Faiparban alkalmazott polimerek

Az előadások a következő témára: "Faiparban alkalmazott polimerek"— Előadás másolata:

1 Faiparban alkalmazott polimerek
Kolloid rendszerek dr. Molnárné Hamvas Lívia

2 Előző témakör Szerkezeti és technológiai polimerek Csoportosítás
dr. Molnárné Hamvas Lívia Előző témakör Szerkezeti és technológiai polimerek Csoportosítás Átlagos moláris tömeg Halmazállapot – fázisállapot – fizikai állapot

3 Kolloid rendszerek Richard Adolf Zsigmondy John Tyndall
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek Richard Adolf Zsigmondy John Tyndall Tyndall-jelenség Zsigmondy-féle ultramikroszkóp

4 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Diszperz rendszerek Többkomponensű - valamilyen folytonos közeg, és a benne eloszlatott részecskék alkotta rendszer Az eloszlatott részecskék mérete alapján: homogén rendszer heterogén rendszer kolloid rendszer

5 Diszperz rendszerek Homogén rendszerek – valódi oldatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Diszperz rendszerek Homogén rendszerek – valódi oldatok a részecske méret 1 nm-nél kisebb; a részecskék sem szabad szemmel, sem mikroszkóppal nem észlelhetők Kolloid oldatok és kolloid rendszerek 1-500 nm méretű eloszlatott részecskéket tartalmaz; sem szabad szemmel, sem fénymikroszkóppal nem különböztethetők meg az oldott részecskék Heterogén rendszerek – mikro- és makroheterogén a részecskeméret 500 nm-nél nagyobb; szabad szemmel, vagy mikroszkóppal jól látható

6 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Kolloid rendszerek

7 a felületen lévő molekulák száma nem elhanyagolható
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek Diszperzitásfok – a szétoszlatottság mértéke Fajlagos felület: egységnyi térfogatú vagy tömegű anyag felülete – kolloid mérettartományban jelentős 1 db 1 cm élhosszúságú kocka cm2/cm3 ezt 1 mm-esre darabolva cm2/cm3 1 mm élhosszúság esetén m2/cm3 1 nm élhosszúságúra darabolva m2/cm3 1‰ 10% 1% a felületen lévő molekulák száma nem elhanyagolható

8 Kolloid rendszerek Az eloszlatott részecskék típusa szerint
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek Az eloszlatott részecskék típusa szerint diszperziós kolloidok - valamely folytonos közegben gáz, folyadék és szilárd mikrofázisok, felülettel határolt részecskék találhatók makromolekuláris kolloidok - a folyadékban „oldott” részecskék mérete eleve a kolloid mérettartományban – polimerek oldatai asszociációs kolloidok - az oldott amfipatikus molekulák micellákká csoportosulnak – detergensek, emulgeáló-szerek oldatai

9 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Kolloid rendszerek Az eloszlatott részecskék között ható erő szerint a kolloid rendszer: inkoherens - a részecskék egymástól függetlenek - a közeg folyékony jellege a mérvadó (aero- és lioszolok, kolloid oldatok) koherens - összefüggő szilárd váz - a közeg miatt (xeroszolok) vagy a részecskék kapcsolódása (gélek) révén

10 dr. Molnárné Hamvas Lívia
A filmképzésre alkalmas ragasztó és bevonó anyagok folyékony közegű rendszerei az eloszlatott anyag és a diszpergáló fázis típusa szerint valódi oldatok – kolofónium alkoholos oldata, száradó olajok – nincs filmképzés kolloid rendszerek makromolekuláris oldatok – műgyanta alapú lakkok oldatai emulziók – latex, szuszpenziók – műgyanta alapú, pigment tartalmú zománcok – finom eloszlás: diszperzió mikroheterogén rendszerek szuszpenziók – pigment-szemcséket tartalmazó vizes és olajfestékek

11 Makromolekuláris kolloidok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Makromolekuláris kolloidok Folyadékban oldott (szolvatált) kolloid méretű makro-molekulákat tartalmazó inkoherens kolloid rendszer - lioszol polimerek oldata - ragasztók, lakkok – amikor az oldószer-ben molekuláris méretben történik a diszpergálás

12 Makromolekuláris kolloidok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Makromolekuláris kolloidok A diszpergálás – oldás folyamata a polimer molekulák közötti másodlagos kémiai kötések felbomlanak a lánc-makromolekula oldására alkalmas oldószerben a polimer duzzad, az oldószer molekulák a láncok közé diffundálnak a térhálós polimer esetén az elsődleges kötések nem módosulnak – nem képez oldatot, duzzadt állapotban marad

