پاورپوینت شیمی پلیمر

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

شیمی پلیمر

اسلاید 2 :

انواع پلیمرها از نظر
منشاء:
1-پلیمرهای طبیعی : سلولز( گلوکز)، نشاسته ( گلوکز)، انسولین ( اسیدهای آمینه) و لیگنین ( فنیل پروپان)
2-پلیمرهای سنتزی: پلی اتیلن، پلی استر( داکرون)،پلی آمید (نایلون)
انواع پلیمرها از نظر

روش تهیه:
1-پلیمرهای رشد زنجیری (افزایشی): افزایش آغازگر(رادیکالی،آنیونی و کاتیونی) به پیوند دوگانه
تولید ترکیب میانی
افزایش مونومرها به ترکیب میانی(اتشار)
اختتام مثال: پلی اتیلن
2-پلیمرهای کئوردینانسی ( زیگلر- ناتا)
3-پلیمرهای رشد مرحله ای(تراکمی): دو مولکول با دو گروه عاملی با از دست دادن آب متراکم می شوند. مثال: نایلون
تعریف: پلیمر مولکول بسیار بزرگی است که در اثر تکرار یک واحد تکرار شونده ( مونومر) و اتصال این واحدها به یکدیگر حاصل می شود.
مقدمه ای بر علوم پلیمری
تاریخ پیدایش و تکوین پلیمرها

اسلاید 3 :

گودیر
لاستیک ولکانیزه (گرمانرم)
ابونیت ( گرماسخت)
ولکانیزاسیون در دمای پایین
ولکانیزاسیون در دمای بالا
لاستیک طبیعی
پلاستیکهای گرمانرم (ترموپلاستیکها) مولکولهای دوبعدی هستند که در اثر گرم شدن ممکن است نرم شوند ، اما در اثر سرد شدن به حالت اولیه ، خود برگردند.
اما پلاستیکهای گرماسخت (ترموست ها) پلیمرهای شبکه­ای سه بعدی هستند که با گرم کردن نمیتوان شکل آنها را تغییر داد .
سلولز و سلولز نیترات ، هر دو پلیمرهای خطی یا دو بعدی هستند ، اما اولی به دلیل داشتن پیوندهای هیدروژنی بین زنجیری نرم نمیشود .
از سلولز تری نیترات به عنوان مادة منفجر شونده استفاده میشود.
سلولز دی نیترات ، هنوز مقداری پیوندهای هیدروژنی دارد و به شدت آتشگیر است.

اسلاید 4 :

به عنوان نرم کننده (پلاستی سینرر) ، یعنی کاهنده پیوندهای هیدروژنی ، پارکز از روغن کوچک و هایت از کافور استفاده کرد .
با عبور دادن کولودیون از سوراخهای ریز یک نخ­ساز ئ تبخیر حلالها الیاف نازکی به دست آمد.
با نیترو زدایی از این الیاف سلولزی به وسیلة سدیم بی سولفیت ، اشتعال­پذیری آنها کاهش یافت.
شاردونِت توانست سلولز را به صورت الیاف نازک پیوسته بازسازی کند .
بیکلند با اجرای واکنش کنترل شدة فنول و فرمالدهید توانست رزینهای گرمانرمی تولید کند که قابل تبدیل به پلاستیکهای گرماسخت بودند . او اصطلاح رزین رزول مرحلة A را ابداع کرد تا بالکلیت ترموپلاستیک خود را که در اثر تراکم مقدار اضافی فرمالدهید با فنول در شرایط قلیایی تولید می­شود توصیف کند .
با گرمای بیشتر یا تکوین بیشتر رزین ، رزول مرحلة A به یک باکلیت گرماسخت مرحلة C (ذوب نشدنی) تبدیل شد .
بیکلند ، به وسیلة تراکم فنول با مقدار کمی فرمالدهید در محلولهای اسیدی ، رزوینهای ترموپلاستیک به نام نوولاک­ها را نیز تهیه کرد.
با افزودن فرمالدهید در هگزامتیلن تترامین ، نوولاک­ها به رزینهای گرماسخت تبدیل شدند .

