Polimerkémia

1. Polimerkémia Polikondenzáció

2. Előző témakör • Természetes és mesterséges makromolekulák átalakítása – cellulóz, PVAc

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

4. 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 • metilénhidas kapcsolódás formaldehid kilépéssel lehasadó formaldehid a gyanta térhálósodási folyamatában keletkezik kémhatás és hőmérséklet, adalékanyagok befolyásolják

6. 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)

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

10. Fenoplasztok

11. Fenoplasztok • Reaktánsok • formaldehid vizes oldata • fenol és fenolhomológ vegyületek rezorcin kvercetin fenol

12. 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) • Savas közegben (pH = 4-7) metiléncsoportokkal kapcsolódó monomerek – novolak-gyanta • mólarány - fenol:formaldehid = 1:0,5-0,8 • fonalszerű molekulák (600-1200 g/mol)

14. Fenol-formaldehid gyanta (PF) • Novolak-gyanta • szerves oldószerekben oldható • hőre lágyuló • felületkezelésre közvetlenül felhasználható

15. 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) • Rezol-gyanta – két-, három metilol-fenol kapcsolódik

17. Fenol-formaldehid gyanta (PF) • Keményedési folyamatok sebessége pH- és hőmérséklet-függő • hidegen (szobahőmérséklet) – erősen savas közegben • melegen (100-120 °C) – pH ~7-8 – p-toluol-szulfonsav vagy kénsav adagolás • forrón (140-160 °C) – lúgos közeg, NaOH adagolás • A megkötött ragasztó nagyon merev, kitűnő vízállóságú

18. Fenol-formaldehid gyanta (PF) rezol-gyanta

19. 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) • Termelés 2004: 3.200.000 tonna • Felhasználás • faanyag-kötőanyag • formázó-komponens • rétegelt lemezek • szigetelőanyag • Káros anyag kibocsátás

21. metanol etanol etanol metanol sugi Douglas fir

22. etanol etanol metanol metanol sugi Douglas fir

24. 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 • A polimer lánc – heteroatomot tartalmaz • Megnevezés: szénatomok száma alapján nylon, perlon, kevlar PA 66

26. 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. polikondenzációval polimerizációval

28. 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 tereftálsavklorid

30. 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 • 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. Poliamidok (DAB)

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

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

35. 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. Polisziloxánok (SI) • Szilikonolaj: folyékony, M ~ 10-20.000 g/mol – hidrofobizálás • szilikonolaj + szilikagél = szilikonzsír • Szilikonkaucsuk: láncmolekula, gumiszerű, M ~ 100.000 g/mol – tömítőanyag • térhálósítás: funkciós csoportok bevitele • Szilikongyanta: térhálós szerkezetű

37. Polisziloxánok (SI) • Tömítőanyagként: módosított szilikon-gyanta termelés

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

39. 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 • lineáris poliészterek • telítetlen poliészterek • alkidgyanták

41. Poliészterek • Lineáris poliészterek • kétértékű alkoholok és dikarbonsavak kondenzációs reakciója termékeként glikol borostyánkősav

42. Poliészterek • alkohol komponens • Alifás lineáris poliészterek: lágy, hajlékony láncú, M~600-5000 g/mol • PVC lágyítóként alkalmazzák, nem illékonyak • karbonsav komponensek borostyánkősav adipinsav glikol szebacinsav

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

44. Poliészterek • Politejsav (PLA) • M~2000-10000 g/mol; gyűrűzáródás is végbemehet • a polikondenzációs reakciót befolyásoló tényezők: • kiindulási anyag: D,L 80%-os vagy L 90%-os vizes oldat • hőmérséklet: 150-190 °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 • poli(etilén-tereftalát) (PET) – glikol + tereftálsav • magas op.; kristályosodó; szálképző • jó vegyszerállóság

46. 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 • alkohol komponensek pentaeritrin glikol glicerin • karbonsav komponensek ftálsav ftálsavanhidrid

48. Poliészterek • Gliptál gyanták – glicerin + ftálsav (glyphtal)

49. Poliészterek • Módosított alkidgyanták – glicerin + ftálsav + zsírsav

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