Polimerkémia

1. Polimerkémia Ragasztás, ragasztóanyagok

2. Előző témakör • Ragasztás, ragasztóanyagok • Ragasztás – technológiai művelet • ragasztóanyagok – szilárd anyagok felületét tapadással (adhézió) és saját szilárdságukkal (kohézió) kötik össze • az összekötött anyagok szerkezeti felépítése, eredeti tulajdonságai lényegesen nem változik • kötőanyagok – az összekötés három dimenzióban történik • Felvitel – illesztés – kötés kialakulása

3. Ragasztás, ragasztóanyagok • Felvitel – folyadék állapot • Felületi tapadás – molekuláris kölcsönhatások • a szilárd felület szerkezete, struktúrája, felületi energiája • a ragasztóanyag felületi feszültsége, viszkozitása • a szilárd-folyadék határfelületi energia nagysága • technológiai paraméterek • hőmérséklet • nyomás

4. Ragasztás, ragasztóanyagok • A szilárd felület szerkezete, felületi energiája • a felülethez milyen kémiai kötésekkel lehet kapcsolódni • műanyag: kis felületi energia • hasonló felépítésű ragasztóval • faanyag: elsőrendű- és H-kötések • felületi energia: gslv~40-60 mJ/m2 - viszonylag magas változatos ragasztó-összetétel alkalmas • porózusság eltérése • keményfa, fenyőféle • növekedési sebesség - korai és késői pászta • megmunkálás

5. Ragasztás, ragasztóanyagok • A ragasztóanyag reológiai tulajdonságai • elsősorban pórusos, kapillárisos felületeken jelentős • a behatolás (penetráció) sebessége – Washburn egyenlet

6. Ragasztás, ragasztóanyagok • A ragasztás = felvitel  illesztés  kötés kialakulása • a felületek közötti kölcsönhatások • adhéziós munka • nedvesítési munka • szétterülési munka Wa = glv(1 + cos q) Ww = glvcos q Ws = glv(cos q - 1)

7. Ragasztás, ragasztóanyagok • Kötés kialakulása • fizikai úton kötő • oldószeres • diszperziós • olvadék-ragasztók • kémiai úton kötő • oldószeres • diszperziós ragasztók • természetes polimer alapú ragasztók • fehérje, szénhidrát, szénhidrogén alapú

8. Kötés kialakulása – fizikai úton • oldószeres ragasztók • kötőanyag: polimer, a molekulaméret nem változik • a kötési folyamat az oldószer eltávozása – döntően a szilárd felületbe diffundál – csak porózus felületekhez • oldószer – víz vagy szerves oldószerek (elegye) • a kialakult kötés szilárdságát, hőállóságát, oldószer- és vízállóságát a polimer sajátságai szabják meg

9. Kötés kialakulása – fizikai úton • oldószeres ragasztók • vízoldható – PVA • önállóan, vagy más vízoldható ragasztóval keverve • porban kapható, vízben kell duzzasztani • jól nedvesít, és jól tapad – kötés nem vízálló • nedvesítéssel tapadó ragasztószalag, cimke

10. Kötés kialakulása – fizikai úton • oldószeres ragasztók • szerves oldószeres

11. Kötés kialakulása – fizikai úton • oldószeres ragasztók • szerves oldószeres – PVAc • változatos oldószer: CH3COOCH2CH3, CH2Cl2, C6H5CH3, CH3COCH3, CH3CH2OH • viszkozitás jelentősen függ a M-től • jól tapadó, nagy szilárdságú, • azonban jelentős oldószer-visszatartás és kúszás • fa, papír, bőr, textil, PVC

12. Kötés kialakulása – fizikai úton • oldószeres ragasztók • szerves oldószeres – PVC • nehezen oldódik, speciális oldószerkeverék • a kötés víz- és időjárásálló, rugalmas, hajlékony • PVC ragasztására, valamint bőr, textil, papír

13. Kötés kialakulása – fizikai úton • oldószeres ragasztók • szerves oldószeres – PMA és PMMA • sokféle oldószer: C6H5CH3, CH3COOCH2CH3, CH3COCH3, CH2Cl2, • viszkozitás az oldószertől • jó adhéziós tulajdonságok • műanyagok és papír

