Tenta Flashcards
Plast
Kommer ifrån plastiskt som betyder formbar
Polymer
Poly-flera & Meros-delar
Kemiska föreningar som består av mycket långa kedjor byggda av upprepade mindre enheter, monomerer.
Monomerer
Utgångsmolekylen. Mono-en & meros-del
Sätta namn på polymer
- Vilken monomer som de polymeriseras ifrån
2. Hur ser deras repeterande enheter ut?
Natuliga polymer:
Proteiner och Gummi
Syntetiska
Plast och Elaster
Plast
Härdplast och Termoplaster
Härdplast
Täta kovalentabindningar
Härdplast kan inte formas om med mindre än molekylär nedbrytning.
Termoplast
Linjära eller grenade bindningar
Amorfa eller Delkristallina
Termiskt reversibla, intermolekylära bindningar. Relativt täta&svaga
Amorfa
Ingen form
Oordnad, ofta transparenta
Elaster
Gummi och Termoplastiska elastomerer
Gummi
Glest, tvär bundna linjära polymerer
Termoplastiska elastomer
Glesa tvärbindningar
Termiskt reversibla
Reversibelt
Inom termodynamiken, processen kan drivas i motsatt riktning i småsteg utan förlust av energi.
Gummimaterial
Naturgummi, syntetgummi, termoplastiska elaster
Naturgummi
En polymer vars råvara kan utvinnas ur en rad växter.
Gummiträdet: Latex.
Ett gummielastiskt material erhålls från naturgummi genom vulgarisering, en metod där glesa kemiska tvärbindningar görs in med hjälp av svavel.
Syntetgummi
Syntetisk framställda gummielastiska material.
Termoplastiska elaster
Uppvisar både temoplastiska och gummielastiska egenskaper. Här tvärbinds inte kedjorna kovalent utan konstrueras istället med hjälp av två icke blandbara polymerkomponenter, där den ena stelnar till en hård fas och den andra till en mjuk dito.
Den hårda fasen fungerar fysikalisk tvärbindning.
Intra molekylärabindningar
inom
Kovalenta och jon
Kovalenta bindningar
Uppstår när två eller flera atomer delar, två eller tre elektronpar mellan sig
Starka: C-H, C-C, C-S
Det kovalenta bindningar som håller samman alla monomerenheter i en polymerkedja.
Jonbindningar
Uppstår då atomerna donerar eller puttar elektroner för att få ett fullt yttre atomskal. Atomerna blir elektriskt laddade vilket ger upphov till attraktionskrafter mellan dem.
Inter molekylära bindningar
Mellan
Väte, dipol, Van der Waals
Vätebindning
Starkare variant på dipol-dipolbindning, endast för FON (flour, syre, kväve)
Högre smält och kokpunkt
Polymerer får unika egenskaper eftersom starka intermolekylära krafter verkar mellan kedjorna vilket bland annat påverkar viskositet och friktionsegenskaper.
Dipolbindning
Två dipoler som ligger intill varandra kommer orientera sig så att de dras mot varandra. Högre smält och kokpunkt än opolära lägre än vätebindning.
Van der Waalsbindning
Elektronmoln främst där det saknas andra intermolekylära krafter. Verkar mellan alla typer av molekyler oavsett kemisk struktur.
Konstitution
Kemisk uppbyggnad
Beskriver kedjans kemiska uppbyggnad, det vill säga hur monomerernna är fästa på kedjan och hur kedjan är förgrenad.
Konstitution anger om en polymer är
Linjär, grenade, tvärbunden
Molekylvikt, molekylviktsfördelning
Homopolymer eller sampolymer
Konfiguration
Definierar hur de repeterande enheterna är arrangerade i förhållande till varandra.
Bestäms vid polymerisationen, kan inte ändras om inte kemiska bindningar bryts.
Konfiguration:
Olika former av isomeri kan förkomma i polymerer
Strukturisomerer har samma summaformel men olika molekylstruktur och kan därför uppvisa olika egenskaper.
Isotaktisk, syndiotaktiskt, ataktisk
Isotaktisk kedja
Alla substituterna är på samma sida om huvudkejdans plan
Syndiotaktiskt
Att sidogrupperna är regelbundet alternerande över och under kedjans plan.
Ataktisk
Innebär att substituterna är slumpvis fördelade över och under huvudkedjans plan.
Vad gäller med konformationer och konfigurationer
En polymerkedja kan inte ha flera konformationer men endast ha en konfiguration
Konformationer
Beskriver aktuell form som en molekyl/polymer har för tillfället. Beror på dess omgivning och kan variera nästan i det oändliga.
Alla molekyler är i ständig rörelse när temp>absoluta nollpunkt.
Konformationsrörlighet
Hur lätt den har att ändra form.
Molekylvikt (molekylviktsfördelningen)
Bestämmer:
Mekaniska egenskaper Flytegenskaper Förmåga att kristallisera sig Ytenergi Densitet (förmåga att tätpacka sig)
Polydispersa
De flesta polymerer är polydispersa vilket innebär att alla molekyler i ett prov inte har samma molekylvikt. På grund av detta kan enbart medelvärden för molekylvikten bestämmas.
Size Exlusion Chromatography
Gör så att man kan bestämma medelmolekylvikten för en polymer.
De mindre polymererna tar upp mindre volym i lösningen än dom större polymererna (högre molekylvikt). De mindre kommer att rymmas i fler porer än de större. Detta gör att de mindre polymererna fördröjs mer under sin väg genom kolonnen än vad de större gör. De större fördröjs mindre genom kolonnen och kommer därför först ut.
Gummielasticitet
- Momentan deformation och återhämtning
- Helt reversibel deformation
- Förmåga till mycket stor deformationer, även vid små pålagda krafter
Vad krävs för att ett material ska kunna vara gummielastiskt?
Hög molekylvikt
God konformationsrörlighet
Tvärbindningar (inte för täta)
Mycket svaga intermolekylära bindningar
Entropi
Är ett fysikalisk tillståndsfunktion. Ett mått på hur mycket av värmeenergin i ett system som inte kan omvandlas till arbete.
Gibbs fria energi
Energin man får ut vid förbränning
Är ett mått på potentialen för reversibel eller maximal arbete som kan göras av ett system vid konstant temperatur och tryck. I och med att materialet utsätts för ett arbete som ger upphov till en ändring av dess fria energi kan statisk termodynamik och dess samband användas för att beskriva begreppet gummielasticitet.
Termodynamiken 1:a huvudsats
Värme som tillförts i systemet = förändring i systemets intre energi + arbete som utförts av systemets.
Termodynamikens 2:a huvudsats
Det går inte att omsätta värmeenergi direkt till med 100% verkningsgrad eller att alla spontana processer ökar entropin
Gough-Joule effekten
Vid uppvärmning får man ökad kraft eftersom uppvärmningen ger ökad konformationsrörlighet och därmed stärvan för ytterligare tilltrassling.
Glastransitionen
Är en fasövergång som är direkt relaterad till polymermolekylernas rörlighet. En övergång mellan god och begränsad konformationsrörlighet.
Ej en fastransition.
Glastransitionstemperaturen, Tg
Defineras som den temperatur (vid uppvärmning) vid vilken kedjesegment om 20-50 atomer i huvudkejdan börja röra sig samordnat.
Avgörande för polymers egenskaper.
Under Tg
Är polymeren fast, hård och spröd och gör skäl för namnet glasartad. Pågrund av att polymerkedjorna är låsta i sina konformationer.
Över Tg
Är polymeren mjuk, flexibel och gummiartad
Delkristallina glasomvandlingstemperaturen
En delkristallin plast behöver inte mjukna för att den närmar sig glasomvandlingstemperaturen.
Endast de amorfa delarna i den delkristallina plasten påverkas.
