פולימרים חומרים כבקשתך

1. פולימריםחומרים כבקשתך הוראת פרק ד התארגנות השרשרות בצבר ותכונות הפולימר מגישות: אסתר, רים, טובה, אלה אורנה וברכה

2. רצף הוראה היבטים תרמודינמיים תכונות הפולימר התארגנות בצבר

3. כיצד מתארגנות שרשרות הפולימר בצבר? אזור אמורפי קשרים חלשים בין השרשרות. אזור גבישי, הקשרים החזקים בין השרשרות, מייצבים את הצבר.

4. מבנה גבישי • מבנה גבישי יתקבל כאשר יש אפשרות לחלקי שרשרות להסתדר במבנה מסודר מחזורי. • האזורים הגבישיים רק לעיתים רחוקות מסודרים במבנה מחזורי של שרשרות ישרות (כמו צינורות).כל האחרים יוצרים מבנה של למלות או מיצלות. המולקולות מתקפלות בסדירות סביב גרעיני גיבוש. הקטעים המחזוריים מקורם בשרשרות שונות. • הגורם העיקרי ליצירת אזורים גבישיים היא הסדירות המרחבית של השרשרות. יתר הגורמים משניים!!!

5. סדירות מרחבית של שרשרותפולימר • חזרה מחזורית של יחידות מבנה קבועות. • התארגנות במרחקים אופטימליים תוך יצירת מירב הקשרים ביניהם. • פולימרים בעלי סדירות גבוהה הם פולי-אתילן טפלון, פוליפרופן איזוטקטי וקוולר. יכולים להגיע לאחוז גבישיות גבוה במיוחד. (אין 100% גבישיות)

6. הקשר בין מידת הגבישיות וסדירותבפולימרים א ב

7. מבנה אמורפי • בקטעים האמורפים אין סדר, אין מחזוריות. • העדר סדר נובע מאחד הגורמים הבאים: מבנה מולקולות – קבוצות נפחיות מבנה לא אחיד תנאי קירור הנוזל - קירור פתאומי לא מאפשר התארגנות במבנה סדיר

8. פולימרים בעלי סדירות נמוכה הם למשל פוליוינילים אטקטים, קופולימרים ופולימרים להם קבוצות צדדיות גדולות המרחיקות שרשרות, כמו פרספקס ופוליסטירן שסונתזו רדיקלית עם יזם.

9. גורמים המשפיעים על אחוז הגבישיות סדירות מרחבית של השרשרות קיומה של סדירות מאפשרת אריזה צפופה. היחידות החוזרות בעלות סימטרייה והן חוזרות בסדירות.

10. גורמים נוספים משניים • נוכחות קבוצות קשיחות בעמוד השדרה בשרשרת, כמו טבעות בנזן. • מסה מולרית והתפלגות מסה מולרית -מסה מולרית גבוהה, והתפלגות מסה קטנה יעלו את אחוזי הגבישיות. (פחות קב’ קצה עם חופש תנועה) • חוזק קשרים בין שרשרתים. (ניילון לעומת פוליאסטר)- רק אם יתר הגורמים דומים! • קצב קירור הפולימר - קצב איטי - יותר גבישיות. • שיטות עיבוד (ניתן להגדיל % גבישיות ע”י מתיחה, ניפוח וכו’)

11. Tgו- Tm של פולימרים • Tg - טמפרטורה זגוגית היא טמפרטורת מעבר שבה ומעליה יש לשרשרות פולימר אמורפיאו לאזורים אמורפים אנרגיה תרמית מספיקה כדי להתגבר על הגורמים המגבילים את חופש הפיתול. מתחת ל- Tg השינויים בחימום חלים בעיקר באזורים האמורפים • Tm- טמפרטורת היתוך היא טמפרטורה שבה ומעליה יש לשרשרות של פולימר גבישי או לאזורים גבישיים אנרגיה תרמית מספיקה כדי להתגבר על אנרגיית הסריג. מעליה החומר במצב של נוזל. במהלך ההיתוך, השינויים בחימום חלים בעיקר באזורים הגבישיים.

