קשרי צילוב

"פולימרים סינטטיים חומרים כבקשתך" מצגת סיכום לפי הספר של נאוה מילנר בהוצאת מכון ויצמן למדע מקרומולקולות וחומרים פלסטיים תהליכי פילמור הערכות מרחבית של מקרומולקולות קשרי צילוב התארגנות בצבר ותכונות הפולימר תרכוב ועיבוד של חומרים פלסטים סיכמה ועיבדה אילנה זהר

מבוא ופרק א- מקרומולקולות - המרכיב העיקרי של החומרים הפלסטים. הגדרות: מקרומולקולה - מולקולת ענק שבה מאות או אלפי אטומים קשורים זה לזה בקשר קוולנטי. מולקולת השרשרת בנויה מיחידות (-קב’ אטומים) החוזרות על עצמן. פולימר -הוא חומר המורכב ממקרומולקולות רבות. פולימר מיוונית: רב-יחידות (השם מטעה). פלסטיק - הוא פולימר מעובד יחד עם תוספים שונים. (מיוונית: עיבוד, עיצוב צורה) רוב המוצרים הפלסטים הנפוצים מופקים ממספר מצומצם של פולימרים. המגוון העצום של התכונות מושג ע”י שיטות עיבוד שונות וע”י תוספים שונים.

מודל המתאר שלוש שרשרות מתוך הרבה שרשרות בחומר הנקרא פולימר.

מינוח של פולימרים • פילמור- התהליך בו נוצרים פולימרים. • בתהליך הפילמור מתחברות מולקולות קטנות (מונומרים) אחת לשניה. • שם הפולימר יכול להינתן לפי שיטת המינוח בדומה לחומרים אורגנים או לפי השם המסחרי. • השם השיטתי יהיה: פולי(שם מונומר) • דוגמאות - שיטתי: מסחרי:פולי(אתן) - פוליאתילן CH2=CH2 פולי(פרופן) - פוליפרופילן CH2=CHCH3פולי(כלורואתן) - פוליוניל כלורי CH2=CHCl

[-CH2-CH2-]n יחידה חוזרת גודלן של מולקולות הפולימר • כל מולקולה בפולימר יכולה להכיל מאות, אלפים ומאות אלפים של אטומים. • השרשרות יכולות להיות מפותלות בפיתולים שונים אקראיים. • מולקולות הפולימר מתקפלות בצורות שונות. מולקולה אחת לא רואה אף פעם בשלמות את המולקולות שלידה. • לפולימרים מסות מולריות גבוהות. יכולות להגיע למיליוני גר’ למול. • לשרשרות באותו פולימר אורכים שונים. • צורת רישום לנוסחת פולימר:

סיפוח דחיסה עוסק במבנה השרשרת הבודדת פרק ב: תהליכי פילמור בתהליך הפילמור מתחברות מולקולות קטנות (מונומרים) אחת לשניה. למונומרים שתי קבוצות פונקציונליות. הפילמור מתרחש בראקציות דחיסה: תוך יציאת מולקולות קטנות. למונומרים קשר כפול. הפילמור מתרחש תוך סיפוח ופתיחת הקשר הכפול.

C C C C C C C C C C C C C C C C פילמור ע"י סיפוח המונומרים בעלי הקשר הכפול מסתפחים זה לזה לקבלת מולקולות ארוכות שרשרת. nCH2=CH2 -----> [-CH2-CH2-]n

א. יצירת פוליאתילן (PE) נמוך צפיפות. התנאים: לחץ גבוה - 1000 אטמ’ , טמפרטורה -3000 צלזיוס. במנגנון רדיקאלי - עם יזם מהסוג ROOR אשר בחימום מתפרק לשני רדיקלים. היזם- חומר המתחיל את תהליך הפילמור ונשאר קשור בקצה השרשרת. היזם קובע את מנגנון התגובה. כיצד תשפיע כמות היזם על תהליך הפילמור ועל הפולימר? מתקבלות שרשרות מסועפות בצורה שונה ובאורכים שונים. ראה מנגנון עמ’ 22 בספר.

