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