Μοντέρνα Πολυμερή: Από τη Χημική Δομή στις Ιδιότητες

5. Μοντέρνα συνθετικά πολυμερή:
από τη χημική δομή στις ιδιότητες
Δρ. Κώστας Σ. Πατρίκιος
11ο Επιμορφωτικό, Επιστημονικό, Συνέδριο Βιολόγων ΟΕΛΜΕΚ
Βιολογία: από την Υγεία μέχρι τη Βιοποικιλότητα
Σάββατο, 28 Μαρτίου 2015, 3:00 μμ
ΤμήμαΧημείας
Σχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών
Πανεπιστήμιο Κύπρου

6. Μοντέρνα συνθετικά πολυμερή:
από τα αθλητικά παπούτσια
στη μεταφορά γονιδίων
Δρ. Κώστας Σ. Πατρίκιος
11ο Επιμορφωτικό, Επιστημονικό, Συνέδριο Βιολόγων ΟΕΛΜΕΚ
Βιολογία: από την Υγεία μέχρι τη Βιοποικιλότητα
Σάββατο, 28 Μαρτίου 2015, 3:00 μμ
ΤμήμαΧημείας
Σχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών
Πανεπιστήμιο Κύπρου

7. Περιεχόμενα
• Τα πολυμερή στην καθημερινή ζωή
• Ορισμοί: πολυμερή, μονομερή, ολιγομερή
• Σύνθεση πολυμερών
• Χαρακτηρισμός πολυμερών
• Συμβατικά συνθετικά πολυμερή
• «Εξωτικά» συνθετικά πολυμερή
• Βιολογικά πολυμερή
• Πράσινα πολυμερή
• Τα πολυμερή στο διαδίκτυο: Macrogalleria
• Συμπεράσματα

8. Παραδοσιακά Δομικά Υλικά
Σκληρά
Πέτρα
Γυαλί
Μέταλλο
Τσιμέντο
Μαλακά
Ξύλο
Βαμβάκι
Μαλλί

9. Ιδιότητες Πολυμερών
• Καλή μηχανική αντοχή
• Χαμηλή πυκνότητα
• Χαμηλό κόστος
• Αντοχή στη διάβρωση
• Ηλεκτρική μόνωση

10. Πολυμερή στην καθημερινή ζωή

11. Πολυμερή καθημερινής ζωής (συνέχεια)

12. Συνδυασμός Πολυμερών
Πέλμα:
Συμπολυμερές
σκληρού-μαλακού
συστατικού
(πολυστυρένιο-co-
πολυβουταδιένιο)
Πλάι:
Μαλακό πολυμερές
(πολυϊσοπρένιο)
Εσωτερική
επικάλυψη:
Πολυμερές
αδιαπέραστο
στον αέρα
(πολυϊσοβουτυλένιο)
Εσωτερική
ενίσχυση:
Σύρμα από ατσάλι
ή από Kevlar
(αραμίδιο)
Παντού ενίσχυση:
Με σωματίδια
αιθάλης (< 1 μm)

13. Κι Άλλος Συνδυασμός Πολυμερών
Σόλα: Συμπολυμερές σκληρού-μαλακού
συστατικού (πολυστυρένιο-b-πολυβουταδιένιο)
Εσωτερικός πάτος:
Μαλακό πολυμερές
(πολυουραιθάνη)
Εξωτερική
ενίσχυση:
Δέρμα ζώου
(πρωτεΐνη,
βιολογικό
πολυμερές)
Κορδόνια:
Βαμβάκι
(πολυσακχαρίτης,
βιολογικό
πολυμερές)

14. Όγκοι Πωλήσεων Πολυμερών
17 εκατομ-
μύρια
τόνοι
πολυαι-
θυλένιο
το 2004
στις ΗΠΑ
17 δισεκ. $
Παγκόσμια παραγωγή: από 1,7 εκατομμύρια τόνους το 1950
σε 288 εκατομμύρια τόνους το 2012 !