اسلاید 5 :

پلیمرها (بسپارها) یا ماکرومولکولها (درشت مولکولها) مولکولهای غول­پیکری هستند که دست کم صد برابر سنگین­تر از مولکولهای کوچکی مانند آب یا متانول هستند .
اگر فلزات و ترکیبهای معدنی را کنار بگذاریم ، بقیة مواد در دنیا در واقع مواد پلیمری هستند ، مانند پروتئین­ها و نوکلئیک اسیدها ، الیاف و پارچه­ها ، نشاسته ، الاستومرهای دور و بر ما ، رنگها ، سقف و دیوار پلاستیکی ، عایقهای اسفنجی ، بشقابهای ملامینی ، چسبهای اوره – فرمالدهید ، و غیره .
با وجور تنوع بسیار زیاد در الیاف ، الاستومرها ، و پلاستیکها ، همة آنها ساختار مشابهی دارند و نظریه ها و قوانین یکسانی بر آنها حاکم است . پلیمرهای خطی ، از قبیل پلی اتیلن چگال (HDPE) ، متشکل از زنجیرهای بلندی از اتمهای کربن پیوسته با پیوندهای کووالانسی هستند . واحد تکرارشونده در HDPE ، (-CH2-CH2-) است.

بیشتر پلیمرهای خطی مانند HDPE توموپلاستیک هستند ، یعنی معمولاً بر اثر گرم کردن نرم می شوند و بر اثر سرد کردن سفت می­شوند . این فرآیند ، برگشت پذیر است . اما دسته ای از پلیمرهای خطی ، مانند سلولز ، که دارای نیروهایی بین مولکولی قوی (پیوندهای هیدروژنی) هستند ، بر اثر گرم کردن ، قبل از نرم شدن تجزیه میشوند .

اسلاید 6 :

پلیمرهای گرماسخت دارای ساختار شبکه­­ای هستند و بر اثر گرم کردن نرم نمی­شوند . ترموپلاستیکها ، نظیر لاستیک طبیعی و رزینهای باکلیت مرحلة A ، را می­توان با ایجاد پیوندهای عرضی بین زنجیرها به پلیمرهای گرماسخت تبدیل کرد.
در ابتدا، به دلیل فقدان دانش کافی دربارة علوم پلیمری، پیشرفتها صرفاً مبنای تجربی داشتند . اما در دهة 1930 و 1940 ، با تکوین و توسعة تظریه ها توسط اشتادینگر ، کاروترز ، مارک و دیگران ، علوم پلیمری به سرعت رو به پیشرفت نهاد.
رزینهای رزول ترموپلاستیک ، در اثر گرم کردن مخلوط فنول – فرمالدهید در شرایط قلیایی، به رزینهای گرماسخت تبدیل می­شوند . نوولاکها هنگامی تشکیل میشوند که مقدار ناکافی فرمالدهید با فنول در محیط اسیدی ترکیب شود . نوولاکها در اثر گرم کردن با هگزامتیلن تترامین ، به پلاستیکهای ذوب نشدنی تبدیل میشوند .

اسلاید 7 :

هدفهای رفتاری کسب توانایی های زیر میباشد:

تعریف دو مفهوم DP و M را در پلیمرها
تعریف دو مفهوم مونودیسپرس (تکپاشیده) و پلی دیسپرس(بس پاشیده)
توضیح مفاهیم پلیمر خطی، شاخه دار، و شبکه ای
شرح دو مفهوم پلیمربلورین و آمورف را با رسم طرحهای مربوطه
بیان مفهوم تاکتیسیته و نتایج منبعث از آن
تعریف مفاهیم طول زنجیر بحرانی، گرانروی و انعطاف پذیری در پلیمرها
ذکر Tg و روشهای تعیین آن و ویژگیهای رفتاری پلیمرها در این دما
توضیح در مورد فاصله میانگین انتها تا انتها در پلیمرها
توضیح چگونگی پیدایش اسفرولیت ها
نوشتن معادله آورامی
ارتباط بین ساختار و خواص پلیمرها
فصل دوم:

اسلاید 8 :

پلی اتیلن چگالی بالا ، مانند دکان یا پارافین ، یک مولکول خطی زنجیر مانند است که متشکل از اتمهای کربن پیوسته با پیوندهای کووالانسی می باشد . اتمهای کربن در همة آلکانها ، از جمله HDPE ، با زاویه­های مشخصة چهاروجهی (در حدود 109.5) به هم متصل اند. ) آرایش زیگزاگی)
شیمی فضایی پلیمرها
هر مولکول پروتئین خاص وزن مولکول ویژه­ای دارد و گفته می شود یک پلیمر تک پاشیده (مونودیسپرس) است . اما پلیمرهای سنتزی تجارتی از قبیل HDPE ، متشکل مولکولهایی با وزنهای مولکولی مختلف هیتند . بنابراین ، مقدار عددی n ، یا درجة بسپارش (DP) را باید یک عدد میانگین تلقی کرد و آنرا به صورت نشان داد . در نتیجه ، وزن مولکولی میانگین ( ) یک پلیمر بسپاشیده برابر است با حاصلضرب در وزن مولکولی واحد تکرار شونده یا پار (مِر).

