Polimerek összetétele
A polimert ritkán használják tiszta formában ugyanazon okból, hogy a tiszta fémeket ritkán alkalmazzák az ötvözetekhez képest. A polimer tiszta formájának felhasználása helyett különböző összetételű módosításokat végeznek a polimerek tulajdonságainak javítása érdekében.
Az ilyen módosítások már említésre kerültek, amikor a polimer láncok térhálósodását úgy tekintették, hogy hőre lágyuló műanyagból termoplasztikus polimereket termeltek. Mivel a hőre keményedő polimerek nem tudnak lágyulni és a kívánt formát hozni, azt a térhálósodás előtti anyagnak kell átadni, ami súlyos korlátozásokat tartalmaz a cikk gyártási technológiájára. Vannak más technológiai módszerek polimer termékek gyártására, mint például a keverés, a kopolimerizáció és a kompozitok előállítása.
A keverés a leggyakrabban a termoplasztikus polimerek készítéséhez szükséges. Két vagy több polimer összekeverése, mielőtt a polimertermék előre meghatározott alakot kap. A kevert polimer tulajdonságai általában az alkotóelemek tulajdonságai között vannak. Mivel a kevert polimereknek képesnek kell lenniük a keverésre (vagyis szabadon együtt léteznek egymással), kémiai összetételeiknek hasonlónak kell lenniük. Ez számos korlátozást ír elő a tulajdonságok megváltoztatására, amelyeket a keverési eljárás végrehajtásával lehet elérni.
A keverés egyik alternatívája a kopolimerizációnak nevezett folyamat. A kopolimerizáció két polimer kombinációja a közös polimerizáció során. Például, ha a monomer A és B monomer keverék a polimerizáció előtt, akkor kopolimerizálható polimert képezve álló lánc mindkét elemi egységek az A és az egységek B. A szekvencia vegyületek kiindulási a polimert alkotó monomerek lehetnek tetszőleges, és ebben az esetben rendellenes (ataktikus) kopolimert képez, amelynek molekuláris láncát az alábbiakban adjuk meg:
Ha a monomerek jobban hajlamosak az önpolimerizációra, mint a kopolimerizációra, akkor blokk-kopolimer képződést eredményez, amelyben az egyes homopolimer blokkjai a makromolekulákhoz kapcsolódnak:
Ilyen rendszerekben a polimerek, amelyek tulajdonságai lényegesen különböznek a homopolimerek tulajdonságaitól, külön nyerhetők. Például egy szülő polimer meglehetősen merev lehet, a másik pedig nagyon rugalmas. A blokk-kopolimer előkészítése lehetővé teszi a végső anyag merevségének szabályozását a blokkok hossza és a készítményben lévő egyes polimerek relatív mennyiségének szabályozásával.
Egy blokk-kopolimer egy példája az ABS (akrilnitril-budadién-sztirol), amely három polimer elegyéből származik. Akrilnitril és sztirol kopolimeri alkotnak üveges blokk kopolimert butadién és egyidejűleg képez gömb alakú elasztomer gömböcske kapcsolódó merev polimer mátrix. Bár ez anyaga kisebb merevség és kúszási ellenállása, mint a polisztirol, ez lényegesen nagyobb szilárdsága és a rugalmassága, hogy lehetővé teszi, hogy kell tekinteni, mint egy szerkezeti anyag autókarosszériák.
Ha egy kis molekulatömegű anyagot adnak a polimerhez, ez az üvegesedési hőmérséklet és az anyag rugalmassági modulusának csökkenéséhez vezet. Ezek az anyagok, amelyeket lágyítóknak neveznek, csökkentik a polimer láncok közötti vonzóerőt, így a láncok rugalmasabbá válnak és egymáshoz viszonyítva az üvegesedési hőmérsékletüknél alacsonyabb hőmérsékleten csúszhatnak. Így a lágyító bevezetése csökkenti a Tc anyag üvegesedési hőmérsékletét.
Ha elegendő mennyiségű lágyítószert adunk hozzá, a törékeny polimer puha, rugalmas és viszkózus lehet.
Általában a polimerekhez hozzáadnak lágyítószereket, hogy javítsák folyékonyságukat (és ezáltal a feldolgozhatóságot), valamint csökkentsék az anyag törékenységét. Példaként említhetjük a polivinil-kloridot, amely tiszta formában nagyon merev polimer, de a lágyító hozzáadásával rugalmas anyagot alakíthatunk ki, amely alkalmas tömlők készítésére.
A legfontosabb követelmény, hogy a lágyítónak teljesítenie kell a polimerrel való kompatibilitását és az akció állandóságát. A kompatibilitás azt jelenti, hogy a lágyítónak képesnek kell lennie a polimerrel való összekeverésre, és ehhez szükséges feltétel az intermolekuláris interakciós erők azonos sorrendje a polimerben és a lágyítószerben.
