1 / 50

Ragasztó és felületkezelő anyagok

Ragasztó és felületkezelő anyagok. Kötőanyagok kémiája Aminoplasztok. Előző témakör. Polimerek előállítása kismolekulájú anyagokból polikondenzáció poliaddíció polimerizáció. Polikondenzációs folyamatok. egyensúlyi folyamat az egyensúly – és reakciósebesség – befolyásolása

bradley-crosby
Download Presentation

Ragasztó és felületkezelő anyagok

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ragasztó és felületkezelő anyagok Kötőanyagok kémiája Aminoplasztok

  2. Előző témakör • Polimerek előállítása kismolekulájú anyagokból • polikondenzáció • poliaddíció • polimerizáció

  3. 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

  4. Polimerek kémiai reakciói • A poliaddíciós és polimerizációs 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; láncreakció melybenaz aktiváló ágens szabad gyök, kation vagy anion

  5. 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. 10-8 % 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

  6. Moláris tömeg és reakció típusok 15 polimerizáció Mw 10 kondenzáció és addíció Mw moláris tömeg 5 Mn polimer képződés 1 0 25 50 75 100 elreagált monomer (%)

  7. Kész polimerek reakciói • Természetes és mesterséges makromolekulák átalakítása – cellulóz, PVAc • szabad funkciós csoportok reakciói • bomlási folyamatok • Térhálósítási folyamatok

  8. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz – legnagyobb mennyiségben előforduló természetes polimer • évente ~1018 tonna szerves anyag termelődik – kb. 40 %-a • a növényi sejtfalban különböző mennyiségben primer sejtfalban ~10 % szekunder sejtfalban ~50 %

  9. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz • b-D-glükóz monomerből 1,4-glikozidos kapcsolódással

  10. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz • b-D-glükóz monomerből 1,4-glikozidos kapcsolódással láncmolekula – 6-7 mm

  11. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz • b-D-glükóz monomerből 1,4-glikozidos kapcsolódással láncmolekula – 6-7 mm • láncok között H-kötés – rendezett szerkezet kialakulása

  12. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz • b-D-glükóz monomerből 1,4-glikozidos kapcsolódással láncmolekula – 6-7 mm • láncok között H-kötés – rendezett szerkezet kialakulása • polimerizációs fok: fa – 8 … 10.000; pamut: 14 … 15000 • moláris tömeg: eléri az 1,5 millió g/mol-t

  13. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz • kristályos és amorf szerkezet • micellák: ~100 molekula H-kötéssel • elemi fibrilla – 3-3,5 nm • mikrofibrilla: 20-40 elemi fibrilla • cellulóz I – elemi cella • előállítása növényi anyagokból kémiai feltárással savas, semleges, lúgos közegű: NaHSO3, Na2SO3, NaOH

  14. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz • b-D-glükóz monomerből 1,4-glikozidos kapcsolódással láncmolekula – 6-7 mm • láncok között H-kötés – rendezett szerkezet kialakulása • polimerizációs fok: fa – 8 … 10.000; pamut: 14 … 15000 • moláris tömeg: eléri az 1,5 millió g/mol-t • redukáló poliszacharid – alkoholos és glükozidos -OH

  15. Makromolekulák átalakítása • A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: • cellulóz észterek - nitrálás, acilezés cellulóz + sav v. anhidrid  cellulóz-észter + víz v. sav • cellulóz éterek - alkilezés, karboxilezés alkálicellulóz + klórozott CH v. sav  cellulóz-éter + NaCl

  16. Makromolekulák átalakítása • A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: • cellulóz észterek - nitrálás, acilezés cellulóz + salétromsav  cellulóz-nitrát + víz

  17. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz-nitrát (NC) • nitráló elegy: 15-60 % HNO3 + 30-70 % H2SO4 + 0-20 % H2O • nitrálási fok – oldhatóság (alkohol, észterek) • 10,5-12,4 % N-tartalom – 1,8-2,4 OH-észterezett • oldószeres ragasztó, lakk

  18. Makromolekulák átalakítása • A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: • cellulóz észterek - nitrálás, acilezés cellulóz + karbonsavanhidrid  cellulóz-észter + sav cellulóz-acetát (CA), cellulóz-propionát, cellulóz-aceto-butirát (CAB)

  19. Makromolekulák átalakítása • Cellulóz-acetát (CA) • acetilezés: ecetsav-anhidrid + jégecet + katalizátor • triacetát: hidrofób, rideg, nehezen oldható; szigetelésre • diacetát: acetonban oldható, elasztikus; impregnálásra

  20. Makromolekulák átalakítása • A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: • cellulóz éterek - alkilezés, karboxilezés alkáli-cellulóz + klórozott CH  alkil-cellulóz + NaCl alkáli-cellulóz + klór-metán metil-cellulóz klór-etán etil-cellulóz

  21. Makromolekulák átalakítása • A cellulóz szabad alkoholos hidroxil-csoportjainak szubsztitúciós (kondenzációs) reakciói: • cellulóz éterek - alkilezés, karboxilezés alkáli-cellulóz + klórozott karbonsav  karboxi-cellulóz karboxi-metil-cellulóz

  22. Makromolekulák átalakítása • Karboxi-metil-cellulóz (CMC) • éterezési fok: 0,6-1,0; Na-só formájában; • általános tapéta ragasztó;

