lebonthato muanyagok

1

LEBONTHAT

MANYAGOK (Manyagok s a krnyezetvdelem)

Szabadon vlaszthat tantrgy Elads anyag krnyezetmrnk szakos hallgatknak

Ksztette: Dr. Bodnr Ildik, fiskolai tanr 2014.

2

Tudnivalk

Kd Nappali tagozat: MFLBM31K03

Levelez tagozat: MFLBM41K03

Kredit rtk 3

Eladsok szma / konzultci Nappali tagozat: 2

Levelez tagozat: 1

Gyakorlatok szma / konzultci -

Eltanulmnyi kvetelmny ltalnos kmia III. (MFKEM33K04 ill. MFKEM43K04)

Flvvgi kvetelmny Kollokvium (rsbeli)

3

Tematika-nappali tagozaton

Elads

1 Tantrggyal kapcsolatos tjkoztat, tematika megbeszlse. Polimerkmiai alapfogalmak.

2 Polimerek fizikai llapota.

3 Manyagok ltalnos jellemzse.

4 Nhny fontos gyakorlati letben alkalmazott manyag.

5

Manyagok s gumik mennyisgi viszonyai. Manyag s gumi hulladkok.

6 Lebonthat polimerek csoportostsa, jellemzse.

7 Biodegradci. A cellulz. A cellulz kmiai s szubmikroszkpos szerkezete, gyrtsa s hozzfrhetsge. A cellulz-acett

tulajdonsgai s biodegradcija.

8 A kemnyt jellemzse s feldolgozsa. A termoplasztikus kemnyt tulajdonsgai s felhasznlsa. Tlttt polimerek.

Nanokompozitok.

9 A politejsav. A tejsav monomer jellemzse.

10 Rajzht

11 A politejsav szintzise, biodegradcija, tulajdonsgai s felhasznlsa.

12 A polikaprolakton. A cellulz-acett ojtsa poli( -kaprolakton)-nal. Tejsav-kaprolakton alap kopolimerek s multiblokk kopolimerek.

13

Poliszter-uretnok. Biodegradbilis politerek.

Egyb biolgiailag bonthat mestersges polimerek.

14

Polimerek orvostechnikai alkalmazsai. Manyagok szlerstsnek alapjai. Szlerstses polimer kompozitok.

15 Prbavizsga

4

Felhasznlt s ajnlott szakirodalom

Bodnr Ildik: Potencilisan biodegradbilis, politejsav bzis polimerek szintzise s vizsglata, Ph.D. rtekezs, Debreceni Egyetem, TTK, 2002.

Farkas Ferenc: A manyagok s a krnyezet, Akadmiai kiad, Budapest, 2000.

HEFOP 3.3.I.-P-2004-09-0152/1.0: Hulladkgazdlkods/6.5. Manyag s gumi hulladkok feldolgozsa s hasznostsa, elektronikus tananyag, 2007.

Czvikovszky Tibor-Nagy Pter: Polimerek az orvostechnikban, egyetemi tanknyv, Megyetemi Kiad, Budapest, 2003.

Dr. Zsuga Mikls: Bevezets a makromolekulris kmiba, egyetemi jegyzet, KLTE, Debrecen, 1993.

Borda Jen: Poliuretnok kmija s ellltsuk; Egyetemi kiad, Debrecen; 1994.

Puknszky Bla: Manyagok, Megyetemi Kiad, Budapest, 1995.

5

A MANYAGOKRL LTALBAN

6

Trtneti ttekints-Manyagok

A manyagok sei az korban is ismertek voltak. Ezek a klnbz termszetes gyantk s a bitumen.

Mestersges ton nagytmeg manyagot az 1900-as vszzad vgn kezdtek ellltani. rismolekulj vegyleteket sokszor vletlenl lltottak el, manyagknt csak ksbb alkalmaztk ket. (Pl.: polisztirolt mr 1835-ben ellltottak, de manyagknt csak kzel 100 v mlva kezdtk alkalmazni.)

Teflont is ellltottak mr 1936-ban s hasznltk is mr a II. Vilghbor alatt, de nlunk csak jval ksbb vlt ismertt.

A manyagok nagyarny termelse az 1930-as vekben indult meg. 1908-ban Backeland belga tuds tallmnyval indult meg a nem termszetes alap, szintetikus felpts manyagok gyrtsa.

7

Trtneti ttekints

Backeland fenol, formaldehid kondenzcis alap mgyantja tette lehetv a bakelit sajtolporok gyrtst.

1921-ben Pollk osztrk tuds a karbamid-formaldehid alap kondenzcis termkek - aminoplasztok - felfedezsvel vitte elbbre a szintetikus manyagipart. E kettt kvette gyors egymsutnban az anilin, a klnfle alkidok, a ftlsavas glicerin, a vinilgyantk s prsporok stb. gyrtsa egszen napjaink legjabban birtokba vett manyag-szenzcikig.

De a fejlds mg egyltalban nincs lezrva, mert az els manyag felfedezsvel a vilg j nyersanyagforrs birtokba jutott.

A manyagok nyersanyagai megtallhatk a nvny s llatvilgban. Termszetes alap manyagok nyersanyagai cellulz, furfurol s a nvnyi olajok, tovbb a kaucsuk a termszetes gyantk s a bitumenek.

Polimer gyrtstrtnet

cellulz alap manyagok 1870-tl

bakelit (fenol-formaldehid)

1907

PVC 1912

szintetikus gumi 1929

polietiln (PE) 1933

nylon (PA 6.6) 1935

polisztirol (PS) 1936

teflon (PTFE) 1938

szilikon gumi 1940

polioximetiln (POM) 1945

polipropiln (PP) 1954

poliimid (aramid) 1970-

8

Manyag gyrts fejldsi diagramja az olajkrzisek hatsra

9

Manyagok elnyei s htrnyai

Elnyk: Nemcsak ms szerkezeti anyag helyettestse, szmos j

alkalmazsi lehetsg.

J vz-, lg- s savllsg.

Elnys fizikai s mechanikai sajtsgok (kis srsg, elektromos szigetelkpessg (ltalban), megmunklhatsg).

Olcs r, egyszer elllts, nagy mennyisg.

Htrnyok: Kis mechanikai szilrdsg, alaktarts, hllsg, regeds, Nem javthat, Nem bomlik le.

10

POLIMERKMIAI ALAPFOGALMAK

MANYAG = POLIMER + ADALKANYAG

11


12


A polimer fogalma:

A nagy molekulatmeg, ismtld egysgekbl ll anyagot makromolekulnak, polimernek nevezzk.

Az elnevezs a grg poly (sok) s meros (egysg, rsz) szavakbl alakult ki.

A makromolekula s a polimer megnevezseket szinonimaknt hasznljk.

A polimer ismtld pteleme a monomeregysg.

Abban az esetben, amikor egyfajta monomeregysg ismtldik homopolimerrl, ha pedig tbb, klnbz ismtld monomeregysgbl pl fel a polimer, akkor kopolimerrl beszlnk.

13


Ha a monomeregysgek szma kicsi: 2, 3, 4 dimerrl, trimerrl, tetramerrl stb. beszlnk;

ha 20-50 akkor a makromolekult oligomernek nevezzk.

Ha 50-nl nagyobb polimer.

14


A polimerek elnevezsben ktfle mdszer honosodott meg: a trivilis s a szisztematikus megnevezs.

Mindkt elnevezsben fontos szerepe van az ismtld egysgnek.

A gyakorlatban ltalban a trivilis nevet hasznljk, a nehezebben megjegyezhet szisztematikus nv helyett, pl.: a trivilis nven ismert polipropiln, polisztirol szisztematikus nevei: poli(1-metil-etiln), poli(1-fenil-etiln), stb.

15

A gyakorlati letben legfontosabb

polimerek s jellsk

Polietiln PE

Polipropiln PP

Polivinilklorid PVC

Polisztirol PS

Poliamid PA

Polietilntereftalt PET

Politetrafluoretiln PTFE=Teflon

Poliuretn PUR

Polikarbont PC

Polimetilmetakrilt PMMA

Poliakrilnitril PAN

16

A klnfle polimerek s jellsk

17


A polimerek az l s az lettelen vilg fontos alkotelemei.

A legfontosabb makromolekulris szerkezeteket a kvetkez bra mutatja be.

Az brbl jl lthat, hogy a manyagok a makromolekulris rendszereknek csak egy, - de gazdasgilag fontos rszt alkotjk.

18


19


CH2 CH2 CH2

CH2

CH2

MONOMER MONOMEREGYSG POLIMER

ETILN POLIETILN (PE)

CH2CH2 n

CH

CH3

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

n

PROPILN POLIPROPILN (PP)

CH2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

n

VINIL-KLORID POLIVINIL-KLORID (PVC)

1.

2.

3.

20


A polimer szerkezete alapjn:

lineris molekulkrl,

elgazott molekulkrl,

trhls szerkezet polimerekrl,

parketta (skhls) szerkezet,

csillag alak stb. polimerekrl beszlnk.

21


Az albbi bra nhny lehetsges polimer molekula alakzatot mutat be.

a b c d

A polimer molekulk alakja a. fonalmolekula,

b. elgazott fonalmolekula (ritka, hossz oldallncok), c. elgazott fonalmolekula gyakori, rvid elgazsokkal,

d. trhls molekula,

22

Fonalmolekulk

A fonal alak makromolekulk egyik megjelensi alakjban a molekulalncok rendezetlen gombolyag kpt mutatjk. Ebben az esetben amorf szerkezetrl beszlnk. (Ilyen fonalas szerkezet manyagok a polimerizcis manyagok).

A msik megjelensi alakjukban a molekulalncok rszben prhuzamosan rendezettek is lehetnek.

Kzs tulajdonsguk hogy oldszerben oldhatk, s melegtskor megolvadnak. Ezek a hre lgyul

manyagok.

23

Trhls molekulk

A trhls molekulkban a molekularszek sokkal inkbb rgztettek, mint a nem trhls molekulkban.

Szerves oldszerben nem olddnak, s melegtskor nem olvadnak meg. Ezek a hre kemnyed manyagok.

Egy tipikus trhls manyag a bakelit molekulaszerkezete figyelhet meg az brn. Bakelit

24


A polimerek csoportostsa: A polimerek csoportostsa tbbfle szempont szerint trtnhet:

Anyaguk szerint megklnbztetnk szervetlen (pl. kvarc), elemorganikus (pl. polisziloxn) s szerves (pl. PVC) polimereket.

Eredet szerint termszetes (pl. cellulz) s mestersges (pl. polipropiln) polimereket.

Ellltsi md szerint:

polimerizcival (polietiln, polipropiln, PVC, Teflon, PS, PMMA, stb.),

polikondenzcival (bakelit, PET, PA, polikarbontok, poliszterek) s

poliaddcival (poliuretnok) ellltott polimerek kztt tesznk klnbsget.

25


A kopolimerek s szerkezetk A biner (azaz A s B monomeregysgbl felpl) kopolimerek

szerkezett a kvetkez csoportokba tudjuk sorolni:

random (szablytalan, statisztikus): ...AABABBAAABABBBA...

alternl: ...ABABABABABABAB...

blokk (szakaszos): ...AAAAAAAABBBBBBB..

ojtott (g):

A A A A A A A A A A A

B B B . . . .

. . . . . . . .

26


POLIMOLEKULARITS

A polimerek a kpzdskhz vezet reakcik statisztikus jellege miatt molekulris szinten polidiszperz rendszerek.

Az anyagot felpt azonos szerkezet, de klnbz nagysg makromolekulk polimer homolg sort alkotnak.

A polimer homolgok a kvetkezk:

CH2=CHX monomer,

R1-(CH-CHX)2-R2 dimer,

R1-(CH2-CHX)3-R2 trimer,

R1-(CH2-CHX)4-R2 tetramer,

R1-(CH2-CHX)n-R2 n-mer.

27


MOLEKULATMEG

A polimer klnbz molekulatmeg makromolekulk egyttese.

ppen ezrt a polimer nem jellemezhet egyetlen jl definilt molekulatmeggel.

A keletkez polimert jellemezni lehet:

a makromolekulk molekulatmegvel,

a makromolekulkat felpt monomeregysgek szmval,

azok tmegvel

s az ebbl szmtott tlagrtkekkel.

28


A polimerek jellemzsre a kvetkez statisztikai tlagokat hasznljuk:

I. Polimerizci fok: A makromolekulban lv monomeregysgek szma (Ptlag)

Szmtlag polimerizci fok:

/NPNP pn Ahol: Np: a P db monomeregysget tartalmaz makromolekulk szma, pNN a makromolekulk szma a polimerben.

29


Tmegtlag polimerizci fok:

Ahol:

M = a monomer tmege,

: a makromolekulk tmege,

: P db monomert tartalmaz makromolekula tmege,

II. Polidiszperzits:

Ahol: U: heterogenits (Uneinheitlichkeit).

pp2

pwPNNPWPWP

pWWpp

NPMW

U1P/Pnw

30


Szmszerinti tlagmolekulatmeg (g/mol):

Mn, tlag= (n1M1 + n2M2 + n3M3 +..+ nnMn)/(n1 + n2 + n3 +..+ nn)

Ahol: n = m/M

Tmegszerinti tlagmolekulatmeg (g/mol):

Mw, tlag= (m1M1 + m2M2 + m3M3 +..+ mnMn)/(m1 + m2 + m3 +..+ mn)

31


Molekulatmeg tlagok:

Z-tlag molekulatmeg:

Viszkozimetris molekulatmeg tlag:

nwnw

ww

nn

PPMM

PMM

PMM

:rzitsPolidiszpe

:megmolekulat Tmegtlag

:megmolekulat Szmtlag

p

2

p

3Z NPNPMM

1/pp

1v PNNPMM

A szummzsok minden esetben P = 1 s P = kztt vgezendk.

32


A molekulatmeg tlagok kztt a kvetkez sszefggs ll fenn:

M M M Mn v w Z Molekulatmeg tlag meghatrozsa:

Kolligatv sajtsgok mrsvel: krioszkpia (fagyspont cskkense), ebulliometria (forrspont melkedse), ozmometria.

Fnyszrsmrs.

Viszkozimetria.

Ultracentrifuga segtsgvel.

M n

M w

M v

M z

33


A molekulatmeg eloszls s a molekulatmeg tlagok mrhetk:

Frakcionlssal,

Glpermecis kromatogrfival (GPC, SEC),

valamint MALDI-TOF tmegspektrometrival is.

34

Molekulatmeg meghatrozsa

GPC-vel s MALDI-TOF MS-el

31 32 33 34 35

Retencis id (perc)

Int

Int %

A 7600-as polisztirol standard

MALDI TOF spektruma

A 7600-as polisztirol standard

differencilis s integrlis glpermecis kromatogramja

35

A polimerek ltalnos jellemzi

A manyagokra a makromlekularits s a polidiszperzits jellemz. Ezekbl tbb ltalnos tulajdonsg definilhat:

A molekulamozgkonysg kisebb, nem vihetk gzhalmazllapotba,

nem desztilllhatk, nem szublimlnak.

Az oldhatsg nehezebb, az olddst duzzads elzi meg, az oldatviszkozits nagy.

Fajlagos felletk nagy, kolloid tulajdonsgokat mutatnak, noha oldataik valdi oldatok.

Gumirugalmasak.

Relaxcis jelensgeket mutatnak.

A polimerlncok kztt lehetsg van szekunder ktsek kialakulsra, mely lehet H-kts vagy van der Waals fle kts.

36

A polimerek ltalnos jellemzi

Ha a szekunder ktsek helyett primer erk hatnak az anyag trhls.

A polidiszperzitsbl addnak:

A molekulatmeg s a polimerizcifok csak tlagos rtkkel jellemezhet.

Nehezen vagy nem kristlyosodnak, a kristlyossgi fok sosem 100 %.

Az olvads nem egy pontban, hanem meghatrozott hmrsklet-tartomnyban kvetkezik be (trhls rendszereknl nincs olvads).

37

A polimerek fizikai llapotai

38

POLIMEREK FIZIKAI LLAPOTA

A polimerek fizikai llapotnak jellemzsre a kvetkez polimer lnc modellt

alkalmazzuk:

A polimer lnc hossz; csak egyes ktseket tartalmaz (pl.: PS, PE, PP, PEO); a ktsek krl szabad rotci lehetsges, de a ktsszgek s tvolsguk llandk s csak vges szm konformci lehetsges.

