Πολυμερή Μεγάλου μοριακού βάρους μακρομόρια, οργανικής σύνθεσης ή προέλευσης, που προέρχονται από τη συνένωση μεγάλου αριθμού ομοίων μορίων (μονομερών). Φυσικά: ξύλο(κυτταρίνη,λιγνίνη), πρωτεϊνες, άσφαλτος, καουτσούκ, δέρμα κλπ. Τεχνητά ή συνθετικά: παράγωγα του πετρελαίου. PVC, PET, πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυαμίδια, ακρυλικά, εποξειδικές ρητίνες, πολυεστέρες, πολυουρεθάνες κλπ.

Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα. Εύκολη μορφοποίηση. Καλές μηχανικές ιδιότητες. Μικρή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Μεγάλη αντοχή στη χημική προσβολή. Χαμηλό κόστος. Μειονεκτήματα. Μικρή αντοχή σε μέτρια υψηλές θερμοκρασίες. Θερμική αποσύνθεση σε υψηλές θερμοκρασίες. Χημική αποσύνθεση υπό την επίδραση Ο2, Ο3 ή ακτινοβολίας. Πρόβλημα ανακύκλωσης.

Μέθοδοι Παρασκευής Πολυμερών Πολυμερισμός: Χημική αντίδραση που λαμβάνει χώρα κατά την αντίδραση μονομερών για σχηματισμό ένωσης μεγάλου μοριακού βάρους. Ο πολυμερισμός μπορεί να γίνει με: Προσθήκη (addition) Συμπύκνωση (condesation)

Πολυμερισμός με προσθήκη chain-reaction (addition) polymerization Λαμβάνει χώρα σε τρία στάδια. Απαιτεί την παρουσία τουλάχιστον δύο χημικών ουσιών (μονομερές, καταλύτης). Απαραίτητη προϋπόθεση η ύπαρξη διπλού δεσμού C=C στο μονομερές. Καταλύτης:ουσία που μπορεί να δημιουργήσει ελεύθερες ρίζες, όπως, R2O2.

1ο στάδιο: Εκκίνηση. 2ο στάδιο: Διάδοση. 3ο στάδιο: Τερματισμός.

Πολυμερισμός με συμπύκνωση step-reaction (condensation) polymerization Λαμβάνει χώρα όταν τα μονομερή περιέχουν δύο ενεργές μονάδες τουλάχιστον. Δίνει πολυμερή χαμηλότερου μοριακού βάρους. Απαιτούνται τουλάχιστον δύο διαφορετικά μόρια που να περιέχουν δύο τουλάχιστον ενεργές μονάδες. Ως παραπροϊόν της συμπύκνωσης παράγεται H2O ή HCl. Παράδειγμα: Nylon 66.

Συμπολυμερή Πολυμερή που προκύπτουν από διαφορετικά μόρια μονομερών ονομάζονται Συμπολυμερή. Η διαδοχή των μορίων στο πολυμερές μπορεί να είναι κανονική ή τυχαία. Α-Β-Α-Β-Α-Β-Α-Β-Α-Β-Α-Β-Α-....... Α-Β-Β-Α-Β-Α-Α-Α-Β-Α-Α-Β-Β-....... Α-Α-Α-Β-Β-Β-Α-Α-Α-Β-Β-Β-......

Φυσικές ιδιότητες των πολυμερών Η πυκνότητα των πολυμερών είναι κατά κανόνα μικρή. Τα άμορφα πολυμερή παρουσιάζουν μικρότερη πυκνότητα. Η θερμική αγωγιμότητα των πολυμερών είναι πολύ μικρή. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας κυμαίνεται από 0.3 – 0.7 W/m K. Παρουσιάζουν μεγάλο συντελεστή θερμικής διαστολής. Η θερμοχωρητικότητα των πολυμερών είναι γενικά μεγάλη. Τα άμορφα πολυμερή είναι διαφανή σε αντίθεση με τα κρυσταλλικά που είναι αδιαφανή λόγω σκέδασης του φωτός.

Μηχανικές ιδιότητες των πολυμερών Οι μηχανικές ιδιότητες των πολυμερών κυμαίνονται μέσα σε πλατειά όρια. Οι μηχανικές ιδιότητες επηρεάζονται από: Θερμοκρασία Με την αύξηση της Θερμοκρασίας το πολυμερές από δύσκαμπτο γίνεται ελαστικομερές. Βασικό χαρακτηριστικό αυτής της συμπεριφοράς η Θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου Tg. Προκαλεί ρήξη δευτερευόντων δεσμών με αποτέλεσμα τη ραγδαία μείωση του μέτρου ελαστικότητας. Χρόνο φόρτισης και ρυθμό φόρτισης. (ερπυσμός) Υψηλός βαθμός φόρτισης αντιστοιχεί σε υψηλές αντοχές και μέτρο Ελαστικότητας και ψαθυρή συμπεριφορά. Χαμηλός βαθμός φόρτισης αντιστοιχεί σε χαμηλές αντοχές και μέτρο ελαστικότητας και όλκιμη συμπεριφορά. Βαθμό Κρυσταλλικότητας Αύξηση του Β.Κ. Επιφέρει αύξηση του μέτρου ελαστικότητας και μείωση της περιοχής των ελαστικών παραμορφώσεων. Μοριακό βάρος πολυμερούς. Αύξηση του Μ.Β. επιφέρει βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων.

Μηχανικές ιδιότητες πολυμερών Πολυμερές Μέτρο Ελαστικότητας (GPa) Εφελκυστική Αντοχή (MPa) Θερμοπλαστικά Πολυαιθυλένιο L.D. 0.15 -0.24 7-17 Πολυαιθυλένιο Η.D. 0.55-1.00 20-37 Πολυστυρένιο 3.00 – 3.30 50-70 PVC 2.40-3.00 40-60 Θερμοσκληρυνόμενα Εποξειδικές ρητίνες 2.10-5.50 40-85 Πολυεστέρες 1.30-4.50 45-85 Ελαστομερή Πολυϊσοπρένιο 0.002-0.10 ~10 Πολυβουταδιένιο 0.004-0.10

Μέθοδοι μορφοποίησης Πολυμερών Η μορφοποίηση των πολυμερών μπορεί να γίνει με: Εκβολή ή εξώθηση (extrusion) Έγχυση (injection) Εμφύσηση (blow molding) Κυλίνδρωση ή έλαση Θερμομόρφωση (thermoforming) Συμπίεση (compression) Χύτευση μεταφοράς (transfer molding) Οι πέντε πρώτες μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως για μορφοποίηση θερμοπλαστικών και οι δύο τελευταίοι για μορφοποίηση θερμοσκληρυμένων.

Μόρφωση με εξώθηση

Μόρφωση με έγχυση

Μόρφωση με εμφύσηση

Μόρφωση με έλαση ή κυλίνδρωση (calendering)

Θερμομόρφωση (thermoforming)

Πρόσθετα Πολυμερών Αποσκοπούν στην τροποποίηση κάποιων ιδιοτήτων των πολυμερών, όπως: Βελτίωση φυσικών, μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων Βελτίωση της αντοχής τους στους ατμοσφαιρικούς παράγοντες και την ακτινοβολία Επίτευξη αδιαφάνειας ή χρωματισμού. Μείωση του κόστους

Πρόσθετα Πολυμερών Κυριότερα πρόσθετα των πολυμερών είναι: Μέσα πληρώσεως και ενίσχυσης Βελτιώνουν τη μηχανική αντοχή, την αντοχή στη θερμότητα, τη σταθερότητα των διαστάσεων Πλαστικοποιητές Βελτιώνουν τις ρεολογικές ιδιότητες των πολυμερών, κατεβάζοντας τη ΘΜΥ χαμηλότερα. Χρωστικές Ανόργανες ή οργανικές ουσίες που καθιστούν τα πολυμερή αδιαφανή ή ημιδιαφανή. Οργανικές ουσίες διαλυτές στα πολυμερή που χρησιμοποιούνται για χρωματισμό των πολυμερών. Αντιοξειδωτικά και σταθεροποιητές Ουσίες που παρεμποδίζουν τη διάσπαση των πολυμερών από τις υψηλές θερμοκρασίες και την υπεριώδη ακτινοβολία Άλλα Επιβραδυντικά καύσης, αφροποιητές, αντιστατικά, κλπ

