Textilmechanikai technológia A természet óriásmolekulái
A polimerek felosztása eredet szerint Természetes polimerek: Mesterséges / szintetikus polimerek: Cellulóz Fehérje Kaucsuk A természetes polimerek: A természet vegykonyhájának csúcsteljesítményei Az élő szervezetek vázanyagai Megújuló nyersanyagok Biológiailag lebomlók Megújuló forrásból származó monomerekből Nem megújuló forrásból származó monomerekből 2
A cellulóz: -[C 6 H 10 O 5 ] n - Glükóz gyűrű Cellulóz lánc Növények sejtfala a Föld legnagyobb mennyiségben rendelkezésre álló, megújuló szerves anyaga Fotoszintézissel szén-dioxid átalakulása cellulózzá Lebontása mikroorganizmusok által természetben lebomló Szénhidrátok poliszaharid csoportjába tartozik A cellulóz molekulák fibrillákba rendeződve kristályosodnak (70-2000 molekula a fibrilla hossztengelyével párhuzamosan) Hidrogénhidas kötés erős másodrendű kötés és jó nedvszívó képesség Forrásai: fák (40-50%), háncsrostos növények (60-85%), pamut (90%) 3
A cellulóz 3D-s modellje Fekete - szén atom Piros - oxigén atom Fehér - hidrogén atom Tulajdonságai: Jó szilárdság Kis deformáció Nagymértékű nedvességfelvétel Lúgállóság (pamut mercerezése) Tömény sósav, mikroorganizmusok és kérődző állatok emésztőrendszere lebontják Alkalmazásai: Fából készült termékek formájában Pamut-, viszkóz-, len- és egyéb rostszálak formájában ruházati, háztartási, lakás- és műszaki textíliák Cellulóz rostok - PAPÍR Cellulóz származékok: - cellulóz-nitrát (lakkok, bevonórétegek) - celluloid (film) - cellulóz acetát (műselyem, film, fólia) - cellulóz xantogenát/viszkóz (műselyem, cellofán, műszivacs), stb. 4
Cellulóz alapú természetes anyagok A gyapot növény és a pamut szál A len és a lenrost 5
A fehérjék Aminosavakból épülnek fel, a fehérjeláncban az aminosavak peptid (amid) kötéssel kapcsolódnak: Amincsoport: -NH 2 Savcsoport: -COOH Az aminosav típusát meghatározó atomcsoport: -R H H H H Rendeltetésük, biológiai aktivitásuk szerint lehetnek: - Fajlagos aktivitású és katalizátor tulajdonságú fehérjék Biokémiai reakció katalizálása, pl. enzimek Szállító/transzport fehérjék, pl. a vér alkotórészei Tartalék fehérjék, pl. tojásfehérje, tejfehérje, búza, kukorica Védőfehérjék, pl. antitestek - Vázfehérjék, fiziológiailag többé-kevésbé inaktív fehérjék Keratin, pl. gyapjú, haj, köröm, szőr, pata, toll, szarú (térhálós szerkezet) Fibroin, pl. hernyóselyem Kollagén, pl. bőr, kötőszövet, porcok, csontok Elasztin, pl. rugalmas rostok, inak, véredények, kötőszövet 6
Fehérje (polipeptid) láncok felépítése H 2 N O Peptid kötés = amidkötést C C R OH H L--aminosav a.) N CH C Ri -1 N CH C H Ri H 2 N CH C O R 1 O N CH C OH H R 2 Dipeptid b.) Polipeptid =fehérjelánc H O H N O C CH Ri +1 H O Ri +2 CH N C O Sók Aminosav Neve Szerkezete R-csoportja Glicin A-R -H Alanin A-R -CH 3 Valin A-R -CH-(CH 3 ) 2 Lizin A-R -(CH 2 ) 4 -NH 2 Fenil-alanin* A-R -CH 2 -Q Cisztin Hidrogén -kötés Tirozin* A-R -CH 2 -Q-OH Szerin A-R -CH 2 -OH Aszparagin A-R -CH 2 -CO-NH 2 Sókötéss Aszparaginsav A-R -CH 2 -COOH Cisztein A-R - CH 2 -S-H Cisztin A-R-A -CH 2 -S-S-CH 2 - *Q aromás (benzol) gyűrű 7
Fehérjék tulajdonságai A fehérjékről általában: Molekulatömeg: 10 000 1 000 000, Az élő szervezetek szervesanyag-állományának zöme, nélkülük nincs élet, az életfolyamatok irányítói A fehérjék felépítésében részt vesz 20 olyan aminosav, amely minden fehérjében megtalálható, és van még több száz, csak bizonyos fehérjékre jellemző aminosav. Pl. DNS, minden egyes élő organizmusnak van sajátja, amely hordozza a csak rájellemző genetikai információkat. Az aminosavak sorrendje meghatározza a fehérjemolekula alakját, hélikus szerkezetbe való feltekeredésének módját, a 3D-s elrendeződését a fibrillákban Megjelenési formái, alkalmazása: állati szőrök; legfontosabb: gyapjú, humán és műszaki textíliák mirigyváladékok; legfontosabb: hernyóselyem, humán és műszaki textíliák bőr; ruházat, táska, cipő, bőrdíszmű, lószerszám, bútorkárpit, szíjjak, stb. szőrme, csont, szarú mesterséges szálak tartalék fehérjékből: gyapjúhoz és hernyóselyemhez hasonló tulajdonságok A fehérjék fontosabb tulajdonságai: jó szilárdság, pl. gyapjú bolyhosodása: a kiálló szálvégek nem törnek le, hanem összegubancolódnak kis hajlítómerevség, rendkívüli hajlékonyság használat közben nem gyűrődnek (amíg nem kapnak nedvességet), mérettartóak, rugalmasak hő és nedvesség jelenlétében kiválóan alakíthatóak kitűnő nedvességfelvétel, pl. gyapjú 40%, hernyóselyem 30 % nedvességtart. mellett még száraz tapintású savaknak ellenállnak, lúgok károsítják, csak semleges mosószerrel szabad mosni, tisztítani pl. a gyapjú a keratin spirális molekulaszerkezete miatt nagy rugalmas deformációra képes pl. a hernyóselyem a fibroin nyújtott láncú szerkezete miatt rugalmas, de csak kis deformációra képes felhasználásuk elsősorban humán jellegű, korábbi műszaki alkalmazások háttérbe szorultak 8
Hasszél 12-16% Hasszél 12-16% Fehérje alapú természetes anyagok 1 Keratin gyapjú Kollagén - bőr a juh pehelyszőre Nyak 26-30 % Krupon 42-46 % Málrész 9
Fehérje alapú természetes anyagok 2 Fibroin - hernyóselyem 10
Kaucsuk 11
A kaucsuk molekula ismétlődő egysége CH 3 H CH 3 H C = C C = C Cisz 1, 4 poliizoprén molekula CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 H C = C C = C Transz 1, 4 poliizoprén molekula CH 2 H CH 3 CH 2 12
Kaucsuk termelése, feldolgozása A Hevea Brasiliensis fa a latextermelő növények közül az egyeduralkodó. Őshazája Brazilia, az Amazonas menti őserdő, melegégövi, csapadékigényes növény Neve az inkák nyelvén: cahuchu (könnyező fa, a fa könnye) Ma Délkelet-Ázsiában termelik a világ kaucsuktermelésének 90%-át. A világ kaucsuktermelése továbbra is növekszik. A természetes kaucsuk (NR natural rubber) nagyon jó minőségének köszönhetően megőrizte versenyképességét a szintetikus kaucsukokkal (SR) szemben, és továbbra is a gumigyártás egyik legfontosabb alapanyaga. Latex kinyerése a fából: csapolás. Az 5-7 éves fák már csapolhatók. LATEX: A kaucsukmolekulák vizes fázisban lévő kolloid rendszere, emulzió jellegű. Összetétele: 32-41% kaucsuk, 52-60% víz és más növényi anyagok. A kaucsuk láncmolekula moltömege: 500 000 2 000 000, a moltömeg eloszlás széles. A latex feldolgozása: - Közvetlenül az emulziót dolgozzák fel, így hosszabb marad a kaucsuk láncmolekula. - Az emulzióból kinyerik a kaucsukot, majd ezt dolgozzák fel tovább. Vulkanizáció: térhálósító szerek (nem csak kén) segítségével a kaucsukot különböző sűrűségben térhálósítják, így lesz belőle gumi elasztomer. A gumi legjellemzőbb sajátossága, hogy viszonylag kis húzófeszültség hatására eredeti hosszának többszörösére nyújtható, és a feszültség megszűnésekor ez az alakváltozás rugalmasan, teljes mértékben visszaalakul. 13
Polimerek nedvességfelvételi mechanizmusa Nedvességfelvétel módjai: Diffúziós közvetlen (b) közvetett (c) Kapilláris (d) Összes felvett nedvesség (a) szigmoid görbe alak Hidrofil csoportok: -OH, -COOH, -NH 2 14
Polimerek nedvességfelvétele Pamut Len Kender Rami Juta Gyapjú Hernyóselyem Viszkóz Réz-oxid Acetát Triacetát Dezacetilezett acetát Fehérje (regenerált) Polietilén (PE) Polipropilén (PP) Polivinilklorid (PVC) Polivinilalkohol (PVA) Poliakrilnitril (PAN) Poliamid (PA6) Poliamid (PA6.6) Poliészter (PETP) Poliuretán (PU) Szálfajta Vízfelvétel, % 65% légnedv. 20 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 13,0 13,5 12,5 6,0 6,5 2,5 3,5 9,5 10,5 13,0 14,0 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 95% légnedv. 24 o C 14 18 20 25 30 20 40 26 28 26 28 13 15 8 10 0 0 0,1 2 5 6 9 6 9 0,8 1,0 Vízzel telítés esetén 42 43 46 55 30 30 39 49 35 45 66 125 85 110 22 35 47 63 0,5 30 17 19 13 17 13 17 5 15
Köszönöm a figyelmet!