  23. Makromolekulák átalakítása • Poli(vinil-acetát)  poli(vinil-alkohol) • PVAc direkt hidrolízise savas vagy lúgos katalízissel - lineáris szerkezet, nincs oldallánc - hidrogén-kötések nagy száma miatt kristályos polimer - marad acetát-csoportja is térhálósítás: • szervetlen komplexképzőkkel • dikarbonsavak, diizocianátok

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

  25. Aminoplasztok • Reaktánsok • formaldehid vizes oldata • aminocsoportot tartalmazó vegyületek tiokarbamid karbamid melamin

  26. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • gyengén lúgos közeg • karbamid és formaldehid aránya • dimetilol-karbamid képződési egyensúly mellett még 26 % H2CO elreagálatlan • a termékek vízben jól oldódnak • nincs tetrametilol • további kapcsolódások

  27. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • gyengén lúgos közegben • éterhidas kapcsolódás láncvégi OH-csoportok kondenzálódása

  28. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • gyengén savas közegben • alacsony formaldehid aránynál • metilénhidas kapcsolódás OH- és NH- csoportok kondenzálódása

  29. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • egyensúlyi folyamat • a reakciósebességet befolyásolja • a monomerek mólaránya • a kiindulási anyagok koncentrációja • a közeg pH-ja • a reakció hőmérséklete

  30. 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

  31. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • Szabad formaldehid tartalom • informál a karbamid:formaldehid arányról • hatással van a ragasztó felhasználására • befolyásolja a kötés során lehasadó formaldehid mennyiségét

  32. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • Monomerek mólaránya • karbamid : formaldehid = 1 : 1,7 …2,2 sok metilol csoportot tartalmaz, vízben jól oldódó termék vizes oldatban jól tárolható, magas az el nem reagált formaldehid mennyisége nagy reaktivitású, gyorsan kötő gyanta • karbamid : formaldehid = 1 : 1,4 … 1,7 kevesebb metilol-csoportot és éterhidas kapcsolódást tartalmaz magasabb átalakulási fokig kondenzáltatott termék vízben rosszul oldódó, rosszul tárolható

  33. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • A közeg kémhatása – a reakció sebességére savas és bázikus közegben savkatalizált reakció

  34. Karbamid-formaldehid térhálósodása • Savkatalizált folyamat – pH = 3,5-5,5 – gyenge savak vagy savasan hidrolizáló sók alkalmazásával pH = 7,00 – 1/2 lg Kb – 1/2 lg csó

  35. Karbamid-formaldehid térhálósodása • metilénhidas kapcsolódás víz kilépéssel, lánc építő lépések láncelágazások kialakulása

  36. Karbamid-formaldehid térhálósodása • éterkötések kialakulása a cellulóz láncok hidroxi- és a gyanta metilol-csoportjai között

  37. Karbamid-formaldehid térhálósodása • metilénhidas kapcsolódás formaldehid kilépéssel lehasadó formaldehid a gyanta térhálósodási folyamatában keletkezik kémhatás és hőmérséklet, adalékanyagok befolyásolják

  38. Karbamid-formaldehid térhálósodása • metilol-csoportok hidrolízise, formaldehid keletkezése utólagosan felszabaduló formaldehid a késztermékből távozik formaldehid megkötő anyagok adagolásával és a termék nedvességtartalmának csökkentésével visszaszorítható

  39. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • a felhasználás szempontjából fontos jellemzői: • előállítása alacsony költségű • monomerek mólaránya: jó vízoldhatóság magas szabad formaldehid tartalom • reakcióképes csoportok száma: befolyásoló hatással a kötési időre és a tárolhatóságra • hátrányos, hogy hidrolízisre hajlamos a térhálósodott gyanta is állandó formaldehid emisszió

  40. Karbamid-formaldehid gyanta (UF) • formaldehid tartalom • a gyantában szabad formában van jelen – szabad HCHO • a gyanta polikondenzációs reakciója során elreagált • metilénhidas kötésben rögzült – nem mobilis • láncvégi metilol-csoportban kötött – lehasadó HCHO • éterkötésben kötött – utólagosan felszabaduló HCHO • a térhálósodást követően a ragasztott termékben • éterkötésben kötött – utólagosan felszabaduló HCHO

  41. Melamin-formaldehid gyanta (MF) • Lépcsőzetes reakcióban • 3-5 metilol-csoport kapcsolódik

  42. Melamin-formaldehid gyanta (MF) • Lépcsőzetes polikondenzációs reakció: • láncszerű oligomer alakul ki – metilénhidas kapcsolat • a gyanta melamin:formaldehid aránya ~2:3 • kémhatása: pH = 9,9 - 10,3

  43. Melamin-formaldehid gyanta (MF) • Térhálósodás • hő- és katalizátor - NH4Cl vagy (NH4)2SO4 – alkalmazására • a melamin aromás jellege és pufferkapacitása miatt kedvezőbb tulajdonságok – költséges • a formaldehid lehasadása és az utólagos felszabadulása kisebb mértékű, a hidrolízissel szemben ellenálló • az oligomerben és a térhálósodás során döntő mértékű a metilénhidas kapcsolat

  44. Melamin-formaldehid gyanta (MF)

  45. Melamin-karbamid-formaldehid (MUF) • 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

  46. Polikondenzációs termékek • Kötő és ragasztó anyagok • aminoplasztok (UF, MF, UMF) • fenoplasztok (PF) • poliamidok (PA) • szilikonok (SI) • Felületkezelő anyagok • poliészterek (alkidgyanták) • poliamidok (PA) • polikarbonátok (PC)

More Related