Τύποι Πολυμερών Θερμοπλαστικά. Θερμοσκληρυνόμενα Ελαστομερή Με βάση τη συμπεριφορά κατά τη θέρμανση και τη μηχανική συμπεριφορά διακρίνονται σε: Θερμοπλαστικά. (thermoplastics) Θερμοσκληρυνόμενα (thermosets) Ελαστομερή (elastomers)

Θερμοπλαστικά Πολυμερή με γραμμική συνήθως αλυσίδα. Χαλαροί δεσμοί μεταξύ των μακρομορίων. Μορφοποιούνται με θέρμανση. Ανακυκλώνονται εύκολα. Είναι ημι-κρυσταλλικά ή άμορφα Κυριότερα θερμοπλαστικά πολυμερή: Πολυαιθυλένιο, PE Πολυπροπυλένιο, PP Πολυβινυλοχλωρίδιο, PVC Πολυστυρένιο,PS Πολυτετραφθοροαιθυλένιο, PTFE (Teflon) Πολυμεθυλο-μεθακρυλικός εστέρας,PMMA (Plexiglass, Perspex) Πολυαμίδια (Nylon)

Θερμοσκληρυνόμενα Οι πολυμερικές αλυσίδες είναι διασυνδεμένες. Μορφοποιούνται δύσκολα με θερμότητα. Ανακυκλώνονται δύσκολα. Παρουσιάζουν: Υψηλή θερμική σταθερότητα Μονωτικές ιδιότητες Μεγάλη σκληρότητα Αντίσταση στην παραμόρφωση και τον ερπυσμό Χαμηλό ειδικό βάρος Κυριότεροι εκπρόσωποι: Φαινολικές ρητίνες Εποξειδικές ρητίνες Πολυεστέρες Αμινορητίνες (πολυμερή ουρίας – φορμαλδεϋδης, μελαμίνες)

Ελαστομερή Παρουσιάζουν ενδιάμεση δομή από τις άλλες δύο κατηγορίες. Βασικό τους χαρακτηριστικό η δυνατότητα να υποστούν μεγάλη ελαστική παραμόρφωση δίχως μόνιμη αλλαγή σχήματος. Σύμφωνα με το ASTM D1566 ένα υλικό χαρακτηρίζεται ως ελαστομερές όταν μπορεί να ανακτήσει σε 1 min τουλάχιστον 1,5 φορά το αρχικό του μήκος μετά από έκταση σε θερμοκρασία δωματίου 2 φορές το αρχικό του μήκος και διατήρηση σε κατάσταση έκτασης για 1 τουλάχιστον λεπτό Κυριότεροι εκπρόσωποι: Πολυβουταδιένιο Πολυχλωροπρένιο Πολυϊσοπρένιο

Πολυαιθυλένιο (CH2-CH2)x Δύο τύποι: Υψηλής πυκνότητας. HDPE. Πρακτικά γραμμικό πολυμερές.d=0.96 g/cm3 Χαμηλής πυκνότητας. LDPE d=0.92 g/cm3 Εξαιρετικές ηλεκτρομονωτικές ιδιότητες Ανθεκτικό στα οξέα και τα αλκάλια Καλή μηχανική αντοχή Σχετικά φθηνό

Πολυαιθυλένιο Εφαρμογές Φύλλα συσκευασίας Σωλήνες νερού και αποχέτευσης Ηλεκτρομόνωση καλωδίων Αντικείμενα οικιακής χρήσης, όπως φιάλες, κύπελλα κλπ

Πολυπροπυλένιο (-CH(CH3)CH2-)x Πολυολεφίνη Εξαιρετικές ηλεκτρομονωτικές ιδιότητες Ανθεκτικό στα οξέα και τα αλκάλια Διαλυτό σε ορισμένους οργανικούς διαλύτες Καλή μηχανική αντοχή Σχετικά φθηνό

