1

Természetes polimer szerkezeti anyagok:Makromolekulák

Dr Morlin Bálint

2017. Február 07.

POLIMERTECHNIKA TANSZÉK

Természetes szerkezetépítő polimerekHét Előadás: Kedd 17-19, terem: MT-PTEA Kelt

1Bevezetés. A természetes polimerek jelentősége. A természetes polimerek (cellulóz, fehérje, latex), mint a növényi és állatiszervezetek váz- és funkcionális anyagai. Szerkezeti felépítésük, a szintetikus polimerekhez képest eltérő tulajdonságaik.Természetes polimerek mesterséges átalakítása. Szerkezeti anyagként való megjelenési formáik: fa, papír, szál, bőr, gumi.

02.07.

2Cellulóz, hemicellulóz, lignin. A fa makro- és mikroszerkezete. Fametszetek. A fa hibái, sűrűsége, fizikai és mechanikaitulajdonságai. A nedvesség és a hőmérséklet hatása. Keménység, hasítószilárdság, szeg- és csavarállóság. Súrlódási tényező.

02.14.

3Haszonfák. A fa felhasználási területei. A faanyag kiválasztásának általános szempontjai. A fa tartóssága, faanyagvédelem.Fafeldolgozás. Fűrészipari eljárások, termékek. Fakötések. Ragasztott kötések, ragasztóanyagok.

02.21.

4Furnér-, farostlemez- és forgácslap-gyártás. Fatermékek. A fa különleges alkalmazásai. A fa besugárzása. A fa és a műanyagkapcsolata. Speciális fatermékek gyártása.

02.28.

5ZH 1. 30 perc (természetes polimerek, fa)A papír története. A papír szerkezete. A papírgyártás nyersanyagai, folyamata, a papír tulajdonságait és minőségét meghatározótényezők. Féltermék-gyártás (facsiszolat, cellulóz, félcellulóz).

03.07.

6Anyag-előkészítés, a papírpép előállítása. Papírgyártás, a papírgép műveletei és működése. A papír mechanikai és egyébtulajdonságai. Papírtermékek. Szálerősített papírszerkezetek. Papírfeldolgozás. Magyarország papíripara.

03.14.

7Gumi. A gumi eredete. Természetes kaucsuk. A termelés módszerei. A latex. Féltermékek. A gumi adalékanyagai. Vulkanizálás.Gumifeldolgozás, gumiipari gépek, berendezések. Mártott gumitermékek. Gumiabroncsok.

03.21.

8Természetes bőr-anyagok, osztályozás eredet szerint. A bőr szövettani felépítése. Nyersbőr alakja, részei. A bőr elsődlegesmegmunkálása. Bőrgyártás. Bőrtípusok cserzés, illetve kikészítés szerint.

03.28.

9 Készbőrök tulajdonságai. Szőrmék. Bőr termékek gyártása, konfekcionálás, darabolás alkatrészrögzítés. 04.04.

10ZH 2. 30 perc (papír, gumi, bőr)A szálasanyagok fajtái, a természetes (pamut, len, gyapjú, selyem) szálak eredete, elsődleges megmunkálása, tulajdonságai.Textilipari technológiák és textiltermékek.

04.11.

11A textiltermékek szerkezete: fonal, cérna, kötél, szőtt, kötött, fonatolt és nem szőtt kelmék. A szálasanyagok mechanikaifeldolgozása: fonás, szövés, kötés, fonatolás, nem-szőtt kelme előállítás.

04.18.

12Lebontható szintetikus polimerek és helyük a természet körforgásában. Fajtái, osztályozásuk, előnyük-hátrány. Lebomlásialapfogalmak, lebomlást befolyásoló tényezők. Példák megvalósult termékekre, alkalmazásokra.

04.25.

13Megújuló erőforrás alapú, lebontható, természetes és szintetikus polimerek tulajdonságai. Keményítő. Politejsav. Előállítás, műszakialkalmazhatóság, termékjellemzők, vízfelvétel. Lebomlási mechanizmusuk.

05.02.

14ZH 3. 30 perc (textil, lebomló mesterséges polimerek)Természetes csontanyagok. A csont tartó és vázszerepe, integrált kompozit szerkezete, mechanikai tulajdonságai. Csontvizsgálatok.A szaru eredete, megmunkálási módjai.

05.09.

