Ragasztó és felületkezelő anyagok

Az előadások a következő témára: "Ragasztó és felületkezelő anyagok"— Előadás másolata:

1 Ragasztó és felületkezelő anyagok
Faanyag – polimer kapcsolat Kötőanyagok kémiája dr. Molnárné Hamvas Lívia

2 Előző témakör Kolloid rendszerek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Előző témakör Kolloid rendszerek A polimerek makromolekuláris oldatai és diszperzió Reológiai tulajdonságok – viszkozitás, folyási sajátságok Határfelületi sajátságok – peremszög, nedvesítés

3 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

4 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

5 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők Fafelület - kolloid rendszer kölcsönhatása rost a nedvesedést és a beszivárgást befolyásolja a felület előkészítése, valamint ragasztó-felvevő képessége a nedvesítéshez elegendő anyag felvitele, az optimális cseppméret meghatározása a lakk vagy ragasztó kémiai sajátsága

6 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők a felület előkészítése – megszabja a nedvesítés mértékét csiszolatlan durva fafelület kétirányban csiszolt fafelület négyszeresen csiszolt fafelület

7 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők a felület előkészítése – hatással van a felületek illeszkedésére, a diffúziós folyamatokra

8 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők A nedvesítéshez elegendő anyag felvitele, az optimális cseppméret meghatározása az oldószer és a viszkozitás hatása

9 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők 10 mm hat 10 mm átmérőjű kör a nyírfa-lemez felületére pMDI gyantát (szerves oldószer) helyeztek 3 körbe, és egyenlő tömegű vizes PF-t másik 3-ra a lemezt szárítószekrényben egy éjszakára 130 °C-on pMDI pMDI PF pMDI PF PF A pMDI könnyen beszivárgott a felületbe. A fenol-formaldehid döntően az eredeti helyen maradt, valószínűleg a felület gyors víz abszorpciója miatt.

10 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők a polimer kémiai sajátságai – kötések kialakulása Elsőrendű kémiai kötés – kovalens kötés Másodlagos kémiai kölcsönhatások (fizikai kötés) hidrogén-kötés Van der Waals kötés Mechanikai kapcsolat

11 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők Elsőrendű kémiai kötés – kovalens kötés a ragasztó funkciós csoportjai és a fafelület aktív helyei között jön létre alkohol végcsoport Kialakulhat pl. a PVAc ragasztó és a fafelület cellulóz vagy lignin OH-csoportjai között PVAc OH HOCH2 fafelület kondenzációs reakció PVAc O CH2 H2O fafelület

12 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők Elsőrendű kémiai kötés – kovalens kötés a ragasztó funkciós csoportjai és a fafelület aktív helyei között jön létre izocianát végcsoport Kialakulhat pl. a pMDI ragasztó és a fafelület cellulóz vagy lignin OH-csoportjai között OH OCN CH2 NCO fafelület addíciós reakció CH2 OCONH uretán NCO

13 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők Másodlagos kémiai kölcsönhatás – hidrogénkötés gyengébb kapcsolat, mint a kovalens kötések

14 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők Másodlagos kémiai kölcsönhatás – Van der Waals nagyon gyenge orientációs hatás vagy London féle erők fa OH CH2 CH CO OCH3 PVAc szegmens

15 A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők
dr. Molnárné Hamvas Lívia A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők Mechanikai kapcsolat – a fizikai és a kémiai kötések kiegészítéseként összenyomott rétegek ragasztó-csepp fa a fafelület mikroszkópikusan egyenetlen amikor teljesen megszilárdul, a lemezek egymáshoz kapcsolódnak a ragasztó nedvesít és behatol a rétegekbe

16 Wood Adhesives 2005, San Diego
dr. Molnárné Hamvas Lívia Wood Adhesives 2005, San Diego

17 Wood Adhesives 2005, San Diego
dr. Molnárné Hamvas Lívia Wood Adhesives 2005, San Diego IR spektrofotometria: a kémiai kötések rezgő-, forgó-, és ollózó mozgási energiájának megfelelő hullámhosszú sugárzást elnyelő funkciós csoportok detektálása

18 Wood Adhesives 2005, San Diego
dr. Molnárné Hamvas Lívia Wood Adhesives 2005, San Diego

19 Wood Adhesives 2005, San Diego
dr. Molnárné Hamvas Lívia Wood Adhesives 2005, San Diego

20 Wood Adhesives 2005, San Diego
dr. Molnárné Hamvas Lívia Wood Adhesives 2005, San Diego

21 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói Polimerek előállítása kismolekulájú anyagokból polikondenzáció poliaddíció polimerizáció Kész polimerek reakciói szabad funkciós csoportok reakciói bomlási folyamatok

22 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói Kondenzáció: két molekula egyesülése a főtermék és melléktermék (általában víz) keletkezése közben Polikondenzáció animáció bi- vagy polifunkciós monomerek lépésenkénti össze-kapcsolódása: dimerek, trimerek … oligomerek … polimerek képződése közben