C=C זרז ב. יצירת פולימר גבה צפיפות התנאים: לחץ - 3 אטמ’, טמפרטורה 700 צלזיוס ובנוכחותזרז זיגלר נאטא (תערובת מוצקה המכילה אלומיניום תלת אתיל וטיטניום ארבע כלורי או חומרים דומים) מדוע לא מוסיפים גם יזם? הפילמור - התחברות המונומרים, מתבצע על שטח הפנים של הזרז. ניתן לשלוט על אורך השרשרת ע”י תוספת חומר כמו H2גז. אטומי המימן מסיימים את הפילמור. מתקבל פולימר לא מסועף ששרשרותיו נארזות בצפיפות גבוהה יותר, עם התפלגות קטנה יותר של אורכי שרשרת.

@ קבלת פוליפרופילן (PP): nCH2=CHCH3 --------> [-CH2-CH(CH3)-]n @ קבלת פוליוניל כלורי (PVC): nCH2=CHCl--------> [-CH2-CHCl-]n nCH2=CH--------> [-CH2-CH-]n @ קבלת פוליסטירן - (PS) פילמור בסיפוח של חומרים נוספים

[-CH2-CH-]n CH3 תנאי הפילמור והתכונות של פוליפרופילן • פילמור רדיקלי, ללא זרז, יתן שרשרות מסועפות ומפותלות באריזה לא מסדרת. נוצר חומר רך עם שימוש מוגבל. • פילמור בנוכחות זרזי זיגלר נאטא, יהיה ללא סיעופים, יתקבל חומר גבישי יותר וחזק. הקב’ הבולטות משידרת הפולימר תפננה לצד אחד*. כדי להתרחק זו מזו תיצורנה מבנה סלילי ישר הנארז היטב. *ראה טקטיות

טקטיות • נובעת מאסימטרייה באטומי הפחמן להם שני מתמירים שונים. (בעיקר פולימרים ונילים) • בפולימרים המסונטזים עם זרז תתקבל הכוונה של המתמיר. כל המתמירים יפנו לאותו צד של השרשרת.זה הוא פולימר איזוטקטי. • בפולימרים המסונתזים רדיקלית ללא זרז אין הכוונה של המתמיר. הם א-טקטים. • זרז זיגלר נאטא מתאים רק לאולפינים. • כיום ידוע שרק פוליפרופן מיוצר בנוכחות זיגלר נאטא. מתקבל פולימר איזוטקטי.

nCH2=CH-CH=CH2 ----> [-CH2-CH=CH-CH2-]n בוטאדיאן 4,1 פולי בוטאדיאן פילמור בוטאדיאן המונומר מכיל 2 קשרים כפולים הסיפוח במנגנון 1-4. בשרשרת המרכזית של הפולימר מופיע קשר כפול.

סיכום - פולימרים של סיפוח • בתהליך הסיפוח מגיבים רק מונומרים עם לפחות קשר כפול אחד. • לפולימרים הנוצרים בסיפוח, הרכב אטומים ביחידה החוזרת זהה להרכב האטומים במונומר. • עמוד השידרה של הפולימרים מכיל אטומי פחמן בלבד. • הסיפוח של המונומרים נעשה בזה אחר זה עד גמר המונומרים. נהוג לכנותו פילמור בשרשרת.

פילמור ע”י דחיסה המונומרים מכילים לפחות שתי קבוצות פונקציונליות. הפולימר נוצר כתוצאה מתגובת דחיסה בין הקבוצות הפונקציונליות של המונומרים.

