Kategorie
Tworzywa

Sieciowanie polimeru

W zależności od budowy chemicznej łańcuchów polimerowych lub wprowadzonych do polimeru substancji chemicznych, między łańcuchami polimerów mogą powstawać wiązania poprzeczne. Zjawisko to określa się jako sieciowanie polimeru. Wiązania poprzeczne mają duży wpływ na właściwości fizyczne polimeru, zwiększają bowiem jego masę cząsteczkową i ograniczają ruchy łańcuchów polimeru względem siebie. Utworzenie jedynie niewielkiej liczby wiązań poprzecznych znacznie zmniejsza rozpuszczalność polimeru. Polimer taki zachowuje jednak zdolność absorbowania rozpuszczalnika, który rozpuszcza nadal część nie usieciowaną tworzywa. W konsekwencji rozpuszczalnik nie rozpuszcza polimeru w całości, a jedynie poprzez absorpcję rozpuszczalnika powoduje pęcznienie tworzywa.

Przykładem sieciowania polimeru jest przemiana, która zachodzi podczas utwardzania polimerów termoutwardzalnych. Polimery te wytwarza się na ogół w postaci półpłynnych substancji, które w wyniku ogrzewania w formie przekształcają się w produkty silnie usieciowane, twarde, nietopliwe, o trójwymiarowej sieci przestrzennej wiązań łączących ze sobą łańcuchy polimeru (rysunek).

Rysunek. Proces przemiany polimeru nie usieciowanego w polimer wysoko usieciowany: 1 — polimer nie usieciowany, 2 — polimer wysoko usieciowany (linie grube oznaczają wiązania poprzeczne).

Sieciowanie polimeru zachodzi również podczas utwardzania polimerów chemoutwardzalnych.

Innym ważnym procesem, w którym zachodzi sieciowanie polimeru, jest wulkanizacja. Odkryty przez Goodyeara proces wulkanizacji polega na ogrzaniu kauczuku z ok. 5% dodatkiem siarki, w wyniku czego następuje łączenie ze sobą łańcuchów polimeru poprzecznymi mostkami siarkowymi. Wulkanizacja kauczuku znacznie zwiększa jego wytrzymałość na ścieranie. Właściwość tę można jeszcze dodatkowo spotęgować przez dodatek tlenku cynku i sadzy. Kauczuk wulkanizowany nie jest już termoplastyczny, ponieważ długie łańcuchy połączone wiązaniami poprzecznymi tworzą strukturę ciągłą, która w wyniku daleko posuniętej wulkanizacji staje się trójwymiarową cząsteczką olbrzymią.

W wyniku wulkanizacji kauczuku otrzymuje się produkt zwany gumą. W przypadku zastosowania znacznie większej ilości siarki (ponad 30% składu mieszanki gumowej) uzyskuje się tworzywo zwane ebonitem, czyli gumę twardą. Surowcami do wyrobu gumy są również związki chemiczne mające właściwości zbliżone do kauczuku naturalnego, otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej, zwane kauczukami syntetycznymi.

Otrzymywanie polimerów prowadzi do produktów o niejednorodnej masie cząsteczkowej, gdyż nie wszystkie cząsteczki ulegają spolimeryzowaniu w tym samym stopniu. W celu uzyskania produktów handlowych o jednakowych właściwościach są więc potrzebne ściśle kontrolowane warunki reakcji. Otrzymywanie polimeru wielkocząsteczkowego wymaga stosowania najczystszych surowców, a ponadto reakcji zachodzącej z bardzo dużą wydajnością, ponieważ oczyszczanie produktu końcowego jest trudne lub wręcz niemożliwe.

Proces polimeryzacji można prowadzić różnymi metodami. Zalicza się do nich m.in. polimeryzację blokową (w masie), w roztworze (rozpuszczalnikową), emulsyjną, suspensyjną (perełkową):

• polimeryzacja blokowa wymaga użycia samego nie rozcieńczonego monomeru, który stopniowo w całej masie przekształca się w polimer;

• polimeryzacja w roztworze wymaga rozpuszczenia monomeru w cieczy, będącej również rozpuszczalnikiem polimeru;

• polimeryzacja emulsyjna przebiega w środowisku wodnym, w którym za pomocą emulgatorów rozproszono (zdyspergowano) monomer w postaci bardzo drobniutkich kropelek; w wyniku polimeryzacji powstaje drobnoziarnista dyspersja wodna polimeru; polimery emulsyjne mają bardzo drobne ziarno (średnicy poniżej 0,04 mm);

• polimeryzacja suspensyjną, czyli perełkowa, zachodzi również w środowisku wodnym, przy czym monomer zostaje rozproszony w wodzie wyłącznie mechanicznie; w wyniku polimeryzacji czysty polimer ma postać stosunkowo gruboziarnistego proszku (średnica ok. 0,15 mm) lub perełek.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *