Szilíciumorganikus polimerek

Az előadások a következő témára: "Szilíciumorganikus polimerek"— Előadás másolata:

1 Szilíciumorganikus polimerek
Szilikonok: Szilíciumorganikus polimerek Szerves atomcsoportok (metil, etil, stb csoporok, apoláros jelleg) Lineáris molekulák Folyékony, vagy nagy rugalmasságú (kaucsuk szerű) anyagok Térhálós molekulák Gyantaszerű műanyagok Balázs 39 Szilícium- fémorganikus vegyületek (AL, Ti, B, Pb..)

2 Kiemelkedő hidrofób jelleg (lásd molekula szerkezet)
Szilikonok: A szerves műanyagokhoz hasonló vegyületek ( részben előnyösebb tulajdonságokkal ) Hőállóbbak, savállóak Kiemelkedő hidrofób jelleg (lásd molekula szerkezet) Betonok, habarcsok felületi védelmére, (korrózióvédelem) használhatók. Szilikonolajok (rövidebb láncszerkezet) b40 A hosszabb láncúak nagy rugalmasságúak, szilárd képlékenyek Szilikongumi Széles hőmérséklettartományban ( C …250 0 C ), különleges környezetben, rugalmas, hézagzáró anyagok.

3 A diszpergálás mértéke
Folyadékok jellemzése Rendezettség, szerkezet szempontjából gáz szilárd emulziók Folyadék-folyadék Fizikai ~ Folyadék - gáz Diszperz rendszerek Két, vagy több fázis kemoszorpció Folyadék - szilárd Valódi oldatok chov16 A diszpergálás mértéke Kétfázisú többkomponensű rendszer Molekulákból állórendszerek Elektrolit oldatok kolloidok ( ~ 1…100 nm )

4 Kolloidok ( sok csak rájuk jellemző „kolloid” tulajdonsággal) pl.
Szerves vegyületek, fehérjék, zsappanok, zselatin, huminok, zsírok, olajok, Hidroxidok, oxidok, kovasav, szulfidok… Folyadékok határfelületi jelenségei: Felületi feszültség Párolgás Gőznyomás Liofill-liofób tulajdonságok Szorpciós jelenségek Felületaktív anyagok Abszorpció Adszorpció

5 a. Egyesülés (polimerizáció, addíció)
vegyületek A kémiai reakciókról… a. Egyesülés (polimerizáció, addíció) b. Bomlás ((termikus disszociáció, elektrolitikus ~ .) c. Intramolekuláris d. Cserebomlás (hidrolízis) Víz disszociációja: 0,04μS/cm A reakciópartnertől függően a viselkedése lehet Gyenge sav Gyenge bázis

6 Az oxidáció fok, („redox reakciók”)
=> Gyenge savak, illetve bázisok sóját kismértékben elbontja, hidrolizálja: (Hidrolízis ~ valamely vegyület vízzel való reakciója) Az oxidáció fok, („redox reakciók”) pal176 oxidáció redukció Oxigén felvétel, elektron leadás Oxigén leadás, elektron felvétel Fe++ → oxidáció → Fe+++ H+ + e → H

7 A reakcióhő (a reakciók „hőszínezete”; endoterm, exoterm )
Időegység alatt bekövetkező koncentrációváltozás A reakciósebesség: Meghatározó paraméterek a reakciópartnerek kémiai minősége, hőmérséklet, koncentrációk, reakciómechanizmus Reakciósebességi állandó Aktiválási energia Hőmérséklettel exp.-an növekedő, az aktiválási energia által megszabott… pal178 10 oC növekedés 2-4-szeres (biol.7-8) sebességnövekedést eredményez. Katalizátorok ! A reakcióhő ( -H , U)

8 Egyensúlyra vezető reakciók:
Egyensúlyi állandó: Víz ionszorzata, sók oldhatósági szorzata. Tömeghatás törvénye

9 ( különböző sav-bázis elméleteket ismerünk )
Savak, bázisok, sók ( különböző sav-bázis elméleteket ismerünk ) Sav: „Fémmel helyettesíthető hidrogéntartalom” Negatív jellemű atom, vagy atomcsoport hidrogénvegyülete (bázisokkal sókat alkotó) Vízben disszociálva hidrogéniont és savmaradékot szolgáltat (,, ..) (H+) H3O+ Oxónium kation Cl- , NO3- , ClO3- Egyértékű, többértékű savak disszociációja, a savak „erőssége” Bázis: pal179 Fém, vagy pozitív jellemű csoport és hidroxilgyök OH- , vegyülete. KOH, NaOH, NH4 OH, CaOH2 AL(OH)3 „lúgok” Közepesen erős Gyenge bázis

