Transcript I-Polimerno-inzenjerstvo

POLIMERNO INŽENJERSTVO
Prof. dr. sc. Zlata Hrnjak-Murgić
[email protected]
PRIRODNI i SINTETSKI POLIMERI
Interna skripta
1.
UVOD
Primjena polimera u svakodnevnom životu
2.
PRIRODNI POLIMERI

Polisaharidi

DNA i RNA

Celuloza

Celulozni derivati

Škrob
Čitin
Proteini i polipeptidi
Prirodna koža
Enzimi
Svila
Prirodna guma, NR
3.
SINTETSKI POLIMERI
3.1. Anorganski polimeri




Silikoni,
Polisilani,
Poligermani i polistanani,
Polifosfazen
4. Organski polimeri





Vlakna
Plastika
Guma
Premazi i boje
Ljepila
5.
POLIMERI I POLIMERNI MATERIJALI
 Polimeri
Homopolimeri
Kopolimeri




Poliplasti (plastika)


Termoplasti
Termoseti



Elastomeri

Termoplastični elastomeri
– Ionomeri
– Blok kopolimeri
- Ataktički-izotaktički
Polimerne mješavine
Kompoziti
Polelektroliti
6.
KARAKTERIZACIJA POLIMERA

Molekulski nivo (molekulske mase, kemijska struktura)

Nadmolekulski nivo (amorfnost, Tg, kristalnost, Tm, višefaznost)

Mehanička, fizička, kemijska, optička i električna svojstva
ZBRINJAVANJE POLIMERNOG OTPADA
7.

Okoliš

Onečišćenje okoliša

Otpad

Polimerni otpad - nije biorazgradiv

Recikliranje polimernog otpada
UVOD



Napredak i razvoj društva direktno je
vezan uz razvoj novih materijala.
U povijesti periodi razvoja društva nazvani
su po materijalima: kameno doba,
brončano doba, željezno doba.
Najvažniji materijali modernog doba su:
plastika, keramika i čelik.
Dobitnici Nobelove nagrade u znanosti
polimera

1953.
-

H. Staundinger
Za osnovne postavke teorije polimera.
1963.
K. Ziegler i G. Natta
- Za otkriće koordinacijske polimerizacije s katalizatorima i za
stereo-regularnog polimera.

1974.
pripravu
P.J. Flory
- Za teorijski i eksperimentalni doprinos osnovnim načelima polimerne znanosti.

1991.
-
G. de Gennes
Za uspješan matematički opis fenomena faznog prijelaza kod polimera,
tekućih kristala i super-vodljivih materijala.

2000.
A. J. Heeger, A. G. MacDiarmid i H. Shirakawa
- Za otkriće i razvoj vodljivih polimera.
POVIJEST RAZVOJA POLIMERA
Prirodne makromolekule


Živi organizmi se u velikom dijelu sastoje od
makromolekula. DNA, RNA, proteini, enzimi,
polisaharidi (celuloza, škrob), dakle sastavni su
dijelovi drugih živih organizama, a po strukturi su
makromolekule.
U najranijoj povijesti ljudi su tehnološkim
postupcima dobivanja materijala koristili prirodne
makromolekule, za dobivanje: kože, krzna, vune,
pamuka, svile, papira, prirodne gume.
Sintetske makromolekule

1839.
Prirodna guma – 1. put vulkanizirana
– dobiven visoko elastični materijal.

1870.
Komercijalni celuloid (film) koji je 75 %-na
celulozni nitrat + 25 % kamfor.

1892.
Dobiveno je tekstilno vlakno rayon (viskoza-celuloza)

1910.
Fenol formaldehidne smole
1. sintetizirani polimer.
Staudinger-ova hipoteza o makromolekulama
-započinje snažniji razvoj gumarske industrije
zajedno s razvojem auto industrije.

1920.

1930.
Započinje razvoj polimerne industrije

1950.
Snažan razvoj sintetskih polimera i njegove ind.
Polimeri su:

prirodnog ili sintetskog (sintetizirani) porijekla.

Uz dodatak aditiva (punila, boja, stabilizatora) nastaju
polimerni materijali.