Χλωριούχο Πολυβινύλιο, PVC (CH2-CHCl)x Θερμοπλαστικό, ελαφρά κρυσταλλικό Εξαιρετικά ηλεκτρομονωτικό υλικό Καλή αντοχή στη χημική προσβολή Άφλεκτο (παρουσία χλωρίου στο μόριο) Δύσθραυστο, σκληρό και δύσκαμπτο

Εφαρμογές PVC Σωλήνες Υδροροές Πλαίσια παραθύρων και θυρών Ηλεκτρικά καλώδια Πλακίδια επιστρώσεως δαπέδων Δοχεία αποθήκευσης υγρών

Πολυστυρένιο Άχρωμο και διαφανές πολυμερές (άμορφο) Εξαιρετικές ηλεκτρομονωτικές ιδιότητες Ανθεκτικό στα οξέα και τα αλκάλια Διαλυτό σε ορισμένους οργανικούς διαλύτες Χαμηλή μηχανική αντοχή Εύθραυστο Πολύ χαμηλή αντίσταση στη θερμότητα και τη φωτιά. Σχετικά φθηνό

Πολυστυρένιο Εφαρμογές Υλικό συσκευασίας Θερμομονωτικό υλικό Διογκωμένη πολυστερίνη Εξηλασμένη πολυστερίνη

PMMA Πολυμεθακρυλικός μεθυλεστέρας Plexiglass, Perspex Εξαιρετική διαφάνεια Εξαιρετική σκληρότητα Αξιόλογη αντοχή στους χημικούς παράγοντες Αδιάβροχο από το νερό

PMMA Εφαρμογές Plexiglass Φωτιστικά αυτοκινήτων Διαφημιστικά σήματα

Εποξειδικές ρητίνες Ανήκουν στους πολυαιθέρες Υψηλές συγκολλητικές ιδιότητες Εξαιρετική μηχανική αντοχή Υψηλή αντίσταση στη χημική προσβολή Υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (μεγαλύτερος του σκυροδέματος) Ψαθυρή συμπεριφορά (πιο ψαθυρό από το σκυρόδεμα.

Εφαρμογές Εποξειδικές ρητίνες Παρασκευή χρωμάτων και βερνικιών Κατασκευή σύνθετων υλικών Πολυμερικό σκυρόδεμα. Συγκολλητικές ουσίες Επιδιορθωτικό ρωγμών και κενών

Παρουσιάζουν καλή χημική και μηχανική αντοχή. Χαμηλό κόστος Πολυεστέρες Παρασκευάζονται με συμπολυμερισμό διβασικών οξέων και δισθενών αλκοολών συνήθως με στυρένιο για τη διασύνδεση των πολυεστερικών αλυσίδων Παρουσιάζουν καλή χημική και μηχανική αντοχή. Χαμηλό κόστος Προσβάλλονται από ισχυρά οξέα και βάσεις Συντελεστής θερμικής διαστολής μεγαλύτερος του σκυροδέματος.

Εφαρμογές Πολυεστέρες Παρασκευή χρωμάτων και κολλών Κατασκευή σύνθετων υλικών με υαλονήματα Στεγανωτικό Παραγωγή πολυμερών κονιαμάτων Υλικό επίστρωσης

Φαινολικές ρητίνες Γνωστότερο προϊόν ο βακελίτης. Παρασκευάζεται με πολυσυμπύκνωση φαινόλης με φορμαλδεϋδη. Σκληρό, εύθραυστο με αξιόλογη θερμική αντοχή και αντίσταση στη χημική προσβολή.ν Χρησιμοποιείται για την κατασκευή χειρολαβών και ηλεκτρικών εξαρτημάτων.

Ινοπλισμένα Πολυμερή Σύνθετα Υλικά που αποτελούνται από ίνες μέσα σε μήτρα θερμοσκληρυνόμενου πολυμερούς.(εποξειδική ρητίνη, πολυεστέρας, φαινολικές ρητίνες κ.α.) Κυριότεροι τύποι ινών: Ίνες γυαλιού Ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα) Ίνες αραμιδίου (Κεβλάρ) Βασικό χαρακτηριστικό τους οι: Μεγάλες μηχανικές αντοχές. Εξαιρετική ανθεκτικότητα. Μικρό βάρος.

Ανακύκλωση Πολυμερών PET HDPE PVC LDPE PP PS