Tentafrågor Flashcards
Hur förhåller sig Mn och Mw till varandra hos en monodispers polymer?
De är lika
Diskutera vilka möjligheter som finns att få ataktisk polypropenen att bli isotaktisk?
Det går inte med mindre än att först depolymerisera polymererna
Vad är det för några principiella skillnader i strukturell uppbyggnad mellan termoplast, termoplastisk elastomer, gummi och härdplast?
En termoplast består av linjära eller möjligen grenade polymerer medan en termoplastisk elastomer består av linjära polymerer med sekvenser av två olika enheter (block) medan gummit och härdplasten består av glest respektive tätt tvärbundna polymerer.
Polymerernas intermolekylära bindningar är helt avgörande för de slutliga materialens egenskaper.
d) Förklara varför de är så betydelsefulla?
Eftersom de avgör vilken konformationsrörlighet polymererna kommer få och hur mycket energi som åtgår för att separera polymererna från varandra – den kohesiva energidensiteten.
Vilken typ av intermolekylära bindningar kan förväntas i PP?
van der Waals
Vilken typ av intermolekylära bindningar kan förväntas i PA66?
H-bindning
Förklara begreppen repeterande enheten och monomer, och förklara hur/om begreppen hänger samman
Den repeterande enheten utgör polymerens minsta gemensamma nämnare medan monomer är den grundkemikalie som länkades ihop vid polymerisationen.
Vad kan man säga om polyetens takticitet?
Det är inte tillämpligt för PE som saknar sidogrupp.
Förklara hur ett gummis tvärbindningsgrad påverkar dess E-modul.
Ju tätare tvärbindningar desto högre E-modul.
Finns det andra sätt att reglera E-modulen hos ett visst gummi? Ge ett exempel vardera på höjande respektive sänkande.
Genom tillsatser, t.ex. höjer tillsatser av sot E-modulen medan lågmolekylära tillsatser sänker E-modulen.
Vilka tre kriterier måste vara uppfyllda för att ett material skall kunna kallas gummielastiskt.
- Momentan deformation och återhämtning
- Helt reversibel deformation
- Tål mkt stora deformationer, L/L0 >3
Vad innebär entropielasticitet?
Att polymersekvenserna mellan tvärbindningspunkterna är lättrörliga och har så svaga intermolekylära krafter med angränsande polymersekvenser att summan av de intermolekylära inte påverkas när de rätas ut vid deformation. Däremot minskar deras oordning (entropin) vid deformation vilken naturen alltid vill maximera vilket gör att polymersekvenserna omedelbart återgår till sitt tilltrasslade tillstånd efter avlastning.
Hur definieras glastransitionen?
Den temperatur där 20-50 atomer i huvudkedjan får drastiskt förändrad samordnad
konformationsrörlighet.
Hur kommer glasomvandlingstemperaturerna bli om man polymeriserar 3) och 5) till diblocksampolymer respektive alternerande sampolymer? Förklara också varför.
För diblocksampolymer kommer man se två separata Tg’n medan den alternerande ger ett gemensamt Tg eftersom diblocksampolymeren ger två separata faser medan den alternerande ger en homogen fas.
Termoplastiska polymerers förmåga att kristallisera kan beskrivas termodynamiskt. Ange den termodynamiska storheten och hur den förändras när det gäller; det som driver på kristallisationen … resp bromsar kristallisationen…
- Entalpisänkningen
2. Entropisänkningen
c) Diskutera hur polymerens molekylvikt påverkar dess förmåga att kristallisera?
Vid låg och hög molekylvikt går kristalliniteten ner. Låg M ger många ändgrupper som stör ordningen medan hög molekylvikt ger många intrasslingar vilket stör diffusionen av polymererna.
d) Diskutera hur kristallisationshastigheten påverkas av temperaturen.
Temperaturen behöver vara tillräckligt mycket över Tg för att konformationsrörligheten skall vara hög nog för att medge den stora diffusionen och omlagringen som krävs för att gå från amorft till kristallint tillstånd. Samtidigt krävs tillräcklig termodynamisk drivkraft för kristallisation vilket kräver att temperaturen hålls tillräckligt mycket under polymerens smälttemperatur. Normalt ligger högsta kristallisationshastigheten nära medelvärdet av Tg och Tm.
