Faiparban alkalmazott polimerek

1. Faiparban alkalmazott polimerek Kolloid rendszerek

2. Előző témakör • Szerkezeti és technológiai polimerek • Csoportosítás • Átlagos moláris tömeg • Halmazállapot – fázisállapot – fizikai állapot

3. Kolloid rendszerek Richard Adolf Zsigmondy John Tyndall Zsigmondy-féle ultramikroszkóp Tyndall-jelenség

4. Diszperz rendszerek • Többkomponensű - valamilyen folytonos közeg, és a benne eloszlatott részecskék alkotta rendszer • Az eloszlatott részecskék mérete alapján: homogén rendszer heterogén rendszer kolloid rendszer

5. Diszperz rendszerek • Homogén rendszerek – valódi oldatok • a részecske méret 1 nm-nél kisebb; a részecskék sem szabad szemmel, sem mikroszkóppal nem észlelhetők • Kolloid oldatok és kolloid rendszerek • 1-500 nm méretű eloszlatott részecskéket tartalmaz; sem szabad szemmel, sem fénymikroszkóppal nem különböztethetők meg az oldott részecskék • Heterogén rendszerek – mikro- és makroheterogén • a részecskeméret 500 nm-nél nagyobb; szabad szemmel, vagy mikroszkóppal jól látható

6. Kolloid rendszerek

7. Kolloid rendszerek • Diszperzitásfok – a szétoszlatottság mértéke • Fajlagos felület: egységnyi térfogatú vagy tömegű anyag felülete – kolloid mérettartományban jelentős 1 db 1 cm élhosszúságú kocka 6 cm2/cm3 ezt 1 mm-esre darabolva 60 cm2/cm3 1 mm élhosszúság esetén 6 m2/cm3 1 nm élhosszúságúra darabolva 6000 m2/cm3 1‰ 10% 1% a felületen lévő molekulák száma nem elhanyagolható

8. Kolloid rendszerek • Az eloszlatott részecskék típusa szerint • diszperziós kolloidok - valamely folytonos közegben gáz, folyadék és szilárd mikrofázisok, felülettel határolt részecskék találhatók • makromolekuláris kolloidok - a folyadékban „oldott” részecskék mérete eleve a kolloid mérettartományban – polimerek oldatai • asszociációs kolloidok - az oldott amfipatikus molekulák micellákká csoportosulnak – detergensek, emulgeáló-szerek oldatai

9. Kolloid rendszerek • Az eloszlatott részecskék között ható erő szerint a kolloid rendszer: • inkoherens - a részecskék egymástól függetlenek - a közeg folyékony jellege a mérvadó (aero- és lioszolok, kolloid oldatok) • koherens - összefüggő szilárd váz - a közeg miatt (xeroszolok) vagy a részecskék kapcsolódása (gélek) révén

10. A filmképzésre alkalmas ragasztó és bevonó anyagok folyékony közegű rendszerei az eloszlatott anyag és a diszpergáló fázis típusa szerint • valódi oldatok – kolofónium alkoholos oldata, száradó olajok – nincs filmképzés • kolloid rendszerek • makromolekuláris oldatok – műgyanta alapú lakkok oldatai • emulziók – latex, • szuszpenziók – műgyanta alapú, pigment tartalmú zománcok – finom eloszlás: diszperzió • mikroheterogén rendszerek • szuszpenziók – pigment-szemcséket tartalmazó vizes és olajfestékek

11. Makromolekuláris kolloidok • Folyadékban oldott (szolvatált) kolloid méretű makro-molekulákat tartalmazó inkoherens kolloid rendszer - lioszol • polimerek oldata - ragasztók, lakkok – amikor az oldószer-ben molekuláris méretben történik a diszpergálás

12. Makromolekuláris kolloidok • A diszpergálás – oldás folyamata • a polimer molekulák közötti másodlagos kémiai kötések felbomlanak • a lánc-makromolekula oldására alkalmas oldószerben a polimer duzzad, az oldószer molekulák a láncok közé diffundálnak • a térhálós polimer esetén az elsődleges kötések nem módosulnak – nem képez oldatot, duzzadt állapotban marad

