Polimerkémia Polikondenzáció dr. Molnárné Hamvas Lívia.

Az előadások a következő témára: "Polimerkémia Polikondenzáció dr. Molnárné Hamvas Lívia."— Előadás másolata:

1 Polimerkémia Polikondenzáció dr. Molnárné Hamvas Lívia

2 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Előző témakör Természetes és mesterséges makromolekulák átalakítása – cellulóz, PVAc

3 Polikondenzációs termékek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs termékek Kötő és ragasztó anyagok aminoplasztok (UF, MF, UMF) fenoplasztok (PF, RF) poliamidok (PA) szilikonok (SI) Felületkezelő anyagok poliészterek (alkidgyanták) polikarbonátok (PC)

4 Karbamid-formaldehid gyanta (UF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Karbamid-formaldehid gyanta (UF) egyensúlyi folyamat a ragasztó: oligomereket tartalmazó „féltermék” egyensúlyi folyamat révén kiindulási anyagok és termékek szabad formaldehid: a gyantában reagálatlanul maradt formaldehid mennyisége

5 Karbamid-formaldehid térhálósodása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Karbamid-formaldehid térhálósodása metilénhidas kapcsolódás formaldehid kilépéssel lehasadó formaldehid a gyanta térhálósodási folyamatában keletkezik kémhatás és hőmérséklet, adalékanyagok befolyásolják

6 Karbamid-formaldehid térhálósodása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Karbamid-formaldehid térhálósodása metilol-csoportok hidrolízise, formaldehid keletkezése utólagosan felszabaduló formaldehid a késztermékből távozik formaldehid megkötő anyagok adagolásával és a termék nedvességtartalmának csökkentésével visszaszorítható

7 Melamin-formaldehid gyanta (MF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Melamin-formaldehid gyanta (MF)

8 Melamin-karbamid-formaldehid (UMF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Melamin-karbamid-formaldehid (UMF) Különböző karbamid: melamin arány beállítása lehetővé teszi, hogy kevésbé költséges, kedvező tulajdonságú gyantát állítsanak elő érvényesüljön a melamin-formaldehidre jellemző térhálósság – utólagos HCHO felszabadulás alacsony

9 Polikondenzációs termékek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs termékek Kötő és ragasztó anyagok aminoplasztok (UF, MF, UMF) fenoplasztok (PF, RF) poliamidok (PA) szilikonok (SI) Felületkezelő anyagok poliészterek (alkidgyanták) polikarbonátok (PC)

10 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Fenoplasztok

11 Fenoplasztok Reaktánsok formaldehid vizes oldata
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenoplasztok Reaktánsok formaldehid vizes oldata fenol és fenolhomológ vegyületek rezorcin kvercetin fenol

12 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) Savas közegben a fenol kétfunkciós, lúgos közegben trifunkciós monomerként viselkedik: metilol-fenol (fenolalkohol) keletkezik a benzolgyűrű elektroneloszlása miatt orto és para helyzetekben nukleofil centrumként viselkedik; a formaldehid hatékony elektrofil szubsztituens

13 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) Savas közegben (pH = 4-7) metiléncsoportokkal kapcsolódó monomerek – novolak-gyanta mólarány - fenol:formaldehid = 1:0,5-0,8 fonalszerű molekulák ( g/mol)

14 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) Novolak-gyanta szerves oldószerekben oldható hőre lágyuló felületkezelésre közvetlenül felhasználható

15 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) Lúgos közegben (pH = 7-13) éterhidas kapcsolódás – rezol-gyanta –, sok metilol-csoport mólarány - fenol:formaldehid = 1:1,5-2 térhálós szerkezet kialakulása – a reakció túlszaladhat, a folyamat tárolás közben is lúgban oldott állapotban

16 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) Rezol-gyanta – két-, három metilol-fenol kapcsolódik

17 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) Keményedési folyamatok sebessége pH- és hőmérséklet-függő hidegen (szobahőmérséklet) – erősen savas közegben melegen ( °C) – pH ~ 7-8 – p-toluol-szulfonsav vagy kénsav adagolás forrón ( °C) – lúgos közeg, NaOH adagolás A megkötött ragasztó nagyon merev, kitűnő vízállóságú

18 Fenol-formaldehid gyanta (PF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenol-formaldehid gyanta (PF) rezol-gyanta

19 Rezorcin-formaldehid gyanta (RF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Rezorcin-formaldehid gyanta (RF) A rezorcinban a 2, 4, 6 helyzetű H-ek nagy reaktivitásúak metilénhidas láncmolekula – novolak jön létre formaldehid adagolással térhálósítható, magasabb hőmérsékleten és pH ~ 6-7 kémhatásnál a reakciósebesség csökkentésére alkoholokat

20 Fenoplasztok (PF, RF, PRF)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Fenoplasztok (PF, RF, PRF) Termelés 2004: tonna Felhasználás faanyag-kötőanyag formázó-komponens rétegelt lemezek szigetelőanyag Káros anyag kibocsátás

21 sugi Douglas fir metanol etanol etanol metanol
dr. Molnárné Hamvas Lívia metanol etanol etanol metanol sugi Douglas fir

22 sugi Douglas fir etanol etanol metanol metanol
dr. Molnárné Hamvas Lívia etanol etanol metanol metanol sugi Douglas fir

23 dr. Molnárné Hamvas Lívia

24 Polikondenzációs termékek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs termékek Kötő és ragasztó anyagok aminoplasztok (UF, MF, UMF) fenoplasztok (PF) poliamidok (PA, DAB) szilikonok (SI) Felületkezelő anyagok poliészterek (alkidgyanták) polikarbonátok (PC)

25 Poliamidok (PA) Szintetikus szálak, ömledékragasztók
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliamidok (PA) Szintetikus szálak, ömledékragasztók A polimer lánc – heteroatomot tartalmaz Megnevezés: szénatomok száma alapján nylon, perlon, kevlar PA 66

26 Poliamidok (PA) Előállításuk:
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliamidok (PA) Előállításuk: homo-polikondenzációval: amino-karbonsavból (pl. PA 11) w-amino-undekánsav – H2N-(CH2)10-COOH hetero-polikondenzációval: diamin + dikarbonsav reakció (pl. PA 66; PA 610) polimerizációval: laktámokból (pl. PA 6 - Perlon - – e-kaprolaktámból)

27 dr. Molnárné Hamvas Lívia
polikondenzációval polimerizációval

28 Poliamidok (DAB) Reaktánsok – dimer acid based PA 66 PA 610 adipinsav
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliamidok (DAB) Reaktánsok – dimer acid based adipinsav PA 66 hexametilén-diamin szebacinsav PA 610 hexametilén-diamin

29 Poliamidok (DAB) Reaktánsok – dimer acid based Kevlar p-feniléndiamin
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliamidok (DAB) Reaktánsok – dimer acid based Kevlar p-feniléndiamin tereftálsavklorid

30 Poliamidok (DAB) Polikondenzációs reakció – egyensúlyi folyamat
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliamidok (DAB) Polikondenzációs reakció – egyensúlyi folyamat monomerek ekvimoláris arányát biztosítva magas hőmérsékleten, ömledékben, nitrogén-atmoszférában a keletkező víz folyamatos eltávolításával Szerkezeti módosítás - szabályosság csökkentése dimer zsírsavak – nagyon hosszú szénlánc az amid csoportok között

31 Poliamidok (DAB) Moláris tömeg: 10-25.000 g/mol
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliamidok (DAB) Moláris tömeg: g/mol Szabályos felépítettség kristályossági hajlam - szálképzés Hidrogénkötések nagy gyakorisága bomlékonyságot okoz a szálak szilárdsága nagy ha nő a CH2 csoportok száma, csökken az op. Keverékek - olvadási hőmérséklet csökkentő hatás

32 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Poliamidok (DAB)

33 Polikondenzációs termékek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs termékek Kötő és ragasztó anyagok aminoplasztok (UF, MF, UMF) fenoplasztok (PF) poliamidok (PA) szilikonok (SI) - polisziloxánok Felületkezelő anyagok poliészterek (alkidgyanták) polikarbonátok (PC)

34 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Polisziloxánok (SI) Monomer: bi- vagy trifunkciós alkil- vagy aril-klórszilán hidrolízissel szilánol keletkezik és polikondenzációval amorf szilikon poliaddícióval

35 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Polisziloxánok (SI) Monomer: bi- vagy trifunkciós alkil- vagy aril-klórszilán hidrolízissel szilánol keletkezik és polikondenzációval amorf szilikon Termék: kis moláris tömegű, de széles eloszlás (szilikonolaj) a molekulák hajlékonyabbak, mint a szénláncúak a köztük ható másodlagos kémiai kölcsönhatások gyengébbek

