Fuad Catovi6

NAUKAO MATERIJALIMA

- NOVI MATERIJALI-

POLIMERI

I{ERAMIKE

KOMPOZITI

IvIostar - Bihac, 200.l"

NOYI MATERIJALl

Fuad Catovi6 NAUKA 0 MATERIJALIMA - NOYI MATERIJAL!-Polimeri - Keramike - Kompoziti

Recenzenti: Prof. dr. Bozo Banjanin Prof. dr. Milan Jurkovic

Izdavac: Univerzitet "Dzemal Bijedi6" Mostar, Masinski fakultet Univerzitet u BilJaCll, Tehnicki fakultet

Stampa: "SLOYO" Mostar Za stampariju Alija Drljevit

Kompjuterska obrada teksta: Institut za razvoj pri Univerzitetu "Dzernal BijediC" Mostar Tehnicki fakultet Bihae

'firaz: 500 kom.

en) ~ Katalogizacija u publikaciji Nacionalna i univerzitetska biblioteka Basne i Hercegovine, Sarajevo

678.6/.7(075.8) 666.3/.7.(075.8)

CATOYIC, FUBd Nauka 0 materijalima: polimeri, keramika, kompoziti I Fuad Catovic. - Mostar: Univcrzitct

"Dzemal BijediC" (etc.), 2001. - 166 str.: ilustr.; 25 em

BibJiografija: str.166

ISBN 9958-604-03-5

-lD 9809158

Na osnovu misljcnja Fcderalnog rninistarstva ohrazovanja; nauke i sparta broj 04-15-~040/o1 knjiga "Nauka 0 matcrijalima", Polimeri-Kcramike-oKompoziti autom dL Fuadll Catovica, oslobodenaje p!a6anja porcza na promet proizvodaf'SJuzbene novine Fedcracije BiR", br.6/95, 25/97,13/00,36100,54/00 i 22/(1),

Pred!!ovor. I. POLIMERl..

Uvo..Q .. 1.1. Razvoj po\imera .. 1. '). Or!!unski ~oicvj ( uglilkovodici ) . J .3. Polirneri i niihova grada.

1.3.1. Dodaci poJimerizatu. 1.3.2. Stmktura plasticnih masa .. 1.3.3, Pqlimerni proizvodi. 1,3.4. Fizicka grada nolimera .. 10.1.5. Svoistva DQlirnera.

IJ.S.l. KJasjfikacija svoistay.~J2QJimera ... 1.3.5.2. Specificnosti svoistava polimernih matcrijala~ .

lA. Podjela Dolimerq .. 1A.L Tcrmoplasticni polimeri ....

IA.!.1. POLIETILENJ. POL.IPROPILEN ..

1.2.4.7. POLIVINJ!,J ... Polivinil ~ ielorid .. ill:ill! ... Polistirol . Ahilonitril-butaqien-stiIcn kOl2olimer. Pol i(bu1il en-tereftalat),. poli(fenilen-oksid) .. Polivinil - acetaL. Po]ivinil- alkoho]. Polivinil -:: acetali .. Polivinil formal .. Polivinil butirali .. 8,cetaL. POLIFLlJORETENI.. politetrafluoretilel1 .... Politrifluorhloretilen .. Poliviliden -j"!uoriq .. Polivinil- tluorid .. Trifluor ..:..llloretilc!l.::_ vinijidcn hlO!jQ .. Fluorirani etilcn-propilcn ..... POLlAMIDl. AKRIU\Tl .. PoJiaJcrjlati. PolimS!ttl- lIlctakrilat . Poliakrilo _. nitril .. POLIURETAtrr .. PALlKARBQNATl.. TennoDlasli urirec1eni putem tckuCill po!im~fnih krislala .. ~S.2 Termoreaktivni poiimerl ...

. .1...4.2.1. ALDEHIDNE ELASTH:HE .MASE .. /.':.~minoplalli . .Urea - forlnaldchidnc J)iasticlic nl('!s~ ..... Mtlaminske Dlasticne mast. J(arbai1lictrr~.J?lI\.sticl1e mgs.Q

SADRZAJ

. ......... !

.......... 5

. ......... 5

. ......... 6

. ......... 7

.......... 9

. ...... 16

.. ...... 17 . ...... 19 . ..... 21 ........ 23 . ....... 24 . ....... 25 .. ...... 29 .. ...... 31 ........ 31 . ....... 32 . ....... 32 . ....... 32 ........ 33 . ....... 3] .. ...... 34 . ....... 34

........ 3~) .. ..... 35

. ....... 36

.. ...... 36

. ....... 36 ......... 36 ......... 37 .. ....... 37 . ........ 3K .. ....... 3g ......... 39 . ........ 39 . ........ 39 .. ..... ,.:W

:tO .. ....... ,H) . ........ 4-1

. ........................... 41 . ..... ",42

42 . ......... 1:')

. ... , ... '1-/

. .. , ............ ,47

SADRZAJ

.1.4.2.2. POLIESTRI.. Zasiceni poliestri.. Nezasieeni poliestri ..

1.4.2.3. EPOKSIDNE SMOLE .. J .4.2.4. SILIKONl ..

.. ... 48 ................................................. 49

. ... 49 .. ............... 50

.. ... 51 1.4.3. ElastiCni polimeri (elastomerD. .............. ..... .52

Silikonski elastomeri . . . .... 53 PoJi(2~fluorobutadien). . ............................. . ................. 53 Polisulfidni elastomer. ............... ................................. . ............ 53 PoJicterski blok-amidi.. . .................................. 53

li:1.. Specijalni polimerni materijali p. .... ............ .. 54 .5. Biorazgradnja sintetskih polirnera ... ... ........ .................. ................. ............... ..56

15. i. Bioraze:radivi polimeri ................. .................. . .............................. 56 1.5.2. SkIab kaD biorazgradivo punilo.. .................... .................... .. .................... 58 .L.5.3. Biorazeradivi polirneri-.Lokolll.'!.. .. .... ........................ . ................................ 58

1.6. M.ehanicka stan@.uolirnera..... .......................... . ...... 59 Eril()~: .. . ............ 63

2. K"EbMIK];C ................. ............... ...65 lJvotl ............................................. .... ........... .............. ....... .... ...... . .. 65 1.1. Vrste Iq:ramickih materijala.. .66

2.1 1. Jednost.{lYm' struktl!f~ . ..................... . ....... 66 NaCllip ..... .......... .. ........... 66 fluQJilni tip ............... ................. ..... ... .............. 66 Dijamant ......... 66 Volframov monokarbid . . 66 AlB Llill. ....................... . ..................... 67 Korund ili gljnic)] Al&} FezB~CuAIL1i12.h .. - -

2.1.2. Slo;7,enije ,s1r_uk1ure .. 2.2. Oksidna keramika, ....

2.2.1 Aluminij oksid AI,)O~ (glini~a, safir. kOfundJ ..

..... 67 ....... 67 ....... 67

.......................... : .... 68 .. ... 68

........... 69 2.':1.1.1. Kristalo!!rafilli-;;;.2.2. Cirkonij oksid - Zr02"

2.3. Neoj~~iJ:;tna keramika .. .................................................. 70

2.~ili~;jj ntUtd - Sht:I4." SinrcfOVimi ShN4 (SSN) Vmee presovani -Si,1N~~ ..... Rcakciono sjntero\'ani-Sh~4 .(BJ;lSl\I,) .... SialQ!1j.. _ .. _-

2.3.2. SiliciU",arbid ~ SiC:::.

.. .. 72 ....... 72

.72 .. .. 72

.. .......... 73 .73

.. ..... ...... . ...... 73 Sinterovani SiC (SSe) ... ymce presovani SiC (HPSC) . Inrill.rirani SiC (oSiSC) ..

. .................... .. ..... 73 .. .................................................. 74

............................ .74 . ............ 74 2.:J,.3. Osobine SiC i. Si_,N4 keramike ..

2.4.,J):finG.ralni izvorjj l~;;;'iiils si~t~';a ..................................................................... , ........ 74 2.4.1 ... B,astoplieni i t

SADRZAJ

3.1.6. Lisnal! kompoziti .. 3.1.6.1. Sastav i osobine .. . 3.L6.2. Ploce i sendvici .. ..

..... 143 .143

. ... 143 . .. 144

3 1 6 1 I_aminati. ................ .. .. ............... . . .. 146 3.1.7,' p~stupci koji se korisle za dobijanje kompozita ........

.. 146 3.1.7.1. Sinterovanje.......... ..146 3.1.7.2. Imprerrniranje".. .147 3.1.7.3. Postupak nanosenja pokrivke... . ..ILp 3.1.7.4. Plazmeni ?ostunuk.... . .... 148 3.1.7.5. Vrucepresovanje.... 148 3.1.7.6. ElektroliJ:icki postupak: .............................. : .... : ..... :.: ...................................... 149

3.2. Nacini analize termo-mehaniCklh osobwC\Jwmpoztlnl matellJala ........ : ... : ........ _ ... :::~..... --3.2.1. Ter!1l0- mchanicke os()binc sintelickih onzanski ~lakana kompOZltl1l:11:1are!lhtl~. ~49

-. 2 7 Termo-mehanicke osobin. sintctickih neorgansloh vlakanajs:.ompoZ!tpJh materl)ala_ ~="-" _._- .... 1)0 :; :2:3':' ii;;'~~'i' ~'~~'i~'i'tk~ '~;;;:ji~e osubina kOIT).pozita ................... :.:: ....... ~ ..... :: ... ..

3.2.3.1. T~[mo-mehanicka anaJiza-Tf0.A CTberrnai M~chmllcdl A.11

NOVI MArERUALl

IZVOD! IZ RECENZIJA

(!) I'viaicrij,di su temelj svake kOflstrukcije, proizvodnje I oblikovanja proizvoda. Izbor matcrijaln II fazi projektiranja je glavno s1ratesko tehno-ekonomsko pitanje 0 kojcm avisi optimalnost konstrukcijc, ne samo u fazi oblikovanja, vee daleko vise u fazi cksploatacije. U modernoj inclustrijskoj proizvoclnji, u projektirallju, oblikovanju i razvoju proizvoda sve sc vise primjenjuju nov! materijaJi koji imaju slanovite prednosti U odredenim podrucjima primjene U odnosu na konvencionalne materijale. Polimerni materijali i njihova otpornost na korozijll, rnala specificna masa i llize cijcne u odnosu na metalne materijale im o111ogu6uje sllpstitllc:~jU konvencionalnih materijala u razlicitim granama indu5ldjc. Keramicki materijali imaju siroku primjenu Ll razlicitim podrucjima Vi50kog lrosellja strojnih elemcnata (Iezajevi, mlaznicc, alati za tehnalagije abrade, clementi izlozeni povisenim tcmperaturama, itd.). Kompozitni materijali razvojem tehnikc I sirenjem primjenc imlljll sve veei Zl\ilCaj II razvoju novih konstrukcija i proizvoda, Zbog toga posloji potreba da inzcT\jcri Ll tolcu skoiovanja, predavanja, vjezbi I industrijske praJ\sc upozn,~u pored konvenclonalnih materijala i nove matcrijale u ccmu cc im visestruko pOll1oci ova knjigu. Znac;:~ ovog udzbenika jc u cinjenici ela se na jcdno!11 mjeslu nalaze polimcri, keramicki i kompozitni matcrijali, !:ito omogucuje upoznavanjc raziiciiosli njihoyih osobinLL pril1ljene i recikliranja, iJ 0 ccmu se govori u Oyoj knjizi. Kva!itetno projektiran tehnoloski proces izrade treba da osigura: proizvodnost, kvalitel proizvoda, minimalne troskovc proizvodnje i najkrace vrijeme izrade. Sve to nijc moguce postlei sa bilo kojim materijalom, vee onim koji ispunjava postavljene kriterije

tchno~ekonomske optimalnosti. Prikaz.ana knjigiJ daje dovnljno znanja za llspjeSl1u edukaciju iz podrucja novih materijala, Ie ce biti oct koristi studentima za sticanje znanja iz sirokog podrucja materija!a, ali isto tako ce biti od koristi i inzenjcrlma II praksi. . Zbog SFt.'ga .r;ct'cdenog kf{;iga "Novi materijali; polimeri-keramike-!cornpoziti'! !!"eDOr"li'uie.'ic kao wrilJen;itctski udzbcnik studentima lUasinsldh ; te1mickih fakuiteta i .vtru:':'l1ih stud{ja, te jcdnak(J tako teluwlozima i /wllstruktorima, iltZCl~ierima u praksi

!{(~ii Tade flU i mf{{prcf!e,.~jl! fe/molo,f/db proccsa proizvodnje i obUk(Jv(!Jda pr",;ZVD(/a,

I I

Sve navedeno pokazuje cia udzbenik "Novi materijali, polimeri-keramike,-kompoziti P , ',\~, aulora prof.dr. Fuada (:atoviea, dipl.inz. ispunjavaju sve naucne i strncne kriterije lllliverzi1":;;,tskog udz.benika. Ie se prcpofucujc za izd

POLlMERl

l.POLIMERI

Uvod

Polimerne tvari su narocita skupina materijala koji sluze za razli6ite svrhe. Ti Sll rnaterijali sastavljcni llglavnam od elemenata llgljika, vadika i kisika. Ponekad sadr.ze jos i klor, t1uor iIi du.sik. Da bismo ih razlikovali oel nekih dnlgih umjetno proizvedenih materijala, kao sto su staklo, parcuIan, oznacavamo ih jos sa imenom "organske" umjetne tvari. Do njih St dolazi preCiscavanjem sirovina koje postoje II prirodi iIi se dobivaju kemijskom sintezorn od e1clnenata i sastavnih dijelova naftc.

Rijec "polimcr" je slozenica ad grckih rijeCi poly i meros, sto obiljezava tvar koja se sastoji od mnogo cestica sastavljenih na specifican naCin. Za graetu polimera znacajne su one organske molekule koje mogu dovesti do makromolekulanlih struktura, a to su molekule ne zasiCenih ugljikovodika, tj. onih koji u svojoj strukturi imaju dvostmke iIi trostrulce veze, 0 cemu ce kasnije biti lleSta vise reecno.

Polimcrne tvari se danas dosta koriste i primjenjuju na ve6ini mjesta u razliCitim granama industrije, tako da je danas zivot golovo nezamisliv bez ovih materijala, a sve vise, ovi materijali, zamjenjuju tzv. klasicne materijale gdjc god je to mogu6e. Razlog toga su neke povoljnije osobine plasticnih Inaterijala. Plasticne mase SLl dostq jeftine i puna jeftinije od metala i njihova obrada je dosta jednostavna, a samim tim i jcftinija. Takoder, ovi rnaterijali su otponli na koroziju i imaju malu specificnu masu.

Glavni nedostatak ovih materijala Je nepostojanost na visokim tcmperaturama, talco cIa su u tom pogledu klasicni materijali jos nezamjenjivi i jos se puno koriste u proizvodnji koja zahtjeva takve karakteristike.

Pored toga sto je plasticni rnaterijal postao sastavlli dio predmeta koje svakodnevno koristimo, onaj materijal .ie ujedno postao i najveci zagactivac okolisa. Zato se u zadnje vrijeme ovom problemu posvecuje velika paznja i nastoji se proizvocliti materijal koji se lako maze reciklirati iIi .ie BIG razgracliv (sto bi naravno bilo najbolje za okalis). Ovaj problem treba shvatit; jako ozbiljno i obratiti paznju na ovakve stvari, jer i danas se proizvode neki materijali koji su stetni za okolinu leaa npr. polivinilklorid (PVC) koji u svom ;'){1stavll sadri! lelor koji je jako otrovan i stctan za okoli.~, a njegova reciklaza jc veuma komplikovana,

NOV! MATERLlALI

1.1. Razvoj polimera Sinteticke tvari su cedo n3seg stoljeca iako su se i ranije koristile neke

supstance sa svojstvima sintetickih tvari kaje se mogu, naCl u prirodi. Kolumbo je na povratku iz novootkrivenih zCl11a~ja danin prve gumene Ioptc. No tadasnja Evropa pokazala je vrlo malo zanimanja za ovaj neabicni rnatmijal. Tek 1823. god. doslo je do prve znacajne korisne primjene kaucuka u Evropi. Skat Charles Mackintosh (1766 - 1843) patentirao je u Engleskaj pastupak za proizvodnju nepromocivih kisnih ogrtaca. Otopio jc kaucuk u nafti, ulio otopinu izmedu elva sloja tkanine i tako clobio nepromocivo platoo.

Ameri!,ki is!raiivu!' Charles Goodyear 1839. god. je pukim slucajem alkiia post.upak nazvan vulkanizacija. Goodyear .ie, navodno, dese1 godina proveo u uzaludnom nastojanju da pronade neku metodu s pomocu koje bi kaucuk postao ncovisan 0 temperaturi, a pritom zadrzao svoju gipkost.

Nairne, prirodan kaucuk ima tu nezgodnu osobinu da vee pri obicnim Ijetnim temperaturama post(~ie mekan i Ijep~iiv. I tako se, prcmu pricanju,

sluc~\jno dogodilo da Goodyear bez neke odredene namjere mijesao na vrucoj peCi smjesu j(]teksa i sumpora. Tvar, koja.ie zatim nastala, istrugao je iz posude i kad se ohiadila, otkrio je da se moze savijati i razvlaciti, a da se pritom ne kida. Pa i nakon visestrukog razviacenja taj se materijal uvijek skuplja II prvobitan oblik. Na toplini visc He postaje Ijepljiv, niti na hladno6i krhak. Sto vise, postaje 01poran prema kemikal\iama, pa ga vise ni otapa1a za kaucuk ne ll10gu otopiti. To otkrice postalo.ie prekretnica u povijesti kemije.

Herman Staudinger je 1920. god. iznio je 1eoriju da od pojedinacnih malih molekula (svalca se zove monomer), nastaje .ledna makromolekula iIi polimer na tLl] nacin da se molekule monomeri poveZl~ju jedna s drugom u dugacke lance. T e su spoznaje Gl110gucile izgradnju plasticnih masa. Na celu tog razvoja nalazile su se uglavnom Njemacka i SAD.

Njemacka tvrtka IG-f:arbenindustrie 1929. god. je uspjela proizvesti prvu planski razvijenu umjetnu tvar polistirol i da je proizvede rnasovno na tvornicki I1aCin. S privrednog stajalista uspjeh .ie bio potpun, polistirol je cvrsta, stajna i prozirna tvar, 81i6na bezbojno1l1 staklu. Dnevno se s 11.1i111 punG susrece1110 jer se upotrebljava kno ambalaza i kao izolacioni materijal.

U SAD-u tvrtka Du Pont de Nemours zapoce1a je 1928. god. jedno111 grupom ug\cduth znanstvenika, na (:elu sa V\laltace I-L Carothers, plansku potragu, za novim polimerima. Ta .ie grupa uspjela proizvesti prvo sinteticko llmjetno vlak.no. Rad(Y\li. su urodili plodom 1934. god. otkri6cm najlona. To je vfsta sintetickog polim-nida. Proizvud je patentiran 1937. god., a na trzistu 11 SAD-ll se poj~rvio za vrijcmE II svjetskog rata,

Molekularna kemija prcdstavlja dana;; samostalno podrucje kemije. Ona se t-nrvi sintezoIl] i prelaskom vjcslackih i prirodnih molekula u makromolekule i

POLlMERl

istrazuje kako se mogu primijeniti. Ovaj diD kcmije se nazi va jos i nauka 0 polimerima. 1000 1()'1

Cclik j 00 1----+--+ r

Plastika i piasticnc In2Se od II svjetskog rata (s1. 1.1.) sve vise su 11 ljudskoj upotrebi, da bi dallas ovaj matcrijal nasao svoju pnmJcnu u gotovo SVIDJ

.,,-.'0 ob1aslima proiz.vodnje. U , ~ elektrotehnici rnu je simIca 1: wi, prmlJcna, bez vjestackih I.\~,:i"i;,"n ~~~la~~,~~~C m;~:;:it:\~ l:~C~~

I I I tricnih aparata, televizora i __ n_" __ '_." radioaparata, Atltomobilska

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 199() 2000 Godinc industrija je post-;:J!a ]Jotpuni

SL 1.1. PrQdukdja matcrijalyl. U periodu od 1900~2000. ovisnik od ovog maLerijala. Usavrsavanjem plasticnih materijala sve je vise dijelova n[1 automobilu od plastike sto dosta snizava cijenu kostanja zbog povoljnih osobina plasticnih materij ala.

1.2. Organsld spojevi ( uglj.ikovodid ) U svim organskim spojevima sadrzan je ugljik (karbon) kno oSl1ovn1

element. Element ugljik nalazi se na sestom ll1jestu periodnog sistema. To 2:na6i da je njegova jczgra sastavljcna od sest proton a, a njegov omotac od scst elektrona. Buduci da.ie ullutrasnja elektronska ljuska zasicena s dva elektrona, za kemijsku vezu dolaze u obzir sarno 6etiri vanjska elektrona. Nfedutim Drema orbitalnom modeIn izoliranog atoma ugljika ovi elektroni se ne nala'ze na jednukom encrgijskom nivoli. Tek u hibridiziranom stanju, nastalom pod lltjecajem blizine drugih atoma, ugljikov atom ispolj8\/u svoju cetverovalentnost kojajejako karakteristicna za njega.

Ugljikovi atomi 11 prirodu nikad ne dolaze pojedina(1)o nego 58 na hiijade atoma udruzuje stvarajllci kristal. Ugljik poznajemo u dva t"azlicit3 krist,:ilna oblika, a to su: Znatne razJike u svojstvima izmcdu tih dviju tvari pocivaju nd razlic.itom rasporedu uglj ikovih atoma unutar kristala.

Dijamant je kristulno prozirna forma ugljika. To prirodi. Zbog te kovalentne veze merle sc objasniti HB:::: ] 0, a temperatura topljenj8 ~C=3750 " C .

Ll

NOVI MATERlJALI

Postoji i sinteticki dijamant, to je grafit podvrgnut visokom pritisku i temperaturi.

Grafit je siva materija, ima kristalni oblik ugljika, a slojevi su vezani Van der Walsovim silama tj. slojevi nisu jaki i mogu da klizu jedan preko drugog. Zbog toga je grafit mekan i moze se karistiti za podmazivanje. Grafit je jedini nemetal koji moze da provodi elektricnu stn~u i toplotu i u tehnici se dosta koristi.

Ugljikovodici su spojevi sastavljeni ad ugljikovih i vodikovih atoma. Gotovo su svi spojevi sto ih saddi nafta ugljikovodici. Ugljikovodiei mogu biti: zasiceni i nezasiceni koji teze ka spajanju i laka nastaju polimeri . Najjednostavniji od tih spojeva je metan, u njemu su sve veze zasicene. Da bi ta molekula na sebe mogla povezati nove atome, nuzno je da se ona prije toga oslobodi jednog iIi vise vodikovih atoma. Za mogncnast stvaranja izvanredno velikog broja ugljikovodika od velike je vaznosti sposobnost ugljikovih atoma da se mogn medusobno spajati.

Materije koje imaju ugljik, a nisu ugljikovodici su: CO (ugljen monoksid), CO, (ugljen dioksid), H2C03 (ugljenicna kiselina), CaC03 (kalcijev karbonat), CaC, (kalcijev karbid), CS2 (ugljicni disulfid), KCN (cijanidi).

Sistemske skupine ugljikovodika su : - Alkani CnH2n+2 - Alkeni CnH 2n - Alkini CnH 2n.2

Nazivi ugljikovodika redaju se prema grckim brojevima: met, et, prop, but, pent, heks, hept, okt, nan, dek, sa nastavkon an, en iIi in.

Tabela 1.1. Prvih osam ugljikovodika.

8

FOLlMERl

1.3. Polimeri i njihova grada

Polimeri su makromolekularni spojevi koji nastaju nizanjem molekula osnovnih tvari (monomera) u makromolekule s vrlo velikim brojem atoma (do 1000 i vise). Relativna molekulanla mas a polimera iznosi prosjecno aka 104 do 107

Sintetske polin1crne tvari, poli1nerizati, proizvode se od monomera nacinjenih od 8irovina (pretezno nafta, ugljen iii plin), polimerizacijom. Brojem molekula (monomera), od kajih se sastoji molekula polimera, je odreden stupanj polimerizacije. S porastom stupnja polimerizacije mijcnjaju se i svojstva polimera (viskoznost, moguonast preablikovanja, cvrstoca, tapivast itd.).

Po nacinu pravljenja, sintetski polimerizati nastaju stupnjevitom ili lancanom polimerizacijom. Stupnjevita polimerizacija maze biti polikandenzacija i poliadicija (kondenzacija i adicija). PIema tome, glavni postupci za dobivanje polimera su:

a) Polimerizacija je arganska kemijska rcakcija spajanja jednakih iii razliCitih nezasicenih spojeva s malim molekulamu u malaomolekularnc tvari, bez nastajanja nusprodukata (s1. l.2 ).

b) Polikondenzadja je kemijska realccija pri kojoj se OSl1ovne tvari s malim rnolekularna vezu u makromolekule uz izlucivanje nusprodukata (narocito vade, alkohola, halogenida) (s1. 1.4.).

c) Poliadicija je organska kemijska reakcija spajanja razliCitih spoJcva s malenim lTIolekulama u makromolekularne tvari, bez nastajanja nusprodukata.

IV:Ionomer

H H I I c=c I I

H H

H H I I c=c I I

H H

H H I I C=C I I

H II

II I C=O I

H

Mel' b) Mer

Sl. 1.2. P0sttlpak poHm.i:rh::

NOVIMATERJ.JALI

/(~ 0'\-/: (PI \,J;/-i-fY '-"'~,--)/ Slika 1.3. Pdk;lz makromolekule polimera, na slid se vide atomi9 koji su slikani

spcciialnim UI'edajima, tako da mozemo dctalino izucavuti polimcre.

Slilm 1.4. Postnpak poHkondenzacijc za dobiv:mjc fenoI~formald('hjdaj vidimo da kao nnsprodukt imamo vodu (H20) koja se izdvaja.

05110V11a ponavljajuca struktura jedinica pOlill1enle makromolekule jest mer (kod metala to je atom). Po strukturi mer moze biti vrIo blizak molekuli ishodnog monomeraJ ali nije joj istovjetan (moze se i znatnije razlikovati).

Mer moze biti nepravilna i cesto kompleksna oblika. Prema broju tip ova mera Ll makromolekuli mogu se razlikovati homopolimeri i kopolimeri.

10

POLlMERI

Kopolimerizacija je polimerizacija dvaju iIi vise razlicitih monomera, pri cemu nastaju makromolelmle koje sadrze medusobno povezane monOlTIeIue molekule kao osnovne skupine (slika 1.5.). Kopolimerizacijom nastaju polimeri Cija svojstva l110gu biti znatno poboljsana i prilagodena potrebama za njihovu primjenu.

Slika 1.5. Primjer jednog kopolimera -PE-PVC-

Makromolekuli homopolimera izgradeni su sarno od jednog tipa rnera, a makromolekule kopolimera imaju dva iii vise mera, koji mogu biti rasporedeni: staticki, naizmjenicno, u blokovima iIi eijepljeni (slilm 1.6.)

a)

Il)

c)

d)

Slika 1.6. Vrste IwpoHmcra: a) staticki Iwpolimcr, b) naizmjcnicni lwpolimcl', c) blok kopoiimer, d) djcpljeni kopoiimer

U sljedecim tabelama prikazani su izgledi i oblici strukture monomer-a, odnosno mer-a, nekih polimera dvaju najvaznijih polimernih skupina.

!1

NOVIMATERDALI

TABELA 1.2. STRUKTURA MONOMERA TERMOPLASTICNIH POLIMERA

Naziv Monomer Primjena

Polietilen (PE)

Polivinilklorid (PVC)

Polipropilen (PP)

Polistiren (PS)

II H I I c==c

I I H I-I H H I I c==c

I I H C{

H n I I c==c

~ J o H H

Prozirna ambalaza (boce), Najlonske vreeice

Filmske trake, prozori

Cijevi, film, folije, igracke

Konteneri, posude

Poliester tel1lloplasticnoa I I /---', 0 tipa . (:) Ho-c-c--t~ __ ~?7C- ~ !J -C-OH [primjer: po1ieti1en~terefta1at (PET), JI h ~ ~

Magnetske trake, film

fibeL]

Polimetil~metakrilat (PMMA)

Najlon

12

H Cl:h I I c==c

I I I-I c=o

I o I CIh

Prazori

Zupcanici, kanap, tkanina

NASTA V AK TABELE 1.2.

Naziv Monomer

H I

Poliacetat -"Wv-i-O--AJ\.j\;- (mer) H

F F Fluoroplastike [Prirnjer: politetrafluoroetilen, te:t1on]

I I c===c

I I F F

H II I I c=c

~ b=N 11 1-1 I-I II

ABS I I I I C==C-C==c

til ~

Celuloza

POLlMERl

Primjena

Zupcanici, harclver

Zaptivaci, lezista

Prtljag, telcfoni

Film, eksplos1v

NOV] MATERlJALI

NASTA VAK TABE1.E 1.2. Naziv Monomer

Polikarbonat r' -VVV-O-li-o-O-r~

Tcrmopbsticni elasti [Primjcr: poiiesterJ

o CI-h

+

ClhOOC-O-COOCI-h

+

+

elhooe-O-COOCH;

Primjena

Propeleri. dijelovi za masine

Cijevi, atlclicki pribor

U.S. $

l~"""'V.llY.l.M.l.cl'\...lJJ-\..Ll

1.3.1. Dodaci polimerizatu

Za pretvaranje polimcrnih tvari, polimerizata iii reakcijski podobnih sastojaka u tehnicki uporabljive polimeme materijale najcesce su potrebni vrlo razliCiti dodaci. Po jednoj od mogucih podjela, postoji sedam skupina dodataka: a) reakcijske tvari: umrezivala (npr. peroksidi) te potrebna ubrzavala

(aktivatori) iii usporavala (inhibitori) reakcijc; b) dodaci za poboJjsanje preradljivosti: maziva, odvajala, punila, toplinski

stabilizatori, regulatori viskoznosti, tiksotropni dodaci. c) modifikatori mehanickih svojstava: omeksavala, dodaci za poboljsanje

zilavosti, punila, prianjala, ojacala Cnpr. v1alala, viskeri, celuloza, cada). d) modifikatori povrsinskih svojstava: vanjska maziva, regulatori adhczivnosti,

antistatici, dodaci za smanjenje sljubljivanja (blokiranja), dodaci za smanjivanje neravnina na povrsini~

e) modifikatori optickih svojstava: organske boje, pigmenti, stmkturizatori metalni oksidi;

f) dodaci za produzenje uporabljivosti i stabilizatori, antioksidansi, biocicli mikroorganizama i slicnih razgrachvala);

postojanosti (tvari za

proizvoda: svjetlosni sprecavanJe rasta

g) ostali doduci: pjenila, tvari za snlanjivanje gorivosti, parfemi, dezodoransi. Kao punila koja se dodaju plasticnim masama, u tekucem stanju, U obzir

dolaze prvenstveno; staldena vuna i predivo kameno brasno (najcesce se koristi) tinjac azbestna vlakna i vrpce (nerado se primjenjuju) drveno brasno celuloza pamucna vlalala i tkanine umjetna svita.

Primjesavanjc dodataka polimerizatilna i reakcijskim tvarima provodi se nizom operacija oplemenjivanja i popratnih postupaka: mijesanjcm, valjm~jem, gnj ctenj em, sitnjenjcm, granuliranjeIIl, klasiranjem, Iul(ovanjem tvarima i materijalom te skladiStenjem.

16

'I ~ 1 j 1 1 ~l I I '1

~l 1 I

I 1 i i I \

! j

POU.tvll~RI

1.3.2. Stmktura piasticnih masa

Kemijska grada, molekulama masa, struktura niza i medusobni raspored molekula odreduje osobine visoko molekularnih jedinjenja, raznih molekulnrnih mJsa, a to 5U smjese polimera Vi50ko molekularnihjedinjenja.

Makromolekuli visoko molekularnih jedinjenja 1110gU imati: lillij:;ku. razgrallatu i prostornu rnakrostrukturu.

a) linijska b) razgranata c) prustonw

sm~a L 7. Ohlici strukiura poHme.ra

Linijski makromolekularni polimer po strukturi predstavlja lanac Loji iaw. duzinu 100 iii 1000 puta veeu od poprecnog presjeka.

Razgranata struktura i111a baena grananja, cija duzina i brojevi su veoma razii(;iti. Pollmeri linijskc i razgnmate strukture izgradeni 5U od pojccEnih makromolekula: a vezam su mec1umolekulamim silama. Veli6inc lih medumolekularnih sila prelezno odreduju tehnickc osobine materije. OV1 polimeri su plasticni: pri zagrijavanju omeksavaju iii se tope, a hluclenjcm ponovo prelazc U CVfsto stanje. Polimcri linijske i razgranate stmkture predstavljaju osnovu ten110plasticnlh masa.

Prostorna struktura dobije se spajanjem pojedillih linijskih nivoa polimern iii nastaje kao rezultat polimcrizacije iIi polikondezac~jc. Pri gustom rasporeJn popracenih veza, polimer postaje potpuno nerastvoriv i ne moze se topiti.

Polimeri koji mogu formirati ovu prostornu strukLuru predstavlj~~ju osnO'lU tenlloreaktivnih plast.i6nih masrt. Svaki moleku! predstavljcn je duzinom lanca koji se sastoji iz posebnih clanova koji po kemijskom S:1sta\/u mugu biti iste iii razlicite vrste. Zavisno od stepena uredenosti i gnstoce mcdusobnCJg ""'""",'" lanca i vcza polimer :;e moze nalaziti u djelimicno kristalnom 1 potPU110 ;}mOrfllOm stnnju.

Kristali polimera inu\ju dijelove molekula rnstresito pakovane kojl ciue njegovL! amorfnu fazu, k:.Tistalna l~iza irna veci utjeGaj nH fizicke i l1!chanick(' osobine, Prilikom pre!aza polimcra iz amorfilOg II kristalno slanje pO\'t(:~a\l'l (~: prekidna c\'rstm~n, tvrdoca i postojanost n,1 toploti.

i.7

NOV I MATERIJ.'\LI

Ova kristalna struktura povcc:ava medul1101ekulmnu reakciju, smanjuje elasticnost, povecava temperaturu prelaska u visoko tecno stanje. Stepen kristalizacije definisan .Ie leao odnos zapremine svih kristalnih oblasti prema cjclokupnoj oblasti polimera, a maze biti i preko 90%. Visok stepen kristalizacijc, oko SW/C, imaju: teflon, polipropil..::n, polietilen visokc gustine.

Al1lorfna baza snizava krutost sistema i 6illi ga elasticnim, ta pojava se koristi II nekim tehnoloskim procesima za povecanje elasticnosti proizvoda.

"'7r' I

-D--i~~ Slika Ut Shcmatsld pri!wz grade polimera

primarne veze

sekundarnc veze

Duz molckulnog lanca pojedine su molekule povezane pnmarnnll (kcmijskim jli valentnim) vezama koje nastaju u toku reakcija polimerizacije i/ili umreZ.'"''

:~umpor se vezc ll

NOVI MATERIJALI

Slika 1.1 La, prikazuje kemijski a) umrezenu strukturu. Pri umrezavanju

NVV\ nekih pretpolimera (npr. fenol-kemijsko formaldehida) dolazi do odvajanja umrd:enjc

sporednoga proizvoda polikonden-zacije, npr. vode. Kemijska reakcija umrezavanja povezana je s procesom razvijanja top line (egzotermna reakcija). Moguee je i ul11rezavanje plastomera (npr. polietilena) radi

b) poboljsanja upotrebnih svojstava (npr. radijacijsko umrezavanje).

Pri rcakcijskoj preradi ulazi u urnrdc l1ie procese proizvodnje polimemih

proizvoda mogu biti osnovne tva1'i: monomeri (npr. kaprolaktam, metil-metakrilat), rcakcijski podobni sastojci (npr. poliol i poliizocijanat), polil11erne

Stika 1.1 L Umrezanl:l struktura poiimerllih tvari (npr. kaucuk ili PVC-polimcrizat) matcrijala: a) kcmijsko umre.iavanjc, i prctpolimeri (npr. smjese duromemih

b) fizikalno umrduvanjc smola). Kako Stl osnovne tvari nezadovoljavajuCih svojstava, pri ulasku u proces

potrebni su i dodaci. U ovom slucaju radi se 0 proizvodnji polimemih proizvoda. Pri ciklicnim postupcil11a reakcijskog preobl!kovan]a pol!reakclja rill!, umrezavanja" se zbivaju u kalupu, pa u tome slueaju kalup ~jeluje i kaa sarZm reaktar u kajcm u toku ciklusa nastaju polimcmi materijal i palimcrni proizvod.

Fizikalno pravljenje materUala. Pri fizikalnorne pravljenju rnaterijala iz atopin~ i disperzija odstranjivanjem otapaia iIi dispergatora stvar~, se film (~a~~vi, .boJ,c: Ijepila). Posebni je oblik fizikalnog stvaranja maten]ala plastrflCrran]e rIr ameksavanje, Obieno se plastificiraju polimeri s lancanim molekulama ko]e imaju polame skupine. Tvar za pl~~tificiranj~, p!~stifika~or iIi ome~sa.valo, ponasa se pri uvodenju u polimer kOJI se na taJ n~cm nan1J~r.~v.a on~eksatl ~ao otaraia pIema tvari koju atapa. Osnavna tvar kOJa se plastlfIclra dJelovan]~m omeksavala najprije bubri, a zatim prelazi u nekn vrstu gela. Praces se naZlva szeliranjem. UCinak plastificiranja maze Be promatrati i kaa rahljenje strukture ~ . . .. 1 laneanib molekula. Plastificiranje izravno utjece na svoJstva materlJa.a. Snizavaju se stakliste i prekidna evrsto6a, a povisuju prekidno istezanje. i elasticnost. Elastoplastomeri su fizikalno umrezeni. Slika I.! 2.a, prikazuJc fizikalno umrczenje koje se temelji na postojanju uredenih i neuredenih podrucja u mnkrornolekuli. Pri preoblikovanju uz fizikalnu tvorbu matcrijala i

20

aJ

. nndnhni .~~stniC:1 Dodile! + prelpoEmc!

b)

polimema tvaf

Proizvodna t"h,..;lt~

I Postupci

+ oprema

(npr. kalup)

J PoliHl~mi pwizvml

Proizvodna tehnika

Postupci +

oprema (npr. mijdalica)

polimcmi materijal

Postupci +

oprerna (npr. kalup)

Slika 1.12. PruvJjenje polimcrnih matcri.jala i tvorevina; a) durcmerne, elastomerne i neke plastomerni proizvodi. b) plas1om.c.ri i elastomeri

POLlMER!

preoblikovanju nereakcijskih taljevina ulaz JC polimerni materijal (npr. plastomerne granule) (sl. Ll2.b.). To je slucaj izradbe polimemih proizvoda.

Pojavni ohliCl: polimera. OSiIll u obliku bezoblicne tvari (npI. plastomerne granule) iii polimerni proizvodi, polimeri se pojavljuju i U obliku veziva, nalica i Ijepila. Pajavni abliei po\irnernih proizvoda razlikuju se prema broju kontroliranih izmJcra. Debljina je ohiljezje polimemih prevlaka, nanosa na nosace (npr. sintctska koza) iii lijepljcnih spojeva. Kod polirnernih trakova (membrane, filmovi, folije, ploce), punih (np!'. 'tapovi, vlakna i os tali profili) ili supljih (npr. cijcvi) prahla bitni Sli dcbljina sirina, odnosno promjeri.

Pri preoblikovanju U kalupu nastaju polimerni proizvodi odredene SV1111 trima izmjerama (npL odljevci, otpresci). Proizvodi ad polimernih materijala mogu biti kompaktne (masivne) i pjenaste (sacaste, eelijaste).

1.3.4. Fizicka grana polimera

Polimeri imaju dva agregatna stanja : - cvrsto (kristalno iii amorfno) - teena. Polimeri ne pre laze u parno stanje, jer .ie pritisak para ncznnlan i para se

razlaze. Amorfni cvrsti polimeri prelaze II cvrsto stanje kroz me(lu-t~lzU kO.Jll 5e

zove visoko-elasticno stanjc. Pri povisenju temperature povecava se toplotnn energija, javlja se odredeno loplotno kret.anje, ta energija prevazilazi sile koje djeluju izmeou molekula i tako cvrsti l1101ekuli prelaze II tecno stanje.

2i

NOVl MATERLJALI

Pri tchnologiji prerac!e plasticnih masa uzima se U obzir zav!snOSL dcformaclje od tempenHllre i uzima sc jos fizi6ko stanje p01i111era. Ova Za-VlSI10S~ sc prikazlljc termomcbani6kom krivo111 na slici 1.13. Defoll11acija na teml?eratun ispod 1'5 ima 11isk1.1 vri.1cdnost, j ona sc stalno povecava pri prelaz~. U VlS?!W -clasticno stanje. Preko temperature TT polimer postaje visoko teca11 111 plastIcan.

o

Staklas\(1 S1anje

Vi,,,\iko -diL!iC:nti qillljC i

:/ .---~-~.~--+'

Ts

/

viS(1ko [c(:nnJ sianie

) Temperatura [ 0 C I

Sliim l.13. TcrmrHHchanicka kriva amorfnog poiimcra Ts ~ temperatura staktastog slanja T,-lcmperatura topljenja

Visoko 11101ekuiarna jedinjenja iIi polimeri mogu znaLno mijenjnti svoje osohine s v1'emenol11. Ta pojava se naziva starenje. Pri starenju opadaju cvrstoca i eJaslicnost, 8 povisnjc se krtost i krutost. Starenje sc moze objasniti kao rczultat fizi{;kih i kcmijskih procesa lllllltar materijala.pod odrcacnim llslovima. Uz sam proces starenj; mote se .1av1ti i proces destrulu:ije, a to znaCi cla clolazi do prekida ke11l1jskih veza U osnovnom !anell molekula.

Destrukeija polimenI moze biti izazvana zagrijav::mjem iIi se ubrzati deistvom klsel1ne~ rcagensiJ i odredcnom VfstOI11 zracenja. Sto sc tice

m~hani(;kog razaranja polimcra takvo razaranje nastaje priliko111 habanja, zatim prilikom lomljenja malerijala. .. . ~

Rasp:J.danje makromulekula nastaje prilikom koncentraclJc mcbal11cke cncrgije na pojeclinim VCZJHlJ iii !ancima sa kojim su povczanc makr?l1101c.k,ule.

]\1ehanicl:.o razaranjc m02:C biti pri valjanju, sitno mljcvcllJU, pnllk_om lJltraZVl1(~l1ih talasa i slicno.

Kcmijsko razaranjc polirnera nastajc pod utjccajcm kisconika iz vazdul:a, a moz-e bili l1brzzl\1o pod de,istvom svjetlosti. Da bi sc llsporio proccs stareoJH U plztsticne mase sc uvodc razni stabilizatori koji imaju za cilj llblazer~jc clcjst\'a l'0jcdinih b_ktor8 npr.: al1lini. bId (llPija svjetlost i stite polimer ad oksidacije).

POLIr,1ERI

1.3.5. Svojstva polimera Svojstva nekog materijala karakteristike Sll kojima se on opisuje u

odnosu na svoj okolis, kojima se od njega razaznaje. U sluzbi su takva opisa brojne fizikalne i kemijske velicine kojima se materijal definira u prirodnirn i tehnickim sistcmima, npr. modul elasticnosti i kemijski atinitet, ali i niz velicina def111iranih u proizvodnim i drustvenim sistemlma, npr. cijena i raspolozivnost.

Potrebno je ukratko opisati opca obiljezja polimera i naciniti njihovu klasifikaciju te istaknuti specificnosti svojstava polimernih matcrijala. Sa stajalista konstruiranja s polimelllim materijalim

NOV] MATERIJALI

Upotrebna svojstva polimernih proizvoda odlucujuce SU QVlSna 0 proizvodnim postupcima i proizvodnim uvjetima, jer pri istome kemijskom sastavu polimcrnog materijala proizvodnih moze pokazivati razlike S obzirom na nadmolekulnu strukturu: stupanj i obiljezja orijentiranosti i kristalnosti, te restrukturiranost polimernog lanca na molekulnoj razini. To znaCi da molekulna i nadmolekulna stnlktura uvelike ovisi 0 proizvodnim uvjetima. Stovise, u toku proizvodnje polimemih proizvoda leoja ukljucuje reakcijsku preradbu nastupa prestrukturirnnje i na molekulnoj razini, sto takoder ovisi 0 proizvodnim uvjetima. U toku upotrebe proizvoda nastaje promjena struktllre na molekulnoj . nadmoiekulnom nivou kaa posljcdica procesa relaksacije i degradacije.

1.3.5.1. Klasifikadja svo.ls!ava polimeni.

Svojstva polimera mogu se klasificirati 11a razlicite nacine. Jedna od rnogucih klasifikacija svojstava, koja vrijedi opcenito, pa tako i za polimere) a pogodna je s inzenjerskog gledista te se temelji na intrinzienim svojstvima, navedena je u tabeli 1 A,

Osobito su zanimljiva fizikalna svojstva polimera, Fizikalna svojstva poiimera ovise 0 nizu faktora kao sto su npr. kemijski sastav, pravilnost lanaca vrsta i velie ina supstitltenata, vrsta i llcestalost pOla111ih skupina, vrsta i broj KLAS!Fl'KACIjA SVO,JSTAVA POU~IEIL'\'IH MA'fEHlJALA

IniriLllicna, "::".:";.:ls,'.'c:'l'C-' ___ I-'".:"::'".::ih;.:u,,"c.";;;":..'-::" ::u"",js:"",:u-j _._-----

O~mhJ:a Proct'snu +iasp(llLl2lvo~(, naba

flZiL.l1I",- i bmij::.La $'mjs!va

,ojiicmclljivJ.J'je ("uri i malcrijaia -rir!;r:,JbC!l;l, oliradJl~ Elektl leila RUl"Iwie:'/JU deftlFiend svojsiva: relativna diclektricnost. dielcklricni faktnr ! gubitaka, provodnosl. otpomOS1. I ..... S\Ojs~\_"a" ___ I-' _______ " ._ .... ..... Gf'(Jnicna elektritlw svajstva: dicleklri(;na cvrslOCll. I Spektralni apsorcijSk~"-r-a'k-"'-O-'"'-'-P-d-"-,"-I-n;-,-e-fl-ek-"S-jj-S-k-,j-'a-kt-O-,,-"s-p"-ek-'t~~,~ Ophckn svojstv:t JIll! I Ra:dicita

mikrofizikahl3 s\'ojslva

:::':::::::~~::~~'::tna rna;, J 1.3.5.2. Speeiilcnosti svojstava polimemih materijala,

Primjereno je na ovome mjestu istaknuti specifiene prednosti i nedostatke polimernih materijala u oclnosu na druge konstrukcijske materijale (tabl. ] ,6.).

S gledista konstruiranja s poiimerima, posebno su zanimljiva mehanicka svojstva. U !lastavku ce biti naveden jedan od mogucih nacina podjcJe mehanic!(ih svojstava polimernih materijala.

PolazeCi od definicije, u kojoj se isticc utjecaj Ul1utrasnj ill i vanjskih cinilaca na svojstva, posebna se paznja posve6uje uljecaju trajanja clplerecenja, ;"] OSlm toga, nuznu paznju valja posvetiti naCinu djelovanja opleref:enja, brzlni djelovanja opterecenja i vanjskim uvjetima (s1. 1.15.).

NOV! MATERIJAU

IVlehanicka svojstva

Udarno oprerecelljc

kratkotrajna

npr. zilClvost

~~ ..... ~. Statlcko

opterecenjc npr.

cleformabilnost

L dugotrajna ] /' S-",--,. StaticKO Dinamicko

opterecenje npr. puzanje

optcrccenje npr. umor

Slika LIS. Podjcla Illchanickih svojst:1,\.'H polimcrnih matcrijalu prcma trajanju i nacinu djciovanja

Tablica 1.6. I'RED:'\OSTI r NEDOSTACI J'OUi\lERNIH MATERIJALA

Prcdnosti

-niska glislOca -dobra kernij$k

NOV! MATERIJALI

Tabela 7.

KRITICNA ISTEZANJA NEKIH POLIMERNIH MATERIJALA (ORlNT ACIONE VRIJEDNOSTI)

Istezanje (Ufo) Vrsta maledjala

kriticno Dopusteno

PVC-kruti 0,8,1,0 0,5-1,0 PMMA 0,8-1,0 0,5,1,0 PC 0,8,1,0 0,5,1,0 PS 0,2-0,3 0,15,0,3 POM 2,0 1,0-2,0 PP 2,0 1,0-2,0 PE,LD 4,0 2,5-4,5 PE-HD 2,0-3,0 1,5,3,0 UP+ojacaio 0,4,0,6 0.2-0,6

ove pojave:

u prednosti pred drugim materijalima kada je rijec 0 dobrom ponasanju u uvjetima triboloskih opterecenja, t.1. kada se zbog relativna gibanja dvaju tijela koja su mehanicki opterecena, te izlozcna drugim vanjskim utjecajima (temperatura. brzina klizanja, okolni medij itd,) pojavljuje otpor gibanju 1 trosenju materijala, Bit navedenih prednosti stvamih svojstava polimernih materUala moze se navesti na

nepostojanje mogucnosti stvaranja hladno zavarenih spojeva popunjavanje udubina neravnina protupovrsine proizvodima trosenja polimemog materij ala neosjetljivost polimemih materijala prerna stranim cesticama vise cvrstoce i tvrda6e.

OSiill navedenog, u tehnicku primjenu bitna Stl i mnoga druga svojstva, odnosno obiljezja, koja su cesto, a ponajprije zbog uvjeta koji vladaju u toku uporabe polimemih proizvoda, kombinacija vise svojstava, Tako se npr. mora voditi racunao kemijskoj postojanosti, Za polimerne materijale, vrijedi tvrdnja da su oni postojaniji od uobicajenih konstnlkcijskih materijala, npr. metaia, pa se zbog toga ne moraju zasticivati i/iIi 1110gU sluziti u svrhu zastite clruaih materil'ala b , od korozivnoga djelovanja,

Bit dabre kemi.lske postojanasti polimernih materijala moze se svesti ua: - smanjeni afinitet U odnosu na agresivne medije - sporije reakcije pri djelovanju agresivnih medija , reverzibilnost nekih reakcija (npr. bubrenja),

28

POLlMERI

1.4. Podjela polimera Danas u svijetu se praizvodi mnogo vrsta plasticnih masa razliCitih

osobina, a njihove klasifikacije vrse se na osnovu nekoliko vaznih tacaka. Na osnovu, porijekla poEmere mozemo podijeliti na:

prirodne i sintetske polimere.

Na osnovu kemijskog sastava mogu biti: organski (pretezno) i anorganski.

Na osnovu postupka polimerizacije (stupnjevita iii lancana). Na osnovi, kriterija ponasanja pri povisenim temperaturama dijele se na:

L (ennoplasticne mase (telmoplasti, plastomeri), ' 2. tennoreaktivne plasticne mase (duroplasti, duromeri), 3. elasticnc plasticne mase (clasti, elastomcri, gumc)

S obzirom IlU broj polimera te dodatak jos i drugih organskih iii anorganskih tvari, plasticne mase dijelimo na sljedece skupinc: L-

1. Homogene plasticne rnase, sastoje se iz samo jednog polimera. Mogu biti u amorfnom, Y .. .Tistaln0111 i mjesovitom stanja. -

2. Heterogene p!asticne mase (kopoUmcri), sastoje se od polimera i jos .lednc iIi vise kcmijski raz!icitih tvari kojc Stl s polimerom vezane kemijski iii fizikalno. Ovamo se ubrajaju i medusobno vczani polimeri.

3. Ukrucene plasticne mase sastoje se od polimera i jos jcdnc iii vise kemijskih razliCitih tvari koje mogu biti organskc iIi ano'rganske te Stl veCim dijelom osjetno razlikuju od polimera. Tvari Sll uglavnom vezane fizikalno (rijetko kemijski). Ove plasticne mast su ukru6ene punilima.

Na s1Jede601 slrel (sl1ka 1,20) shemom Je pnkazana podJela lWJvaZlllJlh prirodnih, modlilclIaIllh I smtct::;klh pohmera prcma vrsll pollmelL:aclJe I ponasanja pri povisenim temperaturama. .

NOV I MATEEIJALl

i;:'!.~'t1I \ "11",,,"nbe,

POLIMERI J I.

Sl0:TETSKll'OLli\!ERI I I " POLlMERlZAC:J~

,--{;:~~:\S r(~;;mJ (EI'O;'I) i Clkl',;;: blltu~ "''',,,,,.,i',.mh '[ Un"",,,, blli'"I;

knllCLLk

-! PLI\~;TO"I~

(',\[3) ,,,1,,1,,,..;

esten ,uital

('['1

~'U..O\l[;R~ 1;:o

Polietileni se lako preraduju livenjem, presovanjem, ekstrudiranjcm i svim postupcima tennoformiranja. Oni se odlicno zavanlju i lako nanose nn metale pOll106u pistolja za metalizaciju.

Polietileni imaju veliku primjenu u proizvodnji [olija za ambalaiu, za izolacione radove u gradevinarstvu i za pokrivanje poljoprivrednih kultura i dna akumulacionih jezera. Od polietilena se proizvode vodovodne i kanalizacione instalacijcJ crijeva, kontejneri, savitljive baec i druga ambalaza za prcnoscnje mlijeka, SOkOV8 itd.

Polietileni se na trzisiu nalaze pod raznim nazivima. U nas se proizvodi etilen visokog pritiska pod nazivom okiten.

POLIPROPILEN

Polipropilen je najlaksa plasticna masa cija je specificna mas a samo 0,90 g!cm3 . Vrlo malo apsorbuje vodu i odlican je elektricni izolator. Polipropilen je jako savitljiv i elastican materUal, otporan prema morskoj vocti, kiselinama i kernikalijarna. Njegova visoka temperatura orncksavanja (165" C) omogucava da se upotrijebi za cijevi kr02 koje protice topla voda iIi para. Tanke folije ad polipropilena skupljaju se pri zagrijavanju, te se ova osobina koristi pri pakovanju zivotnih namirnica i druge telmicke robe. Ova plastika postaje krta vee na DOC sto ogranicava njegovu upotrebu.

Od polipropilena se proizvode case, baec i dmge ambalaze koje se bacaju poslije upotrebe. I'olipropilenska vlakna sluie za izradu brodskill uzadi (ne tonu u vodi), kajseva, tepilla i zastiraca koji se lijepo boje i malo prljaju.

1.2.4.2. POLIVINILI

Gas etilen moze da posluzi kao osnova za mnoge plasticne mase. Uda-ljavanjem jednog vodonikovog atoma iz ITlolekula etilena nastaje nczasi6eni radikal koji se naziv "viniI". Taka u jedinjenjima jedan od vodonikovih atoma etilena zamijenjen je nekim supstituentonl, grupom iIi atomom. Navedena jedinjel~ja daju duge polimere sa istim kosturom, ali se razlikuju po prirodi prikljucenih grupa. Ako se pomijesaju dvije od ovih supstanci dobiveni kopolimer ce imati osobine prema odnosu upotrcbljenih monomera. Vee ina vinilnih monomera dobiva se sintezom iz acetilena iIi iz etilcna.

Polivinil idorid

To je jedna od najvise koristenih nnjuniverLalnijih plasticnih m(lS3. h1onomer ~j. vinil-klorid proizvodi se sintezom 1Z acetilcna i hlorovodoniclle kiseline ili iz etilena i 1dora odnosno kombinovanjem oba navedena postupka. Polimerizovanjem vinil - klorida u emulziji ili suspenziji dobiva sc fini bijeti

32

POLIMERI

prah, iii DeSto grublji prall (suspenzoni tip) iz kojih se daljom preradorn prOlzvodl 111Z preradcvll1a. Preradom polivinil-kloriJa, uz dadatak_ omeksivaca (npI. dioktilftalata) i stabilizatora, clobivaju se omeksani (fleksibilni) proizvodi, dok, bez dodataka omeksivaca dobivajll se tvrdi proizvodi.

.PV~ je. termoplasticna mas a koja se odlikuje visokom zilavoscu, jacinorn na ~lda~~je I otporno~cu na habanje. Postojan je prema atmosferilUama, kemlkahJmna, organs!OI11 i neorganskim kiselinama, alkalijama i aliiluicnim jedinjenjima, oSlm prem3 oksidirajuctrn koncentrovanim mincralnim kiselinama(azotnoj, hromsumpornoj i dr.).

PVC se moze koristiti u temperaturnotn intervalu od _35 0 C do 100" C. ali za trajna opterecenja temperatura ne treba cia precte 50 C. Pri clulcm

zagr~j~vanju iznad 1800 C PVC naglo gubi mehanicka svojstva, tj. raspacla se (pOCl11jC da omeksava vee iznacl 85 C).

Do 1959. godine PVC je zauzimao prvo mjesto po proizvedcnoj kolicini ispred svih drugih plasticnih masa. U lugoslaviji je proizvodnja i prcrada plasticnih masa od PVC-a jako prasirena pa se sirovine i preradevine izvoze.

Saran

Saran je kopolimer vinil-kloricla sa oko 10 do J 5%, vini!-klorida. Cijevi i crijeva od sanma su jllico fleksibilna i n3 vrlo niskim temperaturama, ali imaju jako visoku cijenu. Obicno se cijevi, armature i venlili ~;amo iznutr

0jOVI :\IXITl\JJi\I.!

Otl kOplll1l1lCra najvccl ZDJCaj imaju elastoillcri, knjl cine I1ljesavinu polistirul-pnrodlli kaucuk, J1o!istirol-but

l'lU v 1 lV1H.1 CruJf-\.Ll

alkohol omeksan pomocu glicerina, trietilen~glikola i malo vode sluz! za izradu crijeva i drugih dijelova za transport nafte i benzina.

Polivinil - acetali

Dobijaju se iz polivinil-alkohola polivinil-formal i polivinil-blltiral.

Polivinil- formal

aldehida. Tehnicki znaca) lmaJu

Polivinil-formal se upotrebljava kao dodatak fenolnim iii krezolnim smolama pri proizvodnji Ijepila. U kombinaciji sa ftmolnim srnolama sluii za proizvodnju elektroizolacionih lakova, koji su vrIo zilavi i postojani prema rastvaracima i povisenim temperatllrama.

Polivinil butirali

Ove smale ne sluze za proizvodnju cvrstih plasticnih l11asa vee iskljuCivo za proizvodnju lakova, vczivnih sredslava i ljepila za lijepljcnje stakla i metala.

Polivinil - butiral se najvise karisti za izradu folija koje slu:?:e kao meclu-sloj prj proizvodnji sigumosnih stakala za automobile i drllga vozila.

Acetal

Alternativna imena: poli(oksimetilen), poli(formaldehid). Acetali su tvrdi, zilavi i elasticni temloplasti, otporni na puzanje. Homapolimeri imaju vecu rastezilU cvrstocu, dok kopolimeri imaju ilizu puzavost, vecu toplinsku stabilnost, vecu otpornost na alkalije i vrucu vodu i lakse se preraduju. Oba su tipa bijele boje, a kada se primjenjuju nn otvorenOlu, moraju se stabilizirati cadam. Imaju dobra dielektricna svojstva, a mogu se trajno upotrebljavati pri 100'C na zraku ili pri 80'C u vodi. Ultrazil.vi predmeti mogu se dobiti legiranjem s elastomerima. Acetali nisu postojani na kiseline, a homopolimeri nisu otporni ni na alkalije.

Primjenjuje se za proizvodnju zilavih elasticnih izradaka dobre di1l1en~ijske stabilnosti, kao sto su zatvaraci na kopcanje, a zbog niskog koeficlJenta trenja upotreb~javaju se za izradu lezaja, zupcanika, prijenosnog remellja i sl.

36

POLlMER!

POLIFLUORETENI

Fluorni polimeri se dobivaju polimerizovanjem monornera tetranuretilena (CF2 = CF2) u vodenoj suspenziji iIi emulziji. Fahrner saCinjavaju atom! ugljenika, koji Cine skelet, sa boeno vezana elva fluOfova atoma. - .

Atomi fluora su simetricno rasporecteni te cine na neki nacin zastitu atoma uglj.eni~a. Ovakva struktura im daje neka svojstva koje druge plasticne mase ne posJeduJu u dovoljnoj mjeri. Fluorni palimeri odliklljU se izuzetnom kemijskorn otpomoscu, odlicnim mehanickim osobinama na niskim povisenim temperaturama i elektricnom otpornoSCll.

Politetraf1uoretilen

PTFE je plasticna masa otporna prema visokim i niskim temperaturama. Podrucje koristenjajoj je ad -190C do 250'C. Uzorak koji se drzi mjesec dana na 30~~C izgu?i od otp~rnosti nn kidanje sarno 10%. PTFE posjeduje dobra mehamcka svoJstva. On una vrlo mali koeficijent trenja, ne lijepi se za clruue materijale (apdeziv) i prakticno ne upija vodu. Posjedllje dobrll elektricnu ;t-pornos!.

PTFE je kemijski inertan i ne nagriza ga nijedna kemikalija, jedino ga razaraju rastopljeni alkalni metali na temperatllri iznad 180C. PTFE sc upotrebljava u slucaju kad astale plasticne mase ne mogu da zadavolje postavljene zahtjeve, tj. kada cijena gotovog proizvoda nije bitna.

Tacka topljenja PTFE je iznad 32rC, ali s obzirom na visoki viskozitet otopine ova termopiasticna mas a se ne maze preradivati uobicajenim mctodama prerade.

. . PTFE se maze preraditi u cijevi, ploce i profIle pomocu posebnog tipa khplllh presn llZ upotrebu visokag pritiska, ali je brzina ekstruzije vrIo mala. l!obicajena 111etoda za izradu ploca i presovanih predmeta je tehnika smterovanja, slicna onoj koja se primjenjuje u metalllrgiji praha. Prah polimera presuje se II hladnom kaillpu pod pritiskom od 200 - 300 kp/cm2, a zatim so otpresci sinteruju na ternperaturi od oko 370C, i na krajll naglo hlade.

Noviji postupci prerade sastoje se u izradi paste pomoC:ll rastvaraca, koja se taka ekstrudira. Zagrijavanjem ekstrudovanog proizvoda ispari rastvarac, a ;atirn se na temperaturi iznad 327C vrsi sinterovanje. Disperzije PTFE-a preracluju se tehnikom lijevanja, uronjavanja iIi prskanja, te sluze za impregnaciju azbesta

lka~ina i staklenih vlakana. Od PTFE-a se izraduju i pjenasti plastid koji sluz~ za lzolaciju elektricnih provodnika i kablova.

Upotreba PTFE-a je jako prosirena u savremenoj tehnici. Od (lve plast1(';ne mase proizvode se stajni trapovi (skije) aviona za spustanje na snljegu, jer se sn.ijeg .ne lijepi za PTFE, a koeficijent trenja je jednak onome, postignutom pri khzanJu leda na ledu. S obzirom da posjeduje dobra Idizna svojstva PTFE sluzi i

37

NOVI M...r,\TERIJAU

kao cvrsto sredstvo za podmazivanje. U vidu tanke skrame nanosi se na nnmiciju, topm'ske pus cane mehanizme a sluzi i za lzradu lezista koja se ne podmCizuju kod instrumcnata, magnetofona i slicno. PTFE ie nasa~ veliku primjcnu 1.

temperaturi od 190 - 260C. Poliamidi imaju dobra mehanicka svojstva, a prije svega udamu cvrstocu, elasticnost i savitljivost do --40C. Poliamidi se preraduju prvenstveno tehnikom lijevanja pod pritiskoIl1 i istiskivanjem. Oni se mogu ~anositi nn druge materijale postupkom fluidiziranja, a takode lijepiti, zavarivati I mehanicki obradivati.

Glavno podrucje primjene poliamida je proizvodnja vlakana (nayon, perl~n) i filamenata za proizvodnju sita, ziliea za ribolov, cetkica za zuhe i druglh toaletnih i telmickih cctaka. Poliamidna vlakna kombinovana, a tekstiloll1 sluze za izradu pogonskih kaiseva, transportnih traka i automobilskih gmna.

S obzirom na dobre mehanicke osobine i mali koeficijent trenja poliamidi slui~ za proizvodnju lezajeva koji se podmazuju vodom (obicno sadrze punioce mohbden-disulfid iIi grafit). Vrlo su pogodni za izradu tzv. besullmih zupcanika, razlllh arrnatura i ventila, zaptivaka, ku6ista, aparata i druge tehnieke robe. OS1111 ovoga upotrebljavaju se u vidu filmova za izradu magnetofonskih tmka i za ambalazu.

Poliamidi do laze na trZiste pod raznim irnenima, kao: plaskon ultramid A, B maranyl fosta nylon rilsfUl sHon.

AKRILATI

.. To su plasticne mase dobivene iz akrilne iIi metil-metakrilne kiseline, IlJ1h?vih estara i dnlgih jedinjenja izvedenih iz njih, kao sto su nitrili i amidi. Akrtine smole su u stnlkturi molekula sliene polivinilnim.

.Estri akriinih kiselina mogu biti polimerizovani pomocu kiselina, topIote, ultralJubicaste svjetlosti, peroksida iIi jedinjenja azota. Polimeri u dllzem laneu mogu biti sastavljeni od istih iIi razliCitih monomera. Ovakvim kombinovanjem mogu, s~ p08ti6 odredena svojstva plasticne mase, a prije svega povecanje tvrdoce 1 otPOD10sti prema rastvaraCima.

Poliakrilati

Polimeri akrilnih estera l10nnalnih a1koho1a (meLil etil, butil) su mekj, ~las~icni, ljepljivi produkti ognmiCellC" prakticnc upotreb~. Znatno yeti znacaj

lln~u njihovi kopolimeri: vinilhlorid .. akrilat, vinilidenhlorid - alaHat, stir01 _ aknl~lt . i drugi. Disperzije ovih l:opolimera upotrebljavaju se za apreturu teks~11111h vlakana, impregnaclju papira, za izradu ambalaz"e kod pakovanja masti, kenllkalij a i higroskopnih predmeta, odnosno za izradu nepropustljive ambalaze 40

POLlMER]

za vodu i gasove. Ove disperzije sIuze i za nanosenje zavrsnog premaza n

NOV! MATERIJALI

pri cemu se grade butadijen-nitrillli kaucuci poznati kaa buna N iii perbunan. Na podrucju plasticnih masa tehnicku primjenu ima kopolimer akrilonitrila sa butadijenom i sti1'o]o111 poznaL kaa ABS polimcr.

POLIURET ANI

Dobivaju Be poliadicijom iz dialkohola i diizocijanata. Zavisno od 51rovina I postupka proizvodnje dobivaju se linean1i poliuretani, poliuretanske pjene, elastomeri iii lalcovi, odnosno Ijepila sa umrezenOl11 strukturom. Poliadicijom glikola sa dizDcijantima dobivaju se linearni poliuretani od kojih se proizvode zupcanici, lezajevi i drugi dijclovi. Kopolimer izocijanata i estera adipinske kiseline sa etilen-glikolom daje elastomer (vulkolan) koji se primjenjuje za izradu hidraulickih zaptivaka koje se dobra ponasaju u sredinama kao sto Sll mineralna ulja, benzini i OZOI1. Poliuretani sluze i za proizvodnju sintetic,kih vlakana pod nazivol11 dorlon, oel kojih se izraduju cetke, tekstil, kaisevi itd. Poliuretani imaju veliku primjenu i U oblaganju tekstila koji sluzi za izradu cerada, ki8nih kabanica i druge zastitne odjece.

Poliuretanske pjene se proizvode reakcijom izmedu izocijanata i polivalentnih alko1101a bez upotrebe pritiska i bez dovodenja toplote. Mekane pjene su vrlo eiasticne u temperaturnom podrucju od -40 do 80C i koriste se za izradu tapecira n;] sjeciistima II aUlomobilima, avionima i 51. Tvrde pjene se llglavl10m koriste u gradevinarstvu, brodarstvu, za toplotnu izolaciju frizidera itd.

Izvjesnu primjenu imaju i ljepila k0111binovana od poliestera i diizocijanata koja sluze za ljep~jenje gume na rnetalima; za Ijepljenje kaze, tekstila i drveta sa vjestackim lnaterijama.

PALIKARBONATI

To Sll novije piasticne mase kaje se proizvocle 1Z bisfenola A i fozgena iIi 12 bisfcnola A i difenilkarbonata, Ove plasticne mase otporne su prema vodi, anorganskim kiselinama, slabim alkalijama, oksidacionim i redukcionim sredstvima, mas tim a, uljima, alifatskim ugljovodonicima alkoholima. NepoSlojane su pre,111a jakim alkalijama, amonijaku, aminima, esterima, ketonima i aromatskim ugljovodonicima.

Vrlo vazna 1m je osobina da mogu trajno izdrzati temperature do 135, a takoder i vdo niske ad -190C (omeksava na ako 180 a topi se na 260C). Polikarbonati su tesko zapaljivi i ne podrzavaju gorenje. Oni odlikuju i odlicnim mehanickinl svojstvima i dimenzionalnom stabilnoscu tako da uspjesno zamjenjuju mnoge meta Ie. Dobra prozinlOst im omogucava upotrebu u laborai..orijimJ jer sc procesi mogu kontrolisati, i za izradu raznih specificnih dijelova. Polikarbonati vrlo malo upijaju vlagu i odlicni su elektricni izolatori, te

POLlMERl

su nasE veliku primjenu u elektronskoj industriji za izradu podnoz-ja, elektronskih lampi, kalemova i izolacionih folija.

Od polikarbonata se proizvode zastitni sljemovi, ku6ista aparata, dijelova za razne aparate j masine, ure(laji za domacinstvo i druga roba ko.1a se ranije nije mogla izradivati od poznatih plasticnih masa. Polikarbonati se proizvode pod imenima:

medon makrolon lexan.

POLlHLOROETER (PENTON)

M.onomer pentaertrit - trihlor - mono acetal dobiva se iz pen1raeter-tetraacetat[l i hlorovodonjka. Polimcrizovanjem ovog monomera dobiva se termoplasticna masa penton.

Ova plasticna masa ima dobra mehanicka svojstva, postojana je prema visim temperaturama, a pored toga ima i dobra elektroizolaciona svojstva i dimenzionalnu stabilnost. Penton je otporan prema kemikalijama na niskim temperaturamJ, ali na visim temperaturama ga bubre aeeton, etilaeetat, toluol i benzol, a prestaje da bude otporan i prema mineralnim kiselinama.

Penton se lako preraduje livenjcm pod pritiskom i istiskivanjem. Od njcga se proizvode prildjucci i ventili, zupcanici i drugi dijelovi koji treba da rade u rcaktivnim sredinama. Penton sluzi i leao elektroizolacioni materijal narocito za izradu izolacionih provocinika i kablova.

Specijalno podrucje primjene je sinterovanje i prevlacenje mctalnih pred-meta pcntol1om tehnikom fluidiziranja.

Tennoplasti pdrcdeni putem tekucih polimernih kristala

Tekuci polimerni kristali (TPK) prcdstavljaju posebno stranjc matcrije koje je u posljeclnjih desetak godina naslo komercijalnu primjenu. Jos 1956, Flory je 'na o;nm:,j teoretskih studija predvidio cia otopine krutih makro molekula l110gu kod odredenih kOl1ccntracija formirati sre(Jene strukture. Nakon toga je opisan velik broj prirDjera koji pokazuju postojanje TPK u otopini-liotropni TPK. Medutim, prva komercijaina primjena materijala proizvedenih putem liotropnih TPK ostvare1l3 jc potkTaj 70-ih godina isprcdanjem orijentirane, otopine poli(p-fenilendimllintercf1-nlala) poznalog pod imcnom Kevlar (Kwolek, 1972.). Iako liotropni sistemi omogucavaju pWlzvodnju vilwkomodulnih vlakana vel.ike rastezne 6,vrst06e, LlskofO je postal0 jasno Ja bi tennotropni sisteml kod kojih se kruie makromokk1l1e orijentirane U 1aline, 1l1ogIi osim rastezne cvrstoce imati i mnoga druga poboljsana svojstva,

NUV! MATERIJALI

Poznata 5U dva tipa tennotropnih TPK. Prvi je U obliku blok kopolimera kod kojih su sredene skupine rasporedene duz glavnoga polimemog lanea, dok drugi tip tennotropnih TPK predstavlja kopolimere kod kojih su sredene skupine u prostranom lancll.

Mnogobrojna istrazivanja pokazala su da polimeri koji sadrZc sredene skupine u glavnom polimemom laneu lakse formiraju tekuee polimeme kristale, ako sredene skupine povezane s fleksibilnim razmaknieama. Prvi termotropni polimer, prireden na osnovi TPK, koji je 1984. nasao komercijalnu primjenu jest blok kopolimer p-hidroksibenzojeve kiseline (PHE), tereftalne kiseline i bifenola sa komercijalnim imenom XYDAR firme Dart and Kraft, SAD. Vee 1985. stavljen je na triiste i blok kopolimer na osnovi p-hidroksibenzojeve kiseline i derivata naftalena sa komercijalnim imenom VECTRA firme Celanese, SAD (Dole, 1987).

Bitna karakieristika termotropnih polimernih kristala je u tome da se mogu preradivati standardnim postupcima i da u poclrucju u kojem je najveci sadrzaj TPK imaju najrnal1ju viskoznost, ali najbolja mehanicka svojstva. Mehanicka svojstva polimemih materijala na osnovi TPK boUa su od svojstava mnogih konkurentnih materijala postojanih na povisenn temperatnru, (Dole, 1987).

Zbog izrazito dobrih mehanickih svojstava, postojanosti na poviSene temperature malog koeficijenta toplinskog rastezanja (10-12 ppm/oC), male sklonosti prema gorenju, OtPOD10Sti na kemikalije i odlicnc preradljivosti, primjena polimcmih 111aterijala na osnovi TPK naglo se siri u elektro i elektronskoj industriji, telekomunikacijarna, osobito za spojnice optickih vlakana, u automobilskoj industriji, te za izradu ku6ista za uredske strojeve.

-Polimerni materijali na osnovi TPK novi Sll konstm.kcijski rnaterijali, pa je nemogu6e predvidjeti daljniji razvoj njihove primjene, ali je SigUl1lO da ce se njihova primjena siriti i izvan tradicionalnih podrucja primjene konstrukcijskih materijala.

44

POLIMERI

1.4.2. Termoreaktivni polimeri

TemlOreaktivne plasticne mase mogu bili : a) slojasto-annirane tcrmoreaktivne plasticne rnase, b) kompozicione tennoreaktivlle plasticne mase .

Slojasto-an11iranc tem10reaktivne piasticne mase su piasticni materijali koje se armiraju paralelno rasporedenim slojevima. Zbog slojasto postojane annature ove materije imaju ostro izradenu anizotropiju mehanicki, fizickih i dielektricnih osobina.

Fizicke i dielektricne osobine zavise ad pOlimeITle veza, leao vezivo koriste se raZl10 razne smole upr. :

- fenolformaldehidna smola iIlla dobru sposobnost vezivanja, postojanost n3. toplotu, ali prilikom oblikovanja zahtjeva visok pritisak silicijumorganske smale imaju dobru postojanost II vodi, dobre dielektricne osobinc, ali imaju vi80k koeficijent tennickog sirenja, uzrok tome je snizenjc mehanickih osobina.

Kao pllnila tih slojastih materijala korist.e se materijali organskog porijekla kao 8to je: papir , papirna tkanina, tkanine od stakla i sL Slojaste plasticnc masc koje imaju punilo iz staklastih tkanina imaju najvecll cvrstocLI, a ako se koristi azbcstno platno takav materijal ima jako visoku postojanost na toplotu.

Kompozicione termoreaktivne piasticne mase, su plasticne lTH\se na osnovu odrectenih smola i sa odredenim puniocima iIi punilima. Ova grupa materijala zavisno od primjene moze se podijeliti :

opste tehnicke elektroizolacione elektrootporne materijali otpornj na vlugu i materij ali sa posebnom namjenom.

Polufabrikat ovih plasticnih masa uvodi se U obliku cvrstih materijala (prah, vlakna, granula i s1.). Prilikom izrade odredenih elemcnata iz ovih piasticnih mas a metod0l11 livcnja koriste se proizvodi U obliku visoko tecnih sastavu, i on se razlijeva U odredenim kalupirna. 1z ovih plasticnih mas a proizvode se odredena tijela uredaja, elektroizolacioni elementi, elementi postojani na VIaZl, clementi koji Sll kemijski postojani, klizna lczista, zllpcunicl, vtntili, cijevi i 31.

U nastavku su malo opsinlije predstavljeni neki ierlllon.::akt)yni poJimeri.

NOV! MATERlJAL!

1.4.2.1. ALDEHIDNE PLASTICNE MASE

Aldehidne piasticnc lTIase spadaju u najstarije vjestacke materije. Dobivaju se kondenzovanjem formaldehida sa fenolom iIi krezo]om - fenoplasti, kondenzovanjem formaldehida sa proteinom, ureom, melaminom iIi anilinom -aminoplasti, dok reagovanjem karbamida, i formaldehidom nastaju karbamidne piasticne mase. Danas je poznat veliki broj aldehidnih smola koje se koriste kao: Ijepila koja se [::lstvaraju u vadi, ljcpila za izradu laminata. smole za lakove i prcmaze, tc kao prah za prcsovanje iIi livenje.

lIenopla,ti (fenol - l'ormaldehidne pJasticne mase)

To je prva tcrmoreaktivnu plasticna mas a p0211ata pod nazivom bakeIit koju je njen pronalazac Bakeland patentirao jos 1909. godine. Fenoplasti nose naziv po sirovini fenolu koji je sjJoredni proizvod destilacije kamenog ugJja. Drug-a sirovina jc formaldehicl, jedilljenje clohiveno iz mravIje kiseline. Kondenzovanje fcnola sa fomaldehidom vrsi se u prisustvu kiselog iii bazicnog katalizatora.

Priroda proizvoda zavisi od nekoliko faktora, od kojih su najvazniji odnos reaktanata i da Ii je katatlzator kiseI iIi bazican. Aka je 11101arl1i ocInas fenola prcma formaldchidu veCi ad 1, ti. ako je fenol u visku, real(cija se nastavlja skora line-mno. Ako sc kondendezova~1.ie vrsl u prisustvu kisclih katalizatorn dobiva se tC11110plasticni novolak. Novolak je rastvorljiv u izvjesnim rastvaracima pa s1u2i za Proizvodnju lakov

plastopal urecoll kaurit siritle.

Melaminske plasticne mase

Po osobinama slicne su urea-fOffilaldehidnim plasticnim masarna, ali su u odnosu. na njih nastojanje prcma povisenim temperaturamu i kemikalijama.

M~lanllnske plasticne mase punjene alfa-celulozom sluze za izradu posuda, pn~ora za jelo i raznih aparata za doma6instvo. U elektrotehnici i masinstvu konste se punioci od azbesta iii tekstilnib vlakana. Melarnin - farmaldehidne

smol~ n~vise se koriste in proizvodnju lijepo obojenih laminata, sa svijetlo post?Jal11.m bojama. Od ovakvih laminata prave se ploce za stolove, knhinjski namJestuJ: medicinski i sanitarni uredaji, ploCice i slicni predmcti. Zbog velike otpornostI pIema top loti, vreloj vodi i atmosferilijama ova plasticna mas a se mnogo koristi u avijaciji, brodarstvu i rudarstvu, za izradu raketa i projektila.

~astvorene smale imaju velika primjenu u tekstilnoj i papimoj inclustriji za Impregnaciju i apreturu.

Melamin - forrnaldehidne plastiCllC mase, odnosno laminati proizvodc se pod trgovackim nazi virna:

ullrapas melamak melopas pallopas maprenal itd.

Karhamidne plasticne mase

K~rbamid reaguje s fonnaldehidom i daje kondenzacioni proizvod koji se u~otl:ebIJava kao ljepilo za proizvodnju laminata, tankih spcIvloca, koje sc pod ullcaJern topl . .... .

, Ole saVIJaJU, 1 za Impregnaciju drveta.

1.4.2.2. I'OLIESTRI

Polieelri su visokomolekularna jedinjenja kod kojih esterske grupe p?ve~uJU lance molekula. Dobivaju se polikondcnzflcijoll) polikarbonskih

~~lS~1l11~ sa poli~r~lentnin~ fllkoholima. Postoje dva osnovna tipa ito: zasicent mcarnl pollestn 1 nezaslccni lineaD1] pollestri.

48

POLIMERI

Zasiceni poHestri

To su termoplasticne mase koje nc mogu d3 se preradujl1 ijvenjem pod pritskom, vee isyJjuclvo ispredanjem rastopljcne mase u vlakna (terilen, dacron, terital, trevira) ili istiski;anjcm lU'oz slfoku mlaznicu u folijc (;dnosno trai(c i filmove. folije iz tereftalata vrIo su jake, post"Ojane su II tcmeratumOfrJ intervalu od -60 do + J.20 G C i llTloju iZVl'SHU eleklroizoiacion~l svojsLva. Folije :.:e uglavnom korlste za obbganje provodnikD i kablova iii kao dieJel:.lrikulJ.i U kondenzatorima.

Od traka se izraduju kvalitctni fotografski ilirnovl (mcvbr, hostaphan i dL) i magnetofonske trake.

Nezasiceni poliestri

Dobivaju se kondel1zovanjem dikarbonskih kisc1in~l (ftalnc, adipin~d;:e, maleinske) i visevalentnih alkohola (etden giikoia,glicer.illa), Nezasiccne poliesterske smole cesto nose naziv gHptaH kako bi sc razlikova!e od s{ii:nih smola poznatih pod n

NOVI MATERIJALl

aropol marco s11101a palatal laminae Jeguval.

1.4.2.3. EPOKSlDNE SivIOLE

Epok'_.;j smole cJobijaju se iz cpihlor-hidrina i bisfenola. One moe:u biti u tccilom iIi cvrs!om st8.nj1.1. (~vrste smole imaju ogranicenu primjenu"'" i slllze uglavnom ZrJ izradl1 pojedinih vrsta 1a111inat3 i antikorozivnu zastitu mctala.

, Teene smole su tCllllopiasti6ne i tek dodavanjcl11 otvrdivaca (amina i a1ll1d(~) dolazi do umrezavanja na sobnoj temperaturi. Pri upotrebi karbonskih i masl1lh kiselina, aminoplasta iIi fenoplasta umrezavanje nastupa tck na lemperaluri od 12015()" C.

. ~~oksi smale su tesko zapaljive, otporne su prema udnru habanju, a posJe(~UJu i veliku kemijsku postojanost prema mnogim kemikalijama i gasovlIna, OS1111 prcma jakim mineralnim kiselinama. Epoksi smole ojacane

~taklenim vlaknima ili 111ctalnom mrezol11 daju laminate cija cvrstoca premasuje cvrstocu nmogih metala, t.1. prjblizava se cvrstoCi mekog celika. Pored velike cvrstoce, ovakvi laminati posjeduju i dobra e1ektroizolaciona svojstva i top1otnu otPOTl1ost do 170G C.

Epok,si srnole imaju simku upotrebu u proizvodnji kvalitetnih lakova i Ijepi~a" dok se rnanje koristi za izradu odlivaka (ulivaka) i presovanih masa. LammIr

Od silikon':l se proizvode tvrde iIi meke silikonske pjene koje se koriste za toplotnu izolaciju.

Silikoni se proizvode pod raznim nazivima kao: silas tic

- silicon.

1.4.3. Elasticni polimeri (elastomeri) Elastomer! je zajednicki naziv za skupinu polimera, za koje je

karakteristicno da su dovoljno fleksibilni i elasticni pri ternperaturama na kojirna se upotrebljavaju. To je zato sto irnaju veorna nisko stakliSte i taliste kristalinskog dijela polirnera pod Oc. (Colin, Evans, 1980; Tehnicka enciklopedija, 1979).

U toj je skupini prirodni kaucuk i niz sintetickih kaucuka, koji se upotrebljavaju za izradu masovnih proizvoda, kao sto su autogume i niz gumenotehnickih proizvoda. Za elastomere se u svakodnevnoj praksi jos uvijek jednakovrijedno upotrebljavaju izrazi kaucuk iii guma. Posljeduji izraz u smislu konacnog produkta poslije vnlkanizacije, tj. umrezenja.

Dobre tehnicke osobine elastomera kao skupine dovele su do sinteze novih elastomera s pasebnim osobinarna , npr. bolja termoelasticnost postojanost u sirokom temperaturnom pOdlllCjU, otpornost na vru6a maziva i druge medije, specificna propustljivost za tekuCine i plinove, odsutnost toksicnib i korozivnih plinova pri gorenju, savijanja pri niskim temperaturarna, otpornost na ozon, stabilnost oblika i pri visokim pritiscima.

Elastomeri se, takoder, malo kad upotrebljavaju bez dodataka iii kombinacije nekoliko elastomera (polimerne srnjese). Zbog toga moraju nabrojenim zahtjevima zadovoljiti cijeli sistem, a ne sarno elastomerna komponenta.

Podrucje elastomera veoma je siroko i zbog toga sto se za postizanje posebnih osobina sve vise koriste smjese iii lmpolimeri s termoplastima. 0 omjeru mcclu njima ovisno je ubrajamo Ii ih u elastomere iii tennoplaste, aka vee De upotrijebimo izraz - terrnoplasticni elastomeri.

Navodimo neke primjere elastomera koji irnaju specifiene osobine i upotrebu u visokiln tehnologijama. Prvi poccci silikonskih elastomera, siloksana, sezu u godine drugog svjetskog rata. Od tada do danas n svijetu je obavljeno vise od 18 000 patenata, koji obradllju podrllcje silikonskih elastomera. Za njih je karakteristicno da imaju u polimcrnom lancu silicij koji im daje posebne osobine. Osnovni su monomeri za proizvodnju silikonskih elastomera: dimetildiklorosilan i trimctilklorosilan. Drugi monc>meri se upotrebljavaju samo za modifiknciju osnovnog polimera. Za umrezavanje silikonskih elastomera upotrebljavaju se razliciti umrezivaci, meau kojima Stl vazlli silani iii alkoksilani koji om-ogucavaju umre:zavanje pri sobnoj 52

POLIMER]

temperaturi. Amorfni silicijev dioksid jos je uvijek jedno od najvaznijih punila za silikonske elastomere.

Silikonski elastomeri

Veoma su stabilni na visokim temperaturama, postojani na oksidaciju J zracenje, imaju dabre elektricne osobine. Zbog toga se ti elastomcri koriste kao brtvila na hladnjacima za duboko zamrzavanje, za brtvenje avionskih vrata i prozora, za cijevi koje se koriste za vru6i zrak iii kisik, za izolaciju kablova, 1I rnedicini za implatate i kontaktne lece.

l'oli(2-fluorobutadien)

Poli(2-t1uorobutadien) Je prVl t1uorov elaslomer koji je i111ao dobre elastOlnerne osobine, Tek kopolimerizacijom vinilident1uoriua s fluorovim alkenima dovcla je do tak:vih fluorovih elastomera koji Sll bili prikladni za posebnu upotrebu. Umrezavanje fluorovih elastomera vrsi se u prisustvu diamina, peroksida i dihidroksi spojeva u kombinaciji s alkalnim metalnim oksidima. Fluorirani elastomeri upotrebljavaju se za izradu prcdmeta i dijelova, koji moraju izdrzati dugotrajno optereeenje pri visokoj temperaturi i korozivn~)j okolini. Primjerni Sll za izradu brtvi za hidraulicne strojeve, za izradu brtvcmh prstenova za brodske i avionske matore, za pogonske strojeve u svemirskim letjelicama.

Polisulfidni elastomer

Bio je prvi sintetski kaucuk, koji je imao komercijalnu vrijednost. Za njegovu se sintezu upotrebljavaju organski dihalogenidi i alkil-poli-sulfidi. Odlikuju se, prije svega, izvanrednom postojanos6u na ugljikovodike, te se zato upotrebljava za izradu takvih predmeta, koji moraju biti otparni na otapala, npr. pogonski remeni, brtvila itd.

l'olietersld blolHlmidi

Ovo nova skupina termoplasticnih elastomera. Sastavljeni su Gel blokova tvrdog poliamida i fleksibilnog palietera. Kao tvrda komponenta k.oriste se razne vrste nylona, leao fleksibilni niz glikola pozl1ati su pod imenom PEBAX. Posto je izbor obiju komponenti vehk, i jer se ti elastomcri lako m~jesaju sa nizom drugih elastomera i termopiasta, PEBAX elastomeri imaju siroko poclrucje razlicilib osobina. Ovisno 0 sastavu ovi elnstomeri imaju dobre rastczne i savojne karakterislike, otporni su na kemikalije i na zamaranje u sirokom toplinskom intervalu. Upotrebljavaju ill za izradu obu6e, cijevi, opruga, povrsinsku zastitu

53

NOV) MATERl.TALl

metalnih podloga. Poliesterski terl110plasticni elastol11eri, npr. HYTREL, slicni su poiiesterskim termoplasti6nim elastomerima u ton~e sto imaj~l u polirnClllOl-r: Janel] naizmjenicno fleksibilne i tvrde segmcnte. OV1sno 0 001Jcru komponenh

upotl:iebljl~il~ se u tcmperatumom podrucju od -40 -0- 150C. Otporni su 11a ~lja: Qorivf1, otapala i ozon. Od njih se izraduju visoko tlacne cijevi, blivila, SPOJCVl kablova, sklopke, pogonski remeni, sigurnosni sistemi u uutomobilima, odbojnici itd.

Sa navedenim primjerima jos nije iscrpljen pap is elastomcra koje mozcmo upotrijebiti u visokim telmologijama. Mogucnosti kombinacija cistih elasto~l~ra, kornbinacija elasto1l1cra s termoplustima, kombinacije elaslomera sa pllmhm~ organskog i neorganskog porijeklu (kompoziti), veoma su velike te je zbog toga 1 'leEk izbor elastomera za specificnu primjenu.

Specijall1i p()\imerni materijali Ta skupina teml0plasta obuhvaca vehle broj polimera vrlo razlicitih

struktura 1 podrucja primjene. Klasificiraju se u posebnu skupinu zbog toga s~o se proizvode u malim kolicinama ali su i do sto puta skuplji od visokomasemh polimernih materijalH.

l'oHaedHeni - fiU skupina konjugiranih poliena koje karakte1'izira .~o sto .~m cleklro vodljivi. Neb od novih poliacetilena stabilni Sll u zraku, a, vodlJlv.os~ 1111 :!e u redu velicin{,': vodljivosti bak1'a pri sobnoj temperaturi. OcekuJc se pnmJena 'tih pollmera u baterijama za konvcrz~ill solarne energije u elektroenergijll.

Aromatskipolifulfolni - stubilni su do temperature od 1500 C, a mogu 40 god. izdrzati zracenje oel 15 mil. Grcya, pa se koriste u nuklean10j tehnoiogiji. Alifatski polisulfolli skupina su altemirajucih kopolimcra koji ovisno 0 karakteru alkilnc skupino kontrolirano razgraduju u podmcju od -50 -7 100 C pod utjecajcm zracenja iii top line. UpotrebJjavaju se kao osnova za sP.cci)a.ln.a podnlcja proizvodnje elektricnih stampanih sklopova. Alternirajuci pOll( dlvmd

estcr-k~-anihidrid l;,alcinske kiseline) (PYRAN) u dozi ad 3,1 mg/kg zastic,uje 100 (ll) miseva od 1etalne injekcije Encephalomyocnrclitis virusa. T:Jj kopo~imer djeluje i prot!v gljivicnih infekcija i stimulira imunizaciju organizma. Vlsoko modulni polietiien, prircdcn putem tekucih pOlimcn1ih" kristal~ posvtUpkO;11 istezanja vlakana iz geia, ima modul elasticnosti 250 N/mm4 , a pre10dnu cvrstocu 700 N/mm2. Takva ~lakna komercijalno se proizvode pod imenom SPEKTRA, a upotrebljavaju se za izradu visok~ kvalitetnih jedara i za r2.zne antibalisti6ke primjenc. U skupinu spccijalnih polimera ubrajaju se 1 polimeri OtpOll1i na visoke tcnmerature kno sto su Dolibenzimidazoli koji Sll stabilni na 350-:-.380 te ~ 'r . Ijestvasri polimeri dobiveni kondezactjom.

54

POLIMERI --_.

1,4,5,8-naftalentetrakarboksilne Idsdine i Vlakna priredena ad tih poIimera zadd3V

l~V Y I- lY1M.1l21"-UALl

1.5. Hiorazgraduja sintetskih polimera

Vec,ina sintetskih polimera koji se llpotrebljavaju u sirokoj primjeni ~elativno jc otponm n3 biorazgradnju 11 poredenju sa prirodnim polimerima kao sto su: celuloza, skrob, prot.eini i drugi. Yeliki porast primjene polimernih mater~.~ala, posebno u pakovanju, doveo je do problema porasta plasticnih matenpla u ukupnom komunalnom otpadu sto trazi adekvatno rjesenje da ne dolazi do zagadenja okoline.

Koliko god je inerlnost polimernih materiialil bila nrednosl, sada se ona s ekoioskog g1cdista 5111atra vclikim nedostatko11l. ~

M:~du~jelovanje sintetskih polimera i prirodnog okruzcnja promatrarno kr?Z ulJecaJne parametre kao sto su kisik, djelovanje sunceve energije te 111lkroorganizama vdo jc sistcmski proucavano u posljedI\jih deset godina.

S obzirol11 ua primjenu danas se tezi da se proizvode i biorazfIradivi polimeri. Biorazgradivi polimeri U osnovi se dijc1e na biopolimere i si~tetske l)ol~mere s fllnkcionalnim skupil1ama osjetljivim na djelovanje mikroorganizama. !JIll.danas nalaze svoju prlmjenu najvise u medicini i farmakologiji, sto nc znaci da 1 druge grane privrede nell1(_~ju znacajnu prirnjenu, narocito nrehrambena industrija. - . ,

Biorazgradivi polimeri

. . Vecina. je biorazgradivih polimera hidrofilnR) sto je znacajno ogranicenJE prU:1Jene U Ehroj potrosnji. Smanjenje hidrofilnosti i povecanje hodro.fobnosti tih ?ohmera pokusavaju se postici kemijskim rnodifikacijamu, najcesce Kopolimerizucijama.

, VeCi .broj sintetskih polimera bio bi podlozan biorazaranju s pomOCll 1111kroorgamzama kada 17i bili ispunjeni neki od sljedeCi uvjcta:

sposobnost encima da sintetiziraju strukture sliene spojevima u prirodi, sposobnost organskih tvari do. izazovu sintczu potrebnih razgradljivih encima, prisutnost iii odsutnost ki:dka, oc1govaraju61 pH, temperatura, vlaznost i ostalo.

. O~jetljjvost polimen] n(1 djelovanje mikroorganizama ovisi prije. sve;:a 0 njegov.oj kemijskoj prirodi. Visokomolekulni sintetski poIimeri 11 'pravil~ SLl (:tpon:l na djelovanjc tnikroorganizama. Vazna su iznimka polimeri s funkclOnalnim skupinam11, no. oSHovi alifatskih estera u gJavl10m polirnernom lanCLI, te poliuretani priredeni adicijom poliesterdiola j diiz~cijan2ta. U osnovi su

56

FOLlMER!

polimeri s vezama C-O i C-N osjetljiviji na biorazgradnju nego polimeri s vezama C-C.

. Biorazgradljivost polimera opcenito se pripisllje encimima koji djelllju na pnrodne sLlpstrate. Encimi hidrolize koji cjepaju estere i amide sastavni .

NOVI MATERlJALI

1.5.2. Skrob jmo biorazgradivo punilo Prirodni polimcr, skrob, vee dugi niz godina sluzj kao dodatak i punil0 U

polimcrnim sistemima. Kao biornzgradivi ,prirodni polimer postao je posebno zanimljiv kaa punilo u polietenu u svrhu pripremc biorazgradive plastike. Osim toga, tehnoloski postupci pripreme polictenskog filma takoder ne znace veeu poteskocll. Prednosti skroba ,kao punila u po\ietenu, SD u tome sto se takav film U odslllnosti vlage ponasa kao film cvrstog polietena, a u prisutnosti vlage dolazi do postepene razgradnje runiJa.

O.oi111 poslllpaka dobivanja smjese skrob (punilo) I polimer poznati su i postupci cijcpanja skroba l1a poli( metil-mctakrilat). Prakticnu primjenu nai1azi i ,micsa 'kroba i poli(vinil-alkohola) (PY AL).

Skrob, osim toga, maze sluziti kao osnOV3 za cijepanje sintetskih polimera, cime se dobiva niz kemijski razli{:itih kopolimera.

Za komercijalne svrhe koristi se i smjesa skroba i kopolimcra etcn! vinil~ alkollola (ElY Al.), sto omogucuje proizvodnju filma dobrih mehanickih osobina.

1.5.3. Biorazgradivi polimeri i okolina

Biorazgradljivost polimernih materijala u pogledu upravljanja plasticnim otpadom i ocuvanja okoline cini vr10 s]ozenu probJcmatiku, sto zahtjcva komplcksna rjesenja kad njcnog odlaganja i ponovnog koristcnja. Proizvodi razgradnje biorazgradivih polimera U osnovi avise 0 tome zbivaju Ii se procesi biorazgradnje uz kisik iii bez njega. Potpuna razgradnja uz kisik dovodi do stvaranja ug~jik-dioksida, vode mineral a, bez stet-nih ostataka za okolinu.

Upravljanje plasticnim biorazgradivim otpadom obuhvata nekoliko razliCitih tehnoloskih postupaka ovisnih 0 tipu pIastike.

Visekratna upotreba biorazgradivih polimera OV15i 0 tipu plastike. J\1nogi biopolimeri toplvi su u vodi, pa se mogu vrl0 lako odbaciti uz pomQ(~ otpadne vode. Ti polimeri ukljucuju poli( vinil-alkohol), po!i(eten-oksid), poliakrilna kiselina, poliakrilamid, polistirensulfonskl1 kisclinu itd. Ti se polimeri najcesce upotrebljavaju u tckstilnoj industriji i induSlriji papira, te nakon upotrebe ukljucuju u postupak tretmana otpadnih voda, sto je ekolosko rjesenje zbrinjavanja polimernog otpada.

Postupak recikliranja plastike zahtjeva u prvom redu r~jeno djelotvonlO odlaganje da bi sc daljnim postupcima 1110gb podvrci odgovarajucim postupcima reciidirm~ja.

Blorazgradnja sintetskib polimera "\Tio je pozeljna iako je njihova podrucje primjene ograniccl1o i spccificno. Ekolosko prihvatljivo zbrinjavanje ukupnog konmnalnog olpadn nal11ctnut 6e zasigurllo i nova IjeScnja u zbrinjavanju plasticnog otpada.

FOLlMER!

1.6. Mehanicka stanja polimera :Mehanicka stanja plasticnih l11asa su ovisna 0 temperaturi. Ova ovisnost

pregJedno je prikazan3 na dijagramu modula smicanja G pri raznim temperaturama (3l.17).

G [Nhnm~J

1

2

3 4

L-_____________ L-________ -L ______ ~J_ __ ~

Temperatura [ Cl C] Slika 1.21. Dijagram moduln smicanja pri raznim

U dijagranin imamo sijedeca stanja:

Tvrdoelasticno podrucje (I), obuhvaca niske temperature_ U tom SD podrucju plasticne mase tvrde i krhke pa je za njih karakteristicna ogranicena elasticna defoll11aeija velikog modula etastionosti (E-200 . .4000 N/mm2). . .

, Modul smicanja se u torn podrucju malo mijenja s temperaturom (G=lO-... 104 ). Podnlcje smeksavanja (2), obuhvata temperatufu pri kojima je vee ol11ogu6eno pomieanje molekula (koje u tvrdoelasticnom podrucju nije bilo moguce). U podrucju smeksavanja plasti prelaze iz krhkog u zilavo stanje. Gumielasticno podrucje (3), rasprostire se od podrucja smeksavanja do topljenja plasli. Za to je podrucje karakteristicna vrlo velika elasticna defonmlcija uz mali ll10dul eiasticllosli (E=O,l. .. 600 N/mm'l. Modul smaka je u tom podrucju neznatno ovisan 0 temperaturi (G=O,l. 100 N/mm2). Podrucje topljenja (4), se pri amorfnim tvarlm3 izrazava postupnim prijelazom iz gUlllielasticnog; stanja kroz plasticno stanje do potpuno~ lopljenja.

59

NOV] MATERIJALI

Termoplasticne mase - Kod ovih plasticnih masa imamo dva slueaja: - amorfne tenl10plasticne mase kad kojih je smeksavanje i gumielasticno podrucje vise izrazito, a tu spadaju: PVC, PMMA, PC, ABS, SAN (sl. 1.19. a.); - djelimicno kristalne plasticne mase kad kojih je smeksavanje i gumielasticno podrucje manje izrazito, a tll spadaju: PH, PP, PA, POM, PTFE, PETP (slika 1.19. b.).

G G

T T a) b)

Slika 1.18. Dijagram modula smicanja kod termoplasticnih polimera Mehanicka svojstva, nekih termoplasticnih masa, data Sll 1I sljedeeoj tab eli

(tabela 1.8.).

Modul Cvrstoca Cvrstoca n .... Zatezna Tvrdoca Termophl.st Oznaka clasticnosti vlaella savijanje zilavost N/mm2 kN/nun2 N/nu1l2 N/mm2 kJ/m2

Polietilen PE-HD 0,7 .. 1,4 18 .. 35 36 - 40 .. 65 PE-LD 0,2 .. 0,5 8 .. 23 - - 13 .. 20

Poiiprooilen PP 1,1 ... 1.3 21 .. 37 43 3. .17 36 .. 37 Polivinilklorid PVC 1,0 .. 3,5 50. .75 110 2 . . 50 75 .. I55

Polistiren PS 3.2 ... 3,3 45 .. 65 90 2 .. 3 120 .. 130 Stirenakril-nitril SAN 3,6 70 .. 85 100 2 . .3 130 . .140

Ankrilnitril-ABS 1,9 butadienstiren .. 2.7 32 . .45 75 7 .. 20 80 .. 120

Polimetil-PMMA 2,7

metakrilat .. 3,2 50 .. 77 105 2 .. 6 180 .. 200

Polioksi-POM 2,8 .. 3,2 62 .. 70

metilen 110 3 .. 9 150 .. 170

Politetra- PTFE 0,41 25. .36 --.l!.!:lore(ilen 18 13 .. 15 27 .. 35

PA6 1,4 70. .85 27 8 .. 18 75 Poliamid PA 66 2,0 77 .. 84 50 15 . . 20 100

PA II 1,0 56 - 30 .. 40 75 .-

Polikarbonat PC 21. .. 2,4 56 ... 65 - 10 .. 20 Ito _ .. -- -

Politetra-tereftalat PETP 2.4 39 SO 4 .. 5

Celulozni ace tat CA 2.2 28 44 15 50 "

. ., Tabela 1.8. rvTclullllcli.a svoJstva termoplastlcmh masa

60

--

POLlMERI

Termoreaktivne plasticne mase - Ove plasticne mase su amorfne, 1._- r--~~-'-

(aminoojast) UF - 30 80 1,5

NOV! MATERllAL!

gdje gumielasticno podrucje pocinje vee pri temperaturi pod 00 C j prirodni kaucuk s vise od J 0% sump ora (S), (slika 24, b), gdje gumieJasticno podrucje pocinje vee pri tcmperaturi od 200

Elasti GustoCa CvrstoCa N/mm2 Postolak Tcmperllt.

l,g/m3 produlj. Upotrcbc j.:allcuk oznaku neuil'r. utvr. (ib "C

Prirodni NR 930 22 28 600 -45, .. 85 Poiiu;"Cl:1 lski (mc:ki) PUR 1260 20 32 450 -100 ... 50 51 iren-but;Hlicn,k i SBR 940 5 25 SOO -35 .. 110 Buladicnskj BR 940 2 18 450 70 .. 100 Bu\ilni HR 930 5 21 600 30 .. 120 Akriln ilri I-hutadicnski NBR 1000 Co 25 450 -20 ... 110 Silikonski sm 1250 1 10 250 -100 ... 200

., Tabela 1,10. Mchamcka svoJstva eiastomelH

Prirodni kancuk NR irna odlicne elasticne sposobnosti j \'rlo dobru udarnu zilavost. Postojan je u vocli i kiselinama) manje postojan u mineralnim

ll~jima j mazivima (plastevi kot3ca za teretnjake, gumene opruge, brtve, lezaji). Poliuretanski kaucul.;: PUR vanredno je otporan prema habar~ju, dobra

upotrebiv samo do temperature 50 C. Postojan je u mineralni!11 uljirna ali nepostojan II vrllcoj vadi. (valjani koluti, lezajne blazinice, hlive, amortizeri).

Stiren-hutadicnski kaueuk SBR (huna) veoma je olporan prema habanju i veCim temperaturnim opterecenjima, pri dinamickom opterecenju se jako zagrUava (plastevi t06kova za osobna vozila, brtvc, gipke cijevi, profili, trake).

Butadicnski kaneuk BR (buna eB) vrlo je otporan prema babanju pa se zato koristi za vozni sloj plasteva kota6a.

Butilni kancuk HR vrlo je otporan na vremenske uplive i starel1je le vda malo propusta plinove (zra6nice kotaca za vozila, gibUive cijevi).

Akrilnitril-butadicllski kaucnk NBR (perbutan) postojan Je 11 mineralnim uljima, mastima i teku6im gorivimn, ali ne pos1:ojan u kloriranim ugljikovodicima (gihljive cijevi za benzin, membrane).

SiIikoJ1ski kaucuk SIR jc izvanredno otporan na temperaturu. Poslojan je II ulju i mastima, ali neotporan prema \'rueoj vocli, ugljikovodicima, luzini i kisclinama (brtve prchr. urectaja, transp0l1_ne trake, ciektric,ne izoJac~je), (tabela 1.10. )

62

POLIMER!

Prilog:

-' KRATI.CE HOMOI'OLIlHERA, PRIRODNIH POLfMERA I KOPOLIl\-'lERA 1

PoliTntri ~ CA Celulozni acetat _. __ . I Poliil1lid PI TAB Cclulomi acetobutirat PIB i Poliizohwcn CAP Ccltllozni acetQ:pr()pionat PIR I Poliizoci;,lnllrat ..-~ CF Krczol- rormaldehid PIS Poli(imidsulfid) , ~C K::Jrbok:;i met i iccJuJoza PMA Poli( meti l-akrilaO @: CcJulozni nitrat PMI Pol i( mc!a~rili mid) .~~_._ .. __ J CP CelulO2'ni propiollat -.lJMMA Po I i (IT;.cti 1-mctakri I a1 )

ICR-'! Polikloro~renski kaucuk PMO Po!i(mctcn-oksid) I CS Kazcin PMP Poli(4-Jnctilpcnlen-l)

._-

! CSF Kazcin" farmaldehid PMS Poli( u.-mcl jlslircn) .. -

I CTA Celulozni Irillceta! POA Poli(nksiamid) ;_:-;-EC Etilcc\l!!oza POM Po I i (oks i mel C 11 )( 20 J i

NUVIlVlAl'.i::',KlJALl

--- KRA TIeE HOMOPOLIMERA, PRIRODNIH POLIMERA I KOPOLIMERA Poliamidi

PA6 Polimer-od t-kaprolaktama PAI2 POlimer od ro-dodekalaktama (laurinlaklama

PA66 I Polimer od heksLllllctcwJiamina i PA66f Kopolimcr od heksamcler.diam:na, I udipinske kiseline 610 adipinske i sckcinskc kiscline, I kopalimcr od PAGG i PA610

PAl! Polimer ad Ii ulilinoumlebnske PA61!2 Kopolimer ad FAG i PAl2 kiseline

KgIJolimeri AlBIA I A kri! n 'It ri l/bu lad iC1J akriiat

-

MBS Metakrilat/buladicn!stircn ABS I Akrpnitril/blltudien/slircn MPF Mel umin! reno 1-fon~laldchid AlEPDM/S1

I Akrilnitril/eten-propilcn- PEBA Po!ielcr-blok-amid dien/slircn NMMA Akrilnitril/metil-melakrilat SAN Slircn/akrHnitril ~PE-CIS Akrilnitril/klorioni [l0lieten!stlren SIB Stiren/butaJien

-ASA Akrilnitrii/stirc