13. Makromolekuláris kolloidok • A diszpergálás – oldás folyamata • oldószer: duzzasztás, diszpergálás, ballaszt aktív oldószer hígítószer

14. Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek • A diszpergálás – oldás folyamata • szilárd polimer  duzzadt gél oldat • a szolvatált molekulák az oldószerben szabadon mozognak diszperziós kolloid gél szol

15. Diszperziós kolloidok • Az eloszlatott kisméretű részecskék mikrofázisokat alkotnak a folytonos közegben • Típusai xeroszol aeroszol lioszol inkoherens koherens

16. Diszperziós kolloidok • Lioszolok: • emulzió - folyadékban eloszlatott folyadékcseppek - olaj a vízben (o/v), víz az olajban (v/o) • szuszpenzió - folyadékban eloszlatott szilárd anyag (nem makromolekula és nem detergens) molekuláris méretű részecskék kondenzálódásával

17. Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek • Lioszolok • a finom eloszlású szuszpenziókat, amikor az eloszlatott anyag polimer – diszperziónak nevezik

18. Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek • Diszperzió előállítása vizes közegben nem diszper-gálással, hanem emulziós polimerizációval • monomer + emulgeáló-szer + védőkolloid • polimerizáció folyamata: az emulgeálószer alkotta micellákban, iniciátor hatására • emulziós polimerek megnevezést is használják

19. Diszperziós kolloidok • Xeroszolok: • szilárd hab - szilárd anyagban eloszlatott gáz – megszilárdult poliuretán hab, szivacs • a polimer képződése révén jön létre a szilárd váz

20. Kolloidok reverzibilis átalakulásai • lioszolokban a koncentráció növelésével vagy hűtés hatására a részecskék közötti kölcsönhatás erősebb lesz, szilárd vázat képeznek – koherens kolloid rendszer – liogél alakul ki • szol - gél átalakulás • makromolekuláris oldatoknál • diszperziós kolloidoknál

21. Kolloidok irreverzibilis átalakulásai • Oldószer eltávozása a szuszpenziókból és a makro-molekuláris oldatokból - koherens rendszer - xerogél alakul ki • ragasztók, lakkok fizikai száradása • gyakran nem egyszerű elpárolgása az oldószernek, hanem további kémiai reakciók játszódnak le • Utólagos polimerizáció • szilárd PUR-hab létrejötte

22. Kolloid rendszerek reológiája • Reológia: a testek deformációjának vizsgálata – plasztikus, viszkózus, elasztikus – folyási tulajdonságok • Viszkozitás: anizotróp erő okozta áramlás következtében fellépő ellenállás • Két folyadékréteg egymáshoz képest különböző sebességgel mozog, a köztük ható erő:

23. Kolloid rendszerek reológiája • Nyírófeszültség: a felületegységre ható erő (Pa) • Sebesség-gradiens: a rétegek sebesség és távolság-különbségének hányadosa (1/s) • Viszkozitás, konzisztencia (Pas)

24. Kolloid rendszerek reológiája • Relatív viszkozitás: oldószerre vonatkoztatott • Specifikus viszkozitás: különbség • Redukált viszkozitás: koncentrációra vonatkozatott • Határviszkozitás: zérus koncentrációra extrapolált red – a viszkozitás szerinti M-átlag

25. Kolloid rendszerek reológiája

26. Kolloid rendszerek reológiája • Viszkozitás mérési módszerek

27. Kolloid rendszerek reológiája • A ragasztó- és bevonó-anyagok folyási tulajdonságait befolyásoló tényezők: • a folyékony fázis viszkozitása • a diszpergált fázis koncentrációja • a diszpergált részecskék nagysága, méret szerinti eloszlása • nyírás hatására a molekulák rendeződése

28. Kolloid rendszerek reológiája • A viszkozitás változása - ismerete alapvető a helyes technológiai megoldásokhoz • alkalmazott nyírófeszültség

29. Kolloid rendszerek reológiája • Folyásgörbék: a kolloid rendszerek nyírófeszültsége nem lineárisan változik a sebesség-gradienssel

30. Kolloid rendszerek reológiája • Tixotópia: liogélek mechanikai hatásra – rázásra, keverésre – elfolyósodnak, majd a behatás megszűnte után ismét megszilárdulnak • izoterm, reverzibilis szol-gél átalakulás • A folyásgörbe két szakaszból áll • a hiszterézishurok területének nagysága ~ a szerkezet összetöréséhez szükséges munka • Az erősen tixotróp ragasztó- és bevonó-anyagok terülése rossz • Nem tixotróp anyag pedig megfolyik a felületen

31. Kolloid rendszerek reológiája • A viszkozitás változása - ismerete alapvető a helyes technológiai megoldásokhoz • alkalmazott nyírófeszültség • a felhasználás, vizsgálat hőmérséklete lg  1/T

32. Kolloid rendszerek reológiája • A viszkozitás változása - ismerete alapvető a helyes technológiai megoldásokhoz • alkalmazott nyírófeszültség • a felhasználás, vizsgálat hőmérséklete • a diszpergált anyag koncentrációja

33. Kolloid rendszerek reológiája • Ragasztó felvitele – viszkozitás beállítása • szórás 300-1000 mPas; görgős henger néhány ezer; kenés 20000 mPas • alacsony viszkozitás esetén a ragasztó a rostok közé folyik, nem tud kötni • a viszkozitás és az alkalmazott présnyomás is függenek

34. Kolloid rendszerek reológiája • PVAc – molekulaláncok között csak gyenge Van der Waals kölcsönhatás • pszeudoplasztikus és tixotróp • fordulatszám - viszkozitás • lágyító adalékanyag hatása

35. A felületi kölcsönhatásokról • Adhézió: különböző, homogén testek közötti összetartó erő • ragasztóanyag – faanyag; bevonat – faanyag • Kohézió: homogén anyag molekulái, részecskéi közötti összetartó erő • elsőrendű kémiai kötések • másodlagos kölcsönhatások

36. A felületi kölcsönhatásokról • Adszorpció: felületen történő megkötődés • Abszorpció: valamilyen anyag belsejében történő megkötődés, elnyelődés, diffúzió

37. Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai • Fajlagos felület: egységnyi térfogatú vagy tömegű anyag felülete – kolloid mérettartományban jelentős 1 db 1 cm élhosszúságú kocka 6 cm2/cm3 ezt 1 mm-esre darabolva 60 cm2/cm3 1 mm élhosszúság esetén 6 m2/cm3 1 nm élhosszúságúra darabolva 6000 m2/cm3 1‰ 10% 1% a felületen lévő molekulák száma nem elhanyagolható

38. Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai • Határrétegben a részecskékre ható erő különbözik a fázis belsejében ható erőktől • A gáz - folyadék határfelületen lévő molekulák a kohéziós erő miatt a folyadék felület csökkentésére hatnak • felületi feszültség: 1 m2 új felület létrehozásához szükséges munka • a molekulákra anizotróp erőtér hat Eötvös törvény: g·V2/3 = kE (Tkr - T)

39. Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai • Folyadék - szilárd határfelületeken – a felületi feszültségek függvényében a folyadék szétterülése • A nedvesedés mértéke – a kohéziós és az adhéziós erők nagyságának viszonyától függ

40. Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai glv gsl folyadék- csepp q gsv • < 90 q = 90 q > 90 ragasztó vagy lakk-csepp fa-felület nedvesítés és spontán szétterülés nedvesítés, de nincs szétterülés, beszivárgás lehetséges nincs nedvesítés, csak erőhatásra van beszivárgás

41. Kolloid rendszerek határfelületi tulajdonságai • az oldószer elpárolgása, beszivárgása hatással van a molekuláris szintű kölcsönhatások kialakulásának lehetőségére

42. 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

43. 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

44. Következő témakör • A határfelületi jelenségek hatása a ragasztásra • A nedvesedést, beszivárgást befolyásoló tényezők • a felület előkészítése, valamint ragasztó-felvevő képessége • a nedvesítéshez elegendő anyag felvitele • a lakk vagy ragasztó kémiai sajátsága • az optimális cseppméret alkalmazása