דוגמאות של תגובות דחיסה: א. איסטור- תגובה בין חומצה קרבוקסילית לבין כוהל. מתקבלים אסטר ומים. RCOOH + R’OH <===> RCOOR’ + H2O ב. יצירת אמיד- תגובה בין אמין וחומצה קרבוקסילית. מתקבלים אמיד ומים. RCOOH + R’NH2 <====> RCONHR’ + H2O או תגובה בין אמין להליד של חומצה. מתקבלים אמיד וחומצה. RCOCl + R’NH2 <====> RCONHR’ + HCl

O O O O O O O O n HO-C-R-C-OH + n HO-R1-OH ------> [-C-R-C-O-R1-O-]n + nH2O נוסחת היחידה החוזרת: [-C-R-C-O-R1-O-]n קשר אסטרי [-C- -C-O-CH2-CH2-O-]n פילמור בדחיסה א. קבלת פוליאסטר כאשר נשתמש בדו הליד של חומצה במקום בדו חומצה נקבל פולימר זהה אולם במקום מים יפלט מימן כלורי במהלך הפילמור. דוגמא: פוליאתילן טרפתאלט (PET) משמש ליצירת סיבים להכנת בדים וגם לייצור בקבוקים למשקאות.

O O O O פוליאמיד יתקבל מדו- חומצה (או דוהליד של חומצה) ודו- אמין: nHO-C-R-C-OH + nH2N-R1-NH2 ------> [-C-R-C-N-R1-NH-]n+ 2nH2O H קשר אמידי ב. קבלת פוליאמיד דוגמא: ניילון 6,6 המופק מהקסאמתילן דו אמין וחומצה אדיפית. [-HN-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n רשום את נוסחאות המונומרים מהם נוצר ניילון 6,6

[-(CH2)x-O-]n פוליאתר: פוליאורתאן: הקב’ הפונקציונלית של אורתאן היא חיבור של קב’ אסטרית וקבוצה אמידית. [-O-R-O-CO-NH-R-NH-CO-]n ג. פוליאתר ופוליאורתאן

סיכום - פילמור בדחיסה • זה הוא פלמור בשלבים. בתחילה עם מתן התנאים המתאימים מגיבים המונומרים לתת דימרים וטרימרים ואחכ’ האחרונים, ביתר איטיות, מתחברים לשרשרות ארוכות יותר. • עמוד השידרה של הפולימר מכיל בנוסף לאטומי פחמן גם אטומי חמצן וחנקן. • הפולימרים מגיבים גם בתהליכי הידרוליזה. התהליך איטי בגלל שהגישה לקבוצות הפונקציונליות קשה.

דרגת פילמור של פולימרים DP • בפולימרים השונים בכל שיטות הפילמור יש שרשרות בעלות אורך שונה. לכן ניתן ליחס לכל פולימר אורך שרשרות ממוצע. • דרגת פילמור ממוצעת -DPמספר היחידות החוזרות היוצרות את שרשרות הפולימר. • חומר יחשב לפולימר עם דרגת הפילמור שלו גדולה מ-50.

דוגמא לחישוב דרגת פילמור ממוצעת ומסה מולרית ממוצעת. • הפולימר - פרספקס - מהמונומר מתיל מתאקרילאט- CH2=C(CH3)COOCH3 • היזם - בנזואיל פרוקסיד- C6H5-COO-OOC-C6H5 • הכניסו לתגובה 5 גרם מונומר ו- 0.1 גרם יזם • מסה מולרית של המונומר - 100 גר’/מול • מסה מולרית של היזם - 242 גר’/מול = 0.0004 מול • כל מול יזם יוצר שני מול רדיקלים. מולי הרדיקלים שווה למולי שרשרות שווה 0.0008 מול. • DP - מספר ממוצע של מונומרים לשרשרת: 0.05/0.0008 = 60 • המסה המולרית ההמוצעת = 60 כפול 100 = 6000 גר’/מול

מסה מולרית ממוצעת - M • ניתן לתאר את אורך שרשרות הפולימר בעזרת המסה המולרית הממוצעת. • המסה המולרית הרצויה של פולימר תקבע לפי השימוש המיועד לו כי היא משפיעה על תכונות הפולימר (לסיבים - מסה מולרית גבוהה ואלו לדבקים - מסה מולרית נמוכה). • ההתפלגות של אורך השרשרות סביב האורך הממוצע יכולה להיות צרה או רחבה. אם רוצים פולימר עם תכונות מוגדרות רצוי שההתפלגות תהיה צרה.