10 A víz autodisszociációja:
A víz ionszorzata: Hidrogénion koncentráció, a pH pufferoldatok A vízkeménység Német keménységi fok: 100ml vízben 1mg CaO-al egyenértékű Ca és Mg sótartalom Változó keménység Összes keménység Állandó ( maradó) keménység nk0 < 10 10< nk0 <20 20 < nk0 „lágy víz” „kemény víz” Közepesen kemény

11 A fém mint szerkezeti anyag
A „korrózió bevezetése” Minden anyag a legkisebb szabadenergiájú, vagyis a legstabilabb állapot felé állapot törekszik. A fém mint szerkezeti anyag Energiabefektetés (fémek ipari előállítása) „önként végbemenő” reakciókkal korrózió Fémek oxidjai ( vegyületei) A természetben fellelhető, stabilis forma A korrózió csak késleltethető „korrózióálló” anyagok Megkerülhetetlen tervezési szempont

12 A korrózió általános megfogalmazása:
Az anyagok tulajdonságainak olyan megváltozása, amely azokat, az eredeti felhasználásukra alkalmatlanná teszi A szerkezeti anyagok pusztulása Legnagyobb jelentősége a fémes szerkezeti anyagok korróziójának van. Szűkebb értelemben: A korrózió a fémes szerkezeti anyagok pusztulása, amely a fém felületéről kiinduló, annak belseje felé tartó alapvető szerkezeti változás. A változás során a szerkezeti anyag elemi állapotból vegyületté alakul:

13 Minden esetben fémoxidáció
elektronleadás Fémrács felbomlása Az eredeti: szilárdság, szívósság, rugalmasság, elektromos vezetőképesség, stb. megszűnnek. Leadott elektronok száma Az energiaváltozás: Faraday-szám műi15 A fém standardpotenciálja A rendszer energiája csökken A fémeké negatív A korrózió önként végbemenő, spontán folyamat

14 Az oxidáció kétféleképpen mehet végbe
Kémiai folyamatban Elektrokémiai folyamatban Kémiai korrózió: (vas és száraz levegő – oxigén – reakciója) 4,10-8 cm-nél kisebb távolságon belül lejátszódó folyamatok Nedvesség kizárásával oxidáció redukció A keletkező Fekete, porszerű vas-oxid Magasabb hőmérsékleten További oxidáció Fe3+ oxid, vörös színű por.

15 Atom (molekula) ütközés
Ionrácsos vegyület Elektronleadás-felvétel, fémion és elektronkilépés térben azonos helyen (~0,4 nm) történik. Kémiai korrózió A ~ okozói molekuláris anyagok: Száraz, forró levegő Halogének Nem elektrolit folyadékok Oxidáló hatású száraz gázok

16 A ~ időben csökkenő, a kivált, növekedő oxid, karbonát, szulfid…rétegek miatt.
A korrozív közegre passzívvá válhat Tömör passziváló oxidréteg (pl. AL…) A kialakult oxidréteg lehet laza ( a levegőn kialakuló vas-oxid, de cc. HNO3 ) Az oxidáció kétféleképpen mehet végbe *** Kémiai folyamatban Elektrokémiai folyamatban

17 => Elektrokémiai úton létrejövő korrózió létrejöttének feltételei:
1. A fém érintkezése elektrolitoldattal 2. Két különböző elektródpotenciálú hely az elektrolitoldattal érintkező fémfelületen 3. Elsőrendű vezető léte a különböző aktivitású helyek között Környezeti levegő, H3O+, HCO3-, .. Mindig adott, pl. kristályrács hibahelyek..többfajta fém érintkezése.. Maga a fémtárgy az elsőrendű vezető. Minden nedvességgel érintkező hidrogénnél negatívabb standardpotenciálú fém elektrokémiai korrózióra képes.. =>

18 Levegő oxigénje, a maradó OH-, Fe2+ FeO(OH)
Az elektrokémiai korrózió létrejöttét lokális galvánelemek létével magyarázhatjuk: (pl. rézzel szegecselt vaslemez esővízzel érintkezik ) H2 A réz kevésbé aktív fém mint a vas, ezért a vas megy oldatba H3O+ Fe2+ OH- Cu Fe e- műi17 Levegő oxigénje, a maradó OH-, Fe2+ FeO(OH) Bázisos vas-oxid, Vörösbarna, laza, lemezes szerkezetű szerkezetű „vasrozsda”

19 Aktívabb rácspont, hibahelyek, pl. a megmunkálás hibahelyei
~ nemcsak két különböző elektródpotenciálú fémek esetén! Aktívabb rácspont, hibahelyek, pl. a megmunkálás hibahelyei

