1202 111 polymer l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
เคมีอินทรีย์ 1202-111 พอลิเมอร์ (Polymer) PowerPoint Presentation
Download Presentation
เคมีอินทรีย์ 1202-111 พอลิเมอร์ (Polymer)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 36

เคมีอินทรีย์ 1202-111 พอลิเมอร์ (Polymer) - PowerPoint PPT Presentation


  • 478 Views
  • Uploaded on

เคมีอินทรีย์ 1202-111 พอลิเมอร์ (Polymer). ดร.วันชาติ ปรีชาติวงศ์ สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์และทรัพยากร อาคารวิชาการ 4 ห้อง 146 โทร 2308 : wanchart@yahoo.com Reference: F.W. Billmeyer, Jr., “Textbook of Polymer Science”, Wiley, Singapore, 1984. พอลิเมอร์ (Polymer).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'เคมีอินทรีย์ 1202-111 พอลิเมอร์ (Polymer)' - chung


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
1202 111 polymer
เคมีอินทรีย์ 1202-111 พอลิเมอร์ (Polymer)

ดร.วันชาติ ปรีชาติวงศ์

สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์และทรัพยากร

อาคารวิชาการ 4 ห้อง 146

โทร 2308 : wanchart@yahoo.com

Reference: F.W. Billmeyer, Jr., “Textbook of Polymer Science”,

Wiley, Singapore, 1984

polymer
พอลิเมอร์ (Polymer)
  • บทนำ พอลิเมอไรเซชั่น
  • สัณฐานวิทยา เกณฑ์การจำแนกพอลิเมอร์
  • พลาสติก
  • ยางธรรมชาติและการวัลคาไนซ์
  • ยางสังเคราะห์ชนิดต่าง ๆ
slide3
พอลิเมอร์ คืออะไร???
  • Polymer = Poly (หลาย) + meros (ส่วน)
  • เกิดจากโมโนเมอร์ (monomer) ซึ่งเป็นโมเลกุลเล็ก ๆ มาต่อโยงกันโดยพันธะเคมี
  • เรียกโครงสร้างที่ซ้ำ ๆ กันว่า Repeating Units
  • เรียกกระบวนการที่โมโนเมอร์มาต่อกันว่า พอลิเมอไรเซชั่น (Polymerization)
slide4
Plastics

Thermoplastics

Thermosetting

Elastomers or Rubber

Fibers

Adhesives

Coatings

ชนิดของพอลิเมอร์
slide5
การเรียกชื่อ

เรียกโดยเติม “Poly” นำหน้าชื่อของโมโนเมอร์ที่ใช้เตรียม

MonomerPolymer

ethylene CH2=CH2 Polyethylene

propylene CH2=CH(CH3) Polypropylene

vinyl chloride CH2=CHCl Polyvinyl chloride

styrene CH2=CH(C6H5) Polystyrene

tetrafluoroethylene CF2=CF2 Polytetrafluoroethylene

slide6
การเรียกชื่อ (ต่อ)

MonomerPolymer

methyl methacrylate CH2=C(CH3)(COOCH3) PMMA

caprolactam NH2(CH2)5COOH Polycaprolactam

polymerization
Polymerization

Polymerization เป็นปฏิกิริยาการเตรียมพอลิเมอร์ โดยทำให้โมโนเมอร์ มาต่อเรียงกันโดยพันธะเคมี (พันธะโคเวเลนต์)

  • ปฏิกิริยาควบแน่น (Condensation) หรือ Step-reaction:

มีโมเลกุลเล็ก ๆ ออกมา และปฏิกิริยาเกิดเป็นขั้นๆ

  • ปฏิกิริยาการเติม (Addition) หรือ Chain-reaction:

ไม่มีการสูญเสียโมเลกุลเล็ก ๆ และปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่

condensation polymerization
Condensation Polymerization (แบบควบแน่น)
  • Step-reaction Polymerizationเพราะปฏิกิริยาเกิดเป็นขั้น ๆ

Pi + Pj ----> P i+j

  • โมเลกุลที่เข้าทำปฏิกิริยาไม่จำเป็นต้องเป็นโมโนเมอร์ อาจจะเป็นโมเลกุลที่มีจำนวนโมโนเมอร์อยู่หลายตัว
  • มีโมเลกุลเล็ก ๆ เป็น by-product ออกจากปฏิกิริยา
  • สูตรโครงสร้างของ repeating unit ต่างจาก monomer
  • โมโนเมอร์เป็น bifunctional (มีหมู่ฟังก์ชัน 2 หมู่)
slide9
Polyesterเกิดจาก diol + dibasic acid

n HO-R-OH + n HOOC-R’-COOH -->

H(O-R-OCO-R’-CO-)nOH + (2n-1)H2O

Polyamideเกิดจาก diamine + dibasic acid หรือ monomer ที่มี amine และ carboxyl group อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน

n NH2(CH2)xCOOH ----> H(-NH(CH2)xCO-)nOH + (n-1) H2O

n NH2(CH2)xNH2 + n HOOC-(CH2)y-COOH ----->

H(-NH(CH2)xNH-CO (CH2)yCO)nOH + (2n-1) H2O

addition polymerization
Addition Polymerization (แบบเติม)
  • Chain-reaction Polymerization เพราะปฏิกิริยาเกิดอย่างต่อเนื่อง
  • เป็นปฏิกิริยาการเติม โดยที่ไม่มีการสูญเสียโมเลกุลเล็ก ๆ

Pn* + M ------> Pn+1*

(M = monomer, Pn* = polymer chain with reactive site (*) and degree of polymerization of n)

  • Reactive Site โดยทั่วไปคือ พันธะไม่อิ่มตัว เช่น พันธะคู่
  • เรียกโมโนเมอร์ที่มีพันธะคู่ว่า vinyl monomer
addition
ขั้นตอนย่อยของ Addition

1. Initiation: Initiator จะให้ free radical ออกมา เช่น peroxide แตกตัวเป็น 2 free radicals และจะเข้าทำปฏิกิริยากับโมโนเมอร์

I ---> 2R.

R. + CH2=CHX ---> RCH2-CHX .

2. Propagation: chain radical ที่เกิดจะเติมโมโนเมอร์ตัวถัดไป

R(CH2-CHX)n CH2-CHX .+ CH2=CHX ---> R(CH2-CHX)n+1 CH2-CHX .

addition12
ขั้นตอนย่อยของ Addition (ต่อ)

3. Termination: เป็นการสิ้นสุดของ polymerization

3.1 Combinationหรือ Coupling เป็นการรวมของ free radicals และได้ 1 โมเลกุลของพอลิเมอร์

-CH2CHX. + .XHCCH2- ----> -CH2CHX-XHCCH2-

3.2 Disproportionationมีการให้ H.กับอีก free radical ได้ 2 โมเลกุลของพอลิเมอร์ (โมเลกุลหนึ่งมีพันธะคู่)

-CH2CHX. + .XHCCH2- ----> -CH2CH2X + XHC=CH-

polymerization mw
Polymerization - น้ำหนักโมเลกุล (MW)
  • เมื่อ Polymerization ดำเนินไป น้ำหนักโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น
  • น้ำหนักโมเลกุลมีผลต่อสถานะ เช่น Polyethylene (CH2-CH2)nจาก ethylene

ethylene (CH2=CH2) -> hexane (C6H14) -> Polyethylene H(CH2)nH

(ก๊าซ -> ของเหลว -> ของแข็ง )

polymer oligomer
Polymer - Oligomer

Polymer

  • n ต้องมีค่ามากพอที่ทำให้สมบัติ (เช่น จุดหลอมเหลว) ของ polymer ไม่เปลี่ยนเมื่อมีการเติมโมโนเมอร์ไปอีกตัว

Tm (n) = Tm (n+1)

Oligomer

- โมเลกุลที่มีน้ำหนักโมเลกุลไม่มากนัก ==> สมบัติเปลี่ยนเมื่อมีการเติมโมโนเมอร์อีกตัว

morphology
สัณฐานวิทยา (Morphology)
  • ผลึก (Crystalline): มีการเรียงตัวเป็นระเบียบ (ความหนาแน่นสูง) ==> ไม่โปร่งแสง
  • อสัณฐาน (Amorphous): ไม่มีการจัดเรียงตัวและมีช่องว่างระหว่างโซ่สูง (ความหนาแน่นต่ำ) มีรูปร่างที่เรียกว่า “random coil” ==> โปร่งแสง

(ถุงร้อนจะขุ่นกว่าถุงเย็น เพราะเป็นชนิดที่มีความเป็นผลึกสูง)

slide17

Folded Chains

(a) sharp fold

(b) switchboard

(c) loose loops with adjacent entry, (d) combination of (a-c)

Fringed Micelle

crystalline amorphous
Crystalline - Amorphous
  • พอลิเมอร์ทุกตัวจะต้องมีส่วนอสัณฐานโดยที่อาจจะมีส่วนที่เป็นผลึกหรือไม่ก็ได้ ขึ้นอยู่กับความสามารถในการจัดเรียงตัวของโซ่ พอลิเมอร์
  • พอลิเมอร์ที่เป็นอสัณฐานทั้งหมด เรียก “พอลิเมอร์อสัณฐาน” (Amorphous Polymer)
  • พอลิเมอร์ที่มีทั้งผลึกและอสัณฐานเรียกพอลิเมอร์กึ่งผลึก (Semi-crystalline Polymer)
  • โดยทั่วไปพอลิเมอร์จะไม่เป็น 100% crystalline ยกเว้นเตรียมจากการตกผลึกเดี่ยว (Single Crystal)
thermal transitions
Thermal Transitions

การเปลี่ยนแปลงสถานะเมื่อได้รับความร้อน

  • Melting Temperature (Tm) หรือ จุดหลอมเหลว

ผลึก -> ของเหลว

  • Glass Transition Temperature (Tg)

อสัณฐาน -> ของเหลว

Tm > Tg

slide21
เกณฑ์การจำแนกพอลิเมอร์เกณฑ์การจำแนกพอลิเมอร์
  • มีการจำแนกพอลิเมอร์ ได้หลายชนิดตามการใช้งาน

(1) Plastic Tg > 25 oC (amorphous)

Tm > 25 oC (semi-crystalline)

(2) Rubber Tg < 25 oC (amorphous)

Tm < 25 oC (semi-crystalline)

(3) Fiber (ผ่านกระบวนการดึง)

(4) Adhesive และ Coating materials

t g t m
ตัวอย่างค่า Tgและ Tmของพอลิเมอร์

ชนิด TgTm

Polydimethylsiloxane -127 -40 rubber

Polyisoprene -73 28*rubber

Poly(ethylene oxide) -41 66 plastic

Polyethylene -36 137 plastic

Polypropylene -3 176 plastic

PET 61 270 plastic

Polystyrene 100 250 plastic

* เป็นการตกผลึกภายใต้การดึง (ไม่ใช่ Tmปกติ)

slide23
เกณฑ์การจำแนกพอลิเมอร์ (ต่อ)

การเปลี่ยนรูปเมื่อได้รับความร้อน

  • Thermoplasticสามารถขึ้นรูปใหม่เมื่อ T > Tmเป็นพลาสติกที่สามารถ recycle ได้ เช่น ขวดน้ำ ซึ่งจะมีสัญลักษณ์ recycle และรหัสของชนิดของพลาสติก
  • Thermosetไม่อาจขึ้นรูปใหม่ได้ เพราะเกิดการ crosslink เป็นโครงสร้าง 3 มิติเช่น กาวอีปอกซี ยาง เมลามีน
slide24
เกณฑ์การจำแนกพอลิเมอร์ (ต่อ)

การ polymerization

  • Addition เช่น PE, PP, PS, PVC, PMMA, PTFE (Teflon)
  • Condensation เช่น PET, Polyamide (Nylon)
slide25
เกณฑ์การจำแนกพอลิเมอร์ (ต่อ)

จำนวนชนิดของโมโนเมอร์

  • Homopolymer ใช้โมโนเมอร์ชนิดเดียว
  • Copolymerประกอบด้วยโมโนเมอร์อย่างน้อย 2 ชนิด
      • random ABAABABBABBAA
      • alternating ABABABABAB
      • block AAAAAABBBBBB
      • graft AAAAAAAAAA

B

B

plastics
Plastics
  • เป็นพอลิเมอร์ที่มี Tgสูงกว่าอุณหภูมิห้อง จึงมีสภาพแข็ง
  • พลาสติกที่มีการใช้งานทั่วไป

- Polyethylene - Polypropylene

- Polyvinyl chloride - Polystyrene

- PET - Nylon (Polyamide)

  • พลาสติกพิเศษ

- เสื้อกันกระสุน

polyethylene pe
Polyethylene (PE)
  • เตรียมจาก ethylene CH2=CH2
  • มีจุดหลอมเหลว 110-137oC มี 2 ประเภท

1. Low Density PE (LDPE): PE ซึ่งมีกิ่งต่อจากโซ่หลัก ทำให้มีการจัดเรียงตัวในส่วนผลึกไม่ดี (มีช่องว่างมาก)

2. High Density PE (HDPE): PE ซึ่งมีกิ่งน้อยมาก มีการเรียงตัวกันดี ทำให้มีความเป็นผลึกสูง => แข็งแรงกว่า

*Ultra High MW PE: ใช้ทำเป็นชิ้นส่วนในกระดูกเทียม

polypropylene pp
Polypropylene (PP)
  • เตรียมจาก propylene CH2=CH(CH3)
  • มีจุดหลอมเหลวสูงกว่า PE เพราะหมู่ CH3ที่เพิ่ม (165 - 177oC)
  • ใช้ทำภาชนะใส่อาหารที่ใช้ในเตาไมโครเวฟได้
polyvinyl chloride pvc
Polyvinyl Chloride (PVC)
  • เตรียมจาก CH2=CHCl
  • เป็นพลาสติกที่แข็ง เนื่องจากมีแรงดึงดูดแบบมีขั้ว ซึ่งเกิดจาก Cl (มีค่า Electronegativity) ทำให้จุดหลอมเหลวสูง (204oC )
    • ใช้ทำท่อน้ำประปา
  • มีการเติมสาร “plasticizer” เพื่อลดความแข็ง
    • หนังเทียม ==> ในรถยนต์ใหม่จะมีกลิ่น เพราะ plasticizer ระเหยออกมา
polystyrene ps
Polystyrene (PS)
  • เตรียมจาก CH2=CH(C6H5)
  • โดยทั่วไปเป็นอสัณฐานเนื่องจากขนาดของ C6H5ที่ใหญ่ ทำให้เกิดการเรียงตัวเป็นผลึกได้ไม่ดี
  • เป็นพลาสติกใส (แต่เปราะ) หรือทำให้เป็นโฟม โดยการเติมสารทำให้เกิดโฟม
  • มี Tg = 100oC, Tm = 150-243oC
poly ethylene terephthalate pet
Poly(ethylene terephthalate) (PET)
  • เตรียมจาก ethylene glycol และ terephthalic acid
  • มี repeating unit เป็น

(O-CH2-CH2-O-CO- -CO-)

  • เป็นพลาสติกที่เหนียว ใช้ทำขวดน้ำมันพืช ขวดน้ำอัดลม
polyamide nylon
Polyamide (Nylon)
  • เตรียมจาก diamine + dibasic acid หรือโมโนเมอร์ที่มีหมู่ amine และ carboxyl อยู่อย่างละข้าง

H(-NH(CH2)xNH-CO (CH2)yCO)nOH

มักใช้งานในรูปของเส้นใย (fiber)

aramid
Aramid
  • Aramid = Aromatic + amide

(-CO- -CO-NH- -NH-)n

  • ชื่อการค้าว่า Kevlar
  • ใช้ทำเสื้อเกราะกันกระสุน เพราะมีความเหนียว ซึ่งเกิดจากวงแหวน C6H4ที่อยู่ในโซ่พอลิเมอร์ เทียบกับพลาสติกทั่วไป ซึ่งเป็น CH2
polytetrafluoroethylene ptfe
Polytetrafluoroethylene (PTFE)
  • ชื่อการค้าว่า Teflon

(-CF2-CF2-)n

  • ทนต่ออุณหภูมิสูง จุดอ่อนตัว = 370oC
  • ใช้เคลือบกระทะ เพราะสารอื่นเกาะไม่ดี
composite materials
Composite Materials
  • วัสดุประกอบ หมายถึงวัสดุซึ่งเกิดจากการนำวัสดุอย่างน้อย 2 ชนิดมาใช้งานร่วมกัน อาจเป็น โลหะ พอลิเมอร์ เซรามิกซ์

- ปีกเครื่องบิน (โลหะผสม + carbon fiber)

- เสา (คอนกรีต + เหล็กเส้น)

- ยางรถยนต์ (ยาง + เส้นใยเหล็ก ไนลอน PET)

- ไม้เทนนิส (รุ่น graphite, boron, etc.)

http://www.ccm.udel.edu