Amorf
glasomvandlingstemperaturen
En polymer vars kedjor alltid är oordnade och intrasslade i slumpvisa nytan.
En fullständig amorf polymer smälter aldrig eftersom de inte innehåller några kristaller.
Amorfa polymerer genomgår en glastransition.
Om den ska hålla sig amorf
Oregelbunden konfiguration
eller
Låg konfigurationsrörlighet
Polymer med orgelbunden huvudkejda, många sidogrenar bildar i regel amorfa glas. Ju mindre flexibel en polymerkedja är desto troligare är det att den också bildar ett amorft glas.
Tg höjande
Stela element i huvudkedjan (aromatiska ringar) Stora&stela sidogrupper Intermolekylära krafter Hög molekylvikt (få ändgrupper) Kristalliserande sidogrupper
Konfigurationsrörligheten … när Tg höjs
Minskar
Tg Sänkande
Flexibla sidogrupper
Symmetrisk subsititution (sidogrupper mer än på huvudkedjan)
Låg molekylvikt (många ändgrupper)
Lågmolekylära tillsatser (mjukgörare)
Konfigurationsrörligheten … när Tg minskar
Ökar
Fysikliska åldringen
Ger upphov till minskad fri volym (utrymmet mellan atomerna).
Polymerna får svårare att röra sig, alltså minskad konformationsrörlighet.
Innebär att vi får höjt Tg = Materialet blir sprödare.
Kristallinitet
Ordning i en fast fas.
Ingen polymer kristallisera till 100%. Den kommer alltid ha kedjeändar, restmonomer och föreningar vilket gör egentligen den delkristallin.
Tillskillnad från de helt amorfa polyperna är delkristllina polymerer i regel opaka (ogenomskinliga).
Har både Tg och en smälttemperatur Tm.
Tm är alltid höger än Tg då det krävs mer energi för att bryta de starka sekundära bindningarna i en tätpackad kristall än det krävs för att inducera segmentrörelser i polymerkedjorna.
Faktorer som ökar kristalliniteten
Regelbunden konfiguration
Tillräcklig rörlighet i kedjan
God tätpackningsförmåga
Taktitiska kristalliserar
Isotsktiskta och syndiotaktiska polymerer kristalliserar sig mycket lättare än ataktiska (kristalliserar i de flesta fall inte alls.)
Kristallina plaster:
Polyeten, PE
Polypropen, PP
Polyetylentereftalat, PET
Polyocimetylen, POM
Vad som krävs för att polymeren skall kristallisera:
Regelbunden konfiguration:
Sidogrupper: iso eller syndiotaktisk
Möjlig tätpackning
God konformationsrörlighet
Tm>Tg
Inte för hög molekylvikt
Måttlig underkylning
Inte för låg molekylvikt
Många störande ändgrupper
Få eller helst inga tvärbindningar
Sampolymer
Polymerer är uppbyggda av två eller flea olika monomertyper, sampolymerer.
Blocksampolymer
Blocksampolymerer där de olika monomertypeo sitter i länge segment kan i vissa fall kristallisera.
Bestämma morfologi:
Antingen amorf eller kristallin & i sådana har kristallin samt kristallstruktur: Görs med hjälp enhetscell.
Enhetscell
Enhetscell utgör den minsta byggstenen i en kristall och beskriver den geometri med vilken polymerkedjorna ligger packade intill varandra.
Enhetscellerna ”staplas” på varandra i tre dimensioner och bygger på så sätt upp ett helt kristallgitter där den geometriska formen går igen i varje repeterande enhet.
Normalspänning
definieras som den pålagda kraften dividerat med cylinders tvärsnittsarea.
Töjning
definieras som längdförändringen hos provet dividerat med längden.
Skjuvspänning:
kan uppstå mellan två eller flera ihopsvetsade, nitade, spikade och skruvade material.
E-modulen
den spänning provet utsätts för dividerat med den töjning som belastningen resulterar i.