13 Makromolekuláris kolloidok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Makromolekuláris kolloidok A diszpergálás – oldás folyamata oldószer: duzzasztás, diszpergálás, ballaszt aktív oldószer hígítószer

14 Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek A diszpergálás – oldás folyamata szilárd polimer  duzzadt gél oldat a szolvatált molekulák az oldószerben szabadon mozognak diszperziós kolloid gél szol

15 Diszperziós kolloidok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Diszperziós kolloidok Az eloszlatott kisméretű részecskék mikrofázisokat alkotnak a folytonos közegben Típusai xeroszol aeroszol lioszol inkoherens koherens

16 Diszperziós kolloidok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Diszperziós kolloidok Lioszolok: emulzió - folyadékban eloszlatott folyadékcseppek - olaj a vízben (o/v), víz az olajban (v/o) szuszpenzió - folyadékban eloszlatott szilárd anyag (nem makromolekula és nem detergens) molekuláris méretű részecskék kondenzálódásával

17 Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek Lioszolok a finom eloszlású szuszpenziókat, amikor az eloszlatott anyag polimer – diszperziónak nevezik

18 Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek Diszperzió előállítása vizes közegben nem diszper-gálással, hanem emulziós polimerizációval monomer + emulgeáló-szer + védőkolloid polimerizáció folyamata: az emulgeálószer alkotta micellákban, iniciátor hatására emulziós polimerek megnevezést is használják

19 Diszperziós kolloidok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Diszperziós kolloidok Xeroszolok: szilárd hab - szilárd anyagban eloszlatott gáz – megszilárdult poliuretán hab, szivacs a polimer képződése révén jön létre a szilárd váz

20 Kolloidok reverzibilis átalakulásai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloidok reverzibilis átalakulásai lioszolokban a koncentráció növelésével vagy hűtés hatására a részecskék közötti kölcsönhatás erősebb lesz, szilárd vázat képeznek – koherens kolloid rendszer – liogél alakul ki szol - gél átalakulás makromolekuláris oldatoknál diszperziós kolloidoknál

21 Kolloidok irreverzibilis átalakulásai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloidok irreverzibilis átalakulásai Oldószer eltávozása a szuszpenziókból és a makro-molekuláris oldatokból - koherens rendszer - xerogél alakul ki ragasztók, lakkok fizikai száradása gyakran nem egyszerű elpárolgása az oldószernek, hanem további kémiai reakciók játszódnak le Utólagos polimerizáció szilárd PUR-hab létrejötte

22 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Reológia: a testek deformációjának vizsgálata – plasztikus, viszkózus, elasztikus – folyási tulajdonságok Viszkozitás: anizotróp erő okozta áramlás következtében fellépő ellenállás Két folyadékréteg egymáshoz képest különböző sebességgel mozog, a köztük ható erő:

23 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Nyírófeszültség: a felületegységre ható erő (Pa) Sebesség-gradiens: a rétegek sebesség és távolság-különbségének hányadosa (1/s) Viszkozitás, konzisztencia (Pas)

24 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Relatív viszkozitás: oldószerre vonatkoztatott Specifikus viszkozitás: különbség Redukált viszkozitás: koncentrációra vonatkozatott Határviszkozitás: zérus koncentrációra extrapolált red – a viszkozitás szerinti M-átlag

25 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája

26 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Viszkozitás mérési módszerek

27 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája A ragasztó- és bevonó-anyagok folyási tulajdonságait befolyásoló tényezők: a folyékony fázis viszkozitása a diszpergált fázis koncentrációja a diszpergált részecskék nagysága, méret szerinti eloszlása nyírás hatására a molekulák rendeződése

28 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája A viszkozitás változása - ismerete alapvető a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott nyírófeszültség

29 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Folyásgörbék: a kolloid rendszerek nyírófeszültsége nem lineárisan változik a sebesség-gradienssel

30 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Tixotópia: liogélek mechanikai hatásra – rázásra, keverésre – elfolyósodnak, majd a behatás megszűnte után ismét megszilárdulnak izoterm, reverzibilis szol-gél átalakulás A folyásgörbe két szakaszból áll a hiszterézishurok területének nagysága ~ a szerkezet összetöréséhez szükséges munka Az erősen tixotróp ragasztó- és bevonó-anyagok terülése rossz Nem tixotróp anyag pedig megfolyik a felületen

31 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája A viszkozitás változása - ismerete alapvető a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott nyírófeszültség a felhasználás, vizsgálat hőmérséklete lg   1/T

32 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája A viszkozitás változása - ismerete alapvető a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott nyírófeszültség a felhasználás, vizsgálat hőmérséklete a diszpergált anyag koncentrációja

33 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája Ragasztó felvitele – viszkozitás beállítása szórás mPas; görgős henger néhány ezer; kenés mPas alacsony viszkozitás esetén a ragasztó a rostok közé folyik, nem tud kötni a viszkozitás és az alkalmazott présnyomás is függenek

34 Kolloid rendszerek reológiája
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek reológiája PVAc – molekulaláncok között csak gyenge Van der Waals kölcsönhatás pszeudoplasztikus és tixotróp fordulatszám - viszkozitás lágyító adalékanyag hatása

35 A felületi kölcsönhatásokról
dr. Molnárné Hamvas Lívia A felületi kölcsönhatásokról Adhézió: különböző, homogén testek közötti összetartó erő ragasztóanyag – faanyag; bevonat – faanyag Kohézió: homogén anyag molekulái, részecskéi közötti összetartó erő elsőrendű kémiai kötések másodlagos kölcsönhatások

36 A felületi kölcsönhatásokról
dr. Molnárné Hamvas Lívia A felületi kölcsönhatásokról Adszorpció: felületen történő megkötődés Abszorpció: valamilyen anyag belsejében történő megkötődés, elnyelődés, diffúzió

37 Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai Fajlagos felület: egységnyi térfogatú vagy tömegű anyag felülete – kolloid mérettartományban jelentős 1 db 1 cm élhosszúságú kocka cm2/cm3 ezt 1 mm-esre darabolva cm2/cm3 1 mm élhosszúság esetén m2/cm3 1 nm élhosszúságúra darabolva m2/cm3 1‰ 10% 1% a felületen lévő molekulák száma nem elhanyagolható

38 Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai Határrétegben a részecskékre ható erő különbözik a fázis belsejében ható erőktől A gáz - folyadék határfelületen lévő molekulák a kohéziós erő miatt a folyadék felület csökkentésére hatnak felületi feszültség: 1 m2 új felület létrehozásához szükséges munka a molekulákra anizotróp erőtér hat Eötvös törvény: g ·V2/3 = kE (Tkr - T)

39 Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai Folyadék - szilárd határfelületeken – a felületi feszültségek függvényében a folyadék szétterülése A nedvesedés mértéke – a kohéziós és az adhéziós erők nagyságának viszonyától függ

40 Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai glv folyadék- csepp gsl q gsv < 90 q = 90 q > 90 ragasztó vagy lakk-csepp fa-felület nedvesítés és spontán szétterülés nedvesítés, de nincs szétterülés, beszivárgás lehetséges nincs nedvesítés, csak erőhatásra van beszivárgás

41 Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai
dr. Molnárné Hamvas Lívia Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai az oldószer elpárolgása, beszivárgása hatással van a molekuláris szintű kölcsönhatások kialakulásának lehetőségére

42 A ragasztó kötés kialakulásának lépései
dr. Molnárné Hamvas Lívia A ragasztó kötés kialakulásának lépései ragasztó csepp fa-felület felvitel nedvesítés beszivárgás Szétoszlatás – felvitel és szétterülés a felületen Nedvesítés – a ragasztóanyag molekulák adszorpciója a felületi rétegen – Van der Waals kölcsönhatások Beszivárgás – a ragasztóanyag molekulák abszorp-ciója a felületi rétegben – diffúzió

43 A ragasztó kötés kialakulásának lépései
dr. Molnárné Hamvas Lívia A ragasztó kötés kialakulásának lépései Áthelyeződés – felületek közötti hézag kitöltése Nedvesítés – Beszivárgás Megkötődés – a ragasztóanyag molekulák rögzülése állapotuk vagy összetételük megváltozása miatt – a molekulák mozgása gátolt nedvesítés és adszorpció beszivárgás a felszíni rétegbe kötés kialakulása

44 Következő témakör A határfelületi jelenségek hatása a ragasztásra
dr. Molnárné Hamvas Lívia Következő témakör A határfelületi jelenségek hatása a ragasztásra A nedvesedést, beszivárgást befolyásoló tényezők a felület előkészítése, valamint ragasztó-felvevő képessége a nedvesítéshez elegendő anyag felvitele a lakk vagy ragasztó kémiai sajátsága az optimális cseppméret alkalmazása