Lezione 18: Materiali polimerici Flashcards
cosa sono i monomeri, le unità ripetitiva, il grado di
polimerizzazione n, la catena principale e i residui laterali in un polimero.
I monomeri sono le unità costituenti dei polimeri: si configurano come unità chimiche capace di reagire mediante processi di polimerizzazione, e quindi di formare lunghe catene macromolecolari.
Ogni monomero è formato da un parte alchilica cui è normalmente legato un sostituente laterale con specifiche caratteristiche chimiche, in particolare con specifica reattività.
Il grado di polimerizzazione n di un polimero indica quanti monomeri si sono concatenati.
Esempi di polimeri ottenuti da polimerizzazione a catena di α-olefine.
Con α-olefine si intendono i polimeri formati da 1-alcheni: i monomeri costituenti contengono quindi almeno un legame pigreco.
Alcuni esempi di polimeri ottenuti tramite polimerizzazione a catena di α-olefine sono: Polietilene PE, polipropilene PP, Polivinilcloruro PVC Polistirene PS.
Cosa si intende con “concatenamento regolare” di un polimero?
Nel caso di polimerizzazioni a catena di tipo radicalico, il processo di polimerizzazione dei singoli monomeri può avvenire in 3 modi:
-concatenamento testa-testa
-concatenamento testa-coda
-concatenamento coda-coda
Se il polimero che si forma dalla polimerizzazione radicalica presenta lo stesso tipo di concatenamento su tutta la catena, oppure i diversi concatenamenti si ripetono in modo regolare, allora si dice che il polimero risultante presenta regolarità di concatenamento.
Se invece i diversi concatenamenti sono casuali nella formazione della catena, si dice che il polimero presenta irregolarità di concatenamento.
Cos’è la tassia di un polimero?
Quali sono le 3 diverse forme di tassia possibili?
Oltre alla regolarità di concatenamento nella formazione della catena, si usa anche la stereoregolarità dei sostituenti laterali della catena per classificare i polimeri.
Se nel polimero è presente regolarità di concatenamento ma i sostituenti laterali sono disposti in modo casuale rispetto al piano della catena, si parla di polimero atattico.
Se nel polimero è presente regolarità di concatenamento e anche stereoregolarità dei sosituenti laterali rispetto alla catena principale, questo si definisce isotattico se i sostituenti puntano tutti dalla stessa parte del piano contenente la catena, mentre si definisce sindiotattico che i sostituenti sono regolari a 2 a 2 rispetto al piano contenente la catena principale.
E’ possibile utilizzare catalizzatori Ziegler-Natta per polimerizzare molecole con concatenamento regolare e alta sereoregolarità, ,e quali cristallizzano più facilmente allo stato solido rispetto ai polimeri atattici, presentando buone proprietà meccaniche.
Polimerizzazione a stadi.
Con polimerizzazione a stadi si intende un processo di polimerizzazione di 2 o più monomeri che decorre con l’inevitabile formazione di molecole piccole (H2O, HCl, …) che vengono liberate nell’ambiente: a differenza della polimerizzazione a catena, non tutti gli atomi del monomero finiscono per costituire la catena polimerica.
Questo tipo di polimerizzazione coinvolge normalmente monomeri con gruppi funzionali particolarmente reattivi tra loro, ad esempio:
-acidi carbossilici (o cloruri acilici) con ammine
-acidi carbossilici con alcoli.
Come sono suddivisi i polimeri in base all’uso?
In base all’uso, i materiali polimerici vengono classificati in:
-materiali polimerici plastici, che possono essere modellati medianti azioni esterne di compressione e/o stiramento, in quanto mantengono la forma finale quando le forze esterne vengono eliminate
-polimeri fibrosi
-elastomeri
Qual è la differenza tra un polimero termoplastico e un polimero termoindurente?
Un polimero termoplastico a livello macroscopico diventa più facilmente lavorabile ad alte temperature, poichè a livello microscopico le lunghe catene polimeriche di cui è costituito non sono legate chimicamente tra loro.
Un polimero termoindurente a livello macroscopico si configura come sempre meno facilmente lavorabile all’aumentare della temperatura: in realtà se mantenuti ad una temperatura sufficiente alta, questi materiali diventano rigidi in modo irreversibile, sino a poi degradarsi per temperature superiori.
Questo tipo di comportamento si spiega analizzando il comportamento microscopico del materiale all’aumentare della temperatura: ad alte temperature, aumentano molto i cross-links delle catene polimeriche, con conseguente aumento della reticolazione della struttura, la quale diventa inevitabilmente rigida.
Quali sono le caratteristiche di un polimero fibroso?
Le fibre sono dei materiali lunghi, sottili e filiformi. Esempi tipici sono rappresentati dalle fibre naturali come cotone, lana,
seta, ecc.
Caratteristica peculiare delle fibre è la notevole resistenza all’estensione e allo stiramento nella direzione della fibra stessa.
A livello molecolare, le fibre sono costituite da catene polimeriche lunghe e lineari, che giacciono allineate in direzione della fibra stessa.
Pertanto:
- la resistenza di una fibra allo stiramento è data dalla forza dei
legami covalenti della catena del polimero;
- la stabilità della struttura dipende dalle forze di attrazione intermolecolari (legami ad idrogeno, forze dipolo-dipolo, forze di Van der Waals) che impediscono alle catene estese di ripiegarsi.
Cosa sono gli elastomeri? Quali proprietà meccaniche hanno?
Gli elastomeri sono materiali polimerici caratterizzati da elevata elasticità: se deformati, questi materiali riassumono immediatamente la loro forma originaria una volta terminato lo sforzo di deformazione: infatti, le catene di cui è composto, finito lo stiramento, non restano estese, ma si ripiegano nella loro conformazione casuale originale.
Tale comportamento è dovuto alla mancanza nelle molecole di gruppi fortemente polari o adatti a formare legami ad idrogeno.
Rimossa la sollecitazione si ha il recupero sia al livello macroscopico che microscopico dello stato iniziale.
Qual è la differenza tra stato vetroso e stato gommoso?
Nello studio dei polimeri e delle loro potenzialità applicative gioca un ruolo fondamentale la temperatura di transizione vetrosa Tg . Essa è la temperatura al di sotto della quale il polimero si presenta fragile mentre al di sopra assume nuovamente la consistenza plastica.
La transizione vetrosa è una proprietà tipica della porzione amorfa di un solido semi-cristallino. A basse temperature le regioni in cui il polimero è amorfo si trovano allo stato vetroso e le molecole hanno scarsa mobilità. Infatti l’unico moto consentito è un debole moto vibrazionale. Pertanto il polimero si mostra duro, rigido e fragile. Se il polimero è riscaldato, quando raggiunge la temperatura di transizione vetrosa, le molecole possono iniziare a muoversi e così il polimero si trova in uno stato gommoso e mostra morbidezza e flessibilità.
Un tipico e comprensibile esempio ci è fornito dal chewing gum che a temperatura corporea è morbido è flessibile mentre a basse temperature diventa duro e rigido.
Cosa sono le poliammidi?
Le poliammidi sono polimeri la cui catena principale accresce con la formazione di un legame ammidico.
Un esempio di poliammide è il nylon 6-6, composto da 1,6-diamminoesano e acido 1,6-esandioico legati tramite legame amminico.
Cosa sono i poliesteri?
I poliesteri sono polimeri la cui catena principale si forma per formazione di un legame estereo.
Un esempio di poliestere è il polietilene tereftalato, formato da 1,2-etandiolo (o glicole etilenico) e acido tereftalico.
