Summary
Volledige samenvatting van het vak 'Polymeren in de industrie'
- Course
- Institution
Samenvatting van het keuzevak van 'Polymeren in de industrie' dat een derdejaarsvak is in chemie.
[Show more]
Seller
Follow
catherinevanbel
Reviews received
Content preview
Inleiding tot de polymerenVan macromoleculen naar polymeer materialen
Eigenschappen van polymeren door supramoleculaire organisatie van macromoleculen. Polymeren
zijn lange ketens. De invloed op polymerisatie (intrinsiek) en processing (externe condities) leiden tot
structuur-eigenschapsrelatie, deze is zeer belangrijk. Deze karakteriseert het materiaal.
Meso level = amorf, kristallijne fase
Macro level = het materiaal. Bv. PET-fles.
Macromoleculen: basis concepten
Een macromolecule bestaat uit een groot aantal atomen (C, O, N, S, Si). De backbone bestaat uit
covalente bindingen. Het zijn geen rechte ketens, er worden coïls gevormd: ongeorganiseerde ketens.
Ze hebben een anisotrope vorm (aantal µm, wat heel lang is voor moleculen) en bezitten een hoge
moleculaire massa.
De moleculaire massa van een polymeer wordt weergegeven als een verdeling en is afhankelijk van de
synthese, meer bepaald door de reactiekinetiek. Er zijn namelijk veel reacties om alles te koppelen.
Veel polymeren kristalliseren niet en worden daarom amorf genoemd. Bij kristallisatie zijn de atomen
allemaal mooi geordend, maar hiervoor moet de diffusie tijdens de synthese hoog genoeg zijn voor de
mooie staat van orde te kunnen bereiken. Men spreekt dus meestal van een te beperkte diffusie in het
geval van een amorf materiaal. Wanneer een polymeer kan kristalliseren, wordt er gesproken van
semi-kristallijne polymeren. Hierbij is er een betere diffusie aanwezig.
De glastemperatuur is de temperatuur waarbij een polymeer of glas, bros wordt bij koeling of zacht bij
verwarming.
Polymeermateriaal: classificatie
Natuurlijke polymeren: cellulose, proteïne, natuurlijk rubber. Dit zijn vrij ingewikkelde polymeren,
zoals bijvoorbeeld een proteïne.
Synthetische polymeren (4):
1. Commodity thermoplastics: makkelijk toegankelijk, in grote hoeveelheden reproduceerbaar.
Recyclage kost meer dan nieuw te produceren. Heeft veel toepassingen. Deze zijn bij een
bepaalde temperatuur vervormbaar. Voorbeelden: poly(ethyleen) PE, poly(propyleen) PP
(flessen zonder gas), poly(styreen) PS (piepschuim), poly(vinyl chloride) PVC (raamprofielen,
elektronica verpakking).
2. Engineering thermoplast: duurder en moeilijker te maken, maar hebben een betere
eigenschappen, zoals stijfheid. Voorbeelden: poly(amide) of Nylon, poly(ethyleeneterphtalaat)
PET.
3. Thermosets: kan niet gerecycleerd worden, want het kan niet naar vloeibaar worden omgezet.
Terwijl thermoplasten wel. Deze structuren zitten vast, geen flexibele materialen. Netwerk van
Pagina 1 van 30
, polymeren, weinig kunnen bewegen ten gevolge van de hoge graad van crosslinks.
Voorbeelden: bakelite (goede isolatoren), epoxy resins (sterk vertakte netwerken, gebruikt als
lijm in vliegtuigen).
4. Elastomeren: niet recycleerbaar. Wordt verkregen door natuurlijkrubber op te warmen met
zwavel. Hierdoor ontstaan er zwavelbruggen → crosslinks. Gaat groot netwerk vormen. Zeer
rekbaar, maar niet recycleerbaar.
Polymerisatie: generale condities
Polymerisatie proces: nX monomeren → n polymeren ketens. X = polymerisatiegraad.
Om polymeren te vormen zijn er monomeren nodig die minstens twee keer kunnen reageren. Ze
hebben dus minstens een functionaliteit van 2 nodig. Bij een functionaliteit gelijk aan 2 verkrijgt men
lineaire of vertakte structuren. Bij een functionaliteit groter dan 2, worden er netwerken verkregen.
Polymerisatie vereist een hoge graad zuiverheid van monomeren ( > 99,5 %). Meestal komen de
monomeren uit fossiele brandstoffen, tegenwoordig proberen we ook hernieuwbare materialen te
gebruiken die voor een groene chemie zorgen.