4 olika zoner (E-modul)
Glasområdet, Transitionsområdet, Gummiplatåzonen, viskösa zonen
4 olika typer av mekaniskt beteende
Elastisk deformation, viskös deformation, viskoelasticitet och gummielasticitet.
Elastisk deformation:
Ökar töjningen linjärt med ökande belastning när en spänning läggs på materialet. Detta beteende kallas också Hooke’s elasticitet och är helt oberoende av tiden. Töjningen uppträder momentant vid pålagd spänning och när belastningen avlägsnas återgår det belastade materialet omedelbart till sin ursprungliga form.
Viskös deformation:
Är raka motsatsen jämfört med elastisk deformation. När en spänning läggs på ökar deformationen med en viss tidsfördröjning. När belastningen upphör återgår materialet inte till sin ursprungliga form utan förblir deformerat. Detta beror hos polymer på att den på att den pålagda spänningen orsakar isärglidning av polymerkedjorna.
Viskoelaticitet:
När ett viskoelasthskt material belastas med en konstant spänning sker både en momentan och huvudsakligen elastisk töjning och en viskös deformation.
Två typfall i viskoelaticitet
Krypning och spänningsrelaxtion
Krypning:
Momentan pålagd lat och då får man en tilltagande töjning.
Om en ett polymert material utsätts för en konstant belastning kommer den med tiden att töjas. Detta allt eftersom kedjorna ändrar sina konformationer för att anpassa sig till den nya form som den pålagda kraften försöker påtvinga materialet.
Spänningsrelaxtion:
Har en påtvingad deformation som är momentan är spänningen klingar av (relaxerar)
Polymera material som utsätts för en belastning kommer att töjas och en spänning uppstår i materialet eftersom det gör motstånd mot denna deformation. I ett material som sträcks till en viss konstant töjning kommer dock spänningen att minska med tiden. Detta beror på att kedjorna ändrar sina konformationer och anpassar sig till den nya och påtvingade längden.
Dragprovning
Förmodligen den vanligaste mekaniska provningsmetoden. Man deformerar sitt prov och sen mäter man vilken motkraft provet ger upphov till.
Egenskaper som styrka, styvhet och seghet kan mätas och den spänning och töjning vid vilka materialet går till brott kan uppskattas.
Newtonska vätskor
De flesta lågmolekylära ämnen i flytande fas, till exempel vatten, är så kallade Newtonska vätskor vilket innebär att deras viskositet är densamma vare sig deformationen sker fort eller långsamt. En Newtonsk vätska kännetecknas alltså av att deras viskositet är oberoende av skjuvhastigheten och endast varier med temperatur och tryck.
Polymerer från växtriket
Cellulosa: Bomull, lin, hampa, jute, sisal, alla krolofyl innehållande växter Hemicellulosa Ligin Pektin Stärkelse
Från djurriket:
Proteiner: kollagen (mjukvävnad & ben), silke, kasein, keratin
Polysakarider: Kitin (skaldjur), cellulosa (manteldjur), hyralonsyra (tuppkam)
Från växt&djurriket
DNA, RNA
Enzymer
Proteglykoner
Polysackarider
Är den grupp av naturliga polymer som är vanligast förekommande i biosfären.
De är uppbyggda av mono- eller disackarider som länkas samman av glykosbindningar och de är oftast linjära, men kan även vara förgrenade.
Polysackariderna kan bestå av flera olika enheter som liknar varandra i sin struktur men som inte är identiska.
Cellulosa
Utgår från glukos (monossocker)
Disackarider
Är de sockerarter som består av två monosackaridrester sammankopplade med en glykosbindning. Sackaros, Laktos, Maltos.
fyra huvudtyper av polymerisationsprocesser
Stegvis polymerisation
Kedjevis polymerisation
Ringöppningspolymerisation
Övriga polymerisationstekniker
Stegvis polymerisation:
”Ett steg i taget”
Kännetecknas av att varje monomerer har åtminstone två organiska, funktionella grupper: Hyrdoxyl, karboxyl eller amingrupper.
