Polimer

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
busolă Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea de materiale artificiale formulate din polimeri, consultați Fibre chimice , materiale plastice și cauciuc .
Lanțuri cu un singur polimer privite la microscopul cu forță atomică

Un polimer (din grecul polymerḗs, compus din polýs- e -méros , literalmente „având multe părți” [1] ) este o macromoleculă , adică o moleculă cu o greutate moleculară mare , alcătuită dintr-un număr mare de grupări moleculare ( sau unități structurale) identice sau diferite (în copolimeri ), unite „în lanț” prin repetarea aceluiași tip de legătură ( covalentă ).

Conform definiției internaționale IUPAC , unitatea structurală este numită „unitate constituțională care repetă” (CRU, Constitutional Repeating Unit [2] ). [3] Termenii „unitate repetitivă” și „ monomer ” nu sunt sinonimi: de fapt, o unitate repetitivă este o parte a unei molecule sau macromolecule, în timp ce un monomer este o moleculă compusă dintr-o singură unitate repetitivă. În cele ce urmează, atunci când vorbim de „monomeri” ne referim, prin urmare, la reactanții din care polimerul este format prin reacția de polimerizare , în timp ce termenul „unități repetitive” înseamnă grupările moleculare care împreună cu grupurile terminale alcătuiesc polimerul (care este produsul reacției de polimerizare). [4]

Pentru a defini un polimer trebuie să știți:

  • natura unității care se repetă;
  • natura grupurilor finale ;
  • prezența ramificațiilor și / sau reticulărilor ;
  • orice defecte ale secvenței structurale care pot modifica caracteristicile mecanice ale polimerului.

Deși strict vorbind, macromoleculele tipice ale sistemelor vii ( proteine , acizi nucleici , polizaharide ) sunt polimeri (așa-numiții „polimeri naturali”), în industria chimică termenul „polimeri” înseamnă de obicei macromolecule de origine sintetică : materiale plastice , cauciucuri sintetice și fibre textile (de exemplu, nailon ), dar și polimeri sintetici biocompatibili folosiți pe scară largă în industria farmaceutică, cosmetică și alimentară, inclusiv polietilen glicoli (PEG), poliacrilați și poliaminoacizi sintetici .

Cei mai importanți polimeri anorganici se bazează pe siliciu ( silice coloidală , siliconi , polisilani ). [5] [6]

Istorie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Plastic .

Termenul „polimer” derivă din grecescul πολύς ( polýs , care înseamnă „mult”) și μέρος ( méros , care înseamnă „parte”) și a fost inventat de Jöns Jacob Berzelius , cu o semnificație diferită de cea actuală utilizată de IUPAC . Acest termen poate indica atât polimeri naturali (inclusiv cauciuc , celuloză și ADN ), cât și polimeri sintetizați în laborator (utilizați în general pentru producerea materialelor plastice ).

Prin urmare, istoria polimerilor începe cu mult înainte de apariția materialelor plastice, deși comercializarea materialelor plastice a crescut foarte mult interesul comunității științifice pentru știința și tehnologia polimerilor.

Primele studii pe polimeri sintetici se datorează lui Henri Braconnot în 1811 , care a obținut compuși derivați din celuloză.

În 1909 , chimistul belgian Leo Hendrik Baekeland a creat primul material plastic complet sintetic, aparținând grupului de rășini fenolice, numindu-l Bakelite, primul plastic termorezistent.

În 1912 elvețianul Jacques Brandenberger a produs celofan , derivat din celuloză și în aceeași perioadă au fost introduși polimeri sintetici precum raionul , de asemenea, un derivat de celuloză.

Chimistul german Hermann Staudinger în 1920 a propus conceptul actual de polimeri ca structuri macromoleculare unite prin legături covalente. [7] Tot în anii 1920, Wallace Carothers s-a dedicat studiului reacțiilor de polimerizare .

În 1950, Du Pont a brevetat teflonul (PTFE), rezultatul cercetărilor privind compușii de fluor și, în special, fluorocarburile . [8]

De-a lungul anilor, s-au efectuat multe studii asupra comportamentului reologic al polimerilor și asupra caracterizării acestora, precum și asupra metodelor de polimerizare. În special, în 1963 Karl Ziegler și Giulio Natta au obținut Premiul Nobel pentru chimie ca recunoaștere a studiilor lor asupra polimerilor (în special pentru descoperirea așa-numiților „ catalizatori Ziegler-Natta ”). [9]

În 1974 , Premiul Nobel pentru chimie i-a fost acordat lui Paul Flory , care și-a concentrat studiile asupra cineticii polimerizărilor în trepte și lanțuri , transferul lanțului , efectele de volum excluse și teoria soluțiilor Flory-Huggins . [10] [11]

