Читайте также:
|
- После рисования / закрывания, образцов (б) и (в) оба обладают высоким уровнем удлинения, однако, когда деформирующего усилия удаляется образца (б) немедленно отозвать свою первоначальную форму и форму, но образца (С) остается остаточная деформация, то почему? 
Гидрогели слегка сшитые полимеры, которые не растворяются, но очень набухших в воде. Гидрогелей гидроксиэтил / сополимеров используют в качестве Соф контактные линзы.
Волокна могут быть определение определяется как линейное плачи материала с диаметром менее 100 мкм и пропорций больше 100. T еу являются полимерами с одноосной ориентации молекул и, таким образом, анизотропная, будучи намного сильнее и ТО э вдоль оси F BRE, чем поперек. Полимеров, пригодных для формирования F Зав может быть значи тельно обращается для получения высоких уровнях молекулярной ориентации и сохранить эту ориентацию Ф. э удаления рисунка силу. Симметричный (стереорегулярных) и неразветвленных линейных полимеров доста достаточно высокую молекулярную массу, что приведет к высокой степени кристалличности желательно в е Брес. Атактический аморфные полимеры могут также оказаться полезным, если есть межмолекулярных сил нет. Диполярное
взаимодействия между соседними молекулами в связи с полярными группами сторона / элементы, такие как (CN и Cl) служит для улучшения молекулярно выравнивание значительно. T является взаимодействие стабилизирует ориентацию в процессе производства F гн и усиливает е Зав формирования потенциала основном аморфные полимеры, такие как полиакрилонитрил и ПВХ. Другие важные факторы, которые необходимо учитывать при полимеров для производства F Зав включают в себя: Tg, Tm, поглощения влаги и dyeability.
Жидкокристаллические полимеры, такие как ароматические полиэфиры и ароматических полиамидов поддаются формированию F Брес с улучшенными механическими характеристиками. Жидкокристаллические полимеры сохраняют свои палочковидные молекулярной форме в растворе (отсюда и жидкокристаллических) и, таким образом, при решении спиннинг высокое выравнивание молекул легко достигается в направлении F Зав. Т е ориентация сохраняется в твердом F BRE, повышение прочности и ТО-Несс.
Универсальность полимеров может быть дополнительно увеличена путем сополимеризации, полимерные смешивания и добавки: сополимеризации позволяет MODIF катионной цепочки структуры путем полимеризации, в которых более одного мономера типа отреагировал. Сополимеры classif изд как случайные, чередуя, блок-сополимеров и графа в соответствии со способом, в котором повторяющиеся единицы расположены в полимере молекулярных цепей. Сополимеризации может инф uence Tg, Tm, кристалличности, механической прочности и других свойств.
Блок-сополимеры, такие как стирол-бутадиен-стирол (СБС) показывает типичные дальнего эластичность резины, без необходимости вулканизации, и они известны как термопластичные эластомеры (TPE). При температуре окружающей среды эти ведут себя как обычные сшитых каучуков, но они имеют дополнительное преимущество, что их термическое поведение является обратимой (то есть, они ведут себя как TP под воздействием высокой температуры). Т е поведение TPE связано с его доменная структура такая, что ТО-полимерные (стеклообразном или кристаллическом) совокупность областей распределены в резиновой матрицы, как показано на Figure1.6. Т е ТО областей действуют как эффект эффективная сшивания пунктов, тем самым устраняя необходимость vulcanise материала.
Figure 1.6 Термопластичный эластомер из полистирола (PS) и полибутадиена (ППР)
Полимерные смеси физической смеси двух полимеров. Т е объединение F nished термопластов (например, PE / PP, PC / PP, PC / термопластичных ПУ) может быть альтернативой сополимеризации в EF ecting изменения в полимерах. Т е преимущества кристаллических полимеров (химическая стойкость, легко вл е) и аморфные полимеры (низкая усадка, ударная вязкость) могут быть объединены в единый материал. Большинство смесей две системы фазе, compatibilisers могут быть добавлены к контролировать степень перемешивания фаз / разделения, и обычно приводят к свойствам промежуточное между этими отдельных полимеров компонента. Смешивание может быть использован для портного свойствами для определенных приложений и для достижения синергического эффекта ECTS (т. е. свойств смеси значи тельно лучше, чем те компоненты материалы).