36 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Polisziloxánok (SI) Szilikonolaj: folyékony, M ~ g/mol – hidrofobizálás szilikonolaj + szilikagél = szilikonzsír Szilikonkaucsuk: láncmolekula, gumiszerű, M ~ g/mol – tömítőanyag térhálósítás: funkciós csoportok bevitele Szilikongyanta: térhálós szerkezetű

37 Polisziloxánok (SI) Tömítőanyagként: módosított szilikon-gyanta
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polisziloxánok (SI) Tömítőanyagként: módosított szilikon-gyanta termelés

38 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Polisziloxánok (SI) Ragasztóként: dimetil-polisziloxán (kaucsuk és olaj) Lakkipari célra: szilikon-gyanta más gyantákkal kombinálva termelés

39 Polikondenzációs termékek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs termékek Kötő és ragasztó anyagok aminoplasztok (UF, MF, UMF) fenoplasztok (PF) poliamidok (PA) szilikonok (SI) - polisziloxánok Felületkezelő anyagok poliészterek (PLA, PET, alkyd) polikarbonátok (PC)

40 Poliészterek az észterkötések a molekula főláncában vannak
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek az észterkötések a molekula főláncában vannak lineáris poliészterek telítetlen poliészterek alkidgyanták

41 Poliészterek Lineáris poliészterek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Lineáris poliészterek kétértékű alkoholok és dikarbonsavak kondenzációs reakciója termékeként glikol borostyánkősav

42 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Poliészterek Alifás lineáris poliészterek: lágy, hajlékony láncú, M ~ g/mol PVC lágyítóként alkalmazzák, nem illékonyak alkohol komponens karbonsav komponensek borostyánkősav adipinsav glikol szebacinsav

43 Poliészterek Alifás lineáris poliészterek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Alifás lineáris poliészterek Politejsav (PLA) - tejsavból termikus vagy mikrohullámú polikondenzációval közszükségleti cikkek és gyógyászati eszközök előállítása biológiailag lebontható

44 Poliészterek Politejsav (PLA)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Politejsav (PLA) M ~ g/mol; gyűrűzáródás is végbemehet a polikondenzációs reakciót befolyásoló tényezők: kiindulási anyag: D,L 80%-os vagy L 90%-os vizes oldat hőmérséklet: °C (felette káros mellékfolyamatok) nyomás: vákuum segíti a víz eltávolítását inert atmoszféra: nitrogén (elszineződést gátolja) katalizátor: fémsók mikrohullámú gerjesztés: reakcióidőt csökkenti

45 Poliészterek Lineáris poliészterek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Lineáris poliészterek poli(etilén-tereftalát) (PET) – glikol + tereftálsav magas op.; kristályosodó; szálképző jó vegyszerállóság

46 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Poliészterek Telítetlen poliészterek: a láncban az észter-csoportok mellett kettős kötések telítetlen dikarbonsavak és diolok kondenzációs reakciója maleinsav térhálósodás a telítetlen kötések utólagos polimerizációs reakciójával

47 Poliészterek - alkidgyanták
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek - alkidgyanták alkohol komponensek glikol pentaeritrin glicerin karbonsav komponensek ftálsav ftálsavanhidrid

48 Poliészterek Gliptál gyanták – glicerin + ftálsav (glyphtal)
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Gliptál gyanták – glicerin + ftálsav (glyphtal)

49 Poliészterek Módosított alkidgyanták – glicerin + ftálsav + zsírsav
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Módosított alkidgyanták – glicerin + ftálsav + zsírsav

50 Poliészterek Módosított alkidgyanták – glicerin + ftálsav + zsírsav
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Módosított alkidgyanták – glicerin + ftálsav + zsírsav sztearinsav olajsav linolsav linolénsav csoportok: zsíros, félzsíros és sovány alkidok (70 …60; 50 … 40; 35 …15 % zsírsav)

51 Poliészterek Módosított alkidgyanták Felhasználás Kötés
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliészterek Módosított alkidgyanták polialkohol – teljes vagy részbeni helyettesítése (epoxialkid) dikarbonsav – teljes vagy részbeni helyettesítése (maleinátgyanta) zsírsav kettőskötésein keresztül történő módosítás (vinilalkid, sztirolalkid) Felhasználás lakkipar (kevésbé ragasztó és hézagtömítő anyag) Kötés száradás – fizikai és kémiai folyamatok (polimerizáció)