Clasificarea polimerilor

Polimerii pot fi clasificați în diferite moduri:

  • Polimerii produși din monomeri care sunt la fel sunt numiți homopolimeri [12], în timp ce cei produși din monomeri reprezentați de două sau mai multe specii chimice diferite se numesc copolimeri . [13]
  • În funcție de structura lor, acestea pot fi clasificate în polimeri liniari, ramificați sau reticulați. [14]
  • În raport cu proprietățile lor din punct de vedere al deformării, acestea diferă în termoplastice , termorezistente și elastomeri .
  • Există polimeri organici naturali (de exemplu celuloză și cauciuc ), polimeri artificiali, adică obținuți din modificarea polimerilor naturali (cum ar fi acetat de celuloză ) și polimeri sintetici, adică polimerizați artificial (de exemplu PVC și PET ).
  • În funcție de tipul procesului de polimerizare din care sunt produse, acestea sunt împărțite în „polimeri de adiție ” și „polimeri de condensare ”.
  • În raport cu omogenitatea greutății moleculare, polimerii omogeni se pot distinge de cei eterogeni sau polidisperse , aceștia din urmă caracterizându-se printr-o variabilitate ridicată a greutății moleculare medii.

Clasificare din diagrama tensiune-deformare

Diagrama stres-deformare pentru polimeri
A) fibre
B) termoplastice
C) elastomeri.

Fiecare material , în urma unui efort, răspunde cu o deformare, care este asociată cu un procent de alungire mai mare sau mai mic. În cazul polimerilor, se face distincția între:

În general vorbind, polimerii cu cristalinitate mai mare (fibre) sunt mai fragili , în timp ce polimerii amorfi (elastomeri) sunt mai ductili și mai plastici .

Pornind de la diagrama tensiune-deformare este posibil să se obțină următorii parametri:

  • Modul de elasticitate : crește pe măsură ce cristalinitatea polimerului crește
  • Alungirea procentuală la rupere: scade pe măsură ce cristalinitatea polimerului crește
  • Tensiunea de rupere : crește pe măsură ce crește cristalinitatea polimerului
  • Stresul de randament : crește pe măsură ce cristalinitatea polimerului crește.

Clasificarea polimerilor după structură

Structura polimerilor este definită la diferite niveluri, toate interdependente și decisive pentru a contribui la formarea proprietăților reologice ale polimerului, de care depind aplicațiile și utilizările industriale. Arhitectura lanțurilor este un factor care influențează, de exemplu, comportamentul polimerului pe măsură ce temperatura variază și densitatea acesteia. De fapt, se poate distinge între lanțuri liniare (densitate mare), ramificate (densitate mică) și reticulate. [15]

Polimerii liniari sunt cei în care unitățile repetate ale unui singur lanț sunt unite de la un capăt la altul. Între aceste lanțuri pot fi stabilite numeroase legături Van del Waals și hidrogen. Polimerii ramificați au lanțuri din care ramificații laterale se ramifică, ceea ce reduce capacitatea de compactare a lanțurilor. Materiale precum polietilena pot fi liniare sau ramificate. [16]

Clasificare pe baza structurii chimice

Excluzând grupările funcționale direct implicate în reacția de polimerizare, orice alte grupări funcționale prezente în monomer își păstrează reactivitatea chimică și în polimer. În cazul polimerilor biologici ( proteine ), proprietățile chimice ale grupurilor dispuse de-a lungul lanțului polimeric (cu afinitățile, atracțiile și repulsiile lor) devin esențiale pentru modelarea structurii tridimensionale a polimerului însuși, structură pe care activitatea proteinei depinde.în sine.

Clasificare pe baza structurii stereochimice

Absența sau prezența unei regularități în poziția grupurilor laterale ale unui polimer în raport cu lanțul principal are un efect notabil asupra proprietăților reologice ale polimerului și, în consecință, asupra posibilelor sale aplicații industriale. Un polimer ale cărui grupuri laterale sunt distribuite fără o ordine precisă este mai puțin probabil să formeze regiuni cristaline decât unul ordonat stereochimic.

Un polimer ale cărui grupuri laterale sunt toate pe aceeași parte a lanțului principal se numește izotactic , unul ale cărui grupuri sunt alternate în mod regulat pe ambele părți ale lanțului principal se numește sindiotactic și unul ale cărui grupuri laterale sunt poziționate aleatoriu atactic .

Descoperirea unui catalizator capabil să ghideze polimerizarea propilenei pentru a da un polimer izotactic i-a adus lui Giulio Natta Premiul Nobel . Importanța industrială este considerabilă, polipropilena izotactică este un plastic rigid, polipropilena atactică un cauciuc practic lipsit de aplicații practice.