המונומרים מכילים לפחות שתי קב’ פונקציונליות. תנאי התגובה - זרז וחימום. השרשרות ישרות. פילמור בשלבים. בעמוד השדרה פחמן, חמצן וחנקן. לא ניתן לקבוע מראש את דרגת הפילמור.לא ניתן להגיע לדרגות פילמור גבוהות. ההתפלגות של המסה המולרית לרוב רחבה. אין מספר קבוע של קשרים אותם תורם המונומר. הרכב האטומים ביחידה החוזרת אינו זהה להרכב במונומר. המונומר מכיל לפחות קשר כפול אחד. תנאי התגובה - יזם או זרז וחימום. השרשרות ישרות ומסועפות. פילמור בשרשרת. בעמוד השדרה רק אטומי פחמן. דרגת הפילמור הממוצעת נקבעת ע”י כמות היזם, כמות המונומר, תנאי הפילמור. ניתן להגיע לדרגות פילמור גבוהות והתפלגות מסה צרה. כל מונומר תורם לאורך שני קשרי C-C. (בוטאדיאן - 4). הרכב האטומים ביחידה החוזרת זהה להרכב במונומר. השואה בין פולימר סיפוח ופולימר דחיסה

קופולימר מקטעי אקראי פולימרים בהם לסירוגין מקטעים באורך מוגדר- blocks - של הומופולימרים. יש יחידה חוזרת קבועה. בשרשרות של פולימרים אלו מופיעים מונומרים שונים ללא סדר מוגדר. אין יחידה חוזרת קבועה. הכנה- מסנתזים בנפרד הומופולימרים מסוגים שונים עם אורך זהה ועם קב’ פונקציונליות פעילות מתאימות. אחכ’ מערבבים את המקטעים ומסנתזים. AAABBBBAAABBBBAAA ההכנה - פילמור אקראי של מונומרים שונים מתוך תערובת. ABAABBBAAAB

C C C C l=1.27A r C C C C אורך שרשרת פרושה - n -מספר פחמנים בשרשרת, l - תרומת קשר אחד לאורך, ביחידות אנגסטרם. פרק ג - הערכות מרחבית של מקרומולקולות עוסק עדיין בשרשרת הבודדת • קונפורמציות - צורות שונות של אותה מולקולה המתקבלות זו מזו ע”י תנועה חופשית סביב קשרים יחידים. • לכל מולקולה של פולימר קונפורמציות שונות ורבות בשל יכולת סיבוב חופשית סביב כל אחד מהקשרים בשרשרת המרכזית. • שרשרת פרושה היא אחת מתוך הרבה קונפורמציות אפשריות.

r המרחק הממוצע בין קצוות שרשרת לפי מודל זה ההבדל ביןסוגי הפולימרים השונים ינבע רק מאורך הצעד - L . ומאורך ממוצע של השרשרות.

גורמים המגבילים את הפיתול האקראי 1. הפרעות הנובעות ממבנה עמוד השדרה של הפולימר. 2. הפרעות הנובעות מהקבוצות הצדדיות הקשורות לשרשרת הפולימר. 3. הפרעות הנובעות מאינטראקציות שבין השרשרות. המגבלה בפיתול בעקבות נוכחות קשר כפול יחיד או אל-איתור בקשר אסתרי, זניחה.

