Polimery i ich zastosowania interdyscyplinarne. Tom 1 - ebook
Wydawnictwo:
Data wydania:
1 stycznia 2020
Format ebooka:
EPUB
Format
EPUB
czytaj
na czytniku
czytaj
na tablecie
czytaj
na smartfonie
Jeden z najpopularniejszych formatów e-booków na świecie.
Niezwykle wygodny i przyjazny czytelnikom - w przeciwieństwie do formatu
PDF umożliwia skalowanie czcionki, dzięki czemu możliwe jest dopasowanie
jej wielkości do kroju i rozmiarów ekranu. Więcej informacji znajdziesz
w dziale Pomoc.
Multiformat
E-booki w Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu.
Oznacza to, że po dokonaniu zakupu, e-book pojawi się na Twoim koncie we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu.
Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu.
Format
MOBI
czytaj
na czytniku
czytaj
na tablecie
czytaj
na smartfonie
Jeden z najczęściej wybieranych formatów wśród czytelników
e-booków. Możesz go odczytać na czytniku Kindle oraz na smartfonach i
tabletach po zainstalowaniu specjalnej aplikacji. Więcej informacji
znajdziesz w dziale Pomoc.
Multiformat
E-booki w Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu.
Oznacza to, że po dokonaniu zakupu, e-book pojawi się na Twoim koncie we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu.
Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu.
Multiformat
E-booki sprzedawane w księgarni Virtualo.pl dostępne są w opcji
multiformatu - kupujesz treść, nie format. Po dodaniu e-booka do koszyka
i dokonaniu płatności, e-book pojawi się na Twoim koncie w Mojej
Bibliotece we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego
tytułu. Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na
karcie produktu przy okładce. Uwaga: audiobooki nie są objęte opcją
multiformatu.
czytaj
na tablecie
Aby odczytywać e-booki na swoim tablecie musisz zainstalować specjalną
aplikację. W zależności od formatu e-booka oraz systemu operacyjnego,
który jest zainstalowany na Twoim urządzeniu może to być np. Bluefire
dla EPUBa lub aplikacja Kindle dla formatu MOBI.
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu
w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale
Pomoc.
czytaj
na czytniku
Czytanie na e-czytniku z ekranem e-ink jest bardzo wygodne i nie męczy
wzroku. Pliki przystosowane do odczytywania na czytnikach to przede
wszystkim EPUB (ten format możesz odczytać m.in. na czytnikach
PocketBook) i MOBI (ten fromat możesz odczytać m.in. na czytnikach Kindle).
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu
w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale
Pomoc.
czytaj
na smartfonie
Aby odczytywać e-booki na swoim smartfonie musisz zainstalować specjalną
aplikację. W zależności od formatu e-booka oraz systemu operacyjnego,
który jest zainstalowany na Twoim urządzeniu może to być np. iBooks dla
EPUBa lub aplikacja Kindle dla formatu MOBI.
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu
w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale
Pomoc.
Czytaj fragment
Pobierz fragment
Pobierz fragment w jednym z dostępnych formatów
Polimery i ich zastosowania interdyscyplinarne. Tom 1 - ebook
Materiały polimerowe są wykorzystywane we wszystkich dziedzinach techniki, a chemia polimerów to istotna, interdyscyplinarna dziedzina wiedzy, niezbędna nie tylko chemikom, ale również inżynierom, technologom, a nawet lekarzom.
Polimery i ich zastosowania interdyscyplinarne to podręcznik akademicki, który w sposób prosty i przejrzysty opisuje wybrane zagadnienia z zakresu chemii, fizykochemii i metod badawczych polimerów. Dla każdej grupy polimerów zostały podane liczne przykłady zastosowań w nauce, technologii i życiu codziennym, na podstawie szeroko cytowanej literatury naukowej.
Książka jest kontynuacją i uzupełnieniem świetnie przyjętych podręczników Polimery. Otrzymywanie, metody badawcze i zastosowania oraz Współczesna wiedza o polimerach (t. 1 i 2). Pierwszy tom przedstawia polimery przemysłowe, omówiono w nim m.in. następujące zagadnienia:
• fizykochemia powierzchni polimerów,
• otrzymywanie i właściwości wybranych polimerów przemysłowych,
• polimery powłokotwórcze,
• kleje polimerowe,
• kauczuki.
Publikacja przeznaczona jest zarówno dla studentów kształcących się w zakresie chemii, technologii chemicznej, inżynierii materiałowej, ochrony środowiska, medycyny i farmacji, pracowników naukowych i dydaktycznych, jak i osób, które technologią polimerów interesują się zawodowo.
| Kategoria: | Chemia |
| Zabezpieczenie: |
Watermark
|
| ISBN: | 978-83-01-21023-6 |
| Rozmiar pliku: | 9,6 MB |
FRAGMENT KSIĄŻKI
PRZEDMOWA
Polimery istnieją od początku świata, kiedy to zrodziło się życie na naszej planecie. Były to biopolimery, takie jak kwasy nukleinowe DNA, RNA i tworzone przez nie białka, oraz procesy fotosyntezy skrobi stanowiące podstawowe elementy życia i rozwoju świata roślin, zwierząt i ludzi.
Mało kto zdaje sobie sprawę, że człowiek jest żyjącym polimerem i że codziennie pożywia się biopolimerami, takimi jak skrobia (kartofle, chleb) czy białka (mięso), oraz korzysta z energii spalania węgla, który jest skamieniałym biopolimerem.
Polimery przemysłowe zaczęto syntezować i wytwarzać na skalę przemysłową w milionach ton ponad 100 lat temu. Od 1950 roku wyprodukowano ich ponad 95 miliardów ton na całym świecie. Stały się one podstawowymi produktami dla rozwoju przemysłów, takich jak opakowania żywności, środki transportu, elektronika i rozwój kosmosu. Nie ma już dzisiaj żadnej dziedziny, w której nie byłyby stosowane polimery. Stąd pojawiają się ich interdyscyplinarne zastosowania, które stały się podstawą treści tej publikacji.
Wraz z wszechstronnym zastosowaniem polimerów powstało zagrożenie dla środowiska naturalnego, rzek, mórz i oceanów, związane z odpadami polimerów, które nieutylizowane, w milionach ton zalegają wszystkie kontynenty świata i grożą dalszemu rozwojowi naszej cywilizacji. Niekontrolowane wytwarzanie tworzyw polimerów może stanowić zagrożenia dla zdrowia i życia, szczególnie gdy są wprowadzane nowe technologie w oparciu o nanopolimery hybrydowe.
Celem tej publikacji, napisanej w formie podręcznika akademickiego dla studentów i doktoratów specjalizacji w zakresie chemii i technologii polimerów oraz innych specjalizacji, na których prowadzone są wykłady o polimerach, jest przedstawienie wiedzy w zakresie podstawowym w sposób możliwie jak najprostszy, unikając skomplikowanego aparatu wiedzy teoretycznej opartej na matematyce. Opisane metody badawcze oparte są na kilku prostych podstawowych wzorach, stosowanych w praktyce. Stąd podręcznik ten jest aktualny przez kolejne lata. Wraz z rozwojem nowej wiedzy o polimerach podstawy wiedzy w tym zakresie pozostają niezmienne czasowo.
Opracowanie tego podręcznika jest oparte na zasadzie pisania artykułów przeglądowych (reviews), do których włącza się fragmenty tekstów i rysunki z oryginalnych źródeł literaturowych. To jedyny wkład autora, który przez lata zbierał materiały o polimerach w oparciu o zasoby literaturowe i książkowe Królewskiej Biblioteki Politechniki w Sztokholmie oraz Biblioteki Uniwersytetu Techniczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy, dzięki pomocy i współpracy Pani Bibliotekarz Iwony Matuszewskiej-Fobka.
Autor chciałby podziękować za nadesłane zdjęcia mikroskopowe w kolejności alfabetycznej: dr A. Dąbrowskiej, dr. A. Hebda, prof. A. Huczko, prof. K. Pielichowskiemu, prof. P. Ruśkowsiemu.
Szczególne podziękowania Redaktorom PWN Pani Katarzynie Włodarczyk-Gil i Pani Urszuli Pawłowskiej za nieocenioną współpracę naukową i techniczną w doprowadzeniu manuskryptu do druku oraz Pani Redaktor Barbarze Witowskiej-Mocek z Instytutu Chemii Przemysłowej w Warszawie za umożliwienie mi korzystania bez ograniczeń ze znakomitego czasopisma Polimery.
Podręcznik ten powstawał w atmosferze wyrozumiałości i wsparcia mojej nieocenionej Żony Eweliny, dla której brakuje mi słów podziękowania i osobistej wdzięczności, oraz pomocy technicznej mojej córki Dominiki.
Podręcznik ten dedykuję mojemu Ojcu Profesorowi Tadeuszowi Rabkowi, założycielowi Katedry Tworzyw Sztucznych Politechniki Wrocławskiej.
Autor1
WSTĘPNE WIADOMOŚCI O POLIMERACH
Polimer jest związkiem wielkocząsteczkowym, zbudowanym z makrocząsteczek organicznych lub nieorganicznych (patrz rozdz. 2), można go przedstawić jako łańcuch powtarzających się podstawowych jednostek strukturalnych – merów (od 10 000 do 1 000 000 i więcej) .