Polimerii izotactici, de fapt, diferă considerabil de cei anizotactici în stare solidă atât în ​​comportamentul față de lumina polarizată, cât și în alte proprietăți, cum ar fi temperatura de topire, solubilitatea și densitatea. [17]

Două noi clase de polimeri sunt polimerii piepteni și dendrimeri .

Modelul unui polimer sindiotactic

Clasificare pe baza greutății moleculare

Polimerii (spre deosebire de moleculele cu greutate moleculară mică sau proteine) nu au o greutate moleculară definită, ci variabilă în raport cu lungimea lanțului polimeric care le constituie. O mulțime de polimeri se caracterizează printr-un parametru tipic al acestor substanțe macromoleculare sau prin indicele de polidispersiune (PI), care ia în considerare distribuția greutăților moleculare (DPM) referitoare la o sinteză. Prin urmare, greutatea moleculară va fi exprimată printr-o valoare medie, care poate fi definită în diferite moduri: ca medie numerică peste intervale dimensionale sau ca medie ponderată peste intervale de greutate. [18]

Se utilizează și gradul de polimerizare , care indică numărul de unități repetitive care alcătuiesc polimerul, [19] și care pot fi:

  • scăzut: sub 100 de unități repetitive;
  • mediu: între 100 și 1000 de unități repetitive;
  • ridicat: peste 1 000 de unități repetitive.

Proprietățile fizice și reologice ale polimerului, precum și posibilele aplicații, depind de gradul de polimerizare.

Dacă gradul de polimerizare este foarte scăzut, vorbim mai corect despre oligomer (din grecescul "oligos-" , "puțini").

Polimeri amorfi și semi-cristalini

Formarea unui polimer amorf (stânga) și semi-cristalin (dreapta)

Polimerii amorfi sunt în general rășini sau cauciucuri. Sunt fragile sub o temperatură („ temperatura de tranziție sticloasă ”) și fluide vâscoase peste alta („punctul de turnare”). Structura lor poate fi asemănată cu o încurcătură dezordonată de spaghete, deoarece lanțurile sunt plasate aleatoriu și nu există o ordine pe termen lung.

Polimerii semi-cristalini sunt în general materiale plastice rigide; lanțurile polimerice, pliabile, sunt capabile să-și aranjeze în mod regulat tracturile mai lungi sau mai scurte unul lângă altul, formând regiuni cristaline regulate (numite „ cristalite ”) care cresc radial în jurul „locurilor de nucleație”, acestea pot fi molecule de substanțe capabile să declanșeze cristalizarea ( „ agenți de nuclere ”) sau alte lanțuri polimerice întinse de fluxul de masă al polimerului.

O situație intermediară între polimerii amorfi și polimerii semi-cristalini este reprezentată de polimerii cu cristale lichide (LCP, Liquid-Crystal Polymers ), în care moleculele prezintă o orientare comună, dar sunt libere să curgă independent una de alta de-a lungul direcției longitudinale. modificându-le structura cristalină. [20]

Pentru un polimer amorf, volumul specific crește liniar până la temperatura de tranziție a sticlei, la care comportamentul se schimbă de la sticlos la cauciucat datorită faptului că mobilitatea lanțurilor polimerice crește odată cu creșterea temperaturii. Tranziția este deci cinetică și nu termodinamică.

Polimerii semi-cristalini au, de asemenea, o temperatură de topire, la care există o discontinuitate în tendința de volum datorită tranziției termodinamice în care este necesară trecerea căldurii latente de la starea cristalină la lichid. [21]

Condițiile care fac posibilă cristalizarea unui polimer sunt: ​​regularitatea constituțională, regularitatea configurației și rata de răcire. Primul este verificat dacă monomerii se succed în mod regulat de-a lungul lanțului, ca și pentru toți homopolimerii. Al doilea derivă din structura stereochimică și este verificat numai pentru polimeri izotactici și sindiotactici. În cele din urmă, dacă răcirea din starea lichidă se desfășoară prea repede, lanțurile nu se vor putea organiza în cristale și polimerul va fi amorf.

Polimeri reticulați

Un polimer liniar (stânga) și unul reticulat (dreapta) comparat. Cercurile negre indică punctele de reticulare.

Un polimer este numit „reticulat” dacă există cel puțin două căi diferite pentru a conecta oricare două puncte ale moleculei sale; în caz contrar, se numește „ramificat” sau „liniar”, în funcție de faptul că lanțurile laterale sunt sau nu altoite pe lanțul principal.

Un polimer reticulat poate fi obținut direct în faza de reacție, amestecând cu monomerul principal și o cantitate de alt monomer similar, dar cu situri mai reactive (de exemplu, copolimerul dintre stiren și 1,4-divinilbenzen) sau poate fi reticulat după sinteza sa prin reacție cu un alt compus (de exemplu, reacția dintre sulf și polimerul 2-metil-1,3-butadienei, cunoscut sub numele de vulcanizare ).

Lanțurile reticulate sunt unite între ele prin legături covalente având o energie de legătură egală cu cea a atomilor de pe lanțuri și, prin urmare, nu sunt independente una de cealaltă. Din acest motiv, un polimer reticulat este în general un plastic rigid, care se descompune sau arde la încălzire, mai degrabă decât să se înmoaie și să se topească ca un polimer liniar sau ramificat. [21]

Conformarea polimerilor

Moleculele de polimer nu sunt exact liniare, dar au un model în zig-zag, datorită orientării legăturilor care sunt capabile să se rotească și să se îndoaie în spațiu. Prin urmare, conformația unui polimer indică profilul sau forma unei molecule, care poate fi modificată prin rotația atomilor în jurul legăturilor covalente simple. Legătura dintre atomii de carbon, de exemplu, are un unghi de 109,5 ° datorită structurii geometrice tetraedrice . Prin urmare, un singur lanț molecular poate avea numeroase bobine, pliuri și bucle. Lanțuri multiple se pot întrepătrunde între ele și se pot încurca ca linia unei undițe. Aceste „bile” stau la baza unor caracteristici importante ale polimerilor, cum ar fi extensibilitatea și elasticitatea. Alte proprietăți depind de capacitatea segmentelor lanțului de a se roti atunci când sunt supuse solicitării. Macromoleculele precum polistirenul , cu o grupare laterală fenilică și, prin urmare, mai voluminoase, sunt de fapt mai rezistente la mișcările de rotație. [22]

Copolimeri

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Copolimer .

Când polimerul este format din două unități repetitive de natură diferită, se spune că este un copolimer .

În ipoteza de a avea doi monomeri, există 4 moduri de concatenare a unităților repetitive A și B care derivă din acești monomeri: [23]

  • aleatoriu: unitățile repetitive A și B alternează aleatoriu;
  • alternativ: dacă unitățile repetitive se succed în perechi, mai întâi A, apoi B, apoi din nou A și așa mai departe;
  • în blocuri: dacă unitățile repetitive de același tip (A) sunt în blocuri care alternează cu blocurile constituite de cealaltă unitate repetitivă (B);
  • grefă: dacă unitățile repetitive de același tip (A) formează un singur lanț, pe care se altoiesc lanțurile laterale formate din unitățile repetitive ale celui de-al doilea tip (B).

Copolimerii aleatori, alternativi și bloc sunt copolimeri liniari, în timp ce copolimerii grefați sunt polimeri ramificați.

Tipuri de copolimeri:
1) polimer simplu (afișat pentru comparație)
2) copolimer alternativ
3) copolimer aleatoriu
4) bloc copolimer
5) copolimer grefat.

Configurarea polimerului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Tacticitate .

Proprietățile unui polimer pot depinde semnificativ de regularitatea și simetria configurației grupului lateral. De exemplu, unitățile repetitive cu grupul lateral R pot avea loc alternativ de-a lungul lanțului (în acest caz configurația va fi numită cap-coadă) sau în atomi adiacenți ai lanțului (configurație cap-cap). Configurația cap-coadă este predominantă deoarece configurația cap-cap provoacă în general repulsie polară între cele două grupuri R.

Fenomenul izomerismului este prezent și în polimeri: stereoizomerism și izomerism geometric .

Stereoizomerismul apare atunci când atomii se află în configurația cap-coadă, dar diferă prin dispunerea spațială. Prin urmare, pot fi identificate trei configurații diferite: izotactic , sindiotactic și atactic . Pentru a trece de la o configurație la alta, nu este suficient să rotiți legăturile, ci acestea trebuie rupte.

Pentru unitățile repetitive care au dubla legătură, sunt posibile alte configurații numite izomeri geometrici: cis și trans . Va exista o configurație cis dacă două grupuri laterale similare sunt pe aceeași parte a legăturii duble și trans dacă sunt pe partea opusă. De asemenea, în acest caz nu este posibilă efectuarea unei conversii de configurație pur și simplu prin rotirea legăturii lanțului dat fiind natura extrem de rigidă a legăturii duble. [24]

Polimeri organici și anorganici

Aproape toate materialele plastice utilizate astăzi sunt polimeri organici, formați din molecule foarte mari formate din lanțuri lungi de atomi de carbon. Polietilena (PE), de exemplu, este un polimer organic în care fiecare atom de carbon este legat de doi atomi de hidrogen. Polimerii sintetici de acest tip, precum și polistirenul (PS) și tereftalatul de polietilenă (PET) pot fi utilizați pentru a produce fibre puternice sau elastomeri asemănători cauciucului. Cu toate acestea, mulți dintre acești polimeri au deficiențe grave, legate, de exemplu, de schimbările de temperatură, care îi fac improprii pentru anumite utilizări. [25]

Toți polimerii liniari sunt sticloși la temperaturi scăzute și devin cauciucați atunci când sunt încălziți. Diferențele detectabile între polimeri sunt, prin urmare, în principal atribuibile diferitelor temperaturi de tranziție sticloasă, condiționate de prezența în lanț a diferitelor grupe substituente sau a altor elemente decât carbonul.