Рисунок 1.7 Демпфирование срок (tanδ) от температуры для: (а) полиуретанового эластомера (ПУ), (б) полиметилметакрилата (PMMA), и (с) IPN от 70/30 PU / ПММА (адаптировано из Akay и Роллинс (1993))
Взаимопроникающих полимерных сеток (ВПС) являются полимерные смеси, в которых по крайней мере один из компонентов представляет собой сшитый полимер. T еу могут быть получены путем смешивания реагентов и одновременно полимеризации компонентов или отек сшитый полимер со второй мономер, вместе с сшивающего агента, с последующим его полимеризация с получением смеси, содержащей два полимера (в идеале двух полимеров сети), которые взаимопроникающие. Разделение фаз происходит в такой степени, в зависимости от совместимости компонентов, но это только аф пе масштабе в связи с блокировкой сетей. Из ванной интересное катионов MODIF поведения стеклования, а также синергизм в свойства могут быть получены как показано на рисунках 1,7 и 1,8 для некоторых ВПС. 
Figure 1.8 Ударная прочность по сравнению с составом по весу для IPN из эпоксидной смолы с полиэфиром сульфона (адаптировано из Akay и Cracknell (1994)
В целом с смесей полимеров и ВПС результат может привести к выставке одним из свойств корреляции разграничены на рисунке 1.9.
Figure 1.9 Различные формы взаимодействия при смешении двух различных различны типов полимеров
1.4.3 Добавки, подкрепление и fllers
Тезе веществ изменять свойства полимеров и сделать их более гибкой и универсальной. Полимеры делают отличные матрицы для укрепления F Брес (суммарный композиты известны как полимер-матрица-композитов, PMC) и отличные связующие для пигментов, таких как TiO2 в красках.
Большинство добавок попадают в одну из следующих категорий:
а) MODIF ERS: такие как пластификаторы, зародышеобразователи, clarif ERS, влияние MODIF ERS (например, резиновых частиц), пенообразователей, красители и связующие вещества,
б) стабилизаторы: в том числе антиоксиданты, тепло-и УФ-стабилизаторы, ингибиторы повторного F, антистатики и фунгициды,
в) технологические добавки: смазочные материалы, compatibilisers (например, Struktol в древесно-полимерных композитов), редукторы расплава температуры / давления, и т.д.
Следует проявлять осторожность в использовании добавок: даже самая полезная добавка может иметь пагубные ECTS эффектов, например, сажа значительно снижает отслеживания сопротивление материала и его следует избегать в электрических приложений.
Сочетание нескольких видов добавок в синергический "пакеты" становится популярным, а также разработке жидкостных систем, а не порошок, для удобства смешивания.
Т е выбор добавки также должны быть продиктованы здоровья и безопасности. Большая работа ведется переформулировать ПВХ добавки (кстати, крупнейший% добавок, которые используются в PVC) для устранения тяжелых металлов, таких как свинец, барий и кадмий. Обратите внимание, что Ba соли добавляют в детские игрушки для радио непрозрачности, в случае, если они глотают игрушки. Некоторые фталаты, используемые в качестве пластификаторов в ПВХ могут вымываться из Соф игрушки в рот детям жевать их, что создает риск заболевания раком.
1.4.4 Методы обработки
Широкий спектр обработки и формирования методов дальнейшего увеличения гибкости полимерных материалов. Некоторые из этих методов перечислены ниже, и будут рассмотрены более подробно в главе 3
- Литье под давлением: Машины существует с выстрелом мощностью от нескольких граммов до десятков килограммов. Т е формы могут быть одно-или семья форм. Т е процесс может быть MODIF ред производить газовым молдинги инъекций, и он может быть использован в качестве аф первом этапе в выдувного формования.
- Экструзия: Он используется в производстве различных проф ле, трубы / трубы, кабели, многослойная упаковка, F Брес, выдувное лм F, каландрированная лист / ф лм, и т.д., и, как двухшнековые экструдеры в рецептуре.
- T ermoforming / вакуумного формования
- Центробежного литья
- Сжатие / литьевое прессование
- Покрытие
- Реакция литья под давлением
- Дозирование пены
- Механическая обработка / присоединения пластмасс.
2 Polymerisation
“T e magnitude of the atomic weight determines the character of the element, just as the magnitude of the molecule determines the character of a compound body.” Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834-1907.
T e early developments in polymer technology occurred without any real knowledge of the molecular theory of polymers. T e idea that the structure of polymers in nature might give an understanding of plastics was put forward by Emil Fischer, who in 1901 discovered that natural polymers were built up of linked chains of molecules. It was not until 1922 that the chemist Herman Staudinger proposed that not only were these chains far longer than f rst thought, but they were composed of giant molecules containing more than a thousand atoms. He christened them ‘macromolecules’, but his theory was not proved until 1935 when the f rst plastic was created with a predictable form. T is was the f rst synthetic f bre, nylon.
Polymer, meaning literally many parts, is a large organic chemical molecule (macromolecule), consisting of a combination of many small chemical molecules known as monomers. For example, polyethylene (PE), – CH2 – CH2 – CH2 – - - - - – CH2 – CH2 –, consists of many ethylene, CH2 = CH2, monomers. T e process of combining monomers together to yield a macromolecule is known as polymerisation.
2.1 Polymerisation mechanisms
T ere are two main types of polymerisation mechanisms: addition (chain-growth) polymerisation and condensation (step-growth) polymerisation. In chain-growth reaction the polymerisation proceeds in a chain-like fashion in only one direction. In condensation reaction, the chain growth is not spontaneous and usually occurs slowly: the monomers f rst form dimers, trimers, tetramers and oligomers. Long reaction times are necessary in order to reach polymers with high average molecular weights.
Some of the chemical formulae in Sections 2.1.1 and 2.1.2 are adapted from Clarkson (2004).
2.1.1 Addition (Chain-growth) polymerisation
Vinyl monomers (unsaturated molecules, i.e., they contain carbon-carbon double bonds such as ethylene or styrene) react by addition polymerisation to produce long chain molecules. T e mechanisms for addition polymerisation are free radical, anionic and cationic.
Free-radical, anionic and cationic polymerisations all include three stages: initiation, propagation and termination.
Initiation involves the splitting up of the initiator molecules into free radicals by application of heat at a certain temperature, the initiator free radicals then react with monomer molecules, beginning the formation of polymer chains.
Examples of initiators include benzoylperoxide, (C6H5COO)2 and azo-bis(iso -butyronitrile) (AIBN), (NCC(CH3)2N)2.
For example, benzoylperoxide:
where, R is any organic element/group, e.g. H, CH3, Cl, C6H5, and the asterisk denotes a free radical.
T e propagation process involves the addition of further monomers to growing free radical chains, generating longer / larger chains:
T e vinyl monomer is unsymmetrical with respect to its ends: a head (the carbon atom with the R group attached) and a tail (the carbon atom without the R group). T e addition of monomers during the propagation process is predominantly by head-to-tail bonding due to steric and resonance ef ects.
A major dif erence between radical polymerisation and the ionic method is that, in the latter, the incoming monomer must f t between the growing chain end and an associated ion or complex. T e growing radical chain, on the other hand, has no such impediment at the growing end.
Chain transfer to polymer can also occur as a propagation step in polymerisation. T is is the process where a growing chain radical is transferred to the middle of another polymer chain, forming branches on the polymer chains, which can lead to reduced melting point and mechanical strength for the polymer. Branching is especially prevalent in the high pressure radical polymerization of ethylene, used in the polymerisation of LDPE.
T e termination step involves the reaction of any two free radicals with each other, either by combination or disproportionation.
Combination involves the coupling of two growing polymer chain radicals as shown below:
Disproportionation is a rather complicated way in which two growing polymer chains are rendered inactive: when two growing chain ends come close together, the unpaired electron of the chains are exchanged in such a manner that the f rst chain gains a H element from the second chain, and a double bond forms at the head of the second as delineated below:
T e addition polymerisation reaction mixture, at a given time, contains monomer, f nished polymer, growing polymer chains, and any added reagents.
