POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok: Makromolekulák 2017. Szeptember 07. Természetes szerkezetépítő polimerek Óraszám Hét Előadás: kedd 17-19, terem: MT-PTEA Kelt Előadó E G L 1 2 - - Bevezetés. A természetes polimerek jelentősége. A természetes polimerek (cellulóz, fehérje, latex), mint a növényi és állati szervezetek váz- és funkcionális anyagai. Szerkezeti felépítésük, a szintetikus polimerekhez képest eltérő tulajdonságaik. Természetes polimerek mesterséges átalakítása. Szerkezeti anyagként való megjelenési formáik: fa, papír, szál, bőr, gumi. 02.05. MB 2 2 - - A fa makro- és mikroszerkezete:, hemicellulóz, lignin. Fametszetek. A fa hibái, sűrűsége, fizikai és mechanikai tulajdonságai. A nedvesség és a hőmérséklet hatása. Keménység, hasítószilárdság, szeg- és csavarállóság. Súrlódási tényező. 02.12. MB 3 2 - - 4 2 - - 5 2 - - Haszonfák. A fa felhasználási területei. A faanyag kiválasztásának általános szempontjai. A fa tartóssága, faanyagvédelem. Fafeldolgozás. Fűrészipari eljárások, termékek. Fakötések. Ragasztott kötések, ragasztóanyagok. Furnér-, farostlemez- és forgácslap-gyártás. Fatermékek. A fa különleges alkalmazásai. A fa besugárzása. A fa és a műanyag kapcsolata. Speciális fatermékek gyártása. A papír története. A papír szerkezete. A papírgyártás nyersanyagai, folyamata, a papír tulajdonságait és minőségét meghatározó tényezők. Féltermék-gyártás (facsiszolat, cellulóz, félcellulóz). Anyag-előkészítés, a papírpép előállítása. Papírgyártás, a papírgép műveletei és működése. A papír mechanikai és egyéb 6 2 - - tulajdonságai. Papírtermékek. Szálerősített papírszerkezetek. Papírfeldolgozás. Magyarország papíripara. tavaszi szünet 7 2 - - 8 2 - - ZH 1. 45 perc (természetes polimerek, fa, papír) Természetes csontanyagok. A csont tartó és vázszerepe, integrált kompozit szerkezete, mechanikai tulajdonságai. Csontvizsgálatok. A szaru eredete, megmunkálási módjai Gumi. A gumi eredete. Természetes kaucsuk. A termelés módszerei. A latex. Féltermékek. A gumi adalékanyagai. Vulkanizálás. Gumifeldolgozás, gumiipari gépek, berendezések. 02.19. MB 02.26. MB 03.05. MB 03.12. MB 03.19-03.26. MB 04.02. MB 9 2 - - Mártott gumitermékek. Gumiabroncsok. Természetes bőr-anyagok, osztályozás eredet szerint. A bőr szövettani felépítése. 04.09. MB 10 2 - - 11 2 - - Nyersbőr alakja, részei. A bőr elsődleges megmunkálása. Bőrgyártás. Bőrtípusok cserzés, illetve kikészítés szerint. Készbőrök tulajdonságai. Szőrmék. Bőr termékek gyártása, konfekcionálás, darabolás alkatrészrögzítés. 04.16. MB A szálasanyagok fajtái, a természetes (pamut, len, gyapjú, selyem) szálak eredete, elsődleges megmunkálása, tulajdonságai. Textilipari technológiák és textiltermékek. Fonal, cérna, kötél, szőtt, kötött, fonatolt és nem szőtt kelmék. 04.23. MB 12 2 - - 13 2 - - Lebontható szintetikus polimerek és helyük a természet körforgásában. Fajtái, osztályozásuk, előnyük-hátrány. Lebomlási alapfogalmak, lebomlást befolyásoló tényezők. Példák megvalósult termékekre, alkalmazásokra. Megújuló erőforrás alapú, lebontható, természetes és szintetikus polimerek tulajdonságai. Keményítő. Politejsav. Előállítás, műszaki alkalmazhatóság, termékjellemzők, vízfelvétel. Lebomlási mechanizmusuk. ZH 2. 45 perc (bőr, textil, lebomló mesterséges polimerek) 14 2 - - 04.30. TT 05.07 TT 05.14. MB 1
Természetes szerkezetépítő polimerek - Poliszacharidok (keményítő, cellulóz, fa ) - Poliizoprén - Poliaminosavak (fehérje, izom, bőr, gyapjú - természetes poliamidok) - Politejsavak (természetes poliészterek) Polimerek felosztása eredet szerint Mesterséges (szintetikus) polimerek: -Megújuló forrásból -Nem megújuló forrásból Természetes polimerek: Általában élő szervezet vázanyagai - Fák, Len, Kender, Juta, Kenaf, Sisal, stb. -Fehérje Gyapjú (kecske, teve, nyúl, hód,..), Selyem, -Kaucsuk 2
anomer módosulatok α-d-glükóz β-d-glükóz (cellulóz) 3