Szegmens: a polimer molekula termikus

szempontbl nll egysgknt viselked rsze.

39


A makromolekulk a hmrsklettl fggen klnbz mozgsokat vgeznek, elssorban a kmiai tengelyek krl rotlnak, rezegnek s a makromolekulk hosszabb tv szegmensei n. szegmensmozgsokat vgeznek.

Ezek a mozgsok klnbz frekvencival zajlanak le s a hmrsklet nvelsvel a mozgsok frekvencija, valamint az ezekhez tartoz llapotok szma nvekszik, ami egytt jr az entrpia nvekedsvel.

40


A polimerek fizikai llapotai:

1. Amorf llapot:

veges llapotban nincs szegmensmozgs.

Nagyrugalmas llapotban a szegmensmozgs jellemz, de a makromolekula tmegkzppontja er hatsra nem mozdul el.

mledk llapotban a szegmensmozgs teljesen szabad s a makromolekulk folytonos mozgsa is lehetsges, teht er hatsra a makromolekula tmegkzppontja elmozdul.

41


2. Kristlyos llapot:

Itt nincs szegmensmozgs, az intermolekulris erk szablyos hlzatt rendezik a lncokat.

Jellemz a hossztv (a makromolekulk mretnl nagyobb) rendezettsg: a rendezett elemek hrom dimenziban, nagy tvolsgban, peridikusan ismtldnek.

42


A polimer lnc modellje szigor kiktseket tartalmaz, a valsgban a polimer lncokra nem teljesl ezen kritriumok mindegyike.

Az eltrsek az idelis llapottl azrt fordulhatnak el, mert a polimer lnc ketts s hrmas ktseket, illetve gyrket tartalmaz; a polimerlnc lehet elgaz illetve trhls szerkezet.

A polimer minden esetben polidiszperz. A rendszer nem homogn, azaz az amorf s kristlyos llapot egytt fordul el, vagy a rendszer tbbfle polimer (blend) egyttese.

43


vegesedsi hmrsklet:

vegedsi hmrskletnek (Tg) nevezzk azt a molekulaszerkezettl fgg hmrskletet, amely felett szegmensmozgs lehetsges.

A Tg fgg a molekulatmegtl:

Tg=Tg(Mn=)-k/Mn

44


A polimereket az vegesedsi hmrskletk alapjn is osztlyozhatjuk:

A szobahmrsklethez (TRT) viszonytva gy megklnbztetnk:

Plasztomereket: Tg>TRT

(Tg itt a hllsg mrtke).

Elasztomereket: Tg

45


Amorf polimerekben a molekulk vletlenszeren helyezkednek el.

Csak kzeli rendezettsg fordul el: a rendezett terletek mrete a makromolekulk mretnek nagysgrendjbe esik.

A szegmensmozgs a Tg felett kaotikus: a molekulk konformcija llandan vltozik, de a molekula tmegkzppontja lland.

46


A polimerek fizikai llapott az n. termomechanikai grbvel lehet egyszeren szemlltetni.

D

T (K)

nagyrugalmas

ve

gsze

r

visz

kzu

s

T1 T2 T4T3

Tg Tf

Amorf polimerek termomechanikai grbje (fajtrfogat a T fggvnyben)

47


Tg a grbe inflexis pontja, amely az veges s nagyrugalmas llapotot vlasztja el.

Tf az a hmrsklet (tartomny), amely felett az anyag viszkzus folyadk.

Ha:

T

48


Amorf polimerek esetn nvekv molekulatmeggel a nagyrugalmas llapot szlesedik:

Egyre nagyobb hmrsklet tartomnyban lehetsges a reverzibilis deformci.

D

T (K)

M1 M2M3

Nvekv molekulatmeg amorf polimerek termomechanikai grbje M1 < M2 < M3

49


A polimerkristly elemi celljnak rcspontjaiban nem egyes atomok, hanem a polimerlnc nagyobb

egysgei tallhatk.

Egy makromolekula tbb kristlyos s amorf tartomny rsze lehet.

A polimer kristlyossga sohasem teljes: a hossztv rendezettsg nem terjed ki az anyag egszre, a "kristlyos" polimerek ktfzis rendszerek

(kristlyos + amorf fzis).