Se așteaptă ca polimerii anorganici să aibă aceleași tranziții termice ca polimerii organici, dar cu puncte de topire ridicate și o rezistență considerabilă la degradarea oxidativă. Datorită prezenței diferitelor grupări substituente, de fapt, polimerii anorganici pot avea proprietăți diferite.

Sticla, de exemplu, este un polimer anorganic format din inele de unități de silicat repetate, iar rocile, cărămizile, betoanele și ceramica sunt în mare parte polimeri anorganici tridimensionali.

Problema cu aceste materiale este că nu sunt flexibile sau rezistente la impact și, prin urmare, nu răspund nevoilor multiple ale tehnologiei moderne.

Proprietățile polimerilor

Proprietățile polimerilor sunt împărțite în diferite clase pe baza scalei și a fenomenului fizic la care se referă. [26] În special, aceste proprietăți depind în principal de monomerii constituenți specifici și de microstructura polimerului însuși. Aceste caracteristici structurale de bază sunt fundamentale pentru determinarea proprietăților fizice ale unui polimer și, prin urmare, a comportamentului său macroscopic.

Microstructura unui polimer se referă la dispunerea spațială a monomerilor constituenți de-a lungul lanțului polimeric. [27] Microstructura influențează puternic proprietățile polimerului - cum ar fi rezistența mecanică , rezistența , duritatea , ductilitatea , rezistența la coroziune , comportamentul la diferite temperaturi, rezistența la oboseală , ...

De exemplu, arhitectura și forma unui polimer, adică complexitatea și ramificarea polimerului în raport cu un lanț liniar simplu, pot afecta vâscozitatea în soluție, vâscozitatea topitei [28] , solubilitatea în diferiți solvenți și tranziția sticlei temperatura . Lungimea lanțurilor polimerice (sau în mod echivalent, greutatea moleculară) are, de asemenea, un efect asupra proprietăților mecanice ale materialului [29] : de fapt, cu cât lungimea lanțurilor este mai mare, cu atât vâscozitatea, rezistența mecanică este mai mare. , duritatea și temperatura de tranziție sticloase. [30] Această influență se datorează creșterii interacțiunilor dintre lanțurile polimerice, cum ar fi forțele Van der Waals și nodurile fizice . [31] [32]

Proprietăți mecanice

Deformarea unei probe de polietilenă (MDPE) supusă tensiunii

Proprietățile mecanice ale polimerilor și ale unui material în general sunt influențate de mulți factori, cum ar fi procesul de obținere a polimerului, temperatura de utilizare, cantitatea de încărcare și viteza cu care variază, timpul de aplicare.

Proprietăți de tracțiune

Proprietățile de tracțiune ale unui material cuantifică câtă tensiune și deformare poate suporta materialul înainte de a ajunge la defecțiune, atunci când este supus testelor de tracțiune și / sau compresie . [33] [34]

Aceste proprietăți sunt deosebit de importante pentru aplicații și utilizări care se bazează pe rezistența, rezistența, ductilitatea polimerilor. În general, rezistența mecanică a unui polimer crește pe măsură ce lungimea lanțului polimeric și interacțiunile dintre lanțuri cresc. Pentru studiul proprietăților unui polimer specific se poate baza pe teste de fluare și relaxare . [35]

O modalitate de a cuantifica proprietățile unui material este modulul elastic (sau al lui Young). Aceasta este definită, pentru tulpini mici, ca relația dintre stres și tulpină. [36] Modulul de elasticitate este puternic caracterizat de temperatura de aplicare, precum și de structura moleculară a polimerului în sine. De fapt, polimerii cristalini și amorfii se vor comporta diferit.

Cu toate acestea, modulul de elasticitate nu este suficient pentru a descrie proprietățile mecanice ale polimerilor. De fapt, descrie doar comportamentul elastic al unui material, dar polimerii includ materiale și elastomeri viscoelastici . Acestea demonstrează un răspuns complex în funcție de timp la stimulii elastici, prezentând histerezis în curba stres-deformare atunci când sarcina este îndepărtată. [37]

Proprietăți de transport

Proprietățile de transport, cum ar fi difuzia, descriu viteza cu care moleculele se deplasează prin matricea polimerică. Acestea sunt deosebit de importante pentru aplicarea polimerilor precum filmele și membranele.

Mișcarea macromoleculelor individuale are loc printr-un proces numit „reptare” [38] [39] .

Tranziții termice

Tranziții termice în polimeri (A) amorfi și (B) semi-cristalini, reprezentați ca urme reziduale prin calorimetrie de scanare diferențială. Pe măsură ce temperatura crește, ambii polimeri amorfi și semicristaline trec prin faza de tranziție vitroasă (Tg). Polimerii amorfi (A) nu prezintă tranziții de fază suplimentare, spre deosebire de semi-cristalinele (B) care suferă cristalizare și topire (respectiv la temperaturi T c și T m ).

După cum s-a menționat anterior, în funcție de structura lor microscopică, polimerii pot fi amorf sau semi-cristalin, adică constând dintr-o parte amorfă și o parte cristalină (notă: nu există materiale polimerice cristaline 100%). În funcție de temperatura la care sunt supuși, pot avea anumite proprietăți fizice și mecanice.

Tranziție de sticlă

Partea amorfă a unui material polimeric este caracterizat printr - o temperatură de tranziție vitroasă (Tg), în cursul căreia se trecerea de la o stare solidă sticloasă la o stare solidă cauciucata. Aceasta este o tranziție izofazică. Sub această temperatură, mișcările microbrown tind să înghețe și substanța preia caracteristicile mecanice ale unui pahar, adică este rigid, fragil și pierde toate caracteristicile de plasticitate. [40]

Peste această temperatură mișcările lanțurilor moleculare sunt reactivate și determină macromolecula să devină flexibilă și cauciucată (așa-numita „ înmuiere ”). [30]

În această fază, polimerii amorfi sunt cauciucați și elastici, cu comportament viscoelastic. [41] Dimpotrivă, datorită forțelor intermoleculare relativ puternice, semicristalinele nu se înmoaie prea mult și modulul lor elastic începe să sufere variații numai la temperaturi ridicate apropiate de punctul de topire. [42] Acest lucru depinde de gradul de cristalinitate : cu cât este mai mare, cu atât materialul este mai dur și mai stabil din punct de vedere termic, dar în același timp este și mai fragil.

Componenta amorfă din semicristaline, pe de altă parte, garantează elasticitatea și rezistența la impact, conferind materialului o anumită ductilitate și o capacitate de deformare plastică. [43] [44] Acest lucru permite materialului supus stresului să sufere inițial o deformare elastică (adică alungirea lanțurilor moleculare ale fazei amorfe) și, abia mai târziu, o deformare plastică a fazei cristaline. [45]

Cristalizare

Polimerii amorfi nu prezintă tranziții de fază suplimentare cu creșterea temperaturii, spre deosebire de semi-cristalinele care suferă în schimb cristalizare și topire (respectiv la temperaturi T c și T m ).

De fapt, între temperatura de tranziție a sticlei T g și punctul de topire T m, materialul trece dintr-o stare la solid cauciucos / amorf la un lichid vâscos de stare, în care lanțurile polimerice sunt mai mult sau mai puțin libere de mișcare și tind să se alinieze în funcție de gradientul de temperatură . Prin urmare, dacă temperatura la care este supus polimerul semi-cristalin scade, structura acestuia din urmă rămâne astfel rearanjată, crescând gradul său de cristalinitate (aceasta implică întărirea proprietăților cristaline de mai sus). [46]

Dacă în schimb temperatura depășește temperatura de topire T m tipică polimerului specific, atunci și regiunile cristaline trec de la o stare solidă cristalină ordonată la o stare topită (lichid vâscos), astfel încât materialul să piardă toate proprietățile mecanice.

La calorimetria differenziale a scansione (DSC) è un test che misura il calore assorbito o liberato durante il riscaldamento o il raffreddamento di un provino di materiale e riesce quindi a estrarre informazioni riguardanti il punto di fusione ( T m ), la temperatura di transizione vetrosa ( T g ) e la temperatura di cristallizzazione ( T c ). [47] [48]

Elenco di polimeri

In base alle normative DIN 7728 e 16780 (nonché la ISO 1043/1 [49] [50] ), a ogni materia plastica è associata una sigla, che la identifica univocamente. Queste designazioni brevi sono una notazione tecnica conveniente alternativa alle regole della organizzazione di nomenclatura chimica IUPAC . [51]

Caratterizzazione dei polimeri

La caratterizzazione dei polimeri avviene tramite l'utilizzo di numerose tecniche standardizzate dall' ASTM , SPI e SPE , tra cui (accanto a ciascuna tecnica s'indicano le grandezze misurate) [52] :

Note

  1. ^ Polimero , in Treccani.it – Vocabolario Treccani on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana. URL consultato il 13 maggio 2019 .
  2. ^ ( EN ) International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC Gold Book - constitutional repeating unit (CRU) in polymers , su goldbook.iupac.org . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  3. ^ Enciclopedia della chimica Garzanti , Garzanti(IS), 1998, p. 641, ISBN 8811504716 , OCLC 797809421 .
  4. ^ ( EN ) Gedde, UW (Ulf W.), Polymer physics , 1st ed, Chapman & Hall, 1995, p. 1, ISBN 0412590204 , OCLC 32729900 .
  5. ^ POLIMERI INORGANICI , su pslc.ws . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  6. ^ Brisi, Cesare., Chimica applicata , 2. ed, Levrotto & Bella, stampa 1991, pp. 457-458, ISBN 8882180166 , OCLC 879012621 .
  7. ^ ( EN ) H. Staudinger, Über Polymerisation , in Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series) , vol. 53, n. 6, 1920, pp. 1073–1085, DOI : 10.1002/cber.19200530627 .
  8. ^ La chimica dei polimeri: all'origine delle materie plastiche , su WeSchool . URL consultato il 15 maggio 2019 .
  9. ^ ( EN ) The Nobel Prize in Chemistry 1963 , su NobelPrize.org . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  10. ^ ( EN ) The Nobel Prize in Chemistry 1974 , su NobelPrize.org . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  11. ^ ( EN ) Flory, Paul J., Principles of polymer chemistry , Cornell University Press, 1953, ISBN 0801401348 , OCLC 542497 .
  12. ^ ( EN ) International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC Gold Book - homopolymer , su goldbook.iupac.org . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  13. ^ ( EN ) Callister, William D., Jr., 1940-, Materials Science and Engineering : an Introduction ; Interactive Materials Science and Engineering, 3r. e. , 5th ed, Wiley, 2000, p. 451, ISBN 0471352438 , OCLC 605357401 .
  14. ^ Callister , pp. 455-457 .
  15. ^ ( EN ) Callister, William D., 1940-, 14.7 , in Scienza e ingegneria dei materiali , 3. ed, EdiSES, 2012, ISBN 9788879597241 , OCLC 875276100 .
  16. ^ Callister1 .
  17. ^ Giulio Natta, I polimeri stereoregolari , in Italo Pasquon (a cura di), I Fondamenti della Scienza , Edizioni Teknos, 1995.
  18. ^ Callister , cap. 14.5 .
  19. ^ Gedde , p. 11 .
  20. ^ Gedde , p. 14 .
  21. ^ a b Barella, Silvia., 10-Polimeri , in Metallurgia e materiali non metallici : teoria ed esercizi svolti , 2. ed, Esculapio, 2017, ISBN 9788893850100 , OCLC 1080495331 .
  22. ^ Callister, William D., 1940-, Scienza e ingegneria dei materiali , 3. ed, EdiSES, 2012, pp. 550,551, ISBN 9788879597241 , OCLC 875276100 .
  23. ^ Brisi , pp. 433-434 .
  24. ^ Callister, William D., 1940-, Scienza e ingegneria dei materiali , 3. ed, EdiSES, 2012, pp. 553-555, ISBN 9788879597241 , OCLC 875276100 .
  25. ^ Harry R. Allcock, Polimeri inorganici , in Le Scienze , n. 70, 1974.
  26. ^ ( EN ) SA Baeurle, Multiscale modeling of polymer materials using field-theoretic methodologies: a survey about recent developments , in Journal of Mathematical Chemistry , vol. 46, n. 2, 1º agosto 2009, pp. 363–426, DOI : 10.1007/s10910-008-9467-3 .
  27. ^ ( EN ) LH Sperling, Introduction to Physical Polymer Science: Sperling/Introduction to Physical Polymer Science, Fourth Edition , John Wiley & Sons, Inc., 4 novembre 2005, DOI : 10.1002/0471757128 , ISBN 9780471757122 .
  28. ^ ( EN ) Brydson, JA, Plastics materials , 7th ed, Butterworth-Heinemann, 1999, pp. 158-183, ISBN 1591242878 , OCLC 49708483 .
  29. ^ ( EN ) Rubinstein, Michael, 1956 December 20-, Polymer physics , Oxford University Press, 2003, ISBN 9781613449431 , OCLC 808100961 .
  30. ^ a b ( EN ) K. O'Driscoll e R. Amin Sanayei, Chain-length dependence of the glass transition temperature , in Macromolecules , vol. 24, n. 15, 1991-7, pp. 4479–4480, DOI : 10.1021/ma00015a038 .