Polymerisatie mechanisme kan bestaan uit stapgroei polymerisatie of ketengroei polymerisatie.
Stapgroei versus ketengroei polymerisatie
Stapgroei polymerisatie: polymeerkoppeling, nucleofiele substitutie waarbij H 2O leaving
groep is of een additie reactie, waarbij geen LG is. Alle moleculen reageren met elkaar. De
reactie blijft doorgaan tot de reagentia is op gereageerd is. Het is eenvoudig, geen
vertakkingen en alleen lineaire ketens.
Mengsel van korte ketens in het begin en zeer lange ketens op het einde. Duurt even.
Ketengroei polymerisatie: monomeerkoppeling, 1 keten die groeit, waaraan telkens 1
monomeer aan wordt toegevoegd met een beperkte groeitijd. Radicalaire polymerisatie.
Hierbij is er dus een initiator nodig (Bv. peroxide). Monomeren reageren met snelgroeiende
korte levensduur radicaal ketens. Langste ketens in het begin. Bij terminatie wordt er een
covalente binding gevormd. De keten groeit snel, maar blijft redelijk kort door het onstabiel
radicaal. Vertakking mogelijk door reageren in het midden van de keten.
PM: is het ideaal gedrag, geen terminatie stap. Er is een constante groei
en polymerisatie mag eender wanneer gestopt worden.
PC: stapgroei. De reactie mag niet in het midden stoppen, anders wordt
er een laag moleculair gewicht verkregen. Reactie moet 100 % conversie
bevatten voordat de reactie gestopt wordt.
Polymerisatie: fysische-chemische aspecten
Thermodynamische polymerisatie: van veel monomeren naar polymeren doet entropie
dalen. Dit is geen drijvende kracht. ΔG = ΔH -TΔS. Dus ΔH < 0 want ΔG < 0 voor spontante
polymerisatie, exotherme reacties zijn nodig. Bij polymerisatiereacties wordt er warmte
afgestaan, temperatuur blijft opbouwen en dan zou de reactie stoppen. Oplossing: warmte
moet worden geëvacueerd.
Pagina 2 van 30
, Polymerisatie kinetiek: kinetiek is afhankelijk van reactiviteit, katalysatoren die voor een
verlaging van de activeringsenergie zorgen en initiators/inhibitors.
Fase scheiding: mengbaarheid daalt wanneer moleculaire massa toeneemt. Het begint bij een
homogeen mengsel, naarmate de reactie minder homogeen.
Chemo-reologie: vloeiwetenschappen. Bij stijgende viscositeit, daalt de mobiliteit en zal
verglazing veroorzaken.
Polymerisatie: polymeer eigenschappen
De polymeer microstructuur (keten structuur) is zeer afhankelijk van de polymerisatie
omstandigheden. Wisselwerkingen die de intrinsieke structuur van de keten beïnvloeden en
karakteriseren (4): Chemische opstelling van de keten, stereoregulariteit, moleculaire architectuur en
molaire massa + verdeling.
Opstelling van de keten
Organische ketens (bestaande uit koolstof, zoals de meeste polymeren eruitzien) en anorganische
ketens (geen koolstof in de keten). Iso-ketens zijn ketens met telkens hetzelfde element in de
herhalingseenheid. Hetero-ketens: combinatie van koolstof met O, N of S.
Homopolymeren: 1 herhaaldelijke eenheid in de keten. De hoofdketen bestaat uit de 1 zelfde
bouwsteen met zijn zijgroepen en eindgroepen.
Zijproduct, wordt niet gebruikt.
Beide andere polymeren. Cis is rubber,
want kristallen kunnen gevormd worden.
1 herhalingseenheid levert 3 verschillende polymeren, met verschillende eigenschappen op.
Co-polymeren: heeft meer dan een monomeer in de keten. Er bestaan dus verschillende
herhalingseenheden. Hierdoor bestaan er verschillende patronen, die resulteren in
verschillende eigenschappen en toepassingen.
A & B monomeren worden gemengd.
Alternatie is moeilijker te synthetiseren.
Fasescheiding wordt mogelijk.
Vaak wordt de sequentie van de herhaaldelijke monomeren tijdens de synthese bepaald en niet in het
afgewerkte product met een NMR-analyse, aangezien polymeren meestal niet oplossen en voor een
NMR-analyse een oplossing gebruikt moet worden.
Macromoleculaire architectuur
Lineair en vertakte macromoleculen.
Pagina 3 van 30
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller catherinevanbel. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $9.99. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
52510 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now