50


A kristlyos polimerek szerkezete a rojtozott micella modell alapjn

51


A kristlyossgot a kristlyossgi fokkal jellemezzk, amely a kristlyossg mrtke.

A kristlyossgi fok fgg:

a lnc szablyossgtl,

a kristlyosods krlmnyeitl

s a polimer termikus ellettl.

A kristlyos polimerek nyjts hatsra tkristlyosodnak (trendezdnek a feszltsg irnyba).

52


A kristlyos polimereket olvadspontjukkal (Tm) jellemezhetjk. Ez az a (ltalban szles) hmrskleti tartomny, amelyben a kristlyossg megsznik.

Mivel a polimer kristlyossga nem teljes, ezrt az olvadspont nem les. Tbbnyire az a hmrsklet, ahol mr az sszes kristly felbomlott.

53

POLIMEREK FIZIKAI LLAPOTA D

T (K)

Ktfziskristlyos + amorf

nagyrugalmas

veg

szer

vis

zkzu

s

Tg Tf

nagyrugalmas

Tm

Egyfzisamorf

Kristlyos polimerek termomechanikai grbje

54


Lineris szerkezet polimereknl ha a polimerizcis fok kicsi vagy kzepes, akkor az anyag elbb megolvad s az olvadspontnl magasabb hfokon bomlik.

Ha a polimerizcis fok igen nagy, akkor elbb bomlik, mieltt megolvadna, mert a bomlspont gyakorlatilag azonos a klnbz polimerizcis fok polimereknl, de a van der Waals erk a polimerizcis fokkal hatvnyozottan nnek, s gy a van der Waals erk bizonyos polimerizcis fok felett tlszrnyaljk a makromolekulkon belli kmiai erket.

Elgaz vagy trhls polimerek nem olvadnak csak bomlspontjuk van.

55

MANYAGOK

56

A manyagok fogalma:

A manyagok egy vagy tbb, fleg mestersgesen ellltott polimerbl s (klnbz cl) adalkanyagokbl ll

sszetett rendszerek.

57

Manyagok csoportostsa eredet szerint

58

Nhny szintetikus manyag s

felhasznlsuk

59

A manyagok azonostsra hasznlt jellsek

01 Polietiln-tereftalt (PET) dts flakonok

02 Polietiln (PE-HD nagysrsg) manyag flakonok, kupakok, zacskk

03 Polivinil-klorid (PVC)

lelmiszercsomagolshoz hasznlt tlck

04 Polietiln (PE-LD kissrsg) manyag flakonok, kupakok, zacskk

05 Polipropiln (PP) vajas dobozok, csipszes zacskk

06 Polisztirol (PS)

joghurtos edny, manyag tojstart

07 Egyb manyagok (OTHER)

60

A manyagok feldolgozhatsg szerinti osztlyozsa alapjn:

hre lgyul (termoplasztok: PE, PP, PVC, Teflon, stb.),

hre kemnyed (duroplasztok vagy termoreaktv anyagok: fenoplasztok, epoxigyantk, szilikonok)

s hidegen kemnyed manyagrendszerekbe sorolhatk.

Tulajdonsg s felhasznlsi cl szerint:

elasztomerekrl (kaucsukszer anyagok),

plasztomerekrl (mgyantk)

s szlkpz anyagokrl beszlnk.

Manyagok egyb csoportostsa:

61

A manyagok funkci s felhasznls

szerint lehetnek:

Szerkezeti anyagok

Oszlopok, rbcok, gpelemek

Csvek, szerelvnyek

Habok, flik, mbrk

Szlas anyagok, stb.

Technolgiai anyagok

Ragaszt- s ktanyagok

Lakkok, bevonatok

Srtk, vdkolloidok

62

Egszsggyi, biolgiai anyagok

Protzisek

Gygyszerhordozk

Eszkzk (vrtrolk, infzis csvek, stb.)

Hasznlati trgyak

Konyhai eszkzk (tnyrok, csszk, eveszkzk, stb.)

Csomagolanyagok (flakonok, kannk, hordk, stb.)

Egyb

Manyag fbb csoportostsi szempontjai

63

64

a gumiipar,

a manyagipar,

a vegyiszl (textil) ipar,

a lakkipar,

az ptipar

s a legtbb iparg.