اسلاید 9 :

شیمیدانان از اصطلاح گروه آویخته برای مشخص کردن هر گروه موجود بر روی واحدهای تکرار شونده استفاده میکند. بنابراین ، پلی پروپیلن دارای یک گروه متیل آویخته است ، اما یک پلیمر خطی به حساب می آید . بر عکس، پلی اتیلن کم چگالی (LDPE) یک پلیمر شاخه دار است چون شاخه های متصل به زنجیر، از این سو و آن سو و به طور نامنظم ادامه یافته اند .

اسلاید 10 :

شاخه دار شدن، مانند شاخه دار شدن در آلکانهای ساده همچون ایزوبوتان، حجم پلیمر را افزایش و چگالی آن را کاهش میدهد.

اسلاید 11 :

پلیمرهای خطی و شاخه دار ، گرمانرم (ترموپلاستیک) هستند . اما ، پلیمرهای دارای پیوندهای عرضی سه بعدی ، یا شبکه ای ، مواد گرماسخت (ترموست) می­باشند . چگالی پیوندهای عرشی ممکن است از کم در لاستیک ولکانیزه تا زیاد در ابونیت متغیر باشد .

اسلاید 12 :

در حالی که در LDPE فقط یک آرایش برای واحدهای تکرار شونده ممکن است ، در پلی­پروپیلن (PP) و بیشتر پلیمرها ممکن است این آرایش سر به دم یا سر به سر باشد .
پروتئینها پلی­آمیدهایی هستند که در آنها واحدهای ساختمانی متشکل از ایزومرهای L- آمینواسیدها می­باشند . بر عکس ، واحدهای ساختمانی در نشاسته و سلولز، D- گلوکز می­باشند که با گروههای استالی α و β به هم متصل شده­اند .

اسلاید 13 :

ناتا از کاتالیزورهای کوئوردیناسیونی فضا ویژه برای تولید ایزونرهای فضا ویژة پلی­پروپیلین استفاده کرد. ناتا برای توصیف تفاوتهای ساختاری ممکن از اصطلاح تاکتیسیته استفاده کرد
ایزومر مربوط به آرایش DDDD یا LLLL ایزومر PP ایزوتاکتیک نام دارد. ایزومر مربوط به آرایش DLDL ، PP سندیوتاکتیک است و پلی پروپیلینی که در آن آرایش مونومرها تصادفی و بی نظم است ، PP آتاکتیک نام دارد.
PP ایزوتاکتیک که بصورت تجارتی عرضه می شود ، ماده ای متبلور با دمای ذوب oC 160است ، در صورتی که ایزومر آتاکتیک پلیمری غیر متبلور (آمورف) و نرم با دمای ذوب oC 75 میباشد.
اصطلاح اوتاکتیک برای اشاره به پلیمر ایزوتاکتیک ، سندیوتاکتیک ، یا مخلوط این دو به کار می رود.

اسلاید 14 :

بیشتر پلیمرها فقط یک مرکز کایرال یا مرکز بی­تقارن در واحد تکرار شونده دارند ، اگر در مراکز کایرال دو استخلاف متفاوت (R و R1 ) وجود داشته باشد ، در اینصورت دی­ایزوتاکتیسیته خواهیم داشت . اینگونه ایزومرها را اریترو- و تریودی ایزوتاکتیک و ادیترو- وتریوسندیوتاکتیک مینامند .

اسلاید 15 :

در پلیمری مانند HDPE ، گروههای متیل نشان داده شده با گروههای متیلن در زنجیر جایگزین می شود. انعطافپذیری در یک پلیمر به سهولت تبدیل t به g مربوط است. این تبدیل نیز به فقدان گروههای ممانعت کننده یا افزایش دما وابسته است . از این رو ، می بینیم که پلی متیل متاکریلات (PMMA) ، به علت گروههای قطبی استرکه چرخش را دشوار می سازند ، در دمای معمولی سفت است . اما، پلی ایزوبوتیلن در دمای معمولی نرم می باشد. با افزایش دما، انعطاف پذیری هر دو پلیمر افزایش مییابد.
برهم کنشهای مولکولی

اسلاید 16 :

جامد بودن و موم گونه بودن پلیمر­ها ناشی از زیاد بودن نیروهای لاندن در این مولکولهای بزرگ است. اگر فرض کنیم جاذبه بین واحدهای متیلن یا متیل حدود 2kcal/mol باشد ، این نیروها در متان

2kcal/mol ، در هگزان 12 kcal/mol، و در پلی­اتیلن با هزار واحد اتیلنی kcal/mol 2000 است.