Prirodni nastaju - biosintezom u prirodi gdje se



prikupljaju i potom se prerađuju u polimerni materijal.
Neki prirodni polimeri se upotrebljavaju, a neki ne
kao materijali: polisaharidi, enzimi, proteini, ali se ubrajaju
u makromolekule pa onda i u polimere.
Prirodna guma je jedini prirodni materijal koji je po
strukturnoj građi molekule u potpunosti identičan
sintetskim polim. ponavlja se osnovna strukturna jedinica,
monomera -izoprena.
Od prirodnih polimera kao materijal upotrebljava se
prirodna koža, svila, celuloza i celulozni derivati te
prirodna guma, kazein, čitin.
Sintetski polimeri

Sintetski polimeri -organskog ili anorgansko
porijekla, međusobno se značajno razlikuju po
svojstvima. Sintetski organski polimeri imaju
najveću i najširu primjenu.
Sintetski organski polimeri :



polazna sirovina, monomeri dobivaju se iz nafte, relativno
su jeftini.
do sada su najviše istraživani i razvijeni kao materijali.
Sintetski anorganski polimeri svakim danom
sve više istražuju i nalaze sve veću primjenu.
Biopolimeri
Dijele se:
I. Bioizvorni → sintetizirani polimeri
Poli(laktidna kiselina) (PLA)
Poli(hidroksi alkanoat) (PHA)
Poli(hidroksi butirat) (PHB)
II. Bioosnove → prirodni polimeri
 Polisaharidi
 Polipeptidi i Polyproteins
 Prirodna guma
 Celuloza
 Škrob
 Čitin
 Svila
 Prirodna koža
 Smole
Monomeri:
šećer
škrob
biomasa
nastaju u
biljkama
Makromolekule
nastaju
biosintezom u
biljkama
Biopolimeri
I. Bioizvorni → sintetizirani polimeri
Biopolimeri


Bioosnove ili Bioizvorni znači da
je materijal biološkog porijekla ili iz
obnovljivih izvora sirovina, kao što su
kukuruz, šećerna trska….
Biorazgradiv znači da se materijal
razlaže pod utjecajem mikro organizmima,
poput bakterija, gljivica koje postoje u
prirodi.
Polimerno inženjerstvo i
sintetski organski polimeri



Polimerno inženjerstvo je područje inženjerstva koje
dizajnira, analizira i / ili modificira polimerne materijale.
Područje primjene polimernog inženjerstva:
Određeni aspekti petrokemijske industrije:


procesi dobivanja monomera iz nafte
Polimerizacijski procesi:

Procesi sinteze polimera



Adiscijka, kondenzacijska, ionska, …… polimerizacija
Definiranje i kontrola uvjeta sinteze omogućuje ponovljivost
procesa, a onda i ponovljivost strukture polimera čime se
dobivaju ponovljiva svojstva materijala.
Kinetika sinteze
Polimerno inženjerstvo i
sintetski organski polimeri

Opisivanje strukture i karakterizacije polimera:



Preradom polimera:



metode karakterizacije koje s promjenom vremena ili
temperature razmatraju promjenu svojstva (DMA, TGA…)
Određuje se kinetika postojanosti materijala
Ekstrudiranje, injektiranje – prerada u taljevini
Viskoznost, veličina kalupa, dimenzijska stabilnost materijala…
Opisom (definiranjem) odnosa :

struktura – svojstva - primjena



Amorfna struktura – fleksibilan – materijal dobro podnosi savijanje
Kristalna struktura – čvrst i tvrdi –materijal dobro podnosi habanje
Modifkikacijom polimera

Višefazni sustavi - polimerne mješavine i polimerni kompoziti
Primjena polimera u
svakodnevnom životu
ODJEĆA
Ovdje prikazana odjeća izrađena je od
prirodnih ili sintetskih polimera, koji su
prerađeni u vlakana.
Ove majice izrađene su od celuloze
(pamuka).
Ovakvi puloveri i veste mogu se izraditi od
vune, što je jedna druga vrsta kolagena, a
mogu se izraditi i od akrila, poliestera,
najlona, svile ..


Čarape su često
izrađene od istog
materijala kao i puloveri
i veste, a mogu se još
izrađivati i iz najlona,
pamuka koji se dobiva
od celuloze.
Elastični dio kod
čarapa izrađuje se iz
spandeksa, poliuretan.

Biciklističke
hlače i druga
rastezljiva, vrlo
elastična odjeća
izrađuje se od
spandeksa, a to
je vrsta poliuretana
OBUĆA



Sva prikazana obuća
izrađena je od neke
vrste polimera.
Cipele izrađene od
kože -od prirodnog
polimera.
Tenisice su izrađene
od kože, najlona,
gume (SBS), a često
su đonovi izrađeni od
poliizoprena, prirodne
gume ili poliuretana.

Ove cipele s
podebljanim đonom i
peta izrađeni su od
PVC-a.
SPORTSKA OPREMA


Više polimera se može naći u
ovoj loptici tako je vanjski
sloj koža, šavovi od
pamuka, a u unutrašnjosti
se nalazi pamuk i prirodna
guma
Košarkaška lopta izvana je
izrađena od kože, što je
prirodni polimer,
unutrašnjost je izrađena od
poliizobutilena


Okvir teniskog reketa
izrađen je od čvrstog i
tvrdog polimera
zvanih karbonska
vlakna, a žice su
izrađene od najlona.
Trenirke su često
izrađene od poliestera
i najlona, kratke hlače
mogu biti izrađene
npr. od poli(etilen
tereftalata) PET.

Vanjski sloj loptice za
golf izrađen je od
surlina (surlyn), to
je materijal dobiven
od ionomera i
termoplastičnog
elastomera.
DIGITALNA ELEKTRONIKA



U elektronici obično se misli o
materijalima koji provode
elektricitet, kao što je bakar i
drugi metali ili poluvodiči kao
što su silikoni.
Većina polimera su izolatori, a
ne vodiči - primjena u izradi
kabela.
Izrađuju se od polietilena i
poliizoprena, PVC-a, a mogu se
izraditi i od poli(vinilidenfluorida) kad se zahtjeva velika
toplinska postojanost.

Vanjska kutija CD
plejera izrađena je od
plastike, npr.
polistirena dok je
unutrašnji dio izrađen
od epoksi smola,
kao što je to slučaj
kod kompjutora.


Konusni dio gornjeg
zvučnika izrađen je od
polipropilena.
Donji zvučnik izrađen
je dijelom od drva,
dakle celuloze, a
mrežasto platno na
prednjoj strani je od
najlona, koje je
pričvršćeno na
polistirenski okvir.


Kućišta telefona vrlo su
čvrsta i izrađena su od
HIPS-high impact
polistiren ili
cijepljenog(graft)
kopolimera koji je spoj
polistirena i elastomera,
polibutadiena.


CD diskovi izrađeni su
od polikarbonata, a
kutija u koju je
smješten je od
polistirena.
Gramofonske ploče
izrađivale su se od
poli(vinil- klorida).
PAKIRANJE HRANE I PRIMJENA U
KUĆANSTVU

Hrana se često pakira
u kutije izrađene od
ekspandirajućeg
polistirena, PS,
poznatog pod
nazivom stiropor.


Čaše se izrađuju također od PS, zatim pladnjevi
(“tacne”) izrađuju se od polietilena, i
polipropilena, isto kao i mnoge zdjele i posude
za kućanstvo.
Folije za pakiranje hrane izrađuju se od PE,
bombonjere se pakiraju u PS podloške, mlijeko u
poli(etilen- tereftalatne), PET boce, margarin i
drugi namazi pakiraju se u polipropilenske, PP
posudice.
KOZMETIKA


Dlake četkice za zube
izrađene su od
najlona, a drška od
polietilena.
Različite bočice za
šampone i drugu
kozmetiku izrađuju se
od HDPE.

Lak za kosu je također
od pripremljen iz
polimera, kao npr.
poli(vinil-pirolidina).
MEDICINA

Kontaktne leće, zatim vene, kao i
kosti . Umjetni kukovi izrađuju se od
HDPE ili danas sve više u kombinaciji
s anorganskim materijalima.

Umjetni zubi i zubne plombe, kao i
kapsule lijekova izrađene su od
akrilatih polimera.

Naočale se danas uglavnom izrađuju
od specijalnih vrsta polikarbonata
dok se mekane kontaktne leće
izrađuju od poli(akrilo-amida).
IGRAČKE



Ove igračke (zebra,
dinosaurus i dr.) izrađene
su od poliizoprena
Ove igračke punjene su
spužvom koja se izrađuje
od poliuretana.
Krzno im je izrađeno od
poliakrilonitrila.


Ovaj cvijet izrađen je
od kompozitnog
materijala,
aluminijska folija
zalivena je
poliesterom.
Ove ploče s brojevima
izrađene su od spužve
koja se dobiva iz
poliuretana.

