Ragasztó és felületkezelő anyagok

1. Ragasztó és felületkezelő anyagok Faanyag – polimer kapcsolat Kötőanyagok kémiája

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

3. ragasztó csepp fa-felület A ragasztó kötés kialakulásának lépései beszivárgás nedvesítés felvitel • 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 • 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. rost A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők • 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 • Fafelület - kolloid rendszer kölcsönhatása

6. 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 • a felület előkészítése – hatással van a felületek illeszkedésére, a diffúziós folyamatokra

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

9. 10 mm A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők • hat 10 mm átmérőjű kör a nyírfa-lemez felületére • pMDI gyantát (szerves oldószer) helyeztek 3 körbe, és egyenlő tömegű vizesPF-t másik 3-ra • a lemezt szárítószekrényben egy éjszakára 130°C-on pMDI pMDI PF PF pMDI 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 • 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. PVAc PVAc 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 PVAcragasztó és a fafelület cellulóz vagy lignin OH-csoportjai között OH HOCH2 fafelület kondenzációs reakció O CH2 H2O fafelület

12. OCONH CH2 NCO uretán A fafelület - polimer kapcsolatra ható tényezők • Elsőrendű kémiai kötés – kovalens kötés • a ragasztó funkciós csoportjai és a fafelület aktív helyei között jön létre izocianátvégcsoport Kialakulhat pl. apMDIragasztó és a fafelület cellulóz vagy lignin OH-csoportjai között NCO CH2 OCN OH fafelület addíciós reakció

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

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

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

16. Wood Adhesives 2005, San Diego

17. 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

19. Wood Adhesives 2005, San Diego

20. Wood Adhesives 2005, San Diego

21. Polimerek kémiai reakciói • Polimerek előállítása kismolekulájú anyagokból • polikondenzáció • poliaddíció • polimerizáció • Kész polimerek reakciói • szabad funkciós csoportok reakciói • bomlási folyamatok

22. 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 • A polikondenzációs reakció jellemzői: • a reakcióban melléktermék keletkezik • a reakció egyensúlyravezet, az egyensúlyi állandó nagyságától függő átalakulások • a reakció lépcsőzetes, a közbülső termékek stabilak

24. 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 • 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 • Polikondenzációs folyamatok poliészter képződés

27. 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) • polisziloxánok (SI)

28. 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 • 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 • 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. Mn 8*12 + 4*22 8*1 + 4*2 = 1.5 = 1.33 8*1 + 4*2 8 + 4 Mw Polimerizációs fok lépcsőzetes reakcióban nincs reakció,mind monomer 25% monomerelreagált 50% monomerelreagált 75 % monomerelreagált 1 2 4 1 2.63 5.88 P 1 1.13 1.32 1.47

32. Polikondenzáció

33. 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 • 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 • poliaddíciós polimerek • poliuretánok (izocianát + alkohol: PUR), • polikarbamidok (izocianát + amin: PUK) • epoxigyanta (epoxi-poliéter + fenol: EP) • epoxigyanta (epoxi-poliéter + amin: EP)

36. 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 • 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 • Poliaddíciós folyamatok poliuretán képződés

39. 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 • 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 • 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

43. Polimerizációs polimerek

44. 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 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 • Láncreakció • Láncindítás (iniciálás): az aktív centrumok létrehozása

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

48. Polimerizációs folyamatok

49. 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