12. נוזל טמפרטורה Tm החומר רך ופלסטי. יש אפשרות פיתול לשרשרות באזורים האמורפים בלבד מוצק פלסטי Tg החומר קשה ושביר. הקונפורמציות קפואות מוצק זגוגי תכונות פולימר בטמפרטורות שונות

13. אנרגיה Tm Tg טמפרטורה הקשר בין שינויי האנרגיה ושינוי הטמפרטורה בפולימר שמכיל אזורים גבישיים ואמורפים • פולימר אמורפי, מתחת ל-Tg, קפוא, פריך ושביר. • בחימום פולימר אמורפי מתרכך בהדרגה גם מתחת ל- Tg. מעל Tg הוא נמתח והופך לחומר דמוי גומי ואחכ’ לנוזל צמיג. • רק ב- Tm קיים שיווי משקל-DG=0. • Tm=DHm/DSm

14. לפולימרים גבישיים יש Tm בלבד 70% Tgו- Tmמוגדרים אחוז גבישיות 20% פולימרים אמורפים יש Tgבלבד. מעל טמפ' זו הם מתרככים, ואין מעבר ברור ממוצק לנוזל אחוז גבישיות - מבטא את מידת אירגון החומר מידת הגבישיות תלויה ביכולת של השרשרות להסתדר באריזה צפופה.

15. הגורמים המשפיעים על Tg ו- Tm(עמ’ 59) • נוכחות קטעים קשיחים בעמוד השדרה של הפולימר כמו טבעות בנזן. הפרעות לפיתול אקראי/משפרות יכולת אריזה 2. קבוצות צדדיות נפחיות. הפרעות לפיתול אקראי הרחקת השרשרות 3. אינטראקציה בן שרשרות. הגבלות בפיתול האקראי/חוזק קשרים בין שרשרותא. יכולת ליצירת קשרי מימן בשלד הפולימרב. קשרי ון-דר-ולס בין קב’ צדדיות קוטביות.

16. ערכי Tg תלויים בגורמים המשפיעים על חופש הפיתול של קטעי השרשרות באזורים אמורפיים. • ערכי Tm תלויים ב- א. גורמים המשפיעים על חוזק הקשרים הבין שרשרתים באזורים גבישיים. ב. בשינויי האנטרופיה בהיתוך.

17. Tmמתייחס לפולימר גבישי או לאזורים גבישיים. ב Tm חל שינוי במצב צבירה, פולימר מוצק הופך לנוזל. Tm תלוי: א. בחוזק הקשרים הבין שרשרתים. ב. בשינויבאנטרופיה בעת ההיתוךDSm. במעבר ממוצק לנוזל נקלטת אנרגיה אך הטמפרטורה נשארת קבועה. מעל Tm חל שינוי חד בתכונות המקרוסקופיות: הנפח הסגולי עולה, הקשיחות יורדת, הצפיפות יורדת. Tgמתייחס לפולימר אמורפי או לאזורים אמורפים. ב Tg לא חל שינוי במצב צבירה, החומר הופך מזגוגי לרך ונמתח. Tgתלוי בחופש הפיתול של קטעי שרשרת, בגורמים מגבילי פיתול. במעבר ממצב זגוגי למצב פלסטי נקלטת אנרגיה והטמפ’ עולה בצורה רציפה, אך חל שינוי בשיפוע העליה. מעל Tgחל שינוי בתכונות מקרוסקופיות: הנפח הסגולי עולה, הקשיחות יורדת, הצפיפות יורדת. השוואה בין Tg ל- Tm