20 elektrokémiai korrózió

21

22

23

24

25 Aktív korrózió Fe2+ keletkezése
Stabil vas-oxidok által passzivált Nincs korrózió

26 Korrózióvédelem bevonatok ötvözés Katódos védelem

27 Katódos védelem

28 A betont megtámadó (korróziót okozó) vizek
Kívülről ható kémiai jellegű korróziója Savanyú kémhatás Kis karbonátkeménység Nagy szabad széndioxid tartalom Magas SO42-, Mg2+, NH4+, S2-, tartalom Elszappanosítható olaj- és zsírtartalom

29 Betonkorrózió (kémiai korrózió) 1. „A”-típusú A cementkő vegyületei lágyvíz, vagy sóoldalok reakciója 2. „B”-típusú Savak, lúgok, savas, lúgos hidrolízis reakcióival 3. „C”-típusú Térfogatnövekedést okozó új vegyületek 4. „D”-típusú Szerves vegyületek hatására

30 „A” típusú korrózió A ható vegyület a cementkövet alkotó vegyületek oldóhatását, vagy átalakulását csak meghatározott kölcsönhatás, pl. kilúgozó hatás okozza. A ható kation mennyisége és minősége Az agresszivitás függ A ható ion által létrehozott vegyület oldékonyságától A kilúgozást okozó kationok: Na, K, Ca (500mg/l-ig), És kilúgozást okozó lágy, ionmentes víz. (Ipari, és természes..) VÍZ + Beton → hidrolízisben felszabadult Ca(OH)2 ,oldódása

31 VÍZ + Beton → hidrolízisben felszabadult Ca(OH)2 ,oldódása
pH csökkenés, Kálcium-szilikát-hidrátok Kálcium- aluluminát-hidrátok elbomlása Jelölések SiO2 CaO Elősegítik: Esővíz, hólé … Mozgóvizek.. Nagy CS3, tartalmú cement A kioldódást hátráltatják: Általában a nagy tömörség Nyomás alatt átszivárgó vizek Heterogén cementek alkalmazása A beton öregedése, (kálcium-szilikát-hidrátok kapilláris csökkentő hatása.. A kilúgozást elősegítő anionok: a Ca „oldható sóit képzők)

32 Cserebomlásos korrózió:
Istállók falán kiváló Ca(NO3) Cserebomlásos korrózió: Sói veszélyesebbek a magnézium sóknál Leggyakoribb okozói: a talajvizek Mg, és NH4+ tartalma MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2 Jól oldódó magnéziumsó Jól oldódó kálciumsó Kalciumsó(k) Rosszul oldódó (gyakorlatilag oldhatatlan) só A cementkő összes kalcium tartalma fokozatosan magnéziumra csérélődhet Felhalmozódás a felületen (pórusokban) Víz által kimosható A betonszerkezet szétesik

33 Térfogat-növekedést okozó
a. Savkorrózió „B típusú korrózió”: b. Lúgkorrózió a. Karbonátos felületi rétegek + savak → vízoldható sók („kilúgozás) b. A lúgkorrózió kisebb jelentőségű, a beton ( hidrolízis során keletkező Ca(OH)2 „eredeti” lúgossága miatt.. de: NaOH (erős lúg) → Vízoldható nátrium aluminát ( az NH4OH nem okoz korróziót) kémiai reakciókkal „C típusú korrózió”: Térfogat-növekedést okozó kristályosodással

34 Térfogat-növekedést okozókémiai reakciókkal:
Cementkő alkotók Az eredetitől nagyobb térfogatú vegyületek keletkezése reakciója Agresszív vegyületek Leggyakoribb a talajvizek agresszív Na2SO4 sójában levő: Kalcium-alumíninát-szulfát-hidrát „szulfát korrózió” C3A CaSO4 + „cementbacilus” Oldatokban, vizekben előforduló gyakori szulfát formák: (NH4)2SO4 , CuSO4 , ZnSO4 , AL2(SO4)3 , FeSO4 ,Fe2(SO4)3 ,

35 „C típusú korrózió”: Térfogat-növekedést okozó kristályosodással Oldat felszívódása a betonba Az oldott anyag kikristályosodása A beton szerkezeti roncsolódása (Kémiai reakció nem játszik szerepet)

36 = = = Növényi olajok, zsírok Eredetük szerint
Ásványi (szerves ~) olajok Észtertípusú vegyületek R1 O R2 = ─ C R1 O = ─ C H Ca(OH)2 Nem semlegesek Ttlex286, (szerves savak, fenolok..) R1 O = ─ C Ca Savmentes ásványi olajok „reverzibilis korrózió”

37 Lehetséges védekezési módok:
Az agresszív anyagok elvezetése ( ha lehetséges) Az agresszív víz közömbösítése Darabos mészkő, dolomit, mész…. Portlandcement + mészkőliszt, nagyobb cementadagolás Nagyobb szénsavmegkötő képesség elősegítése Passzív védekezési lehetőségek: Vízzáró felületi réteg kialakítása Burkolólapok Erős korrózió esetén: keramit, üveg, csempe, stb.