In the presence of Ziegler-Natta or other stereo-specif c catalysts, a growing polymer-chain is attached to the metal atom of the catalyst and subsequent monomer addition is coordinated with the metal atom, known as coordination polymerisation, and leads to highly stereospecif c polymerisation. T e monomer molecule must sit in a rather specif c position in order to react, enabling stereoregular polymers to be made. For example, polymerization of propylene through action of the titanium catalyst gives an isotactic product; whereas, vanadium based catalyst gives a syndiotactic product.
In coordination polymerisation the process is site based and is regulated by the type of active site, whereas in free radical polymerisation the polymerisation site moves progressively away from the initiator and is not inf uenced by the chemical structure of the initiator, accordingly, it is the type of monomer rather than the initiator that dictates the free-radical polymerisation process. T e f exible and dynamic nature of the free-radical site can cause the formation of side branches by an internal chain transfer process known as backbiting, which generates a free radical site within the growing polymer chain. T is is much less likely in the coordination polymerisation since no free-radicals are involved in this mechanism, and the active site of the growing chain is at a f xed location on the metal surface of the coordination catalyst.
Termination in coordination polymerisation is achieved by reactions of the reactive chain end with an added modif er molecule (a chain transfer agent), e.g., hydrogen, at a concentration of one hydrogen to 1000 ethylene molecules.
Use of hydrogen provides a low cost clean reaction (no residue) for controlling molecular weight. Temperature af ects these processes: higher temperature increases the speed of molecules and causes more collisions, therefore increases reaction rate. However, the reaction of the hydrogen increases even faster, resulting in a higher degree of termination that produces a polymer with a low average molecular weight (high melt-f ow index).
2.1.2 Condensation (step-growth) polymerisation
Multifunctional monomers react producing in steps, dimers, trimers, tetramers, oligomers (consisting of 10 to 20 monomer units) and polymer molecules. During the process, links such as ester and amide are formed and a small molecule, e.g., H2O, is eliminated, see Figure 2.1.
Figure 2.1 An illustration of condensation polymerisation
Polyesters contain the ester group, - COO -, which is formed from the reaction between a carboxylic acid and an alcohol. Both these reagents must have two reactive ends (functional groups) in order to enable a chain growth. Poly(ethylene terephthalate) (PET) made from terephthalic acid (benzene-1, 4-dicarboxylic acid) and ethylene glycol (ethane-1,2-diol):
Polyamides contain the amide group, -CONH-, a product of reaction between a carboxylic acid and an amine. Both these molecules must have a functionality of two, so that chain growth becomes possible. Nylons are synthetic polyamides made from a variety of dicarboxylic acids and diamines. Usually depending on the number of C atoms in the amine and the acid nylons are designated with numbers, e.g., “Nylon 4,6 or Nylon 46 or PA46” indicates that it is polymerised from a 4-carbon diamine and a 6-carbon diacid. Kevlar is another example, made from terephthalic acid (benzene-1, 4-dicarboxylic acid) and 1, 4-diaminobenzene as shown below.
2.2 Polymerisation processes
T e polymerisation process requires a quantity of monomers and a suitable initiator/catalyst system to start the reaction to form polymer molecules that consist of thousands of monomers linked together. Polymerisation processes can be classif ed in terms of the reaction medium: bulk, solution, suspension, slurry, emulsion and gas.
2.2.1 Bulk polymerisation
Polymerisation of the pure liquid or gaseous monomer is called bulk polymerisation. It can be used for the production of free-radical polymers and some condensation polymers.
In the reaction only monomer, polymer, and initiator are present and, therefore, a very pure product is obtained. T e polymerisation is very rapid and strongly exothermic. It can lead to hazardous temperature build up and run away reactions. Overheating can cause branching and crosslinking and lead to the formation of gels T e process produces highly transparent polymers: e.g., PS and PMMA.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 53 | Нарушение авторских прав