כימיה לבגרות/פולימרים
פרק זה לוקה בחסר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיספר ולהשלים אותו. ראו פירוט בדף השיחה.
נושאים בפרק :
- מאקרומולקולות – המרכיב העיקרי של החומרים הפלסטיים.שיטות פילמור (סיפוח, דחיסה), תנאי פילמור ללא מנגנונים: פילמור בנוכחות יזם רדיקלי, ופילמור בנוכחות זרז ציגלר-נאטא.
- דרגת פילמור ומסה מולרית ממוצעת.
- מבנה הפולימר: היערכות השרשרות – קונפורמציה, פיתול אקראי וגורמים המפריעים לפיתול, סדירות השרשרות.
- תכונות הפולימרים: התארגנות השרשרות בצבר ותכונות הפולימרים.
- מבנה הצבר: גבישיות ואמורפיות, גורמים המשפיעים על אחוז הגבישיות תכונות תרמיות והתנהגות בחימום: Tg ו – Tm.
- מצב זגוגי וגורמים המשפיעים על ערכי Tg ו – Tm
- השפעת מבנה הצבר על התכונות: חוזק, כושר מתיחה וקשיחות
- קשרי צילוב: פולימרים תרמופלסטיים, תרמוסטיים ואלסטומריים
וההבדלים בתכונותיהם. המאפיינים של פולימרים אלסטומריים.
- דיון בקשר בין ההרכב, המבנה והתכונות של הפולימרים.
- השפעת מתיחה על המבנה והתכונות של החומר.
- יצירת סיבים וסיבים סינתטיים.
הקדמה[עריכה]
פולימרים הם צבר של שרשראות שנמצאות או באריזה גבישית (מבנה קריסטלני) או במבנה אמורפי (חסר צורה). במציאות ישנם כמובן גם מצבי ביניים, שבפולימר יש אזורים גבישיים ואזורים אמורפיים.
פולימר גבישי מתאפיין בשרשראות ארוכות ישרות יותר וקרובות זו לזו, והוא בעל צפופית סגולית גבוהה. פולימר אמורפי מתאפיין בשרשראות קצרות, רחוקות ומפותלות יותר.
פולימר שמתאפיין בגבישיות רבה יהיה בעל התכונות: חוזק, קשיחות, טמפרטורת היתוך גבוהה וטמפרטורת מעבר זכוכתית גבוהה.
פולימר שמתאפיין באמורפיות יהיה בעל התכונות: חוזק נמוך, קשיחות נמוכה, טמפרטורת היתוך נמוכה וטמפרטורת מעבר זכוכתית נמוכה.
לפולימר אמורפי תהיה עמידות טובה למכות, בעוד פולימר גבישי יהיה בעל עמידות נמוכה למכות.
סוגי פילמור[עריכה]
הפולימר הוא צבר של שרשראות, המורכבות מחוליות. חוליה טרם תהליך הפילמור נקראת מונומר (ביוונית: מונו-אחד, מר-יחידה), ובעקבות תהליך הפילמור נוצר הפולימר. (ביוונית: פולי-הרבה, מר-יחידה).
פילמור על-ידי סיפוח[עריכה]
פילמור על-ידי סיפוח במנגנון רדיקאלי[עריכה]
תהליך הבנוי משלושה שלבים:
1) שלב היזמות, בו מעורב יזם.
2) שלב הצמיחה, החוליות מתחברות לשרשראות, ונוצרות מספר שרשראות במקביל.
3) שלב הסיום, השרשראות נסגרות, ואין יותר אפשרות להמשך צמיחה.
סגירת השרשראות:
1) אפשרות ראשונה: לכל רדיקאל מתאימה שרשרת אחת, סגירת השרשרת נעשית על-ידי שתי שרשראות שמתחברות. באפשרות זו יש צורך בהגדרה: "קצות השרשרת זהים". הגדרה זאת מעידה על היחס שלכל יזם יש שרשרת אחת.
2) אפשרות שנייה: בתהליך פילמור הסגירה הנעשית במציאות היא שמכל יזם מתקבלות שתי שרשראות, אך יש צורך בהגדרה ש"קצות השרשרת שונים".
פילמור על-ידי סיפוח באמצעות זרזי ציגלר-נאטא[עריכה]
פילמור סיפוח עם זרזי ציגלר נאטא מתבצע בתנאי סיפוח ובטמפרטורה ולחץ נמוכים, לעומת פילמור רדיקאלי, שמתבצע בתנאים אגרסיביים של טמפרטורה ולחץ גבוהים. בפילמור של ציגלר נאטא מתקבלים פולימרים גבישיים יותר, עם הכוונה מרחבית. ניתן לשלוט בסיום תהליך הפילמור, ובכך לקבל שרשראות ארוכות יותר.
פוליאתילן[עריכה]
ניתן לקבל פוליאתילן בשתי דרכים:
פוליאתילן נמוך צפיפות (P.E.L.D)[עריכה]
במנגנון רדיקאלי יווצר פולימר שיתאפיין באמורפיות.
פוליאתילן גבה צפיפות (P.E.H.D)[עריכה]
באמצעות זרזי ציגלר נאטא יווצר פולימר שיתאפיין בגבישיות רבה.
פילמור דחיסה (פילמור בשלבים/צעדים)[עריכה]
נוצר תוך דחיסת מולקולות ויצירת פולימר ומים.
טמפרטורת מעבר זכוכתית (Tg)[עריכה]
מצב צבירה נוסף לשלושת מצבי הצבירה הידועים (מוצק, נוזל וגז), אשר קיים בפולימרים בלבד. מצב צבירה זה מתייחס לשלב שהפולימר עובר ממצב נוקשה למצב רך יותר, המאפשר עיצוב תרמופלסטי.
בפועל, מצב צבירה זה מתייחס לכושר התנועה והפיתול של האזורים האמורפיים בפולימר. מתחת לטמפ' זו הפולימר נוקשה (דמוי נוזל קפוא), ואילו מעל לטמפ' זו הפולימר מתאפיין ברכות.
הגורמים המשפיעים על טמפ' המעבר הזכוכתית הם אותם הגורמים במשפיעים על גבישיות הפולימר. (קשרים בין-מולקולריים, קבוצות קשיחות לאורך השרשרת וקבוצות צדדיות). עם זאת, ישנם מספר פולימרים בהם יש לבדוק את מאפייני הפולימר בצורה דקדקנית, כמו פוליסטירן ופוליאתילן גבה צפיפות.
פוליסטירן[עריכה]
לפוליסטירן קבוצה צדדית נפחית המונעת פיתול, וגורמת לשרשראות להיות ישרות יותר. הקבוצה הצדדית נפחית, ולכן מונעת את התקרבות השרשראות. מכיוון שהשרשראות רחוקות, הפולימר מתאפיין באמורפיות. הציפייה היא שפולימר אמורפי יהיה עם טמפ' מעבר זכוכתית נמוכה. במקרה זה הטמפ' גבוהה (כ-80°C), מכיוון שכושר התנועה והפיתול באזורים האמורפיים מוגבל מאוד.
פוליאתילן גבה צפיפות[עריכה]
פוליאתילן, שהתקבל בפילמור ע"י סיפוח בנוכחות זרזי ציגלר-נאטא, ומתאפיין בגבישיות רבה. (כתוצאה מתנאי הפילמור: טמפרטורה ולחץ נמוכים ושימוש בזרזים). למרות הגבישיות הרבה, במקרה זה הטמפ' תהיה נמוכה, מכיוון שבאותם אזורים אמורפיים מעטים שיש לו, כושר התנועה והפיתול בהם הוא מיידי.