POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr. Morlin Bálint Dr. Tábi Tamás Természetes polimer szerkezeti anyagok: Makromolekulák 2016. Szeptember 9.
Természetes polimer szerkezeti anyagok - Természetes polimer szerkezeti anyagok (BMEGEPTMG12), tárgyfelelősök: Dr. Morlin Bálint (morlin@pt.bme.hu, T-305 szoba, 06-1-463-3083) Dr. Tábi Tamás (tabi@pt.bme.hu, MT-11 szoba, 06-1-463-1518), - Heti 1 előadás (péntek 12-14-ig) + 0 gyakorlat + 0 labor, 3 kredit, félévközi jegy, - Miről lesz szó a tantárgy során? - Cellulóz, fa, papír, - Keményítő, - Fehérje, bőr, gyapjú, - Kaucsuk (gumi), - Szintetikus biopolimerek.
Természetes szerkezetépítő polimerek
Kunstsoffe 2016 (K2016) műanyagos világkiállítás K 2013 K 2004 K 2007 K 2010
- Politejsavak (természetes poliészterek) Természetes szerkezetépítő polimerek - Poliszacharidok (keményítő, cellulóz, fa ) - Poliizoprén - Poliaminosavak (fehérje, izom, bőr, gyapjú )
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
Cellulóz -[C 6 H 10 O 5 ] n - anomer módosulatok α-d-glükóz β-d-glükóz
Cellulóz A cellulóz egy lineáris poliszacharid (β-d glükóz egységekből áll), amelynek láncmolekuláin lévő hidroxil csoportok alkotnak hidrogén kötéseket és emiatt az összes természetes szál hidrofil. A keményítő ugyanúgy poliszacharid, mint a cellulóz, csak amíg a keményítő a tartalék tápanyag szerepét tölti be, addig a cellulóz vázanyag. A cellulóz kémiai szerkezete a növényi szálakban azonos, de a polimerizációs foka jelentősen eltérő lehet (a legnagyobb 10000 körüli). A növényi sejtek szintetizálásakor először a cellulóz váz készül el és az töltődik fel ligninnel. A természetes szálak szilárdsága a cellulóz tartalommal nő.
Cellulóz -[C 6 H 10 O 5 ] n -
Cellulóz -[C 6 H 10 O 5 ] n - 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 -[C 6 H 10 O 5 ] n - Tulajdonságai: Kristályos Jó szilárdság Kis deformáció Nagymértékű nedvességfelvétel Lúgállóság Tömény sósav, mikroorganizmusok és kérődző állatok lebontják
Kristályos szerkezet Pamut 70-90% Cellulóz I (natív) Cellulóz II (Cellulóz III-IV) Cellulóz -[C 6 H 10 O 5 ] n - Földvári Csilla PhD, 2003
Földvári Csilla PhD, 2003
Cellulóz -[C 6 H 10 O 5 ] n - 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 Őrlő malom Földvári Csilla PhD, 2003
Cellulóz alapú természetes anyagok A gyapot növény és a pamut szál A len és a lenrost 15
Keményítő -[C 6 H 10 O 5 ] n - - 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
Fehérjék Felépítés: aminosavak Savcsoport: -COOH Amincsoport: -NH 2 Típusra jellemző csoport: -R Amid- (peptid) kötéssel kapcsolódva
Fehérjék Aminosavak sorrendje!
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 -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
Fehérjék
Kaucsuk 1.4 cisz poliizoprén 1.4 transz poliizoprén
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
Polimerek nedvességfelvétele Szálfajta Vízfelvétel, % 65% légnedv. 20 o C 95% légnedv. 24 o C Vízzel telítés esetén Pamut Len Kender Rami Juta Gyapjú Hernyóselyem 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 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!