Polimerek Polimernek nevezzük az ismétlődő egységekből felépülő nagyméretű molekulákat, melyekben az egységeket kémiai kötések kapcsolják össze. Az ismétlődő egység neve monomer. A polimerek óriásmolekulái hosszú láncokból állnak, melyek viszont sok kis, egybe-kötött molekulából (monomerekből) alakulnak ki. Például, az etilénmolekulából alakul ki a vinilcsoport, amely a polietilén hosszú molekulaláncait alkotja. A makromolekulában vagy a polimer láncban levő monomerek N számát polimerizációs foknak nevezzük. Maguk a polimerek aránylag kevés atomtípusból alakulnak: ezek a szén, az oxigén, a nitrogén, a kén és más kevésbé gyakran előforduló atomok, amelyek multifunkcionális kovalens kötéseket képesek létrehozni. A természetes polimerek közé tartozik a cellulóz, a fehérje, az élővilág anyagai. A polimer lánc szerkezete a megfelelő monomerek összekötődése útján alakul ki. Három adott A, B és C típusú monomerből a következő polimer típusok jöhetnek létre: - homopolimerek: AAAAAAA vagy BBBBBBB vagy CCCCCCC - váltakozó kopolimerek: ABABAB vagy ACACAC vagy BCBCBC - véletlen kopolimerek: AAABAABBBAAAAB -blokk kopolimerek: AAAAAABBBBBBAAAAACCCCCCAAAAA
A folyadék-fázisban a polimerláncok összefonódott csomókhoz hasonlíthatók, az úgynevezett szilárd fázisban ezek hasonlók maradnak vagy bizonyos körülmények között rendeződhetnek, kristályos szerkezetet formálnak: a) polimer láncok folyadékban, b) részben kristályos, de véletlenszerűen orientált, a) b) c) c) orientált szerkezet A polimerek a közhiedelemmel ellentétben nem azonosak a műanyagokkal. (A műanyagok több anyag keverékéből állnak, amelyek legalább egy komponense polimer. A többi kitöltő-, vázanyag, öregedést gátló, feldolgozást segítő adalékanyag,...) A polimerek önálló alakkal, térfogattal rendelkeznek, pontosan meghatározott olvadás- és forrásponttal rendelkeznek. Előállításuk igen bonyolult, nagy odafigyelést igényel (lánc-, blokkpolimerizáció). A polimerek egy mindenki számára ismert képviselője a polietilén (PE) helytelen elnevezéssel a nylon zsacskó. (...-CH 2 -CH 2 -...) Egy nem mindennap használt, de mindenki számára szintén ismert polimer a plexiüveg (poli(metil-metakrilát), PMMA, plexiglas). Vagy a sílécben, bukósisakban, stb. alkalmazott, "Kevlar"-szál, ami a legnagyobb szilárdságú szintetikus aramid-szál (aromás poliamid) Jellemző összehasonlítás: Szálfajta Sűrűség, g/cm 3 Nyúlás, % Szakítószil, GPa Rugalmassági munka, kj/kg modulus, GPa Kevlar 1,45 2 5 2,5 40 30 max. 145 Nylon-6 1,14 20 60 0,4 0,7 80 max. 3 Hálótartó 1,36 pókfonal 10 32 0,3 1,8 max. 100 max. 30 Befogó 1,36 max. 200 max. 0,5 max. 100 0,003
pókfonal Csoportosításuk Előállítás alapján polimerizációval, polikondenzációval és poliaddícióval előállítható polimerek. Feldolgozás szerint Hőre lágyuló(termoplaszt) és hőre keményedő(duroplaszt) anyagok Eredet szerint természetes és mesterséges polimerek. Szerkezet alapján lineárisak, elágazóak, valamint térhálósak. Forma alapján kristályos és amorf forma. Az őket felépítő kémiai atomok szerint szerves, szervetlen és elemorganikus polimerek. Műanyagok (adalékolt polimerek) - olyan szerves vegyületek, amelyek óriásmolekulából állnak, előállításuk szintetikus úton történik természetes vagy mesterséges anyagokból.
