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 (
[email protected], T-305 szoba, 06-1-463-3083) Dr. Tábi Tamás (
[email protected], 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
Természetes szerkezetépítő polimerek - Poliszacharidok
- Poliizoprén
(keményítő, cellulóz, fa…)
- Poliaminosavak (fehérje, izom, bőr, gyapjú…)
- 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
Cellulóz
-[C6H10O5]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
-[C6H10O5]n-
Cellulóz
-[C6H10O5]nMegtalálható: Növények sejtfala (legnagyobb mennyiségű szerves anyag) Fák: 40-50%, Háncsrostos 60-85%, Pamut ~90% Keletkezése: Fotoszintézis CO2-ből Lebontása: Mikroorganizmusok által Felépítése: Kovalens kötések a főláncban Hidrogénhidak a láncok között Kristályos
Cellulóz
-[C6H10O5]nTulajdonságai: Kristályos Jó szilárdság Kis deformáció Nagymértékű nedvességfelvétel
Lúgállóság Tömény sósav, mikroorganizmusok és kérődző állatok lebontják
Cellulóz
-[C6H10O5]n-
Kristályos szerkezet Pamut 70-90% Cellulóz I (natív) Cellulóz II (Cellulóz III-IV)
Földvári Csilla PhD, 2003
Földvári Csilla PhD, 2003
Cellulóz
-[C6H10O5]nLebomlása: Hő
Fény
Hőhatás időtartama - hőmérséklete (80-100oC néhány óra már károsítja, 200oC 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
-[C6H10O5]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: -NH2 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, -NH2
Cellulóz és a víz:
Interkrisztallitos
Intrakrisztallitos
Polimerek nedvességfelvétele Vízfelvétel, %
Szálfajta 65% légnedv. 20 oC
95% légnedv. 24 oC
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
42…43 46…55 30 30
25…30 20…40
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
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
0,5
Polietilén (PE) Polipropilén (PP) Polivinilklorid (PVC) Polivinilalkohol (PVA) Poliakrilnitril (PAN) Poliamid (PA6) Poliamid (PA6.6) Poliészter (PETP) Poliuretán (PU)
2…5 6…9 6…9 0,8…1,0
30 17…19 13…17 13…17 5
Köszönöm
a figyelmet!