14. Kötés kialakulása – fizikai úton • diszperziós ragasztók • diszperziós közeg – víz; • diszpergált anyag – hőre lágyuló polimer – szemcsék közel gömb alakúak (0,1 - 5 mm) • adalékok: oldószer, lágyító, fungicid, habzásgátló • a viszkozitás a közeg/anyag térfogathányadtól függ, nem a moláris tömegtől • kötés kialakulása – a ragasztóréteg már nem oldódik vízben

15. Kötés kialakulása – fizikai úton • diszperziós ragasztók • kötés kialakulása • víz diffúziója a hordozóba (porózus felületbe) • azonos tényezők hatnak, mint az oldószeresnél • víz – duzzaszt • diffúzió – koncentráció és gőznyomás-különbség • a víz diffúziója során tömény, szoros illeszkedésű polimerhalmaz • a polimer-szemcsék összefolyása - filmképződés • belső- és kapilláris nyomás • Van der Waals erők • nehézségi erő • ellenállás az összefolyással szemben • tenzidek hatása – töltés révén

16. Kötés kialakulása – fizikai úton • diszperziós ragasztók • minél kisebb szemcseátmérő, egyenletes méret eloszlás • megfelelő elasztikusság – csak az üvegedesési hőmérséklet felett – lágyítók alkalmazása • alsó felhasználási hőmérséklet (MFH) módosítása • a filmképződés irreverzibilis • vízállóság növelése • nyíró és tapadási szilárdság

17. Kötés kialakulása – fizikai úton • diszperziós ragasztók • PVAc – faipari gyakorlatban a legelterjedtebb • filmje: rideg – dibutil-ftalát lágyító (0-5%) • MFH módosítás (16°C-ról 2°C-ra) • szakítószilárdság csökken, nyúlás nő • oldószer-adagolás (magas fp.-ú) • MFH módosítás • sűrítő anyagok • PVA: nyitott idő, tapadás növelése • Al- és Cr-sók, toluol-4-szulfonsav: vízállóság növelése

18. Kötés kialakulása – fizikai úton • diszperziós ragasztók • PMA, PMMA • stabil diszperziót képeznek • kémiai szerkezet módosítással – üvegesedési és MFH • PS • homopolimer csak lágyítókkal és oldószerrel • vinil-acetát kopolimerek • jó vegyszerállóság, ragasztási szilárdság, kedvező ár

19. Kötés kialakulása – fizikai úton • olvadékragasztók • oldószermentes szilárd anyagok • felületi tapadás - olvadt állapotban - viszkózusan folyós • feldolgozási (Ta - alkalmazási) hőmérséklet • kötés - az olvadék megszilárdulásával – megdermedés

20. Kötés kialakulása – fizikai úton • olvadékragasztók • hőre lágyuló, kristályosodásra hajlamos polimer • hőbomlás hőmérséklete alatt viszkózusan folyós állapotba • poliamidok • etilén-vinilacetát (EVA) kopolimer • alacsony felületi energiájú • tapadás növelése adalékkal

21. Kötés kialakulása – fizikai úton • olvadékragasztók • jellemzői – halmaz-, fizikai és fázisállapotok • üvegesedési (Tg) és olvadási (Tm) hőmérséklet a szerkezeti jellemzők (kristályosság) amorf polimer kismolekulájú szilárd anyag üvegesedési hőmérséklet olvadáspont/fagyáspont

22. Polimerek fizikai állapota Tgüvegesedési hőmérséklet Tmolvadási hőmérséklet Tffolyási hőmérséklet

23. Kötés kialakulása – fizikai úton • olvadékragasztók • jellemzői – halmaz-, fizikai és fázisállapotok • üvegesedési (Tg) és olvadási (Tm) hőmérséklet a szerkezeti jellemzők (kristályosság) • feldolgozási (Ta - alkalmazási) hőmérséklet a viszkozitás görbéről • kötési sebesség – a hűlés során dermedés DT = Ta - Tg • rugalmassági modulusz alkalmazási területet

