1. Polimeryzacja
w laboratorium
– techniki polimeryzacji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium
Podstawy Chemii Polimerów –
seminarium
dr Małgorzata M. Zaitz
malgorzata@zaitz.eu

2. Metody syntezy polimerów
Monomery:
- gazowe - (etylen, propylen, izobutylen
- ciekłe – (N-winyloformamid, styren,
diwinylobenzen)
- stałe - akryloamid
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

3. W fazie gazowej
PROPYLEN
POLIPROPYLEN
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

4. ETYLEN - POLIETYLEN
W fazie gazowej
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

5. W fazie gazowej z rozpuszczalnikiem
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

6. Semi-Batch Slurry Reactor for
Metallocene Catalyzed
Polymerization of Olefins
Instalacja firmy Shell w Puget
Sound Plant do polimeryzacji
propylenu powstającego jako
produkt uboczny krakingu
W laboratorium W przemyśle
W fazie gazowej
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

7. Katalizatory
Zieglera-Natty
TiCl3•AlMe3
Metalocenowe
LDPE LDPP
HDPE HDPP
polimeryzacja rodnikowa
polimeryzacja z użyciem katalizatorów
W fazie gazowej – LDP i HDP
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

8. W fazie gazowej - katalizatory
Karl Ziegler
1950 r. - katalizatory
Nobel 1963 r.
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

9. W fazie gazowej - katalizatory
Gulio Natta - Nobel 1963 r.
+
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium
Krystaliczny, izotaktyczny
polipropylen

10. W fazie gazowej - katalizatory
Gulio Natta - Nobel 1963 r.
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium
Syndiotaktyczny polipropylen
Krystaliczny, izotaktyczny
polipropylen

11. W fazie gazowej - katalizatory
Zieglera-Natty
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

12. Metalocenowe
W fazie gazowej - katalizatory
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium
rozpuszczalne
większa aktywnośd
polimer o większej masie
cząsteczkowej
kontrola taktyczności

13. W masie
h
T
Polimeryzacja w masie –
bulk polymerization
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

14. FAZA: stała, ciekła, gazowa
ROZPUSZCZALNIK: brak
INICJATOR
CHEMICZNY:
może byd ale nie musi
INICJACJA: termiczna, promieniowaniem,
chemiczna
ZALETY: bardzo czysty polimer
(zanieczyszczenie tylko monomerem),
wysokie masy cząsteczkowe
WADY: brak kontroli procesu, utrudnione
odprowadzanie ciepła
W masie
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

15. Polimeryzacja w masie – bulk polymerization
polimeryzacja blokowa
W masie
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

16. charakter homogenny
monomer – polimer
ten sam stan skupienia
ciało stałe – ciało stałe
ciecz – ciecz
charakter heterogenny
monomer – polimer
różne stany skupienia
gaz – ciecz
gaz – ciało stałe
ciecz – ciało stałe
ciało stałe – ciecz
W masie
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

17. W roztworze
układ homogenny
monomer – polimer
ten sam stan skupienia
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

18. układ heterogenny
monomer – polimer
różne stany skupienia
W roztworze
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

19. polimer
rozpuszczalny
polimer
nierozpuszczalny
wytrącanie
polimeru przy
użyciu koagulanta
filtracja
W roztworze
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

20. FAZA: stała, ciekła, gazowa
ROZPUSZCZALNIK: tak, rozpuszczalnik dla monomeru
i inicjatora
INICJACJA: termiczna, promieniowaniem,
chemiczna
ZALETY: dobra wymiana ciepła,
niska lepkośd roztworu, niewielkie
zanieczyszczenie reaktorów
WADY: trudnośd wyodrębnienia polimeru,
koniecznośd używania łatwopalnych
i toksycznych rozpuszczalników,
zanieczyszczenie produktu resztkami
rozpuszczalnika
W roztworze
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

21. W roztworze - zastosowanie
farby
kleje
środki do
impregnacji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

22. polimeryzacja rozpuszczalnikowo –
strąceniowa
– „kontrola” wielkości makrocząsteczek
– mała polidyspersja
W roztworze
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

23. W suspensji (perełkowa)
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

24. SUSPENSJA – ZAWIESINA
UKŁAD KOLOIDALNY
POLIMERYZACJA
PEREŁKOWAPOLIMERYZACJA
MIKROBLOKOWA
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

25. faza
rozproszona
faza ciągła
koloid
ochronny
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

26. Normalna polimeryzacja
suspensyjna
Odwrócona polimeryzacja
suspensyjna
faza rozproszona
koloid ochronny
faza ciągła
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

27. Normalna polimeryzacja
suspensyjna
Odwrócona polimeryzacja
suspensyjna
monomer
+
inicjator
rozpuszczalnik
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

28. Temperatura
Czas reakcji
Temperatura
wrzenia porogenu
Temperatura wrzenia fazy
rozpraszającej
Temperatura i czas reakcji
zbyt długi czas reakcji
zbyt dużo porogenu
zbyt niska temperatura
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

29. ZBYT WOLNA
SZYBKA WOLNA
ZBYT SZYBKA
ODPOWIEDNIA
Szybkośd mieszania
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

30. SKŁADNIKI: faza rozproszona, rozpraszająca, koloid
ochronny
INICJACJATOR: w fazie rozproszonej
ZALETY: dobre odprowadzanie ciepła –
polimeryzacja jak w mikro reaktorach
blokowych, kontrola rozmiarów
otrzymywanych perełek przez rozmiary
kropli
WADY: koniecznośd zastosowania
stabilizatorów, duża objętośd reakcji,
koniecznośd mieszania
W suspensji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

31. W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

32. faza olejowa
surfaktant + ko-surfaktant
faza wodna
Normalna emulsja Odwrócona emulsja
faza olejowa
faza wodna faza wodna
faza olejowa
W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

33. W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

34. makroemulsja: mieszanie
miniemulsja: bardzo silne mieszanie – ultradzwięki
mikroemulsja: nic – samoistne powstawanie
W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

35. W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

36. W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

37. inicjator rozpuszczony
w fazie rozpraszającej
monomer rozpuszczony
w fazie rozpraszanej
W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

38. Wyodrębnianie:
• rozbryzgowe suszenie dyspersji w strumieniu goracego
powietrza
• w wyniku koagulacji lateksu
• lateks lub zawiesina jako gotowy produkt handlowy
W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

39. SKŁADNIKI: faza wodna, olejowa, surfaktant,
ko-surfaktant
INICJACJATOR: w fazie rozpraszającej
ZALETY: duża szybkośd reakcji oraz efektywne
odprowadzenie ciepła z jej środowiska,
otrzymywanie polimerów o dużej masie
cząsteczkowej i niewielkim stopniu
polidyspersji
WADY: niezadowalająca czystośd produktu ze
względu na trudności całkowitego
usunięcia resztek emulgatora i innych
dodatków
W emulsji
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

40. Na granicy faz
monomer znajduje się
w jednej fazie ciekłej, zaś
inicjator w drugiej
polimeryzacja odbywa się
w punkcie styku obu faz
powstający polimer jest
natychmiast „wyciągany”
z układu reakcji tak aby
utrzymywad cały czas dużą
powierzchnię styku faz

41. Otrzymywane:
włókna
bardzo cienkie folie
Na granicy faz
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

42. 2 – step swelling (dwu etapowe pęcznienie)
polimeryzacja emulsyjna bez emulgatora
pęcznienie (surfaktant + rozpuszczalnik aktywujący
pęcznienie)
pęcznienie (monomer + inicjator)
polimeryzacja
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

43. Core-Shell
polimeryzacja emulsyjna (powstawanie
rdzenia – core)
polimeryzacja emulsyjna (powstawanie
skorupy – shell)
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

44. Do laboratorium – polimeryzacja AAm
CH 3
CH 3
N
N
CH 3
CH 3
NH
NH2
NH 2
NH
temp C
CH 3
CH 3
NH
NH2
N 2
H Cl
H Cl2 + + 2
2
50 ml roztworu AAm
5% roztwór
15% roztwór
inicjator 0,01 mol inicjatora/ mol
monomeru
ok. 20 minut - 65 C
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

45. Do laboratorium
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

46. Do laboratorium – polimer z mleka
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

47. Do laboratorium – polimer z mleka
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

48. Do laboratorium – polimer z mleka
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium

49. Do laboratorium
8/10 kwietnia 2013 r. – Wydział Chemii UJ – Podstawy Chemii Polimerów – seminarium