קשרי צילוב

"פולימרים סינטטיים חומרים כבקשתך" מצגת סיכום לפי הספר של נאוה מילנר בהוצאת מכון ויצמן למדע מקרומולקולות וחומרים פלסטיים תהליכי פילמור הערכות מרחבית של מקרומולקולות קשרי צילוב התארגנות בצבר ותכונות הפולימר תרכוב ועיבוד של חומרים פלסטים מלכה יאיון בית ספר קציר רחובות מספר שקפים הועתקו או עברו עריכה מתוך המצגת של אילנה זוהר

תכונות של חומרים בעלי קשרי צילוב פולימרים ללא קשרי צילוב עם קשרי צילוב קוולנטים מלכה יאיון בית ספר קציר רחובות מספר שקפים הועתקו או עברו עריכה מתוך המצגת של אילנה זוהר הרבה מעט

הצלבות - קשרים קובלנטים בין השרשראות פולימר מוצלב פולימר עם "הצלבות" קשרים בין מולקולריים

מתיחה וחימום של גומי - קפיץ אנטרופי א. גומי שנמתח מתחמם. ב. גומי שנמתח יחזור למצבו הקודם כשיוסר הכוח המותח. ג. בחימום גומי מתכווץ. הסבר!! גומי רפוי גומי מתוח שרשרות פרושות, אנטרופיה נמוכה. יותר קשרים בין מולק’. משתחררת אנרגיה במתיחה. שרשרות מפותלות, אנטרופיה גבוהה. מעט קשרים בין מולק’. יועדף בחימום

פולימרים אלסטומרים- תכונות • יכולים להימתח פי 10 מאורכם ההתחלתי. • יכולים אחרי מתיחה להתכווץ במהירות ולחזור לגודלם ההתחלתי. • יכולים להתארך ולהתכווץ מספר פעמים. • במצב מתוח מגלים חוזק התנגדות לעיוות נוסף (מודול אלסטיות גבוה). • יתרככו בחימום. יהרסו בחימום רב שיגרום התכה. • Tg נמוך. מתחת לטמפרטורת החדר.

מאפיינים של אלסטומרים -מיקרו • שרשרות ארוכות ללא הסתעפויות וללא קבוצות צדדיות נפחיות. • קטעי השרשרת מכילים קשרי C-C יחידים כך שמתאפשר בהם פיתול אקראי. • בין השרשרות קשרי הצלבה לא צפופים. • במצב רפוי החומר אמורפי.(אחוז גבישיות נמוך) • חשוב ש-Tg יהיה נמוך כי בתנאים אלו ניתן לשנות את הקונפורמציה של השרשראות באיזורים האמורפים. (מתחת ל-Tg יהיה פריך) קשרי ההצלבה מונעים החלקת השרשרות במתיחה. לאחר המתיחה תחזורנה השרשרות להיערכותן הקודמת.

nCH2=CH-CH=CH2[-CH2-CH=CH-CH2-]n בוטאדיאן 4,1 פולי בוטאדיאן פילמור בוטאדיאן המונומר מכיל 2 קשרים כפולים הסיפוח במנגנון 1-4. בשרשרת המרכזית של הפולימר מופיע קשר כפול.

CH2=CH-C(CH3)=CH2 -[CH2-CH=C(CH3)-CH2]- גומי גומי טבעי - הפולימר הטבעי שמופק כנוזל עובר גיפור ורק אז מקבל את תכונותיו המוכרות. איזופרן גומי סינטטי: בפילמור איזופרן ניתן לקבל שני איזומרים: 1. טרנס 2. ציס הטרנס, מתקבל בפילמור רדיקלי, השרשרות נארזות היטב והוא פריך ולא אלסטי. הציס, מתקבל בעזרת הזרז של זיגלר-נאטא, מפותל, כמו הגומי הטבעי.