Ett vanligt sätt att illustrera termoplastiska polymera materials temperaturberoende är att plotta hur deras elasticitetsmodul beror av temperaturen.
a) Ange de zoner som en amorf termoplast normalt uppvisar.
Glasområdet, transitionsområdet, gummiplatån och den viskösa zonen.
b) Beskriv om/hur någon zon påverkas om samma termoplast förmåtts kristallisera.
Glasområdet i stort sett oförändrat, E-modulfallet i transitionsområdet minskar, gummiplatån blir högre och förlängs mot högre temperatur liksom den viskösa zonen tills polymeren smälter då E-modulfallet blir mycket drastiskt.
Hur kan dragprovning användas för att ge kvantitativa uppfattningar om materials slagseghet?
Genom att studera arean under dragprovningskurvan = brottarbetet.
Enkla vätskar är ofta Newtonska.
d) Vad innebär det?
Att dess viskositet är konstant.
Vad innebär det att en polymer är icke-Newtonskt?
Att dess viskositet är skjuvhastighetsberoende.
b) Enligt vilken huvudprincip polymeriseras den? PET
Stegvis polymerisation
Med vilken specifik typ av polymerisationsreaktion görs polymeren? PET
Omförestringsreaktion
Varför har denna polymerisationsreaktion blivit så populär för den aktuella polymeren? PET
Eftersom reaktionen tar bort stökiometrikravet.
Ur miljöbelastningshänseende - Vilket sätt skulle du rekommendera att flamskydda denna polymer? PET
Genom sampolymerisation med fosforinnehållande monomer som man gör med Trevira CS.
Polymerens miljöproblem debatteras livligt. Vad är dilemmat med just denna polymer? PET
Att den är både mekaniskt och kemiskt mycket stabil varför slitagefragment av den blir mycket långlivade i miljön (mikroplast) samtidigt som den håller väldigt länge vilket sprider ut miljöbelastningen över lång tid om den används mycket.
Vad är likheten och skillnaden i struktur mellan cellulosa och den linjära ingrediensen i stärkelse?
Likheten består i att båda är uppbyggda av glykosenheter och skillnaden består i hur de kopplats till varandra.
Varför får de så olika egenskaper?
Eftersom de har så olika förmåga att kristallisera
En tekniskt mycket viktig polymer utvinns ur saven på vissa träd.
c) Vilken är polymeren?
Latex (naturgummi)
Hur används polymeren? Latex
Den tvärbinds (vulkas) till gummi
Ge exempel på två produkter som tillverkas av denna råvara
Kondomer och däck
Cellulosa är inte termoplastisk.
f) Beskriv hur den kan användas som råvara vid framställning av termoplast.
Cellulosan löses upp och ett antal av dess hydroxylgrupper reageras (derivatiseras) vilket gör den termoplastisk.
Det finns många olika sätt att forma termoplast. Det finns också möjlighet att foga samman olika plastdelar.
a) Vad kallas den teknologin?
Svetsning
Hur skall man säkerställa att den teknologin ger en stark fog?
Att polymererna når tillräcklig intrassling i varandra.
Hur skall man tänka angående möjligheterna att sammanfoga plastdetaljer baserade på olika polymerer?
Polymerer är i regel inte lösliga i varandra vilket hindrar intrassling och omöjliggör därmed starka svetsfogar.
Beskriv kemin vid skumning av polyuretanskum.
En isocyanat reagerar med vatten som ombildas till amin och spaltar av CO2 som ger skumningen. Aminen reagerar därefter med en oreagerad isocyanat.
Vad är det hos polymera materials konstitution som gör att dessas egenskaper skiljer sig från andra material?
Deras höga molekylvikt.
b) Vad kommer ordet plast ifrån? Redovisa och förklara kortfattat.
Att något är plastiskt – dvs att det är lätt att uppnå bestående (plastisk) deformation.
Vad är det för några principiella skillnader i strukturell uppbyggnad mellan termoplast, termoplastisk elastomer, gummi och härdplast?
En termoplastisk består av linjära eller möjligen grenade polymerer medan en termoplastisk elastomer består av linjära polymerer med sekvenser av två olika enheter (block) medan gummit och härdplasten består av glest respektive tätt tvärbundna polymerer.
Vad är det hos H-bindningar som gör dem så betydelsefulla?