23 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói A polikondenzációs reakció jellemzői: a reakcióban melléktermék keletkezik a reakció egyensúlyra vezet, az egyensúlyi állandó nagyságától függő átalakulások a reakció lépcsőzetes, a közbülső termékek stabilak

24 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói polikondenzációs polimerek polisziloxánok, szilikonok (szilanol SI) aminoplasztok (amin + aldehid: UF, MF, UMF) fenoplasztok (fenol + aldehid: PF) poliamidok (amin + sav: PA 66, PPTA kevlar) poliamidok (izocianát + sav: PA) poliészterek (alkohol + sav: PET, PLA, alkid, gliptál) polikarbonátok (fenol + foszgén: PC) epoxi-poliéter (fenol + epiklórhidrin: EP)

25 Polikondenzációs folyamatok felosztása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs folyamatok felosztása a monomerek jellege alapján homo-polikondenzáció: azonos monomerek reagálnak, több funkciós csoport politejsav (PLA) polisziloxán (SI) poliamid (PA) hetero-polikondenzáció: két különböző monomer reagál, eltérő funkciós csoportokkal UF, MF, UMF, PF PET, PA66

26 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói Polikondenzációs folyamatok poliészter képződés

27 Polikondenzációs folyamatok felosztása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs folyamatok felosztása a monomerek funkcionalitása alapján lineáris polimerek - bifunkciós monomerek reakciójából – termoplasztikus sajátságok poliészterek (PET, PLA) polisziloxánok (SI) fenoplaszt – novolak (PF) térhálós polimerek - kettőnél több funkciós csoporttal rendelkező monomerek kapcsolódásával – hőre keményedő aminoplasztok (UF, MF, UMF), fenoplaszt – rezol (PF)

28 Polikondenzációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs folyamatok egyensúlyi folyamat A B C D az egyensúlyi állandó nagysága alapján K = 4 … 10 a polimer csak a melléktermék eltávolításával nyerhető ki (pl. poliészter) K = 103 … 105 a reakció a melléktermék jelenlétében is teljessé válik (pl. UF) K = ∞ a reakció nem egyensúlyi, hanem egyirányú (pl. PC)

29 Polikondenzációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs folyamatok egyensúlyi folyamat az egyensúly – és reakciósebesség – befolyásolása a Le Chatelier elv alapján: a monomerek mólarányával a kiindulási anyagok koncentrációjával a közeg pH-jának és a reakció hőmérsékletének megválasztásával

30 Polikondenzációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polikondenzációs folyamatok a reakciók sebessége kinetikai paraméterektől és diffúziós folyamatoktól függ – minél nagyobb (térhálósabb) a polimer annál nagyobb hatású a polimerizációs fok – időbeli változása a funkciós csoportok reakciókészsége független a lánc hosszától P = k  t  co + 1 a polimerizációs fok lineárisan változik

31 Polimerizációs fok lépcsőzetes reakcióban
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs fok lépcsőzetes reakcióban nincs reakció, mind monomer 25% monomer elreagált 50% monomer elreagált 75 % monomer elreagált Mn 8*1 + 4*2 8 + 4 = 1.33 1 2 4 Mw 8*12 + 4*22 8*1 + 4*2 = 1.5 1 2.63 5.88 P 1 1.13 1.32 1.47

32 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Polikondenzáció

33 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói Addíció: két molekula egyesülése egyetlen főtermék keletkezése közben Poliaddíció bi- vagy polifunkciós monomerek lépésenkénti összekapcsolódása: dimerek, trimerek … oligomerek … polimerek képződése közben

34 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói A poliaddíciós reakció jellemzői: a reakcióban melléktermék nem keletkezik a polimer összetétele megegyezik a kiindulási polimerek összetételével nem egyensúlyi folyamat a termék mellett nincs szabad monomer lépcsős mechanizmusú reakció, közel azonos aktiválási energiájú lépésekkel a reakcióidő függvényében a polimer moláris tömege fokozatosan növekszik

35 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói poliaddíciós polimerek poliuretánok (izocianát + alkohol: PUR), polikarbamidok (izocianát + amin: PUK) epoxigyanta (epoxi-poliéter + fenol: EP) epoxigyanta (epoxi-poliéter + amin: EP)

36 Poliaddíciós folyamatok felosztása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliaddíciós folyamatok felosztása a monomerek jellege alapján homo-poliaddíció: azonos monomerek reagálnak poliizocianurát (PCUR) 1-nylon hetero-poliaddíció: két különböző monomer reagál, addíció telítetlen kötésre poliuretán (PUR) epoxigyanta (EP)

37 Poliaddíciós folyamatok felosztása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Poliaddíciós folyamatok felosztása a monomerek funkcionalitása alapján lineáris polimerek - bifunkciós monomerek reakciójából poliuretánok (PUR) térhálós polimerek - kettőnél több funkciós csoporttal rendelkező monomerek kapcsolódásával poliizocianurát (PCUR)

38 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói Poliaddíciós folyamatok poliuretán képződés

