teflon γηα ζηαζεξνπνίεζε.

F

F

F

F

n

Σαηλία Teflon

Αληηθνιιεηηθφ

ζθεχνο κε

επηθάιπςε Teflon

Πνιπκεξή ζπκπχθλσζεο

NH (CH2)6 NH

CO (CH2)4 CO

n

CH2

O

2

CO COO

n

Παξαδείγκαηα

λάυινλ 6,6

πνιπεζηέξαο

O (CH2)4 O

C

O

O NH (CH2)6 NH C

O

n

πνιπνπξαηζάλε

1. Νάυινλ (Nylon n,m) - Πνιπακίδηα

NH NH CO CO

n

NH CO

n

NH NH

CO CO

n

Nomex (Du Pont)

Phenylon (USSR) Fibre B (Du Pont)

Terlon (USSR)

Kevlar (Du Pont)

N

H

C

O

Αμιδικψρ δεζμψρ

2. Πνιπεζηέξαο (polyester)

(CH2)2 O C

O

C

O

O

Polyethylene terephthalate

(Terylene or terene) 3. Polycarbonates

Πνιπζηινμάληα (ζηιηθφλεο)

Si O

R

R`n

• Αλζεθηηθφηεηα ζηελ νμεηδσηηθή απνηθνδφκεζε

ζε Σ κέρξη θαη 200 νC.

• Γεζκφο Si-O: ζηαζεξφο ζηε ζεξκφηεηα, εχθνιε

δηάζπαζε ζηελ παξνπζία νμέσλ θαη βάζεσλ.

Τγξά πνιπζηινμάληα

Πνιπζηινμαληθέο ξεηίλεο

Διαζηνκεξή πνιπζηινμάληα

Χειποςπγικοί ζωλήνερ

από ζιλικόνη

Silicon gel

breast implants

Δηζαγσγή πξνζζέησλ ζε πνιπκεξή

Πιαζηηθνπνίεζε (Plastisization)

Η δηαδηθαζία ελζσκάησζεο ελφο πιαζηηθνπνηεηή ζηε κάδα πνιπκεξνχο.

Πιαζηηθνπνηεηέο:

O Οπζίεο πνπ ελζσκαηψλνληαη ζε έλα πνιπκεξέο γηα βειηίσζε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ

επεμεξγαζίαο, ηελ αχμεζε ηεο επθακςίαο θαη ηθαλφηεηαο επηκήθπλζεο.

O πλήζσο πγξέο νξγαληθέο ελψζεηο κεγάινπ ζ.β., ζπκβαηέο κε ην πνιπκεξέο

Μεηαβνιή θπζηθψλ θαη ρεκηθψλ ηδηνηήησλ πνιπκεξψλ

παξνπζία πιαζηηθνπνηεηψλ:

1. Μείσζε ζθιεξφηεηαο

2. Βειηίσζε επθακςίαο

3. Μείσζε αληνρήο ζε εθειθπζκφ

4. Μείσζε κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο

5. Αχμεζε επηκήθπλζεο ζξαχζεσο

6. Μείυζη TgO

-O

O

-O

dioctylphthalate

Άιια πξφζζεηα ζε πνιπκεξή

Υξψκαηα (dyes) θαη Υξσζηηθέο (pigments)

ηαζεξνπνηεηέο (Stabilizers)

Μέζα πιήξσζεο (fillers)• Δπδηάιπηα ζε πνιπκεξή

• Γελ επεξεάδνπλ ηε

δηαθάλεηα ηνπ πνιπκεξνχο

• Αδηάιπηεο ζε πνιπκεξή

• Δπεξεάδνπλ ηε δηαθάλεηα

ηνπ πνιπκεξνχο

• Δλψζεηο πνπ πξνζηαηεχνπλ ηα πνιπκεξή

απφ εμσηεξηθέο επηδξάζεηο (θσο, ζεξκφηεηα,

νμπγφλν θ.α.)

• Αχμεζε αληνρήο (παινβάκβαθαο,

ζπλζεηηθέο ίλεο θ.ι.π.)

• Αχμεζε ζθιεξφηεηαο (κεηαιιηθά

νμείδηα, θνληνπνηεκέλα κέηαιια)

• Βειηίσζε ζεξκνκνλσηηθψλ ηδηνηήησλ

(SiO2)

• Αχμεζε αληνρήο ζε ρεκηθά

αληηδξαζηήξηα (γξαθίηεο,

παινβάκβαθαο)

• Βειηίσζε εκθάληζεο (θσζθνξίδνληα

νξπθηά, ζπλζεηηθέο ίλεο θ.ι.π.)

Πιαζηηθά – Σερληθέο ΜνξθνπνίεζεοΜέθοδοι:

• Δμψζεζε (extrusion)

• Υχηεπζε κε εκθχζεζε (blow

molding)

• Υχηεπζε κε έγρπζε (injection

molding)

• Υχηεπζε κε ζπκπίεζε θαη

κεηαθνξά (compression and

transfer molding)

• Υχηεπζε (casting)

Καηεξγαζία πνιπκεξψλ

Eθβνιή ή εμψζεζε (Extrusion)

• Δθηεηακέλε εθαξκνγή ζηελ θαηαζθεπή ζπλερψλ κνξθψλ (ξάβδνη,

ζσιήλεο, θχιια, ίλεο θ.ν.θ.) απφ πνιπκεξή.

• Δθαξκνγή θπξίσο ζηελ κνξθνπνίεζε ζεξκνπιαζηηθψλ πνιπκεξψλ.

• Καηά ηε κνξθνπνίεζε κε εθβνιή, ην πνιπκεξέο βξίζθεηαη ππφ ηε

κνξθή ηήγκαηνο (ηήμε κε άλνδν ηεο Σ) ή δηαιχκαηνο (δηάιπζε

πνιπκεξνχο ζε θάπνην δηαιχηε).

• Μνλνθφριηνο εθβνιέαο

• Διάηαξη:

- Σήμεο

- Αλάκημεο

- Μνξθνπνίεζεο (κε ρξήζε πεξηζηξεθφκελνπ θνριία κέζα ζε έλα θχιηλδξν).

- Πξνψζεζεο πνιπκεξνχο κέζα απφ κήηξα

Μνλνθφριηνο εθβνιέαο

Γηπινθφριηνο εθβνιέαο

Πεξηζηξνθή δχν παξαιιήισλ θνριηψλ

κέζα ζε θαηάιιεια ζρεδηαζκέλν θχιηλδξν

Δθβνιή λάπινλ

Νεξφ

Κχιηλδξνη έιμεο

Φηικ απφ λάπινλ

Μήηξα

χζηεκα εθβνιήο

πιινγή θηικ

Μήηξεο εθβνιήο (Extrusion Dies)

Βηβιηνγξαθία

1. Δπηζηήκε θαη Σερλνινγία Τιηθψλ, William D. Callister, Δθδ.

Σδηφιαο, Θεζζαινλίθε, 2004

2. Allcock, H. R.; Lampe, F. W. Contemporary Polymer Chemistry

2nd Ed. 1990.

3. Applied Chemistry, a textbook for Engineers and Technologists,

H.D. Gesser.

3. Γεληθή Υεκεία γηα Μεραληθνχο, Β.Π. Παπαγεσξγίνπ

4. Hamley I. W. Introduction to Soft Matter, Polymers, Colloids,

Amphiphiles and Liquid crystals, 2000.