S=S S=S CH2C(CH3)=CHCH2 CH2C(CH3)=CHCH2 -CH2C(CH3)=CHCH2 -CH2C(CH3)=CHCH2 CH2C(CH3)=CHCH2- CH2C(CH3)=CHCH2- S=S S=S S=S S=S S=S גיפור פולי- איזופרן )צילוב בסיפוח לאחר פילמור(

S-S-S-S- CH2C(CH3)=CHCH2 CH2C(CH3)=CHCH2 -CH2C(CH3)CH CH2 -CH2C(CH3)CH CH2 CH2C(CH3)=CHCH2- CH2C(CH3)=CHCH2- -S-S-S-S-S-S- -S-S-s-S- גיפור פולי- איזופרן )צילוב בסיפוח לאחר פילמור(

פולימרים תרמוסטים תאור סכמתי של פולימר מצולב מקרו • אינם מתרככים בחימום • לא ניתכים • חימומם עד שבירת קשרים קוולנטים יגרום לפרוקם. המצב לא הפיך. • אין להם Tg, Tm. • עיצובם נעשה תוך כדי פילמור. מיקרו • בנויים כמבנה ענק תלת ממדי. • בין השרשרות קיימים קשרים קוולנטים רבים. רשת תלת ממדית במבנה ענק

תכונות מכניות של פולימרים תרמוסטים • פריכים • קשיחים • עמידים בשחיקה • אינם נמתחים • נשברים כשמופעל עליהם כוח חזק • מגלים עמידות בטמפ’ גבוהות (מאות מעלות). התכונות תלויות בצפיפות קשרי הצילוב.

מתי תתאפשר המסה? • המסה תתאפשר כאשרD Gsol = D Hsol- T D Ssol< 0D Ssol עבור פולימרים קטן מאד בגלל אורך השרשרות. לכן ההמסה תלויה בעיקר ב - D Hsol - הפרש הקשרים הבין מולקולרים לפני ואחרי ההמסה.בין השרשרות קשרים חזקים יחסית לכן רק ממיסים מעטים ימיסו פולימרים.

מיקרו- יכולת ההמסה תלויה בעיקר בשינוי האנתלפיה בהמסה. בחוזק היחסי של הקשרים הבין שרשרתיים הניתקים והקשרים הנוצרים (בין הממס ושרשרות הפולימר). אם החומר מתמוסס סימן שמולקולות הממס יצרו קשרים עם שרשראות הפולימר עד להפרדתם. פולימר אמורפי עשוי להתמוסס יותר בקלות מ פולימר גבישי כי בפולימר אמורפי יש רווחים בין שרשראות הפולימר. בהמסה יש ערבוב בין מולקולות הממס והמומס. מסיסותמקרו - חומר תרמופלסטי יכול להתמוסס בהתאם לסוג חוזק הכוחות הבינמולקולרים ו-ל% הגבישיות.

התנהגות עם ממסים תפיחה מקרו - חומר תרמופלסטי יכול לתפוח בהתאם לסוג חוזק הכוחות הבינמולקולרים ול% הגבישיות מיקרו - מולקולות הממס חודרות בין שרשרות הפולימר יוצרות קשרים איתן מבלי לגרום להפרדה מוחלטת של השרשראות.ככל ש % הגבישיות יגדל חוזק הכוחות הבינמולקולרים יהיו חזקים יותר וזה יקשה על מולקולות הממס לחדור בין השרשראות

מסיסות פולימרים מוצלבים • פולימרים מצולבים אינם נמסים ממש. • הם תופחים כאשר א. קשרי ההצלבה אינם צפופים.ב. כאשר נוצרים קשרים בין מולק’ חזקים עם הממס. • הפולימרים המצולבים תופחים בממס מתאים ומקבלים צורה של ג’ל.

מהו החיסרון הגדול של פולימרים מוצלבים? אינם ניתכים או נמסים אז....?

קשה יותר למחזר אותם!! הפתרון: אלסטומרים תרמופלסטים!!

אלסטומר תרמופלסטי = קופולימר מקטעי אקראי ABAABBBAAAB AAABBBBAAABBBBAAA מקטעי קופולימר מבנה -פולימרים בהם לסירוגין מקטעים באורך מוגדר - blocks - של הומופולימרים.קטעים בהם יש יחידה חוזרת קבועה. הכנה- מסנתזים בנפרד הומופולימרים מסוגים שונים עם אורך זהה ועם קב’ פונקציונליות פעילות מתאימות. אחכ’ מערבבים את המקטעים ומסנתזים.

אלסטומרים תרמופלסטים מקטעים אמורפים בהם השרשרות ארוכות ומפותלות כמו קטעי בוטדיאן מקטעים גבישיים –בעל קשרים חזקים (מימן או יוניים כמו COONa) קשרי הצילוב הם בין מולקולרים או יונים

פרק ה' - קשרי צילוב פולימרים ללא קשרי צילוב עם קשרי צילוב בין מולקולרים קוולנטים הרבה מעט תרמופלסטים מתרככים בחימום מעל Tg, ניתכים מעל Tm. מתקשים מחדש בקרור. תרמוסטים אינם מתרככים בחימום. אינם ניתכים. אלסטומרים אלסטים, דמויי גומי. מתרככים בחימום. אינם ניתכים.

פולימר מוצלב - קשרים קובלנטים בין השרשראות פולימר תרמופלסטי - פולימר עם "הצלבות" קשרים בין מולקולריים

Tm היא הטמפרטורה בה קיים שיווי משקל במצב זה קיים: נוזל <====> מוצק Tm = DHm/ DSm השוואה בין הנתונים התרמודינמיים של פוליאתילן וטפלון DSm (j/k) DHm (k.j) Tm (K) הפולימר יחידה חוזרת 410 -CH2-CH2- 19.0 7.8 פוליאתילן 8.5 645 טפלון 5.5 -CF2-CF2- DHm מבטא את האנרגיה שיש להשקיע לשבירת הקשרים הבין מולקולרים המעבר ממוצר לנוזל. DSm שינוי באנטרופיה של המערכת בתהליך ההיתוך.

δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ- δ-

השוואה בין הנתונים התרמודינמיים של פוליאתילן וטפלון DSm (j/k) DHm (k.j) Tm (K) הפולימר יחידה חוזרת 410 -CH2-CH2- 19.0 7.8 פוליאתילן 8.5 645 טפלון 5.5 -CF2-CF2- DHm של טפלון נמוך יותר, מכאן שקשרי הון-דר-ולס חלשים יותר. אטומי הפלואור הדגולים והשליליים מונעים את פיתול השרשרת, ולכן המולקולות אינן קוטביות (אפילו תהיה דחייה בין השרשראות) DSm של טפלון נמוך יותר. אטומי הפלואור הדגולים והשליליים מונעים את פיתול השרשרת, השרשראות תהיהנה פרושות יותר, השרשראות תהינה במסודרות יותר גם במצב נוזל. S0 של הנוזל קרוב ל S0- של המוצק.

ההפרעה לפיתול אקראי גדולה יותר שרשרת פרושה יותר במצב נוזלי היבטים תרמודינמיים המצב הנוזלי יהיה מסודר יותר שינוי באנטרופיה של המערכת בתהליך ההיתוךDSm

תכונות הטפלון • נקודת היתוך וצפיפות גבוהים. • מקדם חיכוך נמוך מאד. • חומרים לא נצמדים אליו (קשרים בין מולקולרים חלשים) • אדישות כימית - לא מגיב (גם לא עם חומצה גופרתית), לא נמס. • מבודד חשמלי • עמיד בפני קרינת U.V