15. Ορισμοί
• Πολυμερή: Μόρια μεγάλου μοριακού βάρους (ΜΒ)
• Μονομερή: Μόρια που μπορούν να μετατραπούν σε
πολυμερή
• Ολιγομερή (διμερή, τριμερή κλπ): Πρώτα
προϊόντα πολυμερισμού μονομερών
- μικρά πολυμερή: ΜΒ = 1000 – 20 000 g mol–1
- μεγάλα πολυμερή: ΜΒ = 20 000 – 107 g mol–1

16. Σύνθεση πολυμερών
• Πολυμερισμός ελευθέρων ριζών
εκκινητής+
πολυμερές
CH2 CH
X
nμονομερές
H2C CH
X
n
θέρμανση
ή φως
• Πολυμερισμός συμπύκνωσης
+ H2O
μονομερές
H2N-(CH2)5-COOHn
πολυμερές
HN-(CH2)5-CO
n
θέρμανση
• Πολυμερισμός διάνοιξης δακτυλίου
H2C CH
CH3
n
O
μονομερές
CH2 CH
CH3
O
n
πολυμερές
καταλύτης

17. Σύνθεση πολυμερών και Nobel Χημείας 2005
• Αντίδραση μετάθεσης ολεφινών
• Πολυμερισμός μετάθεσης διάνοιξης δακτυλίου
Y. Chauvin
Inst. Pétrole
R.H. Grubbs
Caltech, ΗΠΑ
R.R. Schrock
MIT, ΗΠΑ
καταλύτης
CH
CH
R2
R1
HC
HC
R3
R4
+
HC CH
R1
R3
HC CH
R4
R2
+
καταλύτης
+ +
HC CH
H2C CH2
H2C CH2
HC CH
H2C CH2
H2C CH2
HC CH
H2C CH2
H2C CH2
C
H
H2C
H2C CH2
CH2
C
H
CC
H2C
H2C CH2
CH2
C
H
CC
H2C
H2C CH2
CH2
C
HH H

18. Αρχιτεκτονικές πολυμερών
• Γραμμικά
• Διακλαδισμένα
• Πλέγματα

19. Χαρακτηρισμός πολυμερών
• Μοριακό βάρος
• Σύσταση
• Δομή-μορφολογία
• Μηχανικήαντοχή
- σκέδασηφωτός
- οσμωμετρία
- ιξωδομετρία
- χρωματογραφία
- φασματοσκοπία NMR
- στοιχειακήανάλυση
- ηλεκτρονικήμικροσκοπία
- διαφορικήθερμιδομετρία(DSC)
- περίθλασηακτίνων Χ
- σκέδαση SAXS και SANS
- καμπύλες δύναμης-επιμήκυνσης
- δοκιμασίακρούσης
- δοκιμασίακάμψης

20. Συμβατικά συνθετικά πολυμερή
• Πολύ σκληρά πολυμερή
• Σκληρά πολυμερή
• Μαλακά πολυμερή
• Λάστιχα
Κατάταξη σύμφωνα με τις μηχανικές ιδιότητες
Κρυσταλλικά: νάυλον, HDPE
Υαλώδη: πολυστυρένιο, plexiglas
Πλαστικά: πολυϊσοβουτυλένιο, καουτσιούκ
Ελαστομερή (διασταυρωμένα πλαστικά):
βουλκανισμένο καουτσιούκ
N
N
N
H
O
O
H
H
O
O
N
H
N
N
N
H
O
O
H
H
O
O
N
H
N
N
N
H
O
O
H
H
O
O
N
H
S
S
S
S
S
S

21. Συμβατικά συνθετικά πολυμερή
• Καλή μηχανική αντοχή
• Χαμηλή πυκνότητα
• Χαμηλό κόστος
• Αντοχή στη διάβρωση
• Οργανικές ενώσεις
• Ηλεκτρικοί μονωτές
• Ασύμβατα με βιολογικούς ιστούς
• Αδιάλυτα στο νερό
Κύριες ιδιότητες

22. «Εξωτικά» συνθετικά πολυμερή
• Ηλεκτρικά αγώγιμα
• Ανόργανα
• Βιοϊατρικά

23. Ηλεκτρικά αγώγιμα πολυμερή
• Πολυανιλίνη
• Πολυπυρρόλιο
• Πολυακετυλένιο
N
H
n
N
H
n
n
Nobel Χημείας το 2000 στους
Heeger, MacDiarmid και Shirakawa

