Amorfnost i kristaliničnost polimera

Amorfnost i kristaliničnost

polimera

Prirodni

polimeriIvanka Popović

Struktura materijala

kristalna

polikristalna amorfna

Amorfne i kristalne strukture

polimera

Polimer može da bude potpuno amorfan, ali ne može da bude potpuno kristaliničan

Natrijum-hlorid

Mikroskopski

prikaz Makroskopski

prikaz

Kristalna

struktura

Milerovi indeksi

Jedinične ćelije

Kristalna

struktura

Defekti

u kristalima

Model amorfno-kristalne

strukture

polimera

Prvi, takozvani model micele, koji pokazuje kristalno-amorfnu strukturu polimera.Naknadno je utvrđeno da se ovaj model ne slaže u potpunosti

sa eksperimentalnim nalazima.

Polietilen –

ortorombična kristalna struktura

a) Jedinična ćelija, b) Projekcija jedinične ćelije paralelno u odnosu na pravac lanca

Uticaj bočnih grupa na stepen kristaliničnosti PE

sadržaj -olefina (mas. %)

Izotaktni i ataktni polipropilen

a) kristalna zona izotaktnog PP, b) amorfna zona ataktnog PP

Kristalna faza izotaktnih vinilnih polimera – struktura heliksa

a) pogled sa strane, b) pogled niz heliks

X je

supstituent

koji

nije

H

Kristalne faze izotaktnih vinilnih polimera –

struktura heliksa

Heliksna

struktura

kristala

mioglobina

Vodonične veze u poliamidu-6,6

za PA 6,6 x=6, y=4

Kristalna struktura poliamida-6,6

a)

Slojevi vezani H-

vezamab)

oblik

c)

oblik

Vodonične veze u celulozi

Kristali polietilena iz nastali iz

koncentrovanog rastvora PE u CCl4

na 80°C

Sferuliti izotaktnog polistirena iz rastopa pri polarizovanoj svetlosti

Sferuliti polipropilena

Struktura sferulita

polietilena

Sferuliti koji nastaju pod dejstvom podužne sile (šiš

ćevap ili ražnjić

struktura)

Kristali

proteina

Kristali proteina pripremljeni u svemiru

Temperatura prelaska u staklasto stanjeTemperatura prelaska u staklasto stanje je svojstvo samo amorfnog dela polukristaliničnog materijala. Kristaliničan deo ostaje kristaliničan tokom prelaza u staklasto stanje.

Na nižoj temperaturi amorfni delovi polimera su u staklastom stanju. U tom stanju molekuli su zamrznuti. Mogu malo da vibriraju, ali nema segmentalnog kretanja delova molekula.

U staklastom stanju crveni molekul se ne kreće.

Kada su amorfni delovi polimera u staklastom stanju, polimer će uglavnom biti tvrd, krut i krt.

Temperatura prelaska u staklasto stanje

Pri postepenom zagrevanju polimer postepeno dostiže temperaturu prelaska u staklasto stanje. Pri toj

temperaturi delovi molekula počinju da se pokreću ,odnosno mrdaju kao što je prikazano crvenim molekulom na gornjoj slici. Polimer je sada u gumolikom stanju. U gumolikom stanju polimer postaje mekan i savitljiv.

Poređenje sa topljenjem

Staklasti prelaz

Svojstvo amorfnih zonaIspod

Tg

: Neuređen amorfni materijal sa nepokretnim

molekulimaIznad

Tg

: Neuređen amorfni materijal u kojem delovi

molekula mogu da se pokrećuTermodinamički prelaz drugog

reda

Topljenje

Svojstvo kristaliničnih zonaIspod

Tm

: Uređen kristaliničan materijal

Iznad

Tm

: Neuređen rastop

Termodinamički prelaz prvog reda

Staklasti prelaz NIJE isto što i topljenje.

Termodinamički prelazi

Pri prelazu prvog reda dolazi do prenosa

toplote između sistema i okruženja i dolazi do nagle promene zapremine sistema.Pri prelazu drugog reda, nema prenosa toplote, ali se toplotni kapacitet sistema menja. Zapremina se menja da bi se omogućilo povećano kretanja lanaca molekula, ali se ona ne menja diskontnualno.

Tačke ostakljivanjaPolimer Tg

(°C)Polietilen

(LDPE) -100

Polipropilen (ataktni)

(PP) -20

Poli(vinil acetat) (PVAc) 28Poli(etilen tereftalat) (PET) 69

Poli(vinil alkohol) (PVA) 85

Poli(vinil hlorid) (PVC) 80Polipropilen

(izotaktni)

(PP) 100

Polistiren 100Poli(metil metakrilat)

(ataktni)

(PMMA) 105

Tg

zavisi od polarnosti, sternih faktora, taktnosti i mogućnosti stvaranja vodoničnih veza.

Tačke topljenja i entalpije topljenja

Polimer Tm

(°C) H (J/mol)

Polietilen 137 3970

Politetrafluoretilen 372 2860

cis-1,4-Poliizopren 28 4400

trans-1,4-Poliizopren 74 12700

Polipropilen 174 10880

Poli(dekametilen tereftalat) 138 46000

Tg

i primena polimernih materijala

S K G K S

PVC, PS PE, PP PA, PC, PET

G

G

R RG

Tempe-raturna

oblast primene

G-gumolik, S-staklast, R-rastop, U-umrežen

STg

je mera jačine interakcija između polimernih lanaca.

Prirodni kaučuk

cis-1,4-Poliizopren može da ima kristalne zone (ortorombične strukture), ali je kristalizacija materijala nepoželjna. Materijal može da kristališe kada se deformiše.Amorfni prirodni kaučuk je polazni materijal za dobijanje vulkanizovane (umrežene) gume. U prisustvu sumpora na povišenoj temperaturi kaučuk umrežava i nastaje nastaje guma.

Vulkanizovani

kaučuk -

guma