A manyagok felhasznli

65

Magyarorszgi manyag felhasznls

Csomagols 42%

ptipar 23%

Elektromos ipar 11%

Jrmipar 2%

Btoripar 3%

Mezgazdasg 4%

Hztartsi cikk 5%

Egyb 10%

Manyagfelhasznls Mo-n 2001-ben

Csomagols

ptipar

Elektromos ipar

Jrmipar

Btoripar

Mezgazdasg

Hztartsi cikk

Egyb

66

Manyag termkek

67

MAKROMOLEKULK ELLLTSA

68


A makromolekulk ellltsa tbbfle mdszerrel trtnhet:

Egyrszt lncreakciban, ekkor a polimerizci mechanizmusa lehet:

gyks (pl. polietiln)

ionos: az ionos mechanizmuson bell megklnbztetnk kationos (pl. 1,3-dinek, sztirol) vagy anionos (pl. akriltok, metakriltok) polimerizcit.

A monomerek lncreakcinl teltetlen vegyletek vagy gyrs molekulk. A polimerizci sorn az alapvegylet (monomer) molekuli mellktermk nlkl, a kettsktsek felbomlsa tjn kapcsoldnak egymshoz.

A koncentrci nvelse, a hmrsklet, a nyoms s a fny gyorstja a polimerizcit. gynevezett mdostkkal szablyozhat a molekulasly s az alak.

69


Msrszt nem lncreakciban, ilyenkor lpses (step) polimerizcirl beszlnk. Ide sorolhat a polikondenzci s a poliaddci.

Nem lncreakcinl a monomerek kt vagy tbb reakcikpes funkcis csoportot tartalmaz vegyletek.

70

A polikondenzci s a poliaddci

Polikondenzci: Kmiailag eltr felpts alapmolekulkbl makromolekulk

jnnek ltre, mellktermk keletkezsvel. A polikondenzcis folyamat sorn a monomerek egyeslsekor

a mellktermk ltalban vz. A polikondenzcis manyagok szerkezete lehet lineris, fonal

alak s trhls. Pl: bakelit, PET, PA, poliszterek, polikarbontok.

Poliaddci: Kmiailag klnbz molekulkbl makromolekulk jnnek ltre,

mellktermk keletkezse nlkl. Az rismolekulkat kt vagy tbb funkcis alapvegylet

kapcsoldsval kapjuk, mellktermk keletkezse nlkl. ltalban alacsony hmrskleten megy vgbe, kataliztorra

nincs szksg. Pl.: poliuretnok.

71

IPARI POLIMERIZCIS

ELJRSOK 1. Tmb (Bulk) polimerizci

A polimerizcit oldszer s segdanyagok nlkl valstjk meg. gy nagy tisztasg termket lltanak el, ugyanis a polimerizci sorn csak a monomer, az inicitor s a polimer tallhat a polimerizcis elegyben.

Nagy konvenzinl a mellkreakcik valsznsge megn, elgazott szerkezet polimer kpzdik a transzfer reakcik miatt.

Htrnya, hogy a polimerizcis elegy tlmelegedhet a gl effektus kvetkeztben. Ekkor a polimerizci nem vezrelhet. A tlmelegeds depolimerizcit s polimer elsznezdst okoz.

A polimerizcit csak 40-60%-os konvenziig hajtjk vgre, emiatt a monomer kis rszben visszamarad a polimerben.

72

IPARI POLIMERIZCIS

ELJRSOK 2. Szuszpenzis polimerizci: A folyamat sorn a vzoldhatatlan monomert ers keverssel vzben

diszperglva polimerizltatjk a monomerben oldd inicitor jelenltben. A polimerbl vagy port, vagy granult (gyngyt) ksztenek (gyngy polimerizci).

A szuszpenzis polimerizci elnye, hogy a polimerizcis h sokkal knnyebben elvezethet.

Azonban csak olyan monomerek esetn hasznlhat az eljrs, amelyeknl a monomer vzoldkonysga nagyon gyenge, mert egybknt a polimerizci a vizes fzisban is vgbemehet (heterogn szemcseeloszls), illetve a keletkez polimer vegesedsi hmrskletnek magasnak kell lennie, mert ha a polimer Tg-je kisebb, mint a polