Materiali polimerici. Plastiche ed Elastomeri (o gomme) Termoplastici e Termoindurenti
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- Vittore Marchese
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1 Materiali polimerici Polimeri sintetici e polimeri naturali Plastiche ed Elastomeri (o gomme) Termoplastici e Termoindurenti
2 Alcuni scheletri a cinque atomi di carbonio
3 L aggiunta della pelle di atomi di H allo scheletro di atomi di C
4 Temperatura di ebollizione dei primi 10 alcani non ramificati Effetto delle forze intermolecolari
5
![PE polietilene -[CH 2 -CH 2 ]- n A -C-C- B](/docs-images/50/26180653/images/6-0.png "- H mero (unità monomerica) Catena")
6 PE polietilene -[CH 2 -CH 2 ]- n A -C-C- B - H mero (unità monomerica) Catena polimerica
7 Scienza e tecnologia dei materiali 3ed W. Copyright 2008 The McGraw- Hill Companies s.r.l.
8 PP polipropilene A -C-C- B -CH 3 ed H
9 Molecola di etilene (o etene) Rappresentazione dei legami covalenti nella molecola di etilene con (a) puntini, (b) trattini per indicare gli elettroni di valenza. Nella molecola di etilene vi sono: un doppio legame covalente carbonio-carbonio e quattro singoli legami covalenti carbonio idrogeno.
10 Il doppio legame C=C è chimicamente molto reattivo!!. Struttura dei legami covalenti di una molecola di etilene attivata. (a) I puntini rappresentano gli elettroni di valenza. Alle estremità di ogni molecola si creano elettroni liberi i quali sono in grado di legarsi covalentemente con gli elettroni liberi di altre molecole. Si noti che il doppio legame covalente fra gli atomi di carbonio è stato ridotto a un legame singolo. (b) Gli elettroni liberi che si creano agli estremi della molecola sono indicati da mezzi legami (trattini) che sono legati a un solo atomo di carbonio.
11 Reazioni di polimerizzazione poliaddizioni n calore pressione catalizzatore (monomero) etilene polietilene (PE) (polimero) n stirene polistirene (PS)
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13 policondensazioni Es Nylon 6,6
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15 Caratteristiche materiali polimerici Composizione chimica del monomero Dimensione (peso molecolare) Struttura Forma (ripiegamento catene) (termoplastici ed elastomeri) (termoindurenti) lineare ramificato reticolato a rete (network) stereisomeri atattico isotattico sindiotattico isomeri geometrici cis trans
16 Struttura lineari ramificati reticolato network
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18 lineare ramificato reticolato (cross-linked)
19 Polimero lineare e ramificato esempio: polietilene HDPE LDPE LLDPE Struttura delle catene dei differenti tipi di polietilene: (a) ad alta densità, (b) a bassa densità e (c) lineare a bassa densità.
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21 Rappresentazione schematica della vulcanizzazione della gomma. Nel processo atomi di zolfo formano ponti di reticolazione tra catene di 1,4 poliisoprene. (a) catena di cis-1,4 poliisoprene prima della reticolazione con zolfo. (b) catena di cis-1,4 poliisoprene dopo la reticolazione con zolfo in corrispondenza delle funzioni reattive (doppi legami).
22 Polimero reticolato esempio: gomma vulcanizzata zolfo polibutadiene
23 Network esempio: resina fenolica Reazione di polimerizzazione del fenolo (gli asterischi rappresentano i siti di reazione) con formaldeide
24 Scienza e tecnologia dei materiali 3ed W. Copyright 2008 The McGraw- Hill Companies s.r.l.
25 Scienza e tecnologia dei materiali 3ed W. Copyright 2008 The McGraw- Hill Companies s.r.l.
26 Omopolimeri e Copolimeri omopolimero copolimero random copolimero a blocchi copolimero ad innesto o graffato
27 Scienza e tecnologia dei materiali 3ed W. Copyright 2008 The McGraw- Hill Companies s.r.l.
28 Copolimero a blocchi Esempio: SBS
29 Esempio 2: polibutadiene e poliisobutilene
30 Struttura chimica del copolimero stirene-butadiene, gomma sintetica.
31 Copolimero graffato Esempio: HIPS
32 In un copolimero ci sono almeno 2 monomeri!! Reazione generale di polimerizzazione dei monomeri cloruro di vinile e acetato di vinile per la produzione di un copolimero polivinilcloruropolivinilacetato.
33 Caratteristiche materiali polimerici Composizione chimica del monomero Dimensione (peso molecolare) Struttura Forma (ripiegamento catene) (termoplastici ed elastomeri) termoindurenti lineare ramificato reticolato a rete (network) isotattico stereisomeri atattico isotattico sindiotattico isomeri geometrici cis trans
34 (a) Stato amorfo (b) Stato semicristallino Polimeri sono amorfi oppure semicristallini. Il grado di cristallinità dipende dalla struttura del monomero (ingombro sterico dei sostituenti in catena), flessibilità della catena (natura del legame dello scheletro), struttura della catena (lineare o ramificata) e dall entità dei legami intermolecolari. Polimeri termoindurenti sono amorfi. Polimeri termoplastici sono amorfi o semicristallini
35 (a) Stato amorfo
36 (b) Stato semicristallino
37 Struttura sferulitica, Nylon 6,9
38 Struttura dello sferulite PE
39 amorfo cristallino
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41 Caratteristiche materiali polimerici Composizione chimica del monomero Dimensione (peso molecolare) Struttura Forma (ripiegamento catene) termoplastici elastomeri termoindurenti lineare ramificato reticolato a rete (network) stereisomeri atattico isotattico sindiotattico isomeri geometrici cis trans
42 Peso molecolare medio PM medio numerale M x n i M PM medio ponderale M w M w i i i
43 Grado di polimerizzazione medio (n) (a) numerale n n n n M mn M m n Peso molecolare monomero (b) ponderale n w M m w Peso molecolare monomero
44 Per applicazioni ingegneristiche il peso molecolare deve essere almeno !!!! Perché?
45 Peso molecolare e grado di cristallinità determinano le caratteristiche fisiche e meccaniche di un polimero PE peso molecolare
46 Proprietà meccaniche di materiali polimerici
47 Prova di trazione uniassiale comportamento fragile polimeri termoindurenti polimeri termoplastici vetrosi comportamento duttile polimeri termoplastici semicristallini
48 Proprietà meccaniche dei più comuni polimeri a temperatura ambiente
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51 Scienza e tecnologia dei materiali 3ed W. Copyright 2008 The McGraw- Hill Companies s.r.l.
52 Polimero termoplastico semicristallino s s s r E Fino ad (1) comportamento elastico, il punto di massimo corrisponde al carico di snervamento (s s ), la resistenza a trazione o carico di rottura (s r ) corrisponde alla sollecitazione per la quale avviene la rottura del provino.
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57 Deformazione di polimeri semicristallini
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