Makrocząsteczki mogą być powiązane ze sobą za pomocą wiązań (rys. 1.1) :
– kowalencyjnych,
– wodorowych,
– jonowych,
– koordynacyjnych.
Rodzaj wiązań występujących między makrocząsteczkami decyduje o następujących właściwościach polimerów:
– fizykochemicznych,
– mechanicznych,
– przetwórczych,
– użytkowych.
Stopień polimeryzacji, n lub DP (Degree of Polymerization), wskazuje, ile merów (w tym także początek i koniec łańcucha) wchodzi w skład makrocząsteczki,
Masa makrocząsteczek może być wyrażona w jednostkach:
– masy atomowej, u (unit) lub dalton (Da),
– masy molowej, g · mol–1 lub kg · kmol–1.
Czasami w literaturze stosuje się niepoprawne określenie ciężar cząsteczkowy (molecular weight).
Na skutek niejednorodności mas molowych makrocząsteczek jest konieczne stosowanie średnich mas molowych. Z analizy statystycznej wynika, że średnia masa molowa makrocząsteczek może być opisana w zależności od:
– udziału liczbowego makrocząsteczek (),
– udziału masowego (wagowego) makrocząsteczek ().
Rys. 1.1. Przykłady podstawowych rodzajów wiązań występujących między różnymi makrocząsteczkami: a) kowalencyjne; b) wodorowe; c) jonowe; d) koordynacyjne
Stopień polidyspersji () określa rozkład (niejednorodność) masy molowej polimeru.
Polimery występują jako:
– polimery syntetyczne,
– biopolimery pochodzenia naturalnego,
– polimery modyfikowane.
Kopolimerami są makrocząsteczki zbudowane z dwóch lub więcej rodzajów różnych merów.
W czasie polimeryzacji może następować różne uporządkowanie następstwa merów, w wyniku czego powstają makrocząsteczki o różnej konfiguracji taktycznej (grec. taktikos – rozmieszczenie, uporządkowanie):
– głowa do ogona:
– głowa do głowy:
– ogon do ogona:
Monopodstawione poliolefiny i polimery winylowe (–CH₂–CHR–), mogą występować w konfiguracjach:
– ataktycznej:
– izotaktycznej:
– syndiotaktycznej:
Różnica w strukturze polimerów stereoregularnych (taktycznych) ma duży wpływ na ich właściwości:
– fizykochemiczne;
– mechaniczne;
– przetwórcze;
– użytkowe.
Pod względem struktury fizycznej polimery, w korelacji do ich właściwości, można podzielić na :
– amorficzne (bezpostaciowe), w których makrocząsteczki tworzą struktury nieuporządkowane (skłębione);
– krystaliczne, mające mniej lub bardziej zdefiniowaną strukturę krystaliczną;
– semikrystaliczne, w których makrocząsteczki znajdują się częściowo w fazie amorficznej (domenie amorficznej), a częściowo w fazie krystalicznej (domenie krystalicznej).
Polimery amorficzne mogą się znajdować w jednym z trzech stanów fizycznych (związanych z ruchliwością makrocząsteczek):
– szklistym (kruchym);
– elastycznym (niekiedy określanym w literaturze jako stan wysokoelastyczny);
– plastycznym.
Polimery krystaliczne występują tylko w dwóch stanach skupienia (stałym i ciekłym):
– krystalicznym (stan twardy, kruchy), w którym segmenty makrocząsteczek są ściśle upakowane i nie mają możliwości swobodnego przemieszczania się;
– ciekłym, w którym nastąpił zanik struktury krystalicznej.
Nie występują w stanie elastycznym.
Polimery termoutwardzalne i polimery chemoutwardzalne (duroplasty) charakteryzują się tylko jednym stanem fizycznym – stanem szklistym.
Elastomery usieciowane mogą znajdować się w dwóch stanach fizycznych – w stanie szklistym lub elastycznym.
Przejścia fazowe polimeru z jednego stanu w drugi, tzw. przejścia II rodzaju, zachodzą w określonej temperaturze, której wartość jest charakterystyczna dla danego rodzaju polimeru:
– temperatura kruchości (Tk) jest to temperatura przejścia ze stanu szklistego kruchego w stan szklisty z wymuszoną elastycznością;
– temperatura płynięcia (Tf) jest to temperatura przejścia ze stanu elastycznego do plastycznego (i odwrotnie);
– temperatura zeszklenia (Tg) jest to temperatura przejścia ze stanu szklistego do elastycznego (i odwrotnie);
– temperatura topnienia (Tm) (topnienie jest przemianą fazową I rodzaju) jest to temperatura przejścia polimeru krystalicznego ze stanu stałego w ciekły.
Tworzywa polimerowe (tworzywa sztuczne) to określenie niejednoznaczne, a raczej umowne materiału, w którym oprócz podstawowego składnika polimeru znajdują się rozproszone (zdyspergowane) substancje, zwane dodatkowymi (dodatkami) lub środkami pomocniczymi (patrz tom 2, rozdz. 9). Należą do nich:
– napełniacze,
– nośniki,
– stabilizatory,
– zmiękczacze (plastyfikatory),
– utwardzacze,
– środki spieniające (porofory),
– antyutleniacze,
– fotostabilizatory,
– barwniki,
– pigmenty,
– przeciwstatyki (antystatyki),
– środki poślizgowe,
– opóźniacze palenia,
– środki przeciwpalne (antypireny).
Produkcja polimerów i tworzyw polimerowych rocznie w skali światowej wynosi obecnie ponad 360 mln ton, a lakierów i klejów około 50 mln ton. Spośród kilku tysięcy różnych gatunków polimerów i tworzyw polimerowych 70–80% stanowią polimery winylowe, np. poliolefiny, poli(chlorek winylu), polistyren, polimetakrylany, oraz polidieny (kauczuki).
Tworzywa polimerowe ze względu na ich właściwości fizykochemiczne i szerokie zastosowania dzieli się na:
– włóknotwórcze,
– konstrukcyjne,
– powłokowe,
– adhezyjne,
– specjalne.3
KAUCZUKI
3.1. Kauczuk naturalny
3.1.1. Krótka historia odkrycia kauczuku naturalnego
3.1.2. Budowa chemiczna kauczuku naturalnego
3.1.3. Kauczuk naturalny gutaperka
3.1.4. Lateks
3.2. Kauczuki syntetyczne
3.2.1. Kauczuki polidienowe
3.2.2. Kauczuki telecheliczne
3.2.3. Stereoregularne kauczuki izoprenowe
3.2.4. Kopolimery butadienowo-styrenowe
3.2.5. Kauczuki karboksylowe
3.2.6. Kauczuki chloroprenowe
3.2.7. Kauczuk etylenowo-propylenowy
3.2.8. Poli(etylen chlorosulfonowany)
3.2.9. Kauczuk izobutylenowy i butylowy
3.2.10. Terpolimer etylenowo-propylenowo-dienowy
3.2.11. Kauczuki fluorowe
3.2.12. Kauczuki nitrylowe
3.2.13. Kauczuki akrylowe
3.2.14. Kauczuki uretanowe
3.2.15. Kauczuki termoplastyczne
3.2.16. Kauczuki polifosfazenowe
3.2.17. Kauczuki silikonowe
3.2.18. Kauczuki polisiarczkowe
3.3. Reakcje chemiczne kauczuków
3.3.1. Przemiany izomeryczne cis-trans
3.3.2. Przemieszczanie wiązań podwójnych
3.3.3. Cyklizacja
3.3.4. Epoksydowanie
3.3.5. Otrzymywanie modyfikowanych kauczuków
3.4. Właściwości fizykomechaniczne kauczuków
3.5. Wpływ czynników fizykochemicznych na kauczuki
3.6. Reakcje mechanochemiczne
3.7. Rozkład termiczny kauczuków
3.8. Degradacja i starzenie się kauczuków i gumy
3.8.1. Utlenianie kauczuków tlenem molekularnym
3.8.2. Zapobieganie utlenianiu kauczuków
3.8.3. Utlenianie kauczuków tlenem singletowym
3.4.4. Działanie utleniające ozonu
3.9. Sieciowanie kauczuków
3.10. Guma
3.11. Ebonit
3.12. Łączenie elastomerów z metalami
3.13. Konstrukcja opony
3.14. Zestawienie międzynarodowych symboli literowych dotyczących kauczuków4
FIZYKOCHEMIA POWIERZCHNI POLIMERÓW
4.1. Zjawiska powierzchniowe na granicy faz
4.1.1. Procesy adsorpcyjne związane z polimerami
4.1.2. Polimerowe adsorbenty porowate
4.1.3. Adhezja i kohezja
4.2. Zwilżalność powierzchni
4.2.1. Pomiar napięcia powierzchniowego
4.3. Badanie struktury powierzchni polimerów
4.3.1. Badanie struktury powierzchni polimerów za pomocą metod mikroskopowych
4.3.2. Badanie struktury powierzchni polimerów za pomocą spektroskopii fotoelektronowej
4.4. Oddziaływanie polimeru z innymi ośrodkami
4.4.1. Modyfikacja powierzchni polimerów
4.4.2. Metody modyfikacji chemicznej
4.4.3. Metody fizyczne modyfikacji powierzchni
4.4.4. Plazma, właściwości, otrzymywanie i zastosowanie5
POLIMERY POWŁOKOTWÓRCZE
5.1. Klasyfikacja powłok ochronnych
5.2. Substancje i materiały błonotwórcze
5.2.1. Oleje stosowane do powłok
5.2.2. Sykatywy
5.2.3. Żywice naturalne
5.2.4. Polimery naturalne stosowane do powłok
5.2.5. Polimery syntetyczne stosowane do powłok
5.2.6. Powłoki chemoodporne
5.3. Dodatki do farb i lakierów
5.3.1. Pigmenty i barwniki
5.3.2. Napełniacze
5.3.3. Środki powierzchniowo czynne do farb
5.3.4. Środki biocydowe do farb
5.4. Techniki nanoszenia powłok
5.4.1. Tiksotropia w przemyśle kitów, farb i lakierów
5.4.2. Proszkowe materiały powłokowe
5.5. Naprężenia w cienkich warstwach powłok
5.6. Niszczenie i starzenie się powłok polimerowych
5.6.1. Uszkodzenia powłok lakierniczych pod wpływem zanieczyszczeń atmosferycznych
5.6.2. Działanie smogu
5.7. Korozja powierzchni metalowych
5.7.1. Środki antykorozyjne do farb
5.8. Usuwanie powłok malarskich6
KLEJE POLIMEROWE
6.1. Proces klejenia
6.1.1. Struktura powierzchni klejonych
6.1.2. Wytrzymałość adhezyjna i kohezyjna powierzchni klejonych
6.2. Substancje klejowe
6.2.1. Skład substancji klejowych
6.2.2. Naturalne kleje polimerowe
6.2.3. Syntetyczne kleje polimerowe
6.2.4. Kleje rozpuszczalnikowe
6.2.5. Techniki nanoszenia klejów
6.3. Klejenie tworzyw polimerowych
6.3.1. Taśmy i kleje samoprzylepne
6.3.2. Klejenie drewna
6.3.3. Klejenie papieru
6.3.4. Klejenie kauczuków
6.3.5. Kleje stosowane w montażu elektronicznym
6.3.6. Klejenie metali
Polimery istnieją od początku świata, kiedy to zrodziło się życie na naszej planecie. Były to biopolimery, takie jak kwasy nukleinowe DNA, RNA i tworzone przez nie białka, oraz procesy fotosyntezy skrobi stanowiące podstawowe elementy życia i rozwoju świata roślin, zwierząt i ludzi.
Mało kto zdaje sobie sprawę, że człowiek jest żyjącym polimerem i że codziennie pożywia się biopolimerami, takimi jak skrobia (kartofle, chleb) czy białka (mięso), oraz korzysta z energii spalania węgla, który jest skamieniałym biopolimerem.
Polimery przemysłowe zaczęto syntezować i wytwarzać na skalę przemysłową w milionach ton ponad 100 lat temu. Od 1950 roku wyprodukowano ich ponad 95 miliardów ton na całym świecie. Stały się one podstawowymi produktami dla rozwoju przemysłów, takich jak opakowania żywności, środki transportu, elektronika i rozwój kosmosu. Nie ma już dzisiaj żadnej dziedziny, w której nie byłyby stosowane polimery. Stąd pojawiają się ich interdyscyplinarne zastosowania, które stały się podstawą treści tej publikacji.
Wraz z wszechstronnym zastosowaniem polimerów powstało zagrożenie dla środowiska naturalnego, rzek, mórz i oceanów, związane z odpadami polimerów, które nieutylizowane, w milionach ton zalegają wszystkie kontynenty świata i grożą dalszemu rozwojowi naszej cywilizacji. Niekontrolowane wytwarzanie tworzyw polimerów może stanowić zagrożenia dla zdrowia i życia, szczególnie gdy są wprowadzane nowe technologie w oparciu o nanopolimery hybrydowe.
Celem tej publikacji, napisanej w formie podręcznika akademickiego dla studentów i doktoratów specjalizacji w zakresie chemii i technologii polimerów oraz innych specjalizacji, na których prowadzone są wykłady o polimerach, jest przedstawienie wiedzy w zakresie podstawowym w sposób możliwie jak najprostszy, unikając skomplikowanego aparatu wiedzy teoretycznej opartej na matematyce. Opisane metody badawcze oparte są na kilku prostych podstawowych wzorach, stosowanych w praktyce. Stąd podręcznik ten jest aktualny przez kolejne lata. Wraz z rozwojem nowej wiedzy o polimerach podstawy wiedzy w tym zakresie pozostają niezmienne czasowo.
Opracowanie tego podręcznika jest oparte na zasadzie pisania artykułów przeglądowych (reviews), do których włącza się fragmenty tekstów i rysunki z oryginalnych źródeł literaturowych. To jedyny wkład autora, który przez lata zbierał materiały o polimerach w oparciu o zasoby literaturowe i książkowe Królewskiej Biblioteki Politechniki w Sztokholmie oraz Biblioteki Uniwersytetu Techniczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy, dzięki pomocy i współpracy Pani Bibliotekarz Iwony Matuszewskiej-Fobka.
Autor chciałby podziękować za nadesłane zdjęcia mikroskopowe w kolejności alfabetycznej: dr A. Dąbrowskiej, dr. A. Hebda, prof. A. Huczko, prof. K. Pielichowskiemu, prof. P. Ruśkowsiemu.
Szczególne podziękowania Redaktorom PWN Pani Katarzynie Włodarczyk-Gil i Pani Urszuli Pawłowskiej za nieocenioną współpracę naukową i techniczną w doprowadzeniu manuskryptu do druku oraz Pani Redaktor Barbarze Witowskiej-Mocek z Instytutu Chemii Przemysłowej w Warszawie za umożliwienie mi korzystania bez ograniczeń ze znakomitego czasopisma Polimery.
Podręcznik ten powstawał w atmosferze wyrozumiałości i wsparcia mojej nieocenionej Żony Eweliny, dla której brakuje mi słów podziękowania i osobistej wdzięczności, oraz pomocy technicznej mojej córki Dominiki.
Podręcznik ten dedykuję mojemu Ojcu Profesorowi Tadeuszowi Rabkowi, założycielowi Katedry Tworzyw Sztucznych Politechniki Wrocławskiej.
Autor1
WSTĘPNE WIADOMOŚCI O POLIMERACH
Polimer jest związkiem wielkocząsteczkowym, zbudowanym z makrocząsteczek organicznych lub nieorganicznych (patrz rozdz. 2), można go przedstawić jako łańcuch powtarzających się podstawowych jednostek strukturalnych – merów (od 10 000 do 1 000 000 i więcej) .
Makrocząsteczki mogą być powiązane ze sobą za pomocą wiązań (rys. 1.1) :
– kowalencyjnych,
– wodorowych,
– jonowych,
– koordynacyjnych.
Rodzaj wiązań występujących między makrocząsteczkami decyduje o następujących właściwościach polimerów:
– fizykochemicznych,
– mechanicznych,
– przetwórczych,
– użytkowych.
Stopień polimeryzacji, n lub DP (Degree of Polymerization), wskazuje, ile merów (w tym także początek i koniec łańcucha) wchodzi w skład makrocząsteczki,
Masa makrocząsteczek może być wyrażona w jednostkach:
– masy atomowej, u (unit) lub dalton (Da),
– masy molowej, g · mol–1 lub kg · kmol–1.
Czasami w literaturze stosuje się niepoprawne określenie ciężar cząsteczkowy (molecular weight).
Na skutek niejednorodności mas molowych makrocząsteczek jest konieczne stosowanie średnich mas molowych. Z analizy statystycznej wynika, że średnia masa molowa makrocząsteczek może być opisana w zależności od:
– udziału liczbowego makrocząsteczek (),
– udziału masowego (wagowego) makrocząsteczek ().
Rys. 1.1. Przykłady podstawowych rodzajów wiązań występujących między różnymi makrocząsteczkami: a) kowalencyjne; b) wodorowe; c) jonowe; d) koordynacyjne
Stopień polidyspersji () określa rozkład (niejednorodność) masy molowej polimeru.
Polimery występują jako:
– polimery syntetyczne,
– biopolimery pochodzenia naturalnego,
– polimery modyfikowane.
Kopolimerami są makrocząsteczki zbudowane z dwóch lub więcej rodzajów różnych merów.
W czasie polimeryzacji może następować różne uporządkowanie następstwa merów, w wyniku czego powstają makrocząsteczki o różnej konfiguracji taktycznej (grec. taktikos – rozmieszczenie, uporządkowanie):
– głowa do ogona:
– głowa do głowy:
– ogon do ogona:
Monopodstawione poliolefiny i polimery winylowe (–CH₂–CHR–), mogą występować w konfiguracjach:
– ataktycznej:
– izotaktycznej:
– syndiotaktycznej:
Różnica w strukturze polimerów stereoregularnych (taktycznych) ma duży wpływ na ich właściwości:
– fizykochemiczne;
– mechaniczne;
– przetwórcze;
– użytkowe.