2

Természetes szerkezetépítő polimerek

- Poliaminosavak(fehérje, izom, bőr, gyapjú…- természetes poliamidok)

- Politejsavak(természetes poliészterek)

- Poliszacharidok(keményítő, cellulóz, fa…)

- Poliizoprén

Polimerek felosztása eredet szerintMesterséges (szintetikus) polimerek:

-Megújuló forrásból

-Nem megújuló forrásból

Természetes polimerek:Általában élő szervezet vázanyagai

-CellulózFák, Len, Kender, Juta, Kenaf, Sisal, stb.

-FehérjeGyapjú (kecske, teve, nyúl, hód, ..), Selyem,…

-Kaucsuk

3

Cellulóz

-[C6H10O5]n-

anomer módosulatok α-D-glükóz β-D-glükóz

Cellulóz

-[C6H10O5]n-

4

Cellulóz-[C6H10O5]n-

Megtalálható: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]n-

Tulajdonságai:

Kristályos (Tg alatt bomlik)

Jó szilárdság

Kis deformáció

Nagymértékű nedvességfelvétel

Lúgállóság

Tömény sósav, mikroorganizmusok és kérődző állatok lebontják

5

Cellulóz-[C6H10O5]n-

Kristályos szerkezet Pamut 70-90%

Cellulóz I (natív)Cellulóz II(Cellulóz III-IV)

Földvári Csilla PhD, 2003

Cellulóz-[C6H10O5]n-

Lebomlása: Hő

Hőhatás időtartama - hőmérséklete (80-100oC néhány óra már károsítja, 200oC roncsol)

FényBontja, fiz-kémiai folyamatok

MikroorganizmusokBaktérium, gomba:

Celluláz enzim(rendszer)

MechanikaiVibrátor malom

Földvári Csilla PhD, 2003

6

11

A gyapot növény és a pamut szál A len és alenrost

Cellulóz alapú természetes anyagok

Keményítő-[C6H10O5]n-

- A cellulózt több glükózegység építi fel, mint a keményítőt

- A cellulóz béta-glükóz -változó térálláskeményítő alfa-glükóz

- A cellulóz lánc alakú molekulakeményítő spirális

7

Fehérjék

Felépítés: aminosavak

Amid- (peptid) kötéssel kapcsolódva

Savcsoport: -COOHAmincsoport: -NH2Típusra jellemző csoport: -R

Fehérjék

Aminosavak(20 fehérjeépítő)

sorrend

Esszenciális aminosavak:emberi/állati szervezet nemképes(eleget) előállítani

8

FehérjékFeladatuk:

-Fajlagos aktivitású és katalizátor

Biokémiai reakciók katalizálása, pl.: enzimek Transzportfehérjék, pl.: vérTartalékfehérjék búza, kukorica, tojásfehérjeVédőfehérjék antitestek

-Vázfehérjék

Keratin: gyapjú, haj, köröm, szőr, pata, toll, szaruFibroin: hernyóselyemKollagén: bőr, kötőszövet, porcok, csontokElasztin: 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, pl. gyapjú bolyhosodása-kis hajlítómerevség, rendkívüli hajlékonyság, nagy deformáció

a gyapjú a keratin spirális molekulaszerkezete: nagy rugalmas deformációa 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

9

Fehérjék

Kaucsuk

1.4 cisz poliizoprén

1.4 transz poliizoprén

10

Kaucsuk

Kaucsuk:különböző trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag, illetvetérhálósítható elasztomer (szintetikus-természetes)

1.4 cisz poliizoprén:Hevea Brasiliensis, Amerika- Délkelet-Ázsia- Afrika

Csapolás- Természetes latexKaucsuk 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

11

Polimerek nedvességfelvételeSzálfajta Vízfelvétel, %

65% légnedv.20 oC

95% légnedv.24 oC

Vízzel telítés esetén

PamutLenKenderRamiJutaGyapjúHernyóselyem

7,0…8,08,5…10,08,5…10,0

7,511,5…12,513,0…15,09,0…11,0

14…18…20

25…3020…40

42…4346…55

3030

39…4935…45

ViszkózAcetátFehérje (regenerált)

13,0…13,56,0…6,5

13,0…14,0

26…2813…15

66…12522…35

Polietilén (PE)Polipropilén (PP)Polivinilklorid (PVC)Polivinilalkohol (PVA)Poliakrilnitril (PAN)Poliamid (PA6)Poliamid (PA6.6)Poliészter (PETP)Poliuretán (PU)

00

0…0,13,5…5,00,5…2,04,0…4,5

4,00,4…0,50,4…0,5

00

0,1

2…56…96…9

0,8…1,0

0,5

3017…1913…1713…17

5

Köszönöm

a

figyelmet!