39 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói Addíció: két molekula egyesülése egyetlen főtermék keletkezése közben Polimerizáció animáció kettős, vagy hármas kötést tartalmazó monomerek összekapcsolódása láncreakcióban polimerek képződése közben

40 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói A polimerizációs reakció jellemzői: a reakcióban melléktermék nem keletkezik a polimer összetétele megegyezik a kiindulási polimerek összetételével láncreakció mechanizmusú folyamat az aktiváló ágens szabad gyök, kation vagy anion mellékfolyamatként láncátadás, elágazás mehet végbe

41 Polimerek kémiai reakciói
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerek kémiai reakciói polimerizációs polimerek polietilén (PE), polipropilén (PPE), teflon (PTFE) poli(vinil-klorid) (PVC), poli(vinil-acetát) (PVAc) polisztirol (PS) poliakrilátok (PAE, PMMA), cianoakrilátok akrilnitril-butadién-sztirol terpolimer (ABS)

42 Polimerizációs polimerek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs polimerek

43 Polimerizációs polimerek
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs polimerek

44 Polimerizációs folyamatok felosztása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok felosztása a monomerek jellege alapján homo-polimerizáció: azonos monomerek reagálnak polietilén (PE) poli(vinil-klorid) (PVC) poli(vinil-acetát) (PVAc) teflon (PTFE) hetero-polimerizáció: két vagy három különböző, telítetlen kötésű monomer reagál - kopolimerizáció akrilnitril-sztirol (SAN) akrilnitril-butadién-sztirol (ABS)

45 Polimerizációs folyamatok felosztása
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok felosztása mindkét monomer azonos sebességgel reagál önmagával és egymással vinilidénklorid-metakrilát a monomerek csak a másik monomerrel reagálnak maleinsav-sztilbén mindkét monomer inkább önmagával polimerek keveréke

46 Polimerizációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok Láncreakció Láncindítás (iniciálás): az aktív centrumok létrehozása

47 Polimerizációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok Láncreakció Láncindítás (iniciálás): az aktív centrumok létrehozása Láncnövekedés: az aktív centrumok monomerekkel történő, egymás utáni reakciója, gyors monomer addíció

48 Polimerizációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok

49 Polimerizációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok Láncreakció Láncindítás (iniciálás): az aktív centrumok létrehozása Láncnövekedés: az aktív centrumok monomerekkel történő, egymás utáni reakciója, gyors monomer addíció Lánczáródás (dezaktiválás): a láncnövekedés megállása, az aktív centrumok megszűnése

50 Polimerizációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok

51 Polimerizációs folyamatok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs folyamatok Láncreakció Láncindítás (iniciálás): az aktív centrumok létrehozása Láncnövekedés: az aktív centrumok monomerekkel történő, egymás utáni reakciója, gyors monomer addíció Lánczáródás (dezaktiválás): a láncnövekedés megállása, az aktív centrumok megszűnése Reakció sebesség arányos az iniciátor koncentráció négyzetgyökével és a monomer koncentrációjával

52 Polimerizációs fok láncreakcióban
dr. Molnárné Hamvas Lívia Polimerizációs fok láncreakcióban nincs reakció, mind monomer 25% monomer elreagált 50% monomer elreagált 75% monomer elreagált Mn 11*1 + 1*5 11 + 1 = 1.33 1 2 4 Mw 11*12 + 1*52 11*1 + 1*5 = 2.25 1 5.5 10.75 P 1 1.68 2.75 2.69

53 Láncreakció Lépcsőzetes reakció
dr. Molnárné Hamvas Lívia Láncreakció a növekedési szakaszban csak monomer kapcsolódhat a lánchoz a monomer koncentrációja folya-matosan csökken a polimerizáció során azonnal nagy moláris tömegű polimer képződik, a moláris tömeg gyakorlatilag nem változik a reakció során a reakcióidővel nő a kitermelés, de a moláris tömeg alig változik a reakcióelegy csak monomert, polimert és kb % növekvő láncot tartalmaz Lépcsőzetes reakció bármelyik két molekula reagálhat egymással a monomer korán elfogy a reakció-elegyből; ha a polimerizációs fok 10, monomer már csak 1% a polimer moláris tömege folyama-tosan nő a reakció alatt; nagy moláris tömeg eléréséhez hosszú reakcióidő kell a különböző moláris tömegű kom-ponensek eloszlása bármely idő-pillanatban kiszámítható

54 Moláris tömeg és reakció típusok
dr. Molnárné Hamvas Lívia Moláris tömeg és reakció típusok 15 Mw polimerizáció 10 kondenzáció és addíció Mw moláris tömeg 5 Mn polimer képződés 1 25 50 75 100 elreagált monomer (%)

55 dr. Molnárné Hamvas Lívia
Következő témakör Természetes és mesterséges makromolekulák átalakítása cellulóz módosítása PVAc átalakítása A polimerek előállításának folyamatai polikondenzáció - karbamid-formaldehid (UF) - melamin-formaldehid (MF) - karbamid-melamin-formaldehid (UMF)