24. Ανόργανα πολυμερή
• Πολυ(φωσφαζίνες)
• Πολυ(θειαζύλη)
• Πολυ(νιτρίδιο του βορίου)
P N
R
R
n
S
N S
N
n
B
N N
N
B
N
N
BB B
B
N
• Μέταλλα – οργανικά πολυμερή, νανοτεχνολογία

25. Βιοϊατρικά πολυμερή
• Πολυ(διμεθυλοσιλοξάνιο)
• Πολυ(τετραφθοροαιθυλένιο)
• Πολυ(γαλακτικό οξύ)
Si O
CH3
CH3 n
C C
F F
F F
n
C
H
C O
OH3C
n

26. Βιοϊατρικά πολυμερή (συνέχεια)
• Κατιοντικά αστεροειδή πολυμερή
Εφαρμογή: Συμπύκνωση DNAή RNA και εισαγωγή τους στο κύτταρο
Μηχανισμός: Συμπλοκοποίησηαρνητικάφορτισμένου DNAμε θετικό πολυμερές
Σημασία: Γενετική θεραπεία ή διάγνωση
• T. K. Georgiou, Polym. Int. 2014, 63, 1130-1133.
• K. S. Pafiti, C. S. Patrickios, T. K. Georgiou,E. N. Yamasaki,N. P. Mastroyiannopoulos, L. A. Phylactou Eur. Polym. J.
2012, 48, 1422-1430
• K. S. Pafiti, N. P. Mastroyiannopoulos, L. A. Phylactou,C. S. Patrickios, Biomacromolecules 2011, 12, 1468-1479.
• T. K. Georgiou, L. A. Phylactou , C. S. Patrickios. Biomacromolecules 2006, 7, 3505-3512.
• T. K. Georgiou, M. Vamvakaki, L. A. Phylactou, C. S. Patrickios. Biomacromolecules 2005, 6, 2990-2997.
• T. K. Georgiou, M. Vamvakaki, C. S. Patrickios, E. N. Yamasaki, L. A. Phylactou. Biomacromolecules 2004,5, 2221-2229.

27. Βιολογικά πολυμερή
• Πρωτεΐνες
• Πολυ(πυρηνικάοξέα)
• Πολυσακχαρίτες
- ένζυμα
- αντισώματα
- δομικό υλικό
- μεταφορείς
- ορμόνες
- DNA
- RNA
- άμυλο
- κυτταρίνη
- γλυκογόνο

28. “Πράσινα” πολυμερή
• Υλικά πετρελαϊκής προέλευσης
• Υλικά από ανανεώσιμες πηγές
• Πράσινα πολυμερή
- Αυξανόμενο κόστος
- Εξάντληση
- Ρύπανσηπεριβάλλοντος
- Μειούμενο κόστος
- Φυσικήανανέωση
- Συμβατάμε το περιβάλλον
- Φυσικάπολυμερή
- Από φυσικά μονομερή
τουλιπαλίνη
λιπαρά
υδροξυ-
οξέα
ταννίνες
τερπένια

29. Τα πολυμερή στο διαδίκτυο
Από τον καθηγητή Lon J. Mathias
University of Southern Mississippi
http://www.pslc.ws/mactest/index.htm

30. Macrogalleria (συνέχεια)

31. Macrogalleria για παιδιά!
PAUL LEMUR
(polymer)

32. Συμπεράσματα
πολυμερή σε
καθημερινή
χρήση
Παρελθόν
Παρόν
Μέλλον
πολυμερή
υψηλής
τεχνολογίας
- βιοϊατρική
- νανοτεχνολογία
Ιδιότητες /
Λειτουργίες
μαλακό /
σκληρό /
ελαφρύ
αγώγιμο /
υδατοδιαλυτό/
διασπώμενο /
βιοσυμβατό
;;;

33. Η ομιλία σε φιλμάκι
Ομιλία Κώστα Πατρικίου
• facebook Βιολόγων
https://www.facebook.com/groups/670297819664373/1088887251
138759/?comment_id=1089101171117367&ref=notif&notif_t=like
• http://www.biosyn-oelmek.org/
• Ιστοσελίδα Συνδέσμου Βιολόγων ΟΕΛΜΕΚ
http://www.biosyn-oelmek.org/?page_id=352
youtube
• https://www.youtube.com/watch?v=7VKveozAux8#t=106