Molekulák elrendezése lehet: - láncmolekula elrendezés - térhálós szerkezet - kopolimer két vagy többfajta monomer alkotja Műanyagok csoportosítása Hővel szembeni viselkedés alapján: Hőre lágyuló (termoplaszt) műanyagok láncmolekulákból épülnek fel, olvasztás szilárdulás reverzibilis, erős kémiai kötés a láncon belül, láncok közötti kötés gyenge, hő hatására az anyag meglágyul, majd megolvad. Hőre nem lágyuló (duroplaszt) műanyagok szerkezetük irreverzibilis megváltoztatásuk nélkül már képlékeny vagy folyékony állapotba nem hozható, feldolgozásuk során csak egyszer alakíthatók plasztikusan, térhálós molekula elrendezéssel jellemezhetők, ha a hőmérséklet a bomláspont fölé emelkedik a láncon belüli kötések sérülnek, a műanyag bomlik (szenesedik), molekuláit erős vegyi kapcsolat köti össze. Eredet szerint: Természetes alapú természetben található makromolekulákból állítható elő; cellulózból, fehérjéből, (pl. a tej kazein tartalmából), kaucsukból, növényi olajból. Mesterséges vagy szintetikus alapú a makromolekulákat is szintetikus úton állítják elő pl. kőolajból. Makromolekulák előállításának módja szerint: Polimerizációs műanyag aktivált monomerek lánccá kapcsolódnak, melléktermék kialakulása nélkül, a polimerizációs folyamat gyors. Polikondenzációs műanyag különböző típusú monomerek kapcsolódnak össze polimerré, melléktermék (víz, ammónia) keletkezése során. - a melléktermék képződés során az anyag zsugorodik, kopolimerek,
- polikondenzációs folyamat lassú, - összekapcsolódása térhálós szerkezetű. Poliaddíciós műanyag a folyamat során az egyes atomok a többfajta monomer között átmennek az egyikről a másikra, - nincs szénből álló gerincük, - melléktermék nem keletkezik, - a folyamat sebessége lassú, - lakkok, gyanták, ragasztók anyaga készül az eljárással. Műanyagok szerkezete A makromolekula alakja, nagysága, elhelyezkedése hatással van: kristályosodási hajlamra, sűrűségre, mechanikus és termikus tulajdonságokra, vegyi és elektromos tulajdonságokra, duzzadási és oldódási tulajdonságokra. Másodlagos szerkezeti jellemzők szintén befolyásolják az anyag tulajdonságait, pl. láncmolekulák típusai: nyújtott láncmolekula (cellulóz) gombolyag láncmolekula (polisztirol) hajtogatott láncmolekula (polietilén) spirál molekula (polipropilén) Műanyagok tulajdonságai kis sűrüség acélokénak 15-25%-a járműszerkezet, csomagolás stb. kedvező kopási és siklási tulajdonságok siklócsapágyak szakítószilárdságuk a fémeknél kisebb nagy a kúszásuk deformáció tartós terhelésre jelentős a feszültség relaxáció csavarkötés oldódása rugalmas- és maradó alakváltozás rugalmassági tényezőjük kicsi szerelést megkönnyíti pontatlanság esetén kedvező rezgéscsillapító hatás kiváló elektromos- és jó hőszigetelő képesség hővel szemben érzékenyek hőre lágyuló 100 C-ig, nem lágyuló 200 C-ig jó vegyszer és korrózió állóság öregedésre hajlamosak pl. UV sugárzás.