Deras styrka
Nämn ett polymert material där H-bindningar inte förkommer
PE
Vilka förutsättningar ska vara uppfyllda för att H-bindning skall bildas?
Att ett väte som är bundet till en elektronegativ atom på polymeren attraheras av en annan elektronegativ atom/grupp.
Vad beskriver den repeterande enheten och vad är dess monomer?
Den repeterande enheten utgör polymerens minsta gemensamma nämnare medan monomer är den grundkemikalie som länkades ihop vid polymerisationen.
Redogör för begreppet konstitutionella isomerer och ge exempel på två sådana polymerer.
Det är två polymerer vars repeterande enheter har samma summaformel men där atomerna är konfigurerade olika, t.ex. polyvinylacetat och polyvinylakrylat som båda har summaformeln C4H6O2.
Resonera kring vad som händer med dess gummielasticitet om tvärbindningsgraden är otillräcklig respektive för stor.
Vid för låg tvärbindningsgrad hålls inte alla polymererna ihop – materialet flyter, vid för hög tvärbindningsgrad begränsas konformationsrörligheten till den grad att töjbarheten begränsas.
Ökar eller minskar risken att fläcken syns om temperaturen i rummet höjs väsentligt? Resonemang förväntas.
När gummi värms upp ökar dess konformationsrörlighet vilket ger det möjlighet att öka sin oordning vilket innebär att det drar ihop sig. Risken minskar därmed att fläcken skall synas.
Vad händer med gummibandets tvärsnittsarea vid temperaturhöjningen?
Tvärsnittsarean ökar i motsvarande grad så att volymen bibehålls.
Vad är det som gör dessa streck svarta och varför är det där?
Gummit i bildäcken innehåller kimrök (sot) vilket bla ger UV-skydd
Resonera kortfattat kring möjligheterna att återvinna produkter tillverkade av gummi.
Gummi kan inte omformas termoplastiskt. Tvärbindningarna hindrar detta. Gummit kan malas ner till partiklar som på olika sätt kan återvinnas genom att blandas med nytt latex före vulkaniseringen eller återanvändas på konstgräsplaner.
Hur definieras glastransitionen?
Den temperatur där 20-50 atomer i huvudkedjan får drastiskt förändrad samordnad konformationsrörlighet.
Hur påverkas kritallinitetsgraden hos linjära termoplaster av: temperaturdifferensen mellan smält- och glasomvandlingstemperaturerna,
Konformationsrörligheten måste vara tillräckligt hög för att medge den stora diffusionen och omlagringen som krävs för att gå från amorft till kristallint tillstånd. En liten temperaturdifferens ger kort tid för denna omlagring att ske vilket ger låg kristallinitet.
Hur påverkas kritallinitetsgraden hos linjära termoplaster av: kylningshastigheten
Konformationsrörligheten måste vara tillräckligt hög för att medge den stora diffusionen och omlagringen som krävs för att gå från amorft till kristallint tillstånd. Hög kylningshastighet ger kort tid för denna omlagring att ske vilket ger låg kristallinitet.
Hur påverkas kritallinitetsgraden hos linjära termoplaster av: konfigurationen på en vinylpolymer
Polymeren måste kunna finna en tätpackad ordning som ger många intermolekylära bindningar som krävs för hög kristallinitet. Oregelbunden konfiguration som är fallet för t.ex. ataktisk konfiguration försvårar sådan tätpackning.
Hur påverkas kritallinitetsgraden hos linjära termoplaster av: molekylvikten
Vid låg och hög molekylvikt går kristalliniteten ner. Låg M ger många ändgrupper som stör ordningen medan hög molekylvikt ger många intrasslingar vilket stör diffusionen av polymererna.
Hur påverkas kritallinitetsgraden hos linjära termoplaster av: tvärbindningar
Konformationsrörligheten måste vara tillräckligt hög för att medge den stora diffusionen och omlagringen som krävs för att gå från amorft till kristallint tillstånd. Tvärbindningar begränsar konformationsrörligheten och kommer följaktligen att minska kristalliniteten.
Använd termodynamiska begrepp för att förklara vad som styr en polymers Tm.
ΔG = 0 vid smältning varför Tm = ΔH/ΔS.