  31. ^ ( EN ) Pokrovskiĭ, VN (Vladimir Nikolaevich), The mesoscopic theory of polymer dynamics , 2nd ed, Springer, 2010, ISBN 9789048122318 , OCLC 567367821 .
  32. ^ ( EN ) SF Edwards, The statistical mechanics of polymerized material , in Proceedings of the Physical Society , vol. 92, n. 1, 1967-9, pp. 9–16, DOI : 10.1088/0370-1328/92/1/303 .
  33. ^ ( EN ) Ashby, MF,, Engineering materials. 1 : an introduction to properties, applications and design , Fifth edition, pp. 191-195, ISBN 9780081020524 , OCLC 1079058966 .
  34. ^ ( EN ) Meyers, Marc A., Mechanical behavior of materials , 2nd ed, Cambridge University Press, 2009, ISBN 9780521866750 , OCLC 271768986 .
  35. ^ ( EN ) McCrum, NG e Bucknall, CB, Principles of polymer engineering , 2nd ed, Oxford University Press, 1997, ISBN 0198565275 , OCLC 36681710 .
  36. ^ ( EN ) International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC Gold Book - modulus of elasticity, E , su goldbook.iupac.org . URL consultato il 17 maggio 2019 .
  37. ^ Tanzi, Maria Cristina., Fondamenti di bioingegneria chimica: non solo biomateriali , 2. ed, Pitagora, 2010, ISBN 8837118139 , OCLC 955797918 .
  38. ^ ( EN ) PG de Gennes, Reptation of a Polymer Chain in the Presence of Fixed Obstacles , in The Journal of Chemical Physics , vol. 55, n. 2, 15 luglio 1971, pp. 572–579, DOI : 10.1063/1.1675789 .
  39. ^ ( EN ) Fried, Joel R., Polymer science and technology , 2nd ed, Prentice Hall Professional Technical Reference, 2003, ISBN 0130181684 , OCLC 51769096 .
  40. ^ ( DE ) Alewelt, Wolfgang., Technische Thermoplaste / 4. Polyamide. , Hanser, 1998, ISBN 3446164863 , OCLC 613632787 .
  41. ^ ( DE ) Nentwig, Joachim., Kunststoff-Folien : Herstellung, Eigenschaften, Anwendung , 3. Aufl, Hanser, 2006, ISBN 3446403906 , OCLC 163389255 .
  42. ^ ( EN ) Ehrenstein, Gottfried W. (Gottfried Wilhelm), 1937-, Polymeric materials : structure, properties, applications , Hanser, 2001, ISBN 1569903107 , OCLC 44972260 .
  43. ^ ( EN ) Carraher, Charles E., Jr., 1941-, Seymour/Carraher's polymer chemistry. , 6th ed., rev. and expanded, M. Dekker, 2003, pp. 43-45, ISBN 0824708067 , OCLC 54677603 .
  44. ^ ( EN ) Menges, Georg., Plastics Materials Science , 5. völlig überarb. Aufl, Hanser, 2002, ISBN 3446212574 , OCLC 76257107 .
  45. ^ ( EN ) Thomas H. Courtney, Mechanical Behavior of Materials: Second Edition , Waveland Press, 16 dicembre 2005, ISBN 9781478608387 .
  46. ^ ( EN ) Stefano V. Meille, Giuseppe Allegra e Phillip H. Geil, Definitions of terms relating to crystalline polymers (IUPAC Recommendations 2011) ( XML ), in Pure and Applied Chemistry , vol. 83, n. 10, 2011, pp. 1831–1871, DOI : 10.1351/PAC-REC-10-11-13 .
  47. ^ ( EN ) International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC Gold Book - differential scanning calorimetry (DSC) , su goldbook.iupac.org . URL consultato il 15 maggio 2019 .
  48. ^ ( EN ) Wunderlich, Bernhard, 1931-, Crystal melting , Academic Press, 1980, ISBN 9780080926643 , OCLC 761232942 .
  49. ^ ( EN ) ISO 1043-1:2011 , su ISO . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  50. ^ glossary , su pslc.ws . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  51. ^ ( EN ) Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature , 19 gennaio 2009, DOI : 10.1039/9781847559425 , ISBN 9780854044917 .
  52. ^ Gedde , p. 10 .
  53. ^ a b c Molecular Weight , su pslc.ws . URL consultato il 13 maggio 2019 .
  54. ^ a b ( EN ) Campo, E. Alfredo., Selection of polymeric materials : how to select design properties from different standards , William Andrew, 2008, pp. 205-225, ISBN 9781601194947 , OCLC 223974222 .

Bibliografia

Voci correlate

Riviste accademiche

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 21253 · LCCN ( EN ) sh85104660 · GND ( DE ) 4046699-1 · BNF ( FR ) cb119328276 (data) · NDL ( EN , JA ) 00575080
Estratto da " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Polimero&oldid=121509803#Classificazione_dei_polimeri "