Megtalálható: Növények sejtfala (legnagyobb mennyiségű szerves anyag) Fák: 40-50%, Háncsrostos 60-85%, Pamut ~90% Keletkezése: Fotoszintézis CO 2 -ből Lebontása: Mikroorganizmusok (celluláz vagy cellobiáz) vagy erős sav Felépítése: Kovalens kötések a főláncban Hidrogénhidak a láncok között Kristályos Tulajdonságai: Kristályos (Tg alatt bomlik) Jó szilárdság Kis deformáció Nagymértékű nedvességfelvétel Lúgállóság Tömény sósav, mikroorganizmusok és kérődző állatok lebontják 4
Kristályos szerkezet Pamut 70-90% I (natív) II (regenerált: műselyem) ( III-IV) Földvári Csilla PhD, 2003 Lebomlása: Hő Fény Hőhatás időtartama - hőmérséklete (80-100 o C néhány óra már károsítja, 200 o C roncsol) Bontja, fiz-kémiai folyamatok Mikroorganizmusok Baktérium, gomba: Celluláz/cellobiáz enzim (rendszer) Mechanikai Vibrátor malom Földvári Csilla PhD, 2003 5
alapú természetes anyagok A gyapot növény és a pamut szál A len és a lenrost 11 Keményítő - A cellulózt több glükózegység építi fel, mint a keményítőt - A cellulóz béta-glükóz -változó térállás keményítő alfa-glükóz - A cellulóz lánc alakú molekula keményítő spirális 6
Fehérjék Felépítés: aminosavak Savcsoport: -COOH Amincsoport: -NH 2 Típusra jellemző csoport: -R Amid- (peptid) kötéssel kapcsolódva Fehérjék Aminosavak (20 fehérjeépítő) sorrend Esszenciális aminosavak: emberi/állati szervezet nem képes(eleget) előállítani 7
Fehérjék Feladatuk: -Fajlagos aktivitású és katalizátor Biokémiai reakciók katalizálása, pl.: enzimek Transzportfehérjék, pl.: vér Tartalékfehérjék búza, kukorica, tojásfehérje Védőfehérjék antitestek -Vázfehérjék Keratin: gyapjú, haj, köröm, szőr, pata, toll, szaru Fibroin: hernyóselyem Kollagén: bőr, kötőszövet, porcok, csontok Elasztin: rostok, inak, véredények, kötőszövet Fehérjék - Molekulatömeg: 10 000 1 000 000, - 20 olyan aminosav minden fehérjében több száz, csak bizonyos fehérjékre jellemző - Megjelenési formái, alkalmazása: állati szőrök; mirigyváladékok; bőr; Tulajdonságai: -jó szilárdság, pl. gyapjú bolyhosodása -kis hajlítómerevség, rendkívüli hajlékonyság, nagy deformáció a gyapjú a keratin spirális molekulaszerkezete: nagy deformáció a hernyóselyem a fibroin nyújtott láncú rugalmas: kis deformáció -használat közben nem gyűrődnek (nedvesség!), mérettartóak, rugalmasak -hő és nedvesség jelenlétében kiválóan alakíthatóak -nedvességfelvétel, pl. gyapjú 40%, hernyóselyem 30 % még száraz tapintású -savaknak ellenállnak, lúgok károsítják, csak semleges mosószerrel szabad mosni, tisztítani korábbi műszaki alkalmazások háttérbe szorultak 8
Fehérjék Kaucsuk 1.4 cisz poliizoprén 1.4 transz poliizoprén 9
Kaucsuk Kaucsuk: különböző trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag, illetve térhálósítható elasztomer (szintetikus-természetes) 1.4 cisz poliizoprén: Hevea Brasiliensis, Amerika- Délkelet-Ázsia- Afrika Csapolás- Természetes latex Kaucsuk szénhidrogén vizes fázisú kolloid rendszere 30-40% Térhálósítás: -lineáris polimereket -kismolekulájú anyagok hozzáadásával -térhálós rendszerré alakítják TÉRHÁLÓSÍTOTT KAUCSUK = GUMI Nedvességfelvétel Nedvességfelvétel módjai: Diffúziós közvetlen (b) közvetett (c) Kapilláris (d) Feltétel: Hidrofil csoportok -OH, -NH, -COOH, -NH 2 10
Polimerek nedvességfelvétele Pamut Len Kender Rami Juta Gyapjú Hernyóselyem Szálfajta Vízfelvétel, % 65% légnedv. 20 o C 95% légnedv. 24 o C 7,0 8,0 8,5 10,0 8,5 10,0 7,5 11,5 12,5 13,0 15,0 9,0 11,0 14 18 20 25 30 20 40 Vízzel telítés esetén 42 43 46 55 30 30 39 49 35 45 Viszkóz Acetát Fehérje (regenerált) 13,0 13,5 6,0 6,5 13,0 14,0 26 28 13 15 66 125 22 35 Polietilén (PE) Polipropilén (PP) Polivinilklorid (PVC) Polivinilalkohol (PVA) Poliakrilnitril (PAN) Poliamid (PA6) Poliamid (PA6.6) Poliészter (PETP) Poliuretán (PU) 0 0 0 0,1 3,5 5,0 0,5 2,0 4,0 4,5 4,0 0,4 0,5 0,4 0,5 0 0 0,1 2 5 6 9 6 9 0,8 1,0 0,5 30 17 19 13 17 13 17 5 11