För att få hög smälttemperatur skall kristallisationsvärmet ΔH vara så negativt som möjligt, vilket kräver att det kan bildas många och starka intermolekylära krafter (H- bindningar) OCH att ΔS < 0 och beloppet är litet vilket innebär att polymererna är relativt stela så att oordningen inte påverkas så drastiskt mellan amorft och kristallint tillstånd. För låg smältpunkt blir det tvärt om, dvs. negativt men litet ΔH och negativt men stort ΔS < 0 ger låg smältpunkt. Litet ΔH innebär svaga intermolekylära krafter (vdW-bindningar) och lättrörlig polymerkedja.
Du jobbar extra i en klädbutik. En kund kommer in och vill reklamera ett par byxor som tappat formen. Det har bildats väldigt tydliga knän på dem.
a) En viskoelastisk effekt har orsakat knäbildningen – vilken?
Spänningsrelaxation
Dagen efter kommer en annan kund in och vill reklamera en tygpåse som förlängt sig rejält. Kunden har förvarat sitt bowlingklot i kassen och den har hängt på en krok i hallen mellan bowlingspassen.
b) Vilken viskoelastisk effekt har orsakat förlängningen?
Krypning
Beskriv kortfattat hur du skulle kunna använda dragprovning för att bedöma risken för att de viskoelastiska effekterna drabbar textilierna i uppgift a) och b) ovan.
Genom att studera skillnaderna i lutning för respektive textils dragprovningskurvor vid variation av deformationshastigheterna fås en uppfattning om dess viskösa komponenter. Den textil med det största deformationshastighetsberoendet har sannolikt större risk att drabbas av de effekter som beskrevs i a) och b).
Föreslå en alternativ teknologi som är utvecklad för att beskriva materials viskoelastiska egenskaper.
DMTA
Polyetylentereftalat polymeriseras i två steg.
b) Ange/beskriv mellanprodukten som erhålls efter steg 1.
Mellanprodukten är bis hydroxyetyltereftalat, BHT (strukturformel är också OK) eller en tereftalsyra med en dietylenglykol i varje ände.
c) Diskutera vilka fördelar denna strategi erbjuder för att uppnå hög molekylvikt.
När man sedan går vidare till steg 2 så kommer BHT-molekyler reagera med varandra genom omförestring under avspaltande av etylenglykol. På så vis behöver man inte bekymra sig över att ha stökiometriska förhållanden mellan reaktanterna vilket enligt Carothers ekvation DP = 1/(1-p) kräver hög omsättning för att erhålla eftertraktade molekylvikter.
d) Vilka är de tre stegen vid radikalpolymerisation?
Initiering, propagering och terminering.
Vad är din uppfattning om nyttan för den marina miljön med den sänkta förbrukningen av plastkassar i Sverige?
Eftersom svenska kassar vanligtvis hamnar i fjärrvärme eller kraftvärmeverk innebär det ingen minskad belastning på den marina miljön. Det är länder utan fungerande sophantering som huvudsakligen förorenar den marina miljön.
Vilka effekter kan förväntas ur ett hållbar utvecklingsperspektiv?
Den ekonomiska delen av hållbar utveckling förbättras om vi använder mindre fossil råvara.
Även kassar som gjorts av återvunnen plast, liksom kassar gjorda av biobaserad polyeten har samma skattesats som konventionella kassar.
c) Diskutera för och nackdelar utifrån dessa fakta
Återvinningsindustrins spelregler ritas om i negativ riktning vilket minskar incitamenten att investera i nya teknologier. Detsamma gäller efterfrågan på bioeten. Å andra sidan går det åt mycket energi och kemikalier att återvinna kassar. Det är väl också bra att lära konsumenter att återanvända sina kassar och förpackningar.
Den vanligaste textilfibern består av syntetisk polymer. Det går utmärkt att smältspinna fibrer av återvunna PET-flaskor men det går inte att göra flaskor av denna syntetfiber. d) Vilken är polymeren (förkortning/akronym duger inte)?
polyetentereftalat
Varför går det inte att göra flaskor av syntetfibern?
Fibrerna har lägre M
På senare tid har det uppmärksammats att små fragment av dessa fibrer kan finnas lite överallt i miljön.
f) Beskriv kortfattat HU-dilemmat som uppstått med denna polymer.
Den är så kemiskt
och mekaniskt stabil att dess förslitningsfragment blir persistenta