Műanyagok főbb fajtái Közönséges műanyagok: tömegcikkek előállítása, csomagolástechnika pl. PVC, polisztirol, polietilén. Általános műszaki műanyagok: technikai, gépészeti felhasználás, jobb mechanikai-szilárdsági tulajdonságok, pl. polikarbonát, poliamid. Nagyteljesítményű műszaki műanyagok: speciális tulajdonságokkal, nagy hőállóság, szilárdság, igényes műszaki megoldásokhoz szükséges tulajdonságokkal rendelkeznek. pl. poliamid, poliészter. Hőre nem lágyuló műanyagok: Fenolplasztok törékeny rideg anyag, jó szilárdsági tulajdonságokkal; csapágyak, perselyek, kapcsolók, fékbetétek, fogaskerekek stb. készítéséhez. Aminoplasztok jó szilárdsági tul. faipari ragasztó, szigetelő hab stb. Poliészterek polikondenzációs mű. vegyszer- hő- és korrózióálló, üvegszállal erősítve is alk. hajótestek, tartályok, karosszéria elemek, építőipar stb. Epoxigyanták edzőanyag hozzáadásával térhálósítható, zsugorodnak, tapadóképességük jó lemezalakító szerszámok, idomszerek, sablonok, hajótestek, karosszéria elemek stb. Szilikongyanták jó hőállóság 300 C-ig, villamos ipar használja. Hőre lágyuló műanyagok Poliamidok (pl. danamid) kopásálló, szívós, nagy hajlítószilárdság, kis surlódás önkenő csapágyak, fogaskerék, golyóskosár, korrózióálló bevonatokra. Poliuretán kopásállóságuk igen jó, rugalmasak, jól tömítenek, habanyagként kiváló hő- hang- és rezgés szigetelő. PVC elektromos szig. tul. kiváló, vegyszerállóság szintén csövek, lemezek, vegyszerálló bevonatok, csomagolófóliák, borítóanyagok, kábelszigetelés, műbőr, padlóburkoló stb. Polietilén a mindennapi életünkben talán a legtöbbet a polietilén szerepel. Két fő típusát a magas- és alacsony nyomású polietilént az előállításuk technológiája szerint különböztetik meg. A magas nyomású polietilént több mint 200 MPa nyomás alatt és kb.200 C fokon polimerizálják, az alacsonynyomásút 0,3 0,6 MPa és 80 C között. Tulajdonságaik abban különböznek, hogy a magas nyomású polietilénben 55 70% a
kristályos fázis aránya, míg az alacsonynyomású polietilénben 85 90%, ami meghatározza a mechanikai szilárdságukat is. - vegyszerálló, elektromos tul. jók, alacsony a lágyulási ill. olvadáspontja csövek, csőcsatlakozások, korrózióálló bevonatok, csomagolóanyag, háztartási cikk, tekercsek- kábelek szigetelésére használják.
Polipropilén egészségügyi berendezések, kórházi felszerelések jól sterilizálható. Poli(izo-butadién) jó víz- és vegyszerállóság. Polikarbonátok jó mechanikai tulajdonságok fogaskerekek, csapágyak, gépalkatrészek stb. Fluoroplasztok fluorszerves anyagok, közülük legfontosabb a poli(tetrafluor-etilén) teflon-, melynek képlete: A teflon egy sor kiváló tulajdonsággal rendelkezik: vegyi ellenálló képessége jobb, mint a nemesfémeké, nem ég, nem nedvesedik, aránylag hőálló ( +250 C fokig). Hátrányai közé tartozik, hogy aránylag lágy anyag, érzékeny a részecske-sugárzásra. bevonat készítésre, súrlódó felületek anyagaként, korrózió elleni védelemre, stb. használható. Polisztirol nem poláris dielektrikum, jók a szigetelő tulajdonságai, termoplasztikus, ( lágyulási hőmérséklete 110 120 C). - rideg, törékeny, vegyszereknek ellenáll lemezek, csövek, fogaskerekek, szigetelőanyagok, műanyag tömegcikkek. Poli-metakrilát (Plexi) átlátszó, jó mechanikai és elektromos szigetelő tul. védőablakok, hullámosított kivitelben építőipar használja. Poliformaldehid fizikai tul. hasonlít a sárgarézhez fogaskerekek, siklócsapágyak, szivattyúházak, lapátkerekek. Cellulózészter természetes alapú műanyagok, szívós szaruszerű jelleg, gyúlékony burkolatok, díszítőelemek stb. Szilikonolajok és zsírok kenőanyagként, hőközlő folyadékként és rezgéscsillapításra használják.