O O קיום אזורים קשיחים לאורך עמוד השדרה של השרשרת המונעים אפשרות פיתול. א. טבעת בנזן לטבעת הבנזן מבנה מישורי, קשיח בשל קיום אל-איתור. אל- איתור לא מאפשר סיבוב חופשי סביב קשרי פחמן - פחמן. O גם בו קיים אל-איתור: O: ב. קשר אמידי - C [-C- -C-O-CH2-CH2-O-]n C .. N N H 1. הפרעות הנובעות ממבנה עמוד השדרה גורם המגבלה בפיתול כאן משני, העיקרי קשרי המימן.

CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CN CN CN CN CN -CH -CH -CH -CH -CH -CH -CH -CH -CH -CH 2. הפרעות הנובעות מנוכחות קב’ צדדיות הקשורות לשרשרת • נוכחות קב’ צדדיות מגבילות את חופש הפיתול של השרשרות. א. נפחיות הקבוצה. ב. מטען הקבוצה. • א. ככל שהקב’ הצדדית נפחית יותר, תגדל המגבלה לפיתול אקראי והשרשרת תהיה בקונפרמציה פרושה יותר. דוגמא- פוליפרופילן מכיל את הקב’-CH3 • ב. נוכחות קב’ טעונות מטען חשמלי תגרום בנוסף גם לדחייה בניהן וגם כך תיכפה קונפורמציה פרושה יותר. דוגמא - אקרילוניטריל המכיל את הקב’-CN. (כדי לחסוך מקום צוירו שתי הקב’ על אותו פולימר)

3. הפרעות הנובעות מאינטראקציות בין שרשרות • קשרים בין מולקולרים (ון-דר-ולס או מימני):ככל שהקשרים הבין מולקולרים (מימניים) חזקים יותר הם ימנעו יותר פיתול אקראי ויכתיבו קונפורמציה פרושה יותר. סיכום מרחק ממוצע גדול יותר בין קצוות השרשרת שרשרת פרושה יותר הפרעות לפיתול אקראי במקרה של קבוצות צדדית נפחיות עם אפשרות לטקטיות, א-טקטיות תיגרום לקבלת שרשרות מפותלות עם מגבלת פיתול כמו בפרספקס ובפוליסטירן.

פרק ד' כיצד מתארגנות שרשרות הפולימר בצבר? • מאפיינים של הפולימר:א. אורך שרשרות לא זהה.ב. פיתול אקראי של השרשרות וקונפורמציות רבות ושונות.ג. לפעמים השרשרות מסועפות (תלוי בתנאי הפילמור). • בנוזל- הפולימר משול לספגטי במים, השרשרות מחליפות קונפורמציות באיטיות, מפותלות ומסובכות. הנוזל צמיג. הזרימה של קטעי שרשרת. • במוצק- החומר מסודר במבנה גבישי באזורים מסוימים ובצורה אמורפית באזורים אחרים. אזור אמורפי קשרים חלשים בין השרשרות. אזור גבישי, קשרים חזקים בין השרשרות, מייצב את הצבר.

ההתארגנות מקרומולקולות בצבר • ניתנת לבדיקה באמצעות קרינת X • בקטעים האמורפים אין סדר, אין מחזוריות. • מבנה גבישי יתקבל כאשר יש אפשרות לחלקי שרשרת להסתדר במבנה מסודר מחזורי. • האזורים הגבישיים רק לעיתים רחוקות מסודרים במבנה מחזורי של שרשרות ישרות (כמו צינורות).כל האחרים יוצרים מבנה של למלות או מיצלות. המולקולולת מתקפלות בסדירות סביב גרעיני גיבוש. הקטעים המחזוריים מקורם בשרשרות שונות. • הגורם העיקרי ליצירת אזורים גבישיים היא הסדירות המרחבית של השרשרות. יתר הגורמים משניים!!!

