Kész polimerek reakciói
8. hét
Természetes és mesterséges makromolekulák átalakítása – cellulóz, PVAc szabad
funkciós csoportok reakciói folyamatok
bomlási
Térhálósítási folyamatok
Makromolekulák átalakítása
A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: cellulóz észterek - nitrálás, acilezés cellulóz + salétromsav → cellulóz-nitrát + víz
Makromolekulák átalakítása
Cellulóz-nitrát (NC) nitráló
elegy: 15-60 % HNO3 + 30-70 % H2SO4 + 0-20 % H2O fok – oldhatóság (alkohol, észterek) 10,5-12,4 % N-tartalom – 1,8-2,4 OH-észterezett oldószeres ragasztó, lakk nitrálási
1
Makromolekulák átalakítása
A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: cellulóz
észterek - nitrálás, acilezés cellulóz + karbonsavanhidrid → cellulóz-észter + sav cellulóz-acetát (CA), cellulóz-propionát, cellulóz-acetobutirát (CAB)
Makromolekulák átalakítása
A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: cellulóz éterek - alkilezés, karboxilezés alkáli-cellulóz + klórozott CH → alkil-cellulóz + NaCl
alkáli-cellulóz + klór-metán
metil-cellulóz
klór-etán
etil-cellulóz
Makromolekulák átalakítása
A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: cellulóz
éterek - alkilezés, karboxilezés alkáli-cellulóz + klórozott karbonsav → karboxi-cellulóz
karboxi-metil-cellulóz
2
Makromolekulák átalakítása
Karboxi-metil-cellulóz (CMC) éterezési általános
fok: 0,6-1,0; Na-só formájában; tapéta ragasztó;
Makromolekulák átalakítása
Poli(vinil-acetát) → poli(vinil-alkohol) PVAc
direkt hidrolízise savas vagy lúgos katalízissel - lineáris szerkezet, nincs oldallánc - hidrogén-kötések nagy száma miatt kristályos polimer - marad acetát-csoportja is térhálósítás:
szervetlen komplexképzıkkel dikarbonsavak, diizocianátok
Ragasztás, ragasztóanyagok
3
Ragasztás, ragasztóanyagok
Ragasztás – technológiai mővelet ragasztóanyagok
– szilárd anyagok felületét tapadással (adhézió) és saját szilárdságukkal (kohézió) kötik össze az összekötött anyagok szerkezeti felépítése, eredeti tulajdonságai lényegesen nem változik kötıanyagok – az összekötés három dimenzióban történik
Felvitel – illesztés – kötés kialakulása
Ragasztás, ragasztóanyagok
Ragasztás – technológiai mővelet felvitel illesztés kötés
kialakulása
A ragasztó kötés kialakulásának lépései felvitel ragasztó csepp
molekuláris kölcsönhatások
felület
nedvesítés
beszivárgás
peremszög
folyadék viszkozitás
illesztés
nedvesítés és adszorpció határfelületi energiák
kötés kialakulása
beszivárgás a felszíni rétegbe
fizikai és kémiai kölcsönhatások
4
Ragasztás, ragasztóanyagok
Felvitel – folyadék állapot szilárd
– folyadék – gız háromfázisú rendszer nedvesedéssel kontakt helyzet – a peremszög és a felületek energiája
folyadékadhézió:
folyadékcsepp
γsl
γlv
θ
Young egyenlet
γsv
cos θ =
γ sv − γ sl γ lv
Ragasztás, ragasztóanyagok
Felvitel – folyadék állapot szilárd
– folyadék – gız háromfázisú rendszer nedvesedéssel kontakt helyzet – a peremszög és a felületek energiája filmhelyzet – szétterülési együttható szétterülés csak olyan felületen, amelynek felületi energiája nagyobb, mint a folyadék felületi feszültsége Harkins egyenlet
folyadékadhézió:
Sslv = γsv – (γsl + γlv) ≥ 0
Ragasztás, ragasztóanyagok
Felületi tapadás – molekuláris kölcsönhatások a
szilárd felület szerkezete, struktúrája, felületi energiája ragasztóanyag felületi feszültsége a ragasztóanyag reológiai tulajdonságai a szilárd-folyadék határfelületi energia nagysága technológiai paraméterek hımérséklet nyomás a
5
Ragasztás, ragasztóanyagok
A szilárd felület szerkezete, felületi energiája a
felülethez milyen kémiai kötésekkel lehet kapcsolódni elsırendő, H-kötés, Van der Waals
kötéstípus
energia (kJ/mol)
típus
energia (kJ/mol)
kovalens
150 - 1100
H-kötés
8 - 40
ionos
400 - 700
dipól-dipól
4 - 20
fémes
110 - 350
London
< 10
Lewis
- 80
Ragasztás, ragasztóanyagok
A szilárd felület szerkezete, felületi energiája a
felülethez milyen kémiai kötésekkel lehet kapcsolódni elsırendő, H-kötés, Van der Waals fémek: a fém jellegétıl függıen O-, OH-, vagy S- kötések -OH, -COOH, -NH2, -N=C=O, -COOC üveg: sziloxánok – -O-Si-O- kötések mőanyag: kis felületi energia hasonló felépítéső ragasztóval
Ragasztás, ragasztóanyagok
A szilárd felület szerkezete, felületi energiája a
felülethez milyen kémiai kötésekkel lehet kapcsolódni elsırendő- és H-kötések felületi energia: γslv ~ 40-60 mJ/m2 - viszonylag magas változatos ragasztó-összetétel alkalmas porózusság eltérése
faanyag:
keményfa, fenyıféle növekedési sebesség - korai és késıi pászta megmunkálás
6
megmunkálás iránya nyitott edények száma
Ragasztás, ragasztóanyagok
A szilárd felület szerkezete, felületi energiája a
felülethez milyen kémiai kötésekkel lehet kapcsolódni elsırendő- és H-kötések porózusság – keményfa, fenyıféle kapillárisok alakja és hajlás-szöge (ϕ) nedvesedés: ha ϕ + θ < 180° felületi érdesség – növelésével nedvesedést fokozni lehet víz-, extraktanyag-, gyanta-tartalom
faanyag:
csiszolatlan durva fafelület
kétirányban csiszolt fafelület
négyszeresen csiszolt fafelület
7
Ragasztás, ragasztóanyagok
A ragasztóanyag felületi feszültsége a
nedvesedés feltétele, hogy a folyadék felületi feszültsége kisebb legyen, mint a felület felületi energiája
γ=
r⋅h⋅ρ ⋅g 2
kapillárisban
hımérséklet-függés – Eötvös törvény
M ρl
2/3
γ ⋅
= k ⋅ (Tkr − T )
Ragasztás, ragasztóanyagok
A ragasztóanyag felületi feszültsége a
fa felületi rétegben bekövetkezı abszopciós folyamatok miatt a felületi feszültség változik a koncentrációval Gibbs féle abszorpciós egyenlet – határfelületi többletkoncentráció (Γ) c dγ
Γ=−
⋅ RT dc
Ragasztás, ragasztóanyagok
A ragasztóanyag reológiai tulajdonságai elsısorban a
pórusos, kapillárisos felületeken jelentıs behatolás (penetráció) sebessége – Washburn egyenlet
dh γ l ⋅ cos Θ r ⋅ = dt η (t ) 4h
8