18. פולימרים עם קבוצות צד נפחיות קבוצות הצד הנפחיות מקשות על השרשרות להתקרב זו לזו (גם אם הן קוטביות). עובדה זו מקשה על הערכות באריזה צפופה טמפ' היתוך נמוכה יחסית פולימתיל מטאקרילט פוליסטירן פולימרים ללא קבוצות צד נפחיות ניתנים לאריזה צפופה בשל התארגנות בצורה סדירה. טמפ' היתוך גבוהה יחסית פוליאתילן גבה צפיפות פולי טטרה פלואורו אתן השפעת מבנה הפולימר על Tm

19. הגורמים המשפיעים על תכונות מכניות של חומרים • מבנה השרשרות - מבנה השלד והקבוצות הצדדיות • אורך השרשרות (מסה מולרית והתפלגות מסה מולרית) • אחוזי גבישיות - התארגנות בצבר • חוזק הקשרים הבין שרשרתיים • קשרי צילוב • ההכוונה של השרשרות • נוכחות תוספים - מלאנים, מרככים, סיבי שיריון ועוד • טמפרטורה

20. תכונות מכניות - מושגים • חוזק - מדד לכוח הנדרש לשבירת דוגמית של חומר. נמדד לפי המאמץ הדרוש לשבירת החומר. לא ניתן להגדיר חוזק באופן כללי. (חומר עשוי להיות חזק במתיחה אך שביר בכיפוף) • מאמץ - מדד לכוח הרגעי המופעל על יחידת שטח של הדוגמית. • עיוות - ערך מספרי המבטא את היחס בין השינוי באורך הדוגמית יחסית לאורכה ההתחלתי.

21. חוזק חוזקזוהי תכונה מכנית המתייחסת להתנגדותו של חומר לשבירה. מאמץ - כוח רגעי F המופעל על יחידת שטח A F/A =  נתייחס רק לחוזק המתיחה חוזק מתיחה - מדד המאמץ הנדרש לשבירת חומר. חוזק נגיפה - מדד לאנרגיה הדרושה לשבירת החומר במכה פתאומית.

22. השפעת טמפרטורה על התכונות המכניות

23. התארכות פלסטית לעומת אלסטית • התארכות פלסטית: התארכות קבועה הנגרמת ע"י שינויים מבניים הכוללים הזזה של קטעי שרשרות זה ביחס לזה. תוך כדי התארכות פלסטית ניתקים ונוצרים קשרים בין שרשרתיים באזורים האמורפיים ובאזורים הגבישיים. אחוז הגבישיות עולה. • התארכות אלסטית: התארכות הפיכה. נגרמת ע"י שינויים מבניים שאינם כוללים ניתוק קשרים בין מולקולריים. התארכות מזערית.

24. הקשר בין התנהגות הפולימר במתיחה לבין מבנה הפולימר פולימר פריך/שביר מורכב משרשרות קשיחות שיש בהן הגבלות לשינוי קונפורמציה . פולימר משיך מכיל קטעי שרשרות העשויים להימתח בתגובה למאמץ ולשנות את היערכות קטעי השרשרות במבנה חדש , שנשאר גם אחרי הסרת המאמץ.

25. תכונות מכניות כתלות בהתארכות

26. דפוסי התנהגות במתיחה שביר, קשיח, חזק מאמץ I מודול אלסטיות E - היחס בין המאמץ לעיוות. מדד לקשיחותהחומר. E= / eככל ש E גדל הקשיחות גדלה. שביר, קשיח, לא חזק משיך II אלסטומר III התארכות * נקודת שבירה פולימר I - פריך ושביר. נשבר אחרי התארכות אלסטית. לא גמיש. פולימר II - פולימר משיך. אחרי התארכות אלסטית נמתח ומתארך, התארכות פלסטית, השרשרות מתארגנות מחדש, ורק אחכ’ הפולימר נקרע. פולימר III - אלסטומר

