Post on 09-Feb-2018
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Materiali polimerici
• Polimeri sintetici e polimeri naturali
Plastiche ed Elastomeri (o gomme)
Termoplastici e Termoindurenti
Scienza e tecnologia
dei materiali 3ed – W.
Smith, J. Hashemi
Copyright © 2008 – The McGraw-
Hill Companies s.r.l.
Rappresentazione dei legami covalenti nella molecola di etilene con (a) puntini,
(b) trattini per indicare gli elettroni di valenza.
Nella molecola di etilene vi sono: un doppio legame covalente carbonio-carbonio
e quattro singoli legami covalenti carbonio idrogeno.
Molecola di etilene (o etene)
Struttura dei legami covalenti di una molecola di etilene attivata.
(a) I puntini rappresentano gli elettroni di valenza. Alle estremità di ogni molecola si creano
elettroni liberi i quali sono in grado di legarsi covalentemente con gli elettroni liberi di altre
molecole. Si noti che il doppio legame covalente fra gli atomi di carbonio è stato ridotto a un
legame singolo. (b) Gli elettroni liberi che si creano agli estremi della molecola sono indicati da
mezzi legami (trattini) che sono legati a un solo atomo di carbonio.
Il doppio legame C=C è chimicamente molto reattivo !!.
Reazioni di polimerizzazione
poliaddizioni
n
etilene polietilene (PE)
polistirene (PS)
n
stirene
(monomero) (polimero)
calore
pressione
catalizzatore
Caratteristiche materiali polimerici
Composizione chimica
del monomero
Dimensione
(peso molecolare) Struttura
lineare ramificato reticolato a rete
(network)
stereisomeri isomeri geometrici
•cis
•trans •atattico
•isotattico
•sindiotattico
(termoplastici ed elastomeri) (termoindurenti)
Forma (ripiegamento catene)
Struttura delle catene dei differenti tipi di polietilene:
(a) ad alta densità, (b) a bassa densità e (c) lineare a bassa densità.
Polimero lineare e ramificato
esempio: polietilene
HDPE
LDPE
LLDPE
Rappresentazione schematica della vulcanizzazione della gomma.
Nel processo atomi di zolfo formano ponti di reticolazione tra catene di
1,4 poliisoprene. (a) catena di cis-1,4 poliisoprene prima della
reticolazione con zolfo. (b) catena di cis-1,4 poliisoprene dopo la
reticolazione con zolfo in corrispondenza delle funzioni reattive (doppi
legami).
Network
esempio: resina fenolica
Reazione di polimerizzazione del fenolo (gli asterischi
rappresentano i siti di reazione) con formaldeide
Scienza e tecnologia
dei materiali 3ed – W.
Smith, J. Hashemi
Copyright © 2008 – The McGraw-
Hill Companies s.r.l.
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Omopolimeri e Copolimeri
copolimero random
copolimero a blocchi
copolimero ad innesto
o graffato
omopolimero
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Smith, J. Hashemi
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Reazione generale di polimerizzazione dei monomeri cloruro
di vinile e acetato di vinile per la produzione di un copolimero
polivinilcloruropolivinilacetato.
In un copolimero ci sono almeno 2 monomeri !!
Caratteristiche materiali polimerici
Composizione chimica
del monomero
Dimensione
(peso molecolare) Struttura
lineare ramificato reticolato a rete
(network)
stereisomeri isomeri geometrici
•cis
•trans •atattico
•isotattico
•sindiotattico
(termoplastici ed elastomeri) termoindurenti
Forma (ripiegamento catene)
isotattico
(b) Stato semicristallino
(a) Stato amorfo
Polimeri sono amorfi oppure semicristallini.
Il grado di cristallinità dipende dalla struttura del monomero (ingombro sterico dei
sostituenti in catena), flessibilità della catena (natura del legame dello scheletro),
struttura della catena (lineare o ramificata) e dall’entità dei legami intermolecolari.
Polimeri termoindurenti sono amorfi.
Polimeri termoplastici sono amorfi o semicristallini
Caratteristiche materiali polimerici
Composizione chimica
del monomero
Dimensione
(peso molecolare) Struttura
lineare ramificato reticolato a rete
(network)
stereisomeri isomeri geometrici
•cis
•trans •atattico
•isotattico
•sindiotattico
termoplastici elastomeri termoindurenti
Forma (ripiegamento catene)
Grado di polimerizzazione medio (n)
m
Mn n
n
(a) numerale
m
Mn n
n
(b) ponderale
m
Mn w
w
Peso molecolare
monomero
Peso molecolare
monomero
Peso molecolare e grado di cristallinità determinano
le caratteristiche fisiche e meccaniche di un polimero
PE
peso molecolare
• polimeri termoindurenti
• polimeri termoplastici vetrosi
•polimeri termoplastici semicristallini
Prova di trazione uniassiale
comportamento fragile
comportamento duttile
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Fino ad (1) comportamento elastico, il punto di massimo corrisponde al carico di
snervamento (ss), la resistenza a trazione o carico di rottura (sr) corrisponde alla sollecitazione
per la quale avviene la rottura del provino.
ss sr
E
Polimero termoplastico semicristallino