Pod względem struktury fizycznej polimery, w korelacji do ich właściwości, można podzielić na :
– amorficzne (bezpostaciowe), w których makrocząsteczki tworzą struktury nieuporządkowane (skłębione);
– krystaliczne, mające mniej lub bardziej zdefiniowaną strukturę krystaliczną;
– semikrystaliczne, w których makrocząsteczki znajdują się częściowo w fazie amorficznej (domenie amorficznej), a częściowo w fazie krystalicznej (domenie krystalicznej).
Polimery amorficzne mogą się znajdować w jednym z trzech stanów fizycznych (związanych z ruchliwością makrocząsteczek):
– szklistym (kruchym);
– elastycznym (niekiedy określanym w literaturze jako stan wysokoelastyczny);
– plastycznym.
Polimery krystaliczne występują tylko w dwóch stanach skupienia (stałym i ciekłym):
– krystalicznym (stan twardy, kruchy), w którym segmenty makrocząsteczek są ściśle upakowane i nie mają możliwości swobodnego przemieszczania się;
– ciekłym, w którym nastąpił zanik struktury krystalicznej.
Nie występują w stanie elastycznym.
Polimery termoutwardzalne i polimery chemoutwardzalne (duroplasty) charakteryzują się tylko jednym stanem fizycznym – stanem szklistym.
Elastomery usieciowane mogą znajdować się w dwóch stanach fizycznych – w stanie szklistym lub elastycznym.
Przejścia fazowe polimeru z jednego stanu w drugi, tzw. przejścia II rodzaju, zachodzą w określonej temperaturze, której wartość jest charakterystyczna dla danego rodzaju polimeru:
– temperatura kruchości (Tk) jest to temperatura przejścia ze stanu szklistego kruchego w stan szklisty z wymuszoną elastycznością;
– temperatura płynięcia (Tf) jest to temperatura przejścia ze stanu elastycznego do plastycznego (i odwrotnie);
– temperatura zeszklenia (Tg) jest to temperatura przejścia ze stanu szklistego do elastycznego (i odwrotnie);
– temperatura topnienia (Tm) (topnienie jest przemianą fazową I rodzaju) jest to temperatura przejścia polimeru krystalicznego ze stanu stałego w ciekły.
Tworzywa polimerowe (tworzywa sztuczne) to określenie niejednoznaczne, a raczej umowne materiału, w którym oprócz podstawowego składnika polimeru znajdują się rozproszone (zdyspergowane) substancje, zwane dodatkowymi (dodatkami) lub środkami pomocniczymi (patrz tom 2, rozdz. 9). Należą do nich:
– napełniacze,
– nośniki,
– stabilizatory,
– zmiękczacze (plastyfikatory),
– utwardzacze,
– środki spieniające (porofory),
– antyutleniacze,
– fotostabilizatory,
– barwniki,
– pigmenty,
– przeciwstatyki (antystatyki),
– środki poślizgowe,
– opóźniacze palenia,
– środki przeciwpalne (antypireny).
Produkcja polimerów i tworzyw polimerowych rocznie w skali światowej wynosi obecnie ponad 360 mln ton, a lakierów i klejów około 50 mln ton. Spośród kilku tysięcy różnych gatunków polimerów i tworzyw polimerowych 70–80% stanowią polimery winylowe, np. poliolefiny, poli(chlorek winylu), polistyren, polimetakrylany, oraz polidieny (kauczuki).
Tworzywa polimerowe ze względu na ich właściwości fizykochemiczne i szerokie zastosowania dzieli się na:
– włóknotwórcze,
– konstrukcyjne,
– powłokowe,
– adhezyjne,
– specjalne.3
KAUCZUKI
3.1. Kauczuk naturalny
3.1.1. Krótka historia odkrycia kauczuku naturalnego
3.1.2. Budowa chemiczna kauczuku naturalnego
3.1.3. Kauczuk naturalny gutaperka
3.1.4. Lateks
3.2. Kauczuki syntetyczne
3.2.1. Kauczuki polidienowe
3.2.2. Kauczuki telecheliczne
3.2.3. Stereoregularne kauczuki izoprenowe
3.2.4. Kopolimery butadienowo-styrenowe
3.2.5. Kauczuki karboksylowe
3.2.6. Kauczuki chloroprenowe
3.2.7. Kauczuk etylenowo-propylenowy
3.2.8. Poli(etylen chlorosulfonowany)
3.2.9. Kauczuk izobutylenowy i butylowy
3.2.10. Terpolimer etylenowo-propylenowo-dienowy
3.2.11. Kauczuki fluorowe
3.2.12. Kauczuki nitrylowe
3.2.13. Kauczuki akrylowe
3.2.14. Kauczuki uretanowe
3.2.15. Kauczuki termoplastyczne
3.2.16. Kauczuki polifosfazenowe
3.2.17. Kauczuki silikonowe
3.2.18. Kauczuki polisiarczkowe
3.3. Reakcje chemiczne kauczuków
3.3.1. Przemiany izomeryczne cis-trans
3.3.2. Przemieszczanie wiązań podwójnych
3.3.3. Cyklizacja
3.3.4. Epoksydowanie
3.3.5. Otrzymywanie modyfikowanych kauczuków
3.4. Właściwości fizykomechaniczne kauczuków
3.5. Wpływ czynników fizykochemicznych na kauczuki
3.6. Reakcje mechanochemiczne
3.7. Rozkład termiczny kauczuków
3.8. Degradacja i starzenie się kauczuków i gumy
3.8.1. Utlenianie kauczuków tlenem molekularnym
3.8.2. Zapobieganie utlenianiu kauczuków
3.8.3. Utlenianie kauczuków tlenem singletowym
3.4.4. Działanie utleniające ozonu
3.9. Sieciowanie kauczuków
3.10. Guma
3.11. Ebonit
3.12. Łączenie elastomerów z metalami
3.13. Konstrukcja opony
3.14. Zestawienie międzynarodowych symboli literowych dotyczących kauczuków4
FIZYKOCHEMIA POWIERZCHNI POLIMERÓW
4.1. Zjawiska powierzchniowe na granicy faz
4.1.1. Procesy adsorpcyjne związane z polimerami
4.1.2. Polimerowe adsorbenty porowate
4.1.3. Adhezja i kohezja
4.2. Zwilżalność powierzchni
4.2.1. Pomiar napięcia powierzchniowego
4.3. Badanie struktury powierzchni polimerów
4.3.1. Badanie struktury powierzchni polimerów za pomocą metod mikroskopowych
4.3.2. Badanie struktury powierzchni polimerów za pomocą spektroskopii fotoelektronowej
4.4. Oddziaływanie polimeru z innymi ośrodkami
4.4.1. Modyfikacja powierzchni polimerów
4.4.2. Metody modyfikacji chemicznej
4.4.3. Metody fizyczne modyfikacji powierzchni
4.4.4. Plazma, właściwości, otrzymywanie i zastosowanie5
POLIMERY POWŁOKOTWÓRCZE
5.1. Klasyfikacja powłok ochronnych
5.2. Substancje i materiały błonotwórcze
5.2.1. Oleje stosowane do powłok
5.2.2. Sykatywy
5.2.3. Żywice naturalne
5.2.4. Polimery naturalne stosowane do powłok
5.2.5. Polimery syntetyczne stosowane do powłok
5.2.6. Powłoki chemoodporne
5.3. Dodatki do farb i lakierów
5.3.1. Pigmenty i barwniki
5.3.2. Napełniacze
5.3.3. Środki powierzchniowo czynne do farb
5.3.4. Środki biocydowe do farb
5.4. Techniki nanoszenia powłok
5.4.1. Tiksotropia w przemyśle kitów, farb i lakierów
5.4.2. Proszkowe materiały powłokowe
5.5. Naprężenia w cienkich warstwach powłok
5.6. Niszczenie i starzenie się powłok polimerowych
5.6.1. Uszkodzenia powłok lakierniczych pod wpływem zanieczyszczeń atmosferycznych
5.6.2. Działanie smogu
5.7. Korozja powierzchni metalowych
5.7.1. Środki antykorozyjne do farb
5.8. Usuwanie powłok malarskich6
KLEJE POLIMEROWE
6.1. Proces klejenia
6.1.1. Struktura powierzchni klejonych
6.1.2. Wytrzymałość adhezyjna i kohezyjna powierzchni klejonych
6.2. Substancje klejowe
6.2.1. Skład substancji klejowych
6.2.2. Naturalne kleje polimerowe
6.2.3. Syntetyczne kleje polimerowe
6.2.4. Kleje rozpuszczalnikowe
6.2.5. Techniki nanoszenia klejów
6.3. Klejenie tworzyw polimerowych
6.3.1. Taśmy i kleje samoprzylepne
6.3.2. Klejenie drewna
6.3.3. Klejenie papieru
6.3.4. Klejenie kauczuków
6.3.5. Kleje stosowane w montażu elektronicznym
6.3.6. Klejenie metali
więcej..