Bygger på att två monomerer reagerar samman genom sina funktionella grupper, A och B till exempel karbolsyra och alkohol. Ofta, men inte alltid, avspaltas en liten molekyl som till exempel h2o eller HCl i samband med reaktionen.
Kan användas för tillverkning av linjära och grenade och tvärbundna polymerer.
Kedjevis polymerisation:
”En kedja (polymer) i taget”
Radikal polymerisation
Jon polymerisation
Koordinationspolymerisation
Radikal polymerisation
Kommersiellt dominerande
Är svår att styra över finns sätt att hantera på.
Går bra för vinylmonomerer
Billigt
Snabbt
Får inte så bra koll på molekylviktsfördelningen
Förgreningar
Undvika felställen
Går inte att styra stereoregularitet = hur monomana kopplar ihop med varandra
Reaktions isoterm
Exempel som gör med radikal: LDPE, PVC, PS, PMMA
Hur sker radikal
Sker i 3 steg: Initiering-bildning av radikaler Propargering Terminering Rekombinering Disproportionering Kedjeöverföring
Radikal:
Stegvis:
Massa hög molekylärt på en gång, men har kvar mycket monomer.
All monomer förbrukas nästan på en gång, i slutet får man upp molekylvikt.
Jonpolymerisation
Bara vissa vinylmonomerer med sidogrupper som stabiliserar kat eller anjon. Ger potential till stereoregularitet och molekylviktskontroll. Dyrare & svårare än radikal.
Ingen termeniring genom och av växande polymerjoner
Jonpolymerisation är alltid i lösning, eftersom motjonen måste fjärmas från det aktiva centret så monomerna kan komma till.
Katjonpolymerisation
Långsam initiering Snabb profanering Högre reaktionshastighet vid låg temperatur Mycket känslig för föroreningar Ex Polyisobuten
Anjonpolymerisation
Snabb initiering
Långsam propagering
För vissa: ingen terminering, kallas levande polymerer.
Dom ger extremt snäva M fördelningar (PDI=1)
Ex PS, PAN, aretalplast, polytormaldetryd
Levande polymerer kan man m’ta växelvis med olika monomerer det ger blockpolymerer med kontrollerade blocklängder.
Koordinationspolymerisation
Katalysator med förmåga att på ett kontrollerat sätt koordinera hur monomerena adderas till det aktiva centret på den växande pol.
Ex: HDPE, i-PP, s-PP, LLDPE, zipaler-Natta (HDPE)
Värmestabilisatorerna
Bromsar termisk nedbrytning
‘Ex. I PVC
Smörjmedel
Underlättar smältbearbetning
Tg - sänkande - sänkt viskositet
Ex. Parrafin, stearinsyrakomplex
Mjukningsmedel
Sänker glasomvandlingstemperaturen
Sänker Tg - ökad konformationsrörlighet
Antistatmedel
För hindrar uppladdning
Antioxidanter
Bromsar oxidation
Ljusstabilisatorer
Bromsar effekter av UV-ljus
Flamskyddsmedel
Minskar brännbarhet
Tervira CS:
PET-basera sampolymer där en tillsatt monomer innehåller fosfor. Tvättas inte ur produkten.
Fosfor är en ändlig resurs, mineral. Går i föreningar med metaller. Måste bryta det, gruvnärning: som påverkar miljön + ekonomiska & sociala HV-effekter.
Antiblockmedel
Motverkar ihopklibbning mellan firmlager
Fungerar som Post-it lappar
Filmmedel
För styvar och drygar ut
Armeringsmedel:
Förstärker och förstyvar
Polymera blandningar:
Få fram nya egenskapsprofiler
Pigment
Färgar
Övriga tillsatser
Mest oönskade
Monomerrester i PS
BPA i PC