24. Ragasztás, ragasztóanyagok • Kötés kialakulása – kémiai úton • kötőanyag: oligomer, monomer – kis moláris tömeg • felvitel: folyadékállapot és viszkozitás biztosítása • a kötés tisztán kémiai reakció • poliaddíciós vagy polimerizációs folyamat – irreverzibilis szol  gél xerogél átalakulás • sebességét a reagáló funkciós csoportok koncentrációja, reakciókészsége, hőmérséklet, katalizátor • nem csak porózus felületre – nincs oldószer • minimális mértékű zsugorodás, a térhálósodás révén nagy szilárdság, jó hő- és oldószerállóság jellemző

25. Kötés kialakulása – kémiai úton • A komponensek reaktivitása miatt • a komponenseket és a katalizátort csak közvetlenül a felhordás előtt keverik össze • a reakciópartnereket különböző felületekre viszik fel • a ragasztót az egyik, a katalizátort a másik felületre • hőmérsékletemeléssel és hőre aktiválódó katalizátorokkal gyorsíthatják a folyamatot

26. Kötés kialakulása – kémiai úton • Epoxi-alapú rendszerek – poliaddíció • epoxi oligomer + amin, poliamin • hidegen és melegen • kis-, közepes- és nagy-viszkozitású • amin-szám, gyorsaság, merevség • epoxi oligomer + szerves sav, savanhidrid, alkohol • csak melegen – ezért előre összekeverhető

27. Kötés kialakulása – kémiai úton • Poliuretán alapú ragasztók • egykomponensű, tiszta izocianátok • a másik komponens a ragasztandó anyag (mobilis H-hez kötődik, nedvességhez) • kétkomponensű, izocianát + poliol kombinációk • mólarányok fontossága (nNCO > nOH) OH fafelület

28. Ragasztás, ragasztóanyagok • Kötés kialakulása – fizikai éskémiai úton együttesen • oldószeres, diszperziós és olvadék kémiai kötésű ragasztók • Oldószeres • oligomerek (esetleg kismolekulájú polimerek) oldószeres – legtöbbször vizes oldatai • Diszperziós • a vizes diszperziós polimerbe reakcióképes csoportokat építenek be

29. Kötés kialakulása – fizikai és kémiai úton • Oldószeres ragasztók • a kémiai folyamat (polimer képződés) a komponensek vagy katalizátor hatására azonnal megindul • oldószer hígító hatása csökkenti a reakciósebességet • hőmérséklet növeli a reakciósebességet • aminoplasztok és fenolgyanták - polikondenzáció • oldószer eltávozása diffúzió révén zajlik • a polimer képződése növeli a viszkozitást • fontos a reakciósebesség és a diffúzió viszonya • mindig térfogatcsökkenéssel (zsugorodással) jár irreverzibilis gélesedés

30. Kötés kialakulása – fizikai és kémiai úton • Oldószeres ragasztók – aminoplasztok • karbamidgyanta, melamingyanta • reakciósebesség növelése katalizátorral • pH = 3,5-5; savasan hidrolizáló só (NH4Cl – 1-5%) • hidegen kötő – sok funkciós csoport, vízben jól oldódik, jól tárolható; magas HCHO tartalom • melegenyvek – kevés funkciós csoport, csak 100 °C körül köt, nem stabil, rosszul tárolható • ragasztás térhálósodással és a felülethez kötődéssel

31. Kötés kialakulása – fizikai és kémiai úton • Oldószeres ragasztók – fenolgyanták • fenol- és rezorcin-bázisú ragasztók • fenol-bázisú: vízben, lúgban vagy alkoholban oldható • polikondenzáció erősen savas vagy lúgos közegben • szobahőmérsékleten kötő: p-toluol-szulfonsav katalizátor • magas hőmérsékleten (135-180 °C): lúgos kondenzátumok • rezorcin-bázisú: vizes vagy vizes-alkoholos oldatban (rossz tárolhatóság) – novolak típusú • térhálósítás: + formaldehiddel történik; 20 °C-on is

32. Kötés kialakulása – fizikai és kémiai úton • diszperziós ragasztók • hasonló tulajdonságok a csak fizikai úton kötő diszperziós ragasztókkal • kötés: a diszpergáló közeg eltávozása diffúzióval, majd a polimer szemcsék összefolyása, a reaktív csoportok révén térhálós szerkezet kialakulása • irreverzibilis kémiai folyamat a filmképződés után

33. Következő témakör • Felületkezelés, felületkezelő anyagok • műveletek • száradási folyamatok