POLYMEREN of : “Kunststoffen” … of : “Plastics”...

download POLYMEREN of : “Kunststoffen” … of : “Plastics”...

of 84

  • date post

    08-Jun-2015
  • Category

    Documents

  • view

    320
  • download

    13

Embed Size (px)

Transcript of POLYMEREN of : “Kunststoffen” … of : “Plastics”...

  • Dia 1
  • POLYMEREN of : Kunststoffen of : Plastics...
  • Dia 2
  • MATERIALEN...
  • Dia 3
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Inhoud zInleiding zPolymeerchemie xPolymerisatie-reacties xSoorten Polymeren zBelangrijkste eigenschappen xVersterkingsmethoden zFabricagetechnieken
  • Dia 4
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeren : Inleiding (1) zWat / Naam ? polymeras xGr.: poly (veel) + meras (delen) x= stoffen die bestaan uit lange ketens van zich herhalende moleculaire groepen (monomeren) xMeeste monomeren : ruggengraat van C-atomen (--> organische stoffen)
  • Dia 5
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeren : Inleiding (2) zWat / Naam ? zVoorbeeld : poly-ethyleen (poly-etheen) Notatie van een Polyethyleen-molecule (1/2)
  • Dia 6
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polyethyleen-molecule (2/2) Atoomstructuur buitenste atoomschil van C-atoom bevat 4 elektronen --> kan nog 4 elektronen opnemen Aan beide kanten van etheen- molecule ander etheen molec. --> valenties v. centrale molecule volledig bezet --> ev.: Ontstaan lange keten Fysische structuur Ev.: erg lange ketens --> verward & verstrengeld --> meer of minder kristalliniteit, of amorf (cfr. infra)
  • Dia 7
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeren : Inleiding (3) zWat / Naam ? zVoorbeeld : poly-ethyleen (poly-etheen) zVergelijking met andere materialen xAtomen binnen monomeer : zeer sterk aan elkaar gebonden (meestal covalent) xBinding tussen aaneengeregen monomeermoleculen (= binnen polymeerketen): ook covalent, of ev. veel zwakkere secundaire binding xPolymeren met lange ketenmoleculen : normaliter zwakker dan keramieken of metalen : Onderling slechts aan elkaar gebonden door zwakke elektrostatische krachten (Vanderwaalskrachten) Onder belasting : ketens uit elkaar glijden !... => versteviging (diverse mogelijkheden : vulstoffen, vertakte keten, cross-links,...) zEigenschappen
  • Dia 8
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeren : Inleiding (4) zWat / Naam ? zVoorbeeld : poly-ethyleen (poly-etheen) zVergelijking met andere materialen zEigenschappen xZr veel variaties : structuur keten ligging ervan toevoegstoffen e.g. ook : snel afkoelen xGevolg : grote waaier van eigenschappen --> meest moderne materialen; nog enorme evoluties --> rol polymeerchemicus : compounders (mengers) & polymeerfabricanten
  • Dia 9
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeren : Inleiding (5) zPolymeren : ook natuurlijk Ook dierlijke eiwitten = polymeren Ook : dennen-hars, schellak, natuurrubber cellulosemoleculenHout = ketens cellulosemoleculen, aan elkaar gehouden door een ander natuurlijk polymeer, i.e., lignine zKunststof = polymeer met allerlei toevoegingen zPlastic : cfr. plastisch, kneedbaar zeker niet altijd OK
  • Dia 10
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeren : Enige geschiedenis Celluloid Caseine (kunsthoorn) Bakeliet WO II : e.g. vinyl (leder), nylon (zijde) // D 80s : ook o.m. polymeer-blends 90s : IPNs !
  • Dia 11
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Inhoud zInleiding zPolymeerchemie xPolymerisatie-reacties xSoorten Polymeren zBelangrijkste eigenschappen xVersterkingsmethoden zFabricagetechnieken
  • Dia 12
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymerisatie-reacties (1) Additiepolymerisatie : de moleculen worden geheel achter elkaar gekoppeld, als kralen aan een ketting Uitgangsmateriaal = monomeer in oplossing, emulsie, dampvorm, of gewoon onverdunde vloeistof Schakels in polymeer : zelfde chemische samenstelling als monomeermolecule
  • Dia 13
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymerisatie-reacties (2) Condensatie- polymerisatie : een nieuw molecule hecht zich aan een ander molecule tijdens de vormingsreactie Schakels in polymeer : andere chemische samenstelling dan uitgangsmaterialen Vorming van bijprodukt (water / condensatie)
  • Dia 14
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymerisatie-reacties (3) BIJZONDERE GEVALLEN : Polyadditie : (combinatie 1 & 2) condensaat wordt ook in de keten opgenomen op een andere plaats Cross-linking : vorming van sterke chemische bruggen (cross-links / dwarsverbindingen) tussen de ketens Materiaal dat ontstaat is in feite n macromolecule Vb.: Epoxyharsen (e.g. voor PMC composiet-materialen)
  • Dia 15
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Verschillende polymeren zFysisch verschillend : bv. katalysator en/of proces- parameters (p, T, ) --> lengte polymeerketens (moleculair gewicht) MG --> materiaaleigenschappen !!! Vb.: PE met hoog of laag MG = andere eigenschappen mechanische eig. (treksterkte, buigsterkte,) : groter bij groter MG verwerkbaarheid (i.e. viscositeit / gieten, persen, vormen) : afneemt met groter MG Polyethyleen zChemisch verschillend : cfr. Polyethyleen yChemische Samenstelling : substitutie van een of meer H-atomen door ander element of moleculaire groep (vb.: Cl, methylgroep CH 3, R...) cfr. infra y(Chemische) Structuur (3D) : atactisch, isotactisch, syndiotactisch cfr. infra