הרחבה – מעניין.. עמילן גלוקוז תאית

עמילןהינו חומר תשמורת בצמחים מעולה להכנת דייסה, ריבות ורטבים סמיכים מורכב בעקר מעמילופקטיןשרשראות מסועפות של רב סוכר – יחידות גלוקוז הקשורות בקשר ) ומעמילוזשרשראות קויות לא מסועפות של רב סוכריחידות גלוקוז הקשורות בקשר

עמילוז - עמילן

תאיתהינו חומר מבנה בצמחים- מהווה מרכיב עיקרי בדופן צמחים. רב הסוכר הנפוץ ביותר בעולם בעל שרשראות קויות לא מסועפות של רב סוכר – יחידות גלוקוז הקשורות בקשר גליקוזידי (1-4)b

סיבים - עמ’ 135 סיב טוב הרכב כימי מתאים שיטת עיבוד מתאימה שלב א’ - טוויה: דוחסים פולימר חם דרך דיסקית מחוררת. שלב ב’ - מתיחה קרה: ממשיכים למתוח את הסיב לאחר קירורו בטמפ’ מעל Tg.

השינויים שחלים במבנה הסיב בזמן מתיחה • השרשרות מתיישרות. • הקשרים הבין מולקולרים מתחזקים- מתרבים. • אחוז הגבישיות גדל. • השרשרות נערכות בכיוון ציר האורך.

התכונות של פולימר המתאים ליצירת סיב (טכסטיל) ערכי Tg/Tm מתאימיםלשימושoC < Tm< 300oC 200Tg ` 100 oC כביסה מתחת ל- Tg(כדי למנוע כווץ) גיהוץמעל Tg ומתחת Tm 30oC < Tg< 200oC oC < Tm< 300oC 200 קל יותר לגהץ כביסה לחה עמידות טובה בחומרי הלבנה וניקוי מבנה - מיקרו תכונה- מקרו מתחת ל- Tg השרשראות אינן יכולות לשנות קונפורמציה ולהתפתל (% הגבישיות נשמר) • מתחת ל- Tg השרשראות אינן יכולות לשנות קונפורמציה ולהתפתל מעל Tg השרשראות יתפתלו (הבגד יתכווץ). • מעל - Tg השרשראות יכולות לשנות קונפורמציה ולהתפתל, ניתן לישר אותן ע"י המגהץ. מעל Tm הפולימר יותך (יהיה חור) מולקולות המים מפרידות בין השרשראות ולכן קל יותר לישר אותן (כמו רוטב לספגטי). רצוי שהפולימר לא יגיב עם הסבון והאקונומיקה (אשלייה!...קשה, קשה)

התכונות של פולימר המתאים ליצירת סיב (טכסטיל) מבנה - מיקרו תכונה- מקרו יכולת עיבוד במתיחה על מנת לקבל פולימר בעל % גבישיות גבוה ספיגת לחות יכולת להצבע עמידות לכלור (בגדי ים) • איזורים צפידים (פנילים,אמידים) • קשרים בין שרשרתיים חזקים • שרשרות לינארית (לא מסועפות) • שרשרות ארוכות -Mw 10000-50000 גר\מול • שרשרות ללא הצלבות • קבוצות היוצרות קשרי מימן COOH,NH, OH • קבוצות המשתלבות בקשרי מימן COO, CO • קבוצות הנקשרות לצבען (קשר קוולנטי או בין-מולקולרי) • שימוש באלסטומרים עם מעט קשרים כפולים. כלור מסתפח על קשרים כפולים (גם אשלייה!!). וכמובן תכונות נוספות כמו: גמישות, בידוד תרמי, עמידות כימית וביולוגית, מחיר...ותכונות ספציפיות התלויות בשימוש (כיבוי אש, מניעת חדירת מים, וכו)

לומדה בפולימרים http://stwi.weizmann.ac.il/G-Chem/ לחץ כאן להתחבר לאתר את הלומדה יש להוריד מהאתר של קבוצת הכימיה במכון וייצמן למדע. פיתוח חומרי למידה, מחשבים בכימיה, פולימרים

קשרי צילוב