اسلاید 17 :

بین مولکولهای قطبی نظیر متیل­کلیرید و پلی­وینیل­کلرید بر اثر برهم­کنش­های دوقطبی – دوقطبی ، جاذبه های الکتروستاکتیکی وجود دارد . این نیروها، که بین 2-6 kcal/mol به ازای هر واحد تکرار شونده میباشند ، به دما وابسته اند و با افزایش دما در جریان فرایندهای عمل آوری پلیمرها، کاهش می یابند. نیروهای لاندن نیز در مولکولهای قطبی وجود دارند. وجود این دو نوع نیروهای دوقطبی – دوقطبی از ویژگیهای بسیاری از پلاستیکها است.

اسلاید 18 :

بین مولکولهایی نظیر اتانول ، پلی­وینیل الکل ، و سلولز ، نوع دیگری برهم­کنش دوقطبی – دوقطبی قوی وجود دارد که پیوند هیدروژنی نام دارد. این برهم­کنش قویترین برهم­کنش بین مولکولی است و به 10 kcal به ازای هر پیوند می­رسد. پیوندهای بین مولکولی بین الیاف ، مانند پنبه ، پشم ، نایلون ، اکریلان ، پلی­استرها ، و پلی­اورتانها وجود دارد. پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی ، سبب ساختار مارپیچی در نشاسته و پروتئین های کروی می­شوند.
دمای ذوب بالای نایلون 66 (265 ◦C ) ، ناشی از تلفیقی از نیروهای لاندن ، دوقطبی – دوقطبی ، و پیوندهای هیدروژنی بین زنجیرهای پلی­آمیدی است. بر اثر جایگزین کردن اتمهای هیدروژن در گروههای آمیدی نایلون با گروههای متیل ، یا با استری کردن گروههای هیدروکسل در سلولز (استری کردن سلولز) ، از شمار پیوندهای هیدروژنی کاسته می شود.

اسلاید 19 :

علاوه بر نیروهای بین مولکولی ، در هم گره خوردن زنجیرها نیز عامل مهمی است که بر خواص فیزیکی پلیمرها تأثیر می گذارد. در حالی که موم پارافین و HDPE هومولوگ­های با وزن مولکولی بالا هستند، طول زنجیرهای پارافین کوتاهتر از آن است که بتوانند در هم گره بخورند و به هم گیر بکنند و به این دلیل استحکام و سایر خواص HDPE را ندارد.
طول زنجیر بحرانی (Z) که برای پیدایش گره های بین زنجیرهای ضروری است ، به قطبیت و شکل پلیمر وابسته است. از این­رو ، شمار اتمها در طول زنجیر بحرانی پلی­متیل متاکریلات ، پلی­استیرن ، و پلی­ایزوبوتیلن ، به ترتیب 208 ، 730 و 610 است.
گرانروی معیاری از مقاومت در برابر جاری شدن پلیمر مذاب است. جاری شدن ، یعنی حرکت یکجای بخش هایی از زنجیرهای پلیمری ، براثر به­هم گیر کردن زنجیرها ، نیروهای بین مولکولی ، حضور عوامل محکم کننده ، و پیوندهای عرضی ، با ممانعت روبرو و کند می شود.

اسلاید 20 :

انعطاف­پذیری پلیمرهای بی­شکل در دمای بالای حالت شیشه­ای ، که تابع همان نیروهای مؤثر در جاری شدن پلیمر مذاب است ، به حرکت­های لولیدنی (کرم وار) بخشهایی از زنجیرهای پلیمری مربوط است. این حرکتها ، در صورت حضور گروههای متیلن متعدد بین گروههای سفت کننده و در صورت حضور اتمهای اکسیژن در زنجیر ، بیشترمی­شوند. بنابراین، انعطاف­پذیری پلی استرهای آلیفاتیک با افزایش m بیشتر می شود.
برعکس، انعطاف پذیری پلیمرهای بی شکل در بالای حالت شیشه ای ، در صورت وجود گروههای سفت کننده در ساختار پلیمر مثل گروههای زیر، کاهش می یابد.