  • Dia 16
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polyvinylchoride / Polypropyleen Basis : C 2 H 4 (ethyleen) Vervang n H door Cl --> Polyvinylchloride (PVC) Vervang H door CH 3 --> Polypropyleen (PP)
  • Dia 17
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Co-polymerisatie A = monomeer met chemische samenstelling A B = monomeer met chemische samenstelling B = Polymerisatiereactie waarbij polymeerketting ontstaat die (twee) verschillende monomeren bevat (mr -> terpolymeren) n van beide bouwstenen uitsluitend in hoofdketen, andere in zijketen atactisch (onregelmatige plaatsing) isotactisch (zijgroepen steeds aan zelfde kant) syndiotactisch (zijgroepen alternerend aan hoofdketen) +/- onbeperkte waaier eigenschappen & Katalysatoren --> +/- onbeperkte waaier eigenschappen hoofdketen zonder bijketens
  • Dia 18
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Polymeer blends Mengpolymeer (homogeen, n fase) Componenten op moleculaire schaal mengbaar; hebben identiteit verloren Polymeer Mengsel (heterogeen, meerfasig) Tg Componenten niet mengbaar; componenten behouden iets van hun oorspronkelijke eigenschappen (i.e., Tg) Verschillende microstructuren (e.g. component I = kleine bolletjes, cylindrische structuren,) Ook : componenten = lamellen (cfr. laagjes triplex, multiplex) Praktijk (commercile prod.) : onderscheid niet altijd duidelijk
  • Dia 19
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 T g : Glasovergangstemperatuur - Glastemperatuur z= glaspunt ; glas-rubber-overgangstemperatuur, verwekingstemperatuur; = temperatuur waarbij polymeer verweekt zBij T > T g : xamorf polymeer = rubberachtige vloeistof xketens kunnen over elkaar glijden (vloeien; plastic) zBij T < T g : xmateriaal = vaste, glasachtige stof zHeterogeen Mengsel : beide componenten hebben eigen T g 8.4.1
  • Dia 20
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Tg Soorten Polymeren (1) Thermoplasten, Thermoharders, Rubbers rubbertraject Thermoharders : vernetting / cross-linking (covalente brugverbindingen) bij hoge temp. --> 3-dimensionaal macromolecule Niet nogmaals te smelten (I.e. niet meer terug vloeibaar bij opnieuw verwarmen; e.g. verkolen) --> recyclage = ??! Thermoplasten : lineaire polymeren; smalle polymeer ketens / beperkte 2-dimensionale structuur Rubbers : tussenvorm Indeling op basis van temperatuur-afhankelijk gedrag : thermoplasten: verweken (plastisch) bij hogere temperatuur rubbers, elastomeren: bij kamertemp. al verweekt (+ rubber-elastisch of visco- elastisch gedrag = terugtrekking vertraagd i/d tijd ) thermoharders: +/- niet verweekt (of zelfs verhardt) bij hogere temperatuur
  • Dia 21
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 A. Thermoplasten (E.: thermoplastics) zWat ? : lange keten moleculen met zwakke bindingen tussen ketens; verweken en ev. smelten bij verwarming zStructuur : Amorf of Kristallijn zTemperatuur effecten : yAmorfe zones worden visceuze vloeistoffen boven Tg (glastemperatuur) yKristallijne zones (indien aanwezig) smelten bij Tmp (smeltpunt polymeer) zEigenschappen : yMakkelijk (her-)vormbaar / recycleerbaar boven Tg (Tmp indien semi-kristallijn) yGebruik normaliter beperkt tot matige temperaturen yVerhoging kristalliniteit verhoogt sterkte en stijfheid, verlaagt ductiliteit zVoorbeelden : yPolyethyleen (PE), polyvinylchloride (PVC) Amorf Semi-kristallijn 3.4.2
  • Dia 22
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 B. Thermoharders (E.: thermosets) zWat ? : 3-dimensionaal netwerk van ketens met vele cross-links, welk na vorming en verwarming de 3-D structuur zal behouden zStructuur : normaliter Amorf zTemperatuur effecten : y(Lichte) verweking boven Tg (glastemperatuur) ; maar blijft een vaste stof yBij hoge temperatuur : desintegratie, verkoling,... zEigenschappen : yHard en rigied, zeker beneden Tg yHoge dimensionele stabiliteit yResistent aan kruip en vervorming onder belasting yHogere temperatuur capaciteiten dan thermoplastics zVoorbeelden : yFenolen, Expoxyharsen Cross-linking structuur
  • Dia 23
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 C. Elastomeren (incl. rubbers) zWat ? : Capaciteit tot zeer grote elastische vervorming (> 100%), maar terugkeer tot originele vorm na wegnemen belasting zStructuur : Lange ketens, met enkele cross-links tussen ketens zTemperatuur effecten : yBros beneden Tg (glastemperatuur) yErg elastisch boven Tg zEigenschappen : yNaarmate cross-link dichtheid toeneemt stijgen sterkte en stijfheid, doch daalt ductiliteit zVoorbeelden : yNatuurrubber (poly-isopreen), Siliconen S cross-linking bij Natuurrubber
  • Dia 24
  • Prof. W. Bogaerts, 2002 Soorten Polymeren (2) indeling volgens