Textilmechanikai technológia A természet óriásmolekulái
A polimerek felosztása eredet szerint
Természetes polimerek:
Cellulóz
Fehérje
Kaucsuk
Mesterséges / szintetikus polimerek:
Megújuló forrásból származó monomerekből
Nem megújuló forrásból származó monomerekből
A természetes polimerek:
• A természet vegykonyhájának
csúcsteljesítményei • Az élő szervezetek vázanyagai • Megújuló nyersanyagok • Biológiailag lebomlók
2
A cellulóz:
Glükóz gyűrű
-[C6H10O5]n-
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
• Savcsoport: -COOH • Amincsoport: -NH2 • Az aminosav típusát meghatározó atomcsoport: -R
A fehérjék Aminosavakból épülnek fel, a fehérjeláncban az aminosavak peptid (amid) kötéssel kapcsolódnak: 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 O
OH C
H2N
C
H
H2N
CH
O
R2
C
CH
R1
R
N
C
Aminosav
OH
Dipeptid b.)
L--aminosav a.)
Polipeptid =fehérjelánc Peptid kötés = amidkötést
H N
O CH
C
Ri -1
H
Ri N H
CH
C O
O
N CH
C
Ri +2 N
Ri +1 H
Cisztin
CH
C O
Hidrogén -kötés Sókötéss
Neve
Szerkezete
R-csoportja
Glicin
A-R
-H
Alanin
A-R
-CH3
Valin
A-R
-CH-(CH3)2
Lizin
A-R
-(CH2)4-NH2
Fenil-alanin*
A-R
-CH2-Q
Tirozin*
A-R
-CH2-Q-OH
Szerin
A-R
-CH2-OH
Aszparagin
A-R
-CH2-CO-NH2
Aszparaginsav
A-R
-CH2-COOH
Cisztein
A-R
- CH2-S-H
Cisztin
A-R-A
-CH2-S-S-CH2-
O
H
Sók
*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
Fehérje alapú természetes anyagok 1 Keratin – gyapjú
Kollagén - bőr
a juh pehelyszőre
Krupon 42-46 %
Hasszél 12-16%
Hasszél 12-16%
Nyak 26-30 %
Málrész
9
Fehérje alapú természetes anyagok 2 Fibroin - hernyóselyem
10
Kaucsuk
11
A kaucsuk molekula ismétlődő egysége CH3
H
CH3
C=C CH2
CH2
C=C
CH2
Cisz 1, 4 poliizoprén molekula
C=C CH2
CH3
H
CH2
CH2
CH2
H Transz 1, 4 poliizoprén molekula
C=C
H
CH3
CH2
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, -NH2
14
Polimerek nedvességfelvétele Szálfajta
Vízfelvétel, % 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 Réz-oxid Acetát Triacetát Dezacetilezett acetát Fehérje (regenerált)
13,0…13,5 12,5 6,0…6,5 2,5…3,5 9,5…10,5 13,0…14,0
26…28 26…28 13…15 8…10
66…125 85…110 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
Polietilén (PE) Polipropilén (PP) Polivinilklorid (PVC) Polivinilalkohol (PVA) Poliakrilnitril (PAN) Poliamid (PA6) Poliamid (PA6.6) Poliészter (PETP) Poliuretán (PU)
47…63
2…5 6…9 6…9 0,8…1,0
0,5
30 17…19 13…17 13…17 5
15
Köszönöm a figyelmet!