מהי סדירות מרחבית של מקרומולקולה? • כאשר בשרשרת יש חזרה מחזורית של יחידות מבנה קבועות. • פולימרים בעלי סדירות גבוהה הם פולי-אתילן, טפלון, פוליפרופן איזוטקטי וקוולר. הם יכולים להגיע לאחוז גבישיות גבוה במיוחד. (אין 100% גבישיות) • פולימרים בעלי סדירות נמוכה הם למשל פוליונילים א-טקטים, קופולימרים ופולימרים להם קבוצות צדדיות גדולות המרחיקות שרשרות.(כמו פרספקס ופוליסטירן שסונטזו רדיקלית עם יזם)

גורמים המשפיעים על אחוז הגבישיות חשוב! • סדירות מרחבית של השרשרות קיומה של סדירות מאפשרת אריזה צפופה. זה כאשר היחידות החוזרות בעלות סימטרייה והן חוזרות בסדירות. • נוכחות קבוצות קשיחות בעמוד השדרה בשרשרת, כמו טבעות בנזן. • מסה מולרית והתפלגות מסה מולרית -מסה מולרית גבוהה, והתפלגות מסה קטנה יעלו את אחוזי הגבישיות. (פחות קב’ קצה עם חופש תנועה) • חוזק קשרים בין שרשרתים. (ניילון לעומת פוליאסטר)- רק אם יתר הגורמים דומים! • קצב קירור הפולימר - קצב איטי - יותר גבישיות. • שיטות עיבוד (ניתן להגדיל % גבישיות ע”י מתיחה, ניפוח וכו’)

נוזל טמפרטורה Tm החומר רך ופלסטי. יש אפשרות פיתול לשרשרות באזורים האמורפים בלבד מוצק פלסטי Tg החומר קשה ושביר. הקונפורמציות קפואות מוצק זגוגי Tgו- Tm של פולימרים • Tg - טמפרטורה זגוגית היא טמפרטורת מעבר שבה ומעליה יש לשרשרות פולימר אמורפיאו לאזורים אמורפים אנרגיה תרמית מספיקה כדי להתגבר על הגורמים המגבילים את חופש הפיתול.מתחת ל- Tg השינויים בחימום חלים בעיקר באזורים האמורפים • Tm- טמפרטורת היתוך היא טמפרטורה שבה ומעליה יש לשרשרות של פולימר גבישי או לאזורים גבישיים אנרגיה תרמית מספיקה כדי להתגבר על אנרגיית הסריג. מעליה החומר במצב של נוזל. במהלך ההיתוך, השינויים בחימום חלים בעיקר באזורים הגבישיים.

אנרגיה Tm Tg טמפרטורה הקשר בין שינויי האנרגיה ושינוי הטמפרטורה בפולימר שמכיל אזורים גבישיים ואמורפים • פולימר אמורפי, מתחת ל- Tg, קפוא, פריך ושביר. • בחימום פולימר אמורפי מתרכך בהדרגה גם מתחת ל- Tg. מעל Tg הוא נמתח והופך לחומר דמוי גומי ואחכ’ לנוזל צמיג. • רק ב- Tm קיים שיווי משקל- DG=0. • Tm=DHm/DSm

התארגנות חלקיקים במצב מוצק - מושגים • מוצק במבנה גבישי - מוצק במבנה מסודר (אחידות וסימטריות של סידור האטומים או היונים) • מוצק במבנה אמורפי - מוצק במבנה לא מסודר. מתקבל כאשר ההתמצקות מהירה או כאשר החלקיקים אינם סימטרים לכן אינם ניתנים לאריזה מסודרת). דוגמא - זכוכית. • מצב זגוגי - מוצק במצב אמורפי. חלקיקי המוצק אינם מסודרים אבל “קפואים”. - נוזל מוצק. • מצב פלסטי - מוצק במצב אמורפי “לא קפוא”. החומר רך וגמיש. • טמפרטורה זגוגית - טמפרטורת המעבר ממצב זגוגי למצב פלסטי. • טמפ’ היתוך - טמפרטורת המעבר ממוצק לנוזל.

