POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok: Makromolekulák 2015. Február 16. Természetes szerkezetépítő polimerek Házi feladat: Témaválasztás 4. hét, Leadás 13. hét előadás ~10 oldal, formai követelmény mint diploma 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 -Cellulóz Fák, Len, Kender, Juta, Kenaf, Sisal, stb. -Fehérje Gyapjú (kecske, teve, nyúl, hód,..), Selyem, -Kaucsuk 2
Cellulóz anomer módosulatok α-d-glükóz β-d-glükóz Cellulóz 3
Cellulóz Megtalálható: Növények sejtfala (legnagyobb mennyiségű szerves anyag) Fák: 40-50%, Háncsrostos 60-85%, Pamut ~90% Keletkezése: Fotoszintézis CO 2 -ből Lebontása: Mikroorganizmusok által Felépítése: Kovalens kötések a főláncban Hidrogénhidak a láncok között Kristályos Cellulóz 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% Cellulóz I (natív) Cellulóz II (Cellulóz III-IV) Cellulóz Cellulóz 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 enzim (rendszer) Mechanikai Vibrátor malom Földvári Csilla PhD, 2003 5
Cellulóz 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 sorrendje! 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 rugalmas deformáció a hernyóselyem a fibroin nyújtott láncú rugalmas, kis deformációra képes -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 Cellulóz és a víz: Interkrisztallitos Intrakrisztallitos 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 Köszönöm a figyelmet! 11