27. מסיסות יכולת ההמסה תלויה בעיקר בשינוי האנתלפיה בהמסה. בחוזק היחסי של הקשרים הבין שרשרתיים הניתקים והקשרים הנוצרים (בין הממס ושרשרות הפולימר). השינוי באנטרופיה בתהליכי ההמסה של פולימריםהוא אפסי. שלבי ההמסה: • תפיחה: חדירות של מולקולות ממס בין השרשרות – יצירת ג'ל. • דיפוזיה: שבירת שכבת הג'ל וערבוב בין מולקולות הממס והמומס. פולימר אמורפי עשוי להגיב עם ממסים לא מימיים רבים כמו: בנזין, טולואן, אצטון ועוד. בגלל מרחק יחסי גדול בין קטעי השרשרות, מולקולות הממס חודרות בין שרשרות הפולימר ולסייע בהמסה. פולימר גבישי עמיד ברוב הממסים בגלל הקשרים הבין שרשרתיים החזקים. עשוי להתמוסס במים אם קיימות בו קבוצות קטביות או יוניות היוצרות קשרים חזקים עם המים.

28. ערבוב פולימרים לתערובת פולימר יהיו לפעמים תכונות טובות מלפולימרים הנקיים.הערבוב תלוי ב- DSmix וב- DHmix DSmix כמעט אפסי כי האנטרופיה של פולימר תלויה בעיקר באפשרויות הפיתול של השרשרות והערבוב אינו משנה זאת. DHmix נשאר הקובע. אם תהליך הערבוב אקסותרמי, החומרים יתערבבו. זה קורה כאשר יש קב’ צדדיות קוטביות או עם יכולת ליצור קשרי מימן לאחר הערבוב. דוגמאות - פוליאתר וחומצה פוליאקרילית- קב’ צדדית COOH, יתערבבו. פוליאתילן ופוליפרופילן לא יתערבבו -בגלל התאמה טובה בין השרשרות הקשרים לפני הערבוב חזקים יותר.

29. דף פעילות באינטרנט כנס לאתר הבא: http://www.plastics.gq.nu/mat_pm.html באתר זה מידע על חומרים פלסטיים. התייחס למידע הנתון עבור החומרים הבאים וענה על השאלות. החומרים הם: פוליאתילן אי. בי. אס ABS פי .וי. סי PVC ניילון -PA פוליאתילן תרפלאט PET פוליפנילן אוקסיד PPO

30. השאלות: 1. עבור כל פולימר רשום נוסחת מבנה של המונומר. 2. ציין עבור כל פולימר : א. האם הוא קופולימר או הומופולימר. ב. סוג הפילמור (סיפוח / דחיסה). ג. תנאי הפילמור. 3. עבור כל פולימר ציין: א. מהם השימושים. ב. לפחות שתי תכונות המקנות לפולימר התאמה לשימושים אלה. 4. מה הקשר בין טמפרטורת העיבוד של הפולימר לטמפרטורת ההיתוך. 5. התייחס לנתון של ספיגת מים עבור הניילון ועבור טפלון . הסבר את ההבדל תוך התייחסות למבנה הפולימרים.

31. ב ה צ ל ח ה !

32. מבנה שרשרות ואופן התארגנותן בצבר התארגנות בצבר מבנה אמורפי מבנה גבישי מאפיינים ניסויים גורמים המשפיעים על אחוז גבישיות אחוז גבישיות תכונות תרמיות קשר בין שינויי אנרגיה ושינוי טמפ' בפולימר אמורפי קשר בין שינויי אנרגיה ושינוי טמפ' בפולימר גבישי

33. קשר בין מבנה שרשרות ואופן התארגנותן בצבר לבין תכונות הפולימר תכונות תרמיות (חזרה) חוזק מתיחה חוזק חוזק נגיפה התארכות אלסטית התנהגות במתיחה התארכות פלסטית קשר בין מאמץ ועיוות משיך, נמתח פריך, שביר

34. היבטים תרמודינמיים היבטים תרמודינמיים בתהליכי היתוך היבטים תרמודינמיים בתהליכי המסה של פולימרים היבטים תרמודינמיים בערבוב