Ovi roboti izrađeni su
od polistirena, žice su
presvučene
polietilenom ili
poliizoprenom, a
unutrašnjost je
najčešće izrađena od
epoksi smola.
BOJE i DEKORI



Tepisi za kućanstvo izrađuju
se od najlona, a mogu se
obraditi s poli(tetrafloretilenom) čime postaju
otporni na mrlje. Tepisi se
danas proizvode i od
polipropilena, naročito oni za
vanjsku upotrebu.
Linoleum su vrsta tepiha
pogodna za primjenu u
kuhinjama i kupaonicama
izrađuju se od poli(vinilklorida), PVC-a.
Cijevi – HDPE ili PVC

Kuhinjske površine uglavnom su izrađene od
melamin-formaldehidnih smola, koje se nazivaju
još i Formica.


Kuhinjska površina
otporna na visoke
temperature, izrađena je
od poli(metil metakrilata)
pomiješanog s aluminij
oksidom i naziva se
Corian and Gibraltar.
Zidovi se kreče i boje
također s polimernim
bojama, najčešće su to:
poli(metil- metakrilat),
akrilni lateks.
BAZENI i OPREMA ZA VODU




Oprema za kupanje i izrada samih bazena proizvodi se
od čitavog niza različitih polimera.
Ronilačko odijelo se dobiva iz kloroprenske gume,
Maska za ronjenje izrađena iz poliizoprena ili
polibutilena, a staklo je izrađeno od polikarbonata.
Peraje su od poliizoprenske gume ili u kombinaciji s PE.



Bazeni su se izrađivali iz
betona i onda oblagali
nepropusnim materijalima
dok danas se oblažu PS
blokovima ili se čak
direktno na iskopanu
zemlju polaže deblja folija
izrađena od PVC.
Površina ove kade u sauni
presvučena je poli(metilmetakrilata).
Kolut za spašavanje izrađen
je od PS, a uže na njemu od
najlona.
PRIMJENA U OBRTNIŠTVU


Polimere s kojima se lako rukuje i iz kojih se mogu
izrađivati najrazličitiji predmeti.
Vrlo rašireni polimeri su poliesteri iz koji se izrađuju
različite vrste tkanina, odjeća, nadstrešnice i drugo,
zatim najlonske tkanine, konci, užad.

 Ovakvi baloni izrađeni
su iz kompozitnog
materijala, između
dvaju folija nalazi se
poliesterska folija.
Boje se uglavnom
proizvode iz poli(metilmetakrilata), kraći
naziv je akrilne boje.


Ovo svilenkasto cvijeće
izrađeno je od najlona, a
uže na kojem visi posuda
s cvijetom izrađeno je od
polipropilena.
Ovaj ukrasni predmet
izrađen je od
polistirenske pjene, za
izradu ukrasnih i
umjetničkih predmeta koji
se izrađuju u kalupu
naročito su pogodni
poliesteri i epoksi smole.
DIJELOVI ZA AUTOMOBILE i AVIONE

U proizvodnji automobila, a naročito aviona i raketa
Prednosti polimernih materijala su što su uz dobra
svojstava, (kvalitetni), lagani, relativno jeftini.
Da bi ukupna masa automobila bila što manja
mogao bi se koristiti npr. aluminij, ali je on skup i za
određene primjene nedovoljno tvrd. Zatim,
određeni polimeri iznimno dobro podnose niske
temperature (-50), a da pritom ne postanu krti i
lomljivi. U kombinaciji s drugim materijalima
stvaraju kompozite što im omogućuje postizanje
iznimne tvrdoće i primjenu u širokom
temperaturnom području.


Mnogi auto dijelovi
izrađeni su od
akrilonitril-butadienstirena , koji se još
naziva ABS plastika,
ovaj je iznimno lagan
i dovoljno čvrst i žilav.
Ovi automobilski
brisači izrađeni su od
poliizoprena.

Auto gume također se izrađuju iz poliizoprena ili
iz polibutadiena, uz to gume su obično još
ojačane vlaknima ili čak i čelikom.

Stakla svjetala mogu biti izrađena od
polikarbonata, zatim za svjetla kočnica od PVC.


Ovaj zračni filtar izrađen
je uglavnom od papira,
celuloze, a crni obruč od
poliizoprenske gume.
Ova cijev izrađena je od
polibutadiena, to je guma
koja dobro podnosi niske
temperature, što je od
iznimne važnosti tijekom
zime.
Plastična
kanta izrađena
je od polietilena.