הגורמים המשפיעים על Tg ו- Tm (עמ’ 59) יש קשר בין Tmל- Tg למרות שהם מתייחסים למאפיינים אחרים בצבר - אזורים אמורפים ואזורים גבישיים. 1. נוכחות קטעים קשיחים בעמוד השדרה של הפולימר כמו טבעות בנזן. (הפרעות לפיתול אקראי/משפרות יכולת אריזה) 2. קבוצות צדדיות נפחיות. (הפרעות לפיתול אקראי/הרחקת השרשרות) 3. אינטראקציה בן שרשרות. (הגבלות בפיתול האקראי/חוזק קשרים בין שרשרות)א. יכולת ליצירת קשרי מימן בשלד הפולימרב. קשרי ון-דר-ולס בין רב’ צדדיות קוטביות.

ערכי Tg תלויים בגורמים המשפיעים על חופש הפיתול של קטעי השרשרות באזורים אמורפיים. • ערכי Tm תלויים ב- א. גורמים המשפיעים על חוזק הקשרים הבין שרשרתים באזורים גבישיים. ב. בשינויי האנטרופיה בהיתוך. • לא ניתן להצביע על קשר ישיר בין אחוז הגבישיות בפולימר ל- Tm שלו. (לפוליאתילן עם אחוז גבישיות גבוה Tm נמוך). אבל לאותו פולימר ב- % גבישיות שונים, סביר להניח שיהיו Tm ו- Tg שונים בהתאם.

Tmמתייחסת לפולימר גבישי או לאזורים גבישיים. ב Tm חל שינוי במצב צבירה, פולימר מוצק הופך לנוזל. Tm תלויה: א. בחוזק הקשרים הבין שרשרתים. ב. בשינוי באנטרופיית ההיתוך DSm. במעבר ממוצק לנוזל נקלטת אנרגיה אך הטמפרטורה נשארת קבועה. מעל Tm חל שינוי חד בתכונות המקרוסקופיות: הנפח הסגולי עולה, הקשיחות יורדת, הצפיפות יורדת. Tg מתייחסת לפולימר אמורפי או לאזורים אמורפים. ב Tg לא חל שינוי במצב צבירה, החומר הופך מזגוגי לרך ונמתח. Tgתלויה בחופש הפיתול של קטעי שרשרת, בגורמים מגבילי פיתול. במעבר ממצב זגוגי למצב פלסטי נקלטת אנרגיה והטמפ’ עולה בצורה רציפה, אך חל שינוי בשיפוע העליה. מעל Tgחל שינוי בתכונות מקרוסקופיות: הנפח הסגולי עולה, הקשיחות יורדת, הצפיפות יורדת. השוואה בין Tg ל- Tm

פולימרים גבישיים יש Tm בלבד 70% Tg ו- Tm מוגדרים אחוז גבישיות 20% *פולימרים אמורפים יש Tgבלבד. אחוז גבישיות - מבטא את מידת אירגון החומר מידת הגבישיות תלויה ביכולת של השרשרות להסתדר באריזה צפופה. *קשה להגדיר עבורם Tm כי מעל Tg הם מתרככים מהר ואין נק’ מעבר ברורה ממוצק לנוזל.

התכונות המכניות מתייחסות לחוזקו של החומר, להתנהגותו במאמץ חיצוני ועוד. הן תקבענה את השימושים של החומר. שבירות גמישות עם יכולת מתיחה חוזק ושבירות חוזק ללא שבירות יכולת להיקרע תכונות מכניות של פולימרים מוליכות חשמלית יציבות תרמית עיכוב בעירה עמידות בחומרים שונים מסיסות

הגורמים המשפיעים על תכונות מכניות של חומרים • מבנה השרשרות - מבנה השלד והקבוצות הצדדיות • אורך השרשרות (מסה מולרית והתפלגות מסה מולרית) • אחוזי גבישיות - התארגנות בצבר • חוזק הקשרים הבין שרשרתיים • קשרי צילוב • ההכוונה של השרשרות • נוכחות תוספים - מלאנים, מרככים, סיבי שיריון ועוד • טמפרטורה

תכונות מכניות - מושגים • חוזק - מדד לכוח הנדרש לשבירת דוגמית של חומר. נמדד לפי המאמץ הדרוש לשבירת החומר. לא ניתן להגדיר חוזק באופן כללי. (חומר עשוי להיות חזק במתיחה אך שביר בכיפוף) • מאמץ - מדד לכוח הרגעי המופעל על יחידת שטח של הדוגמית. F/A =  • עיוות - ערך מספרי המבטא את היחס בין השינוי באורך הדוגמית יחסית לאורכה ההתחלתי. l/l = 

סוגי חוזק שונים • חוזק מתיחה - מדד למאמץ הנדרש לשבירת דוגמית במידות קבועות בתהליך מתיחה. • חוזק נגיפה - מדד לאנרגיה הדרושה לשבירת החומר במכה פתאומית או בנפילה מגובה רב. • חוזק כיפוף ופיתול - מדד למאמץ הנדרש לשבירת דוגמית בעלת מידות קבועות בעת כיפוף או פיתול. • חוזק דחיסה/לחיצה - מדד למאמץ הנדרש לשבירת דוגמית שלחומר בעלת מידות קבועות בהפעלת לחץ חיצוני עליה. • הדיון יתמקד בעיקר בחוזק מתיחה ומעט החוזק נגיפה.

התנהגות פולימר דמוי פוליאתילן במתיחה א. במאמץ קטן - נמתח מעט וחוזר למצבו הקודם. ב. במאמץ גדול יותר - נמתח ולא חוזר. - השרשרות נמתחות ומחליקות. ג. במאמץ עוד יותר גדול - נמתח ונקרע. - נשברים גם קשרים בין מולקולרים. ד. בחימום - מתכווץ. - גובר הפיתול של השרשרות (עליה באי סדר) ה. בחימום נמתח בקלות. - נחלשים הקשרים הבין מולקולרים.

הפעלת כוח מתיחה על דוגמית פולימר • הכוח פועל על-א. הערכות מרחבית של השרשרות.ב. מרחק בין קטעי שרשרת.ג. ניתוק הקשרים הבין מולקולרים. • עוצמת הכוח שיש להפעיל תלויה ב-א. חופש הפיתול של השרשרות.ב. אחוז גבישיותג. חוזק הקשרים הבין מולקולרים • התארכות אלסטית- אחרי מתיחה יש חזרה למצב הקודם. • התארכות פלסטית- אחרי מתיחה אין חזרה למצב קודם. השרשרות מחליקות, אחוז גבישיות עולה.

מבחן חוזק מתיחה  כיצד מתנהג החומר עד שבירה? שביר, קשיח, חזק מאמץ I מודול אלסטיות E - היחס בין המאמץ לעיוות. מדד לקשיחותהחומר. E= / eככל ש E גדל הקשיחות גדלה. * שביר, קשיח, לא חזק משיך * II אלסטומר III e התארכות A * נקודת שבירה פולימר I - פריך ושביר. נשבר אחרי התארכות אלסטית. לא גמיש. פולימר II - פולימר משיך. אחרי התארכות אלסטית נמתח ומתארך, התארכות פלסטית, השרשרות מתארגנות מחדש, ורק אחכ’ הפולימר נקרע. פולימר III - אלסטומר

סוגי הפולימרים במתיחה • שביר/פריך - שבירה ללא התארכות כמעט. המבנה לא גמיש ברמה מולקולרית. • משיך - מכיל קטעי שרשרות מפותלות שיכולות להימתח ולהיערך במבנה חדש, הנותר אחרי הסרת המאמץ. • אלסטומר- מאופיין במודול אלסטיות נמוך ובחוזק מתיחה לא גבוה. למרות זאת אלסטומרים רבים הם חזקים עם כושר התנגדות לשבירה. • השטח מתחת לעקומה = כמות האנרגיה הנקלטת במתיחה. מדד לחוזק הפולימר.

קשרי צילוב