Annak érdekében, hogy a lágyító folyamatosan működjön és ne legyen könnyen elválasztható az anyagtól, alacsony gőznyomással és alacsony polimerizációs sebességgel kell rendelkeznie.
Egy példa a lágyítók alkalmazásával a fogászatban az a folyamat, amelynek során a lágy ékek alatt fogsor, amelynek során összekeverünk polimetil dibutil-ftalát vagy polyethylmethacrylate.
Az összetett anyagok olyan kombinációi, amelyekben minden egyes komponens megtartja egyedi fizikai tulajdonságait. Vagy, ami még fontosabb, az összetett anyag több fázisból álló anyag, amelynek jobb tulajdonságai vannak, mint az egyes fázisok tulajdonságai külön-külön.
A két komponensből álló kompozitokban két fázis szétválik: a mátrixot és a töltőanyagot, míg a mátrix az összetevő, amely a töltőanyagrészecskéket egyesíteti. Kiváló példa a kompozitok természetes fogzománc és a dentin: ezek olyan szerves mátrixból (kollagén, fehérjék, víz) és a szervetlen töltőanyag (hidroxiapatit).
Lehetőség van különféle struktúrákból álló kompozitok széles választékának létrehozására, amelyek legegyszerűbb osztályozását az 1. ábrán látható diagram mutatja. 1.6.9. A töltött kompozitokban (porított töltőanyag-részecskékkel) a mátrix lehet hőre lágyuló vagy hőre keményedő polimer. A töltőanyag részecskéket csak egy ilyen kompozit összetételébe lehet bevinni, hogy csökkentse annak költségét, vagy bizonyos különleges szerepet töltsön be, például a színtelen polimer színét. Azonban gyakrabban használják a polimer anyagok mechanikai szilárdságának növelésére. Például az üveg bevonása a polimerbe növeli az anyag merevségét, és bizonyos esetekben növeli a mechanikai szilárdságot.
Az elasztomer megjelenítő anyagok folyóképességét bizonyos mennyiségű töltőanyag bevezetésével szabályozhatjuk. A töltőanyag részecskéinek alakja és eloszlása fontos szerepet játszik a polimer anyagok tulajdonságainak módosításában (módosításában). A polimerben nemcsak a töltőanyag részecskék, hanem a szálak vagy a vödrök is bejuttathatók (egykristályos formációk). A szálaknak a polimer mátrixba való bevezetése komoly hatással lehet a végső kompozit tulajdonságaira. A polimer mátrixnak a rostok általi átgondolt megerősítése jelentősen növeli az anyag szilárdságát és merevségét, ugyanakkor lehetővé teszi a kis súly megtartását. A sárkányok nagyon vékony kristályok, amelyek hossza és átmérője rendkívül magas. Példák a barázdákra a fluorokanáz kristályok, amelyek az 1. ábrán láthatóek. 1.6.10. Az eltérő anyagok és a szálak tipikus szakítószilárdságát az 1.6.2 táblázat tartalmazza. A rostok rövidek vagy hosszúak lehetnek, polimer mátrixban különféle módon oszthatók el, attól függően, hogy milyen tulajdonságokat kell elérni (1.6.11. Ábra).
Ábra. 1.6.10. Magas nagyítású fluorocanit kristályok
Ábra. 1.6.11. Az erősítő szálak típusainak ábrázolása: a) folyamatos rostok; (B) rövid egyirányú szálak; c) véletlenszerűen elrendezett rövid szálak
A szőtt vagy hálóanyaggal erősített polimerek példái a rétegelt anyagok, amelyek egymás tetején egymásra rakódott lapokból állnak, amelyek mindegyike meghatározott irányban elrendezett szálakból áll. Az ilyen kompozitok (pontosabban a laminált műanyagok, például textolit vagy üvegszál) nagy erősségűek különböző irányokban (1.6.12. Ábra).
Ábra. 1.6.12. A megerősített laminált műanyagok szerkezete; vékony, különböző irányú szálakból álló, egymásra rakott szálak
1.6.2. Táblázat A szálak és a vállkamrák szakítószilárdsága
A fogászat során a porfeltöltőket leggyakrabban használják. A porszerű töltőanyagok használatának két legfontosabb területe a polimer alapú nyomóanyagok és kompozitok a fogak feltöltésére vagy helyreállítására. Érdeklődés a kompozitok növeli, nem csak mint tömőanyagok, hanem a termelés polimer hidak üvegszállal erősített, valamint endodontiai Stump fülek.
A polimerek többcélú felhasználású anyagok csoportja. Szobahőmérsékleten lehetnek folyékonyak és szilárdak, törékenyek vagy rugalmasak, kémiai összetételük és szerkezetük függvényében.
A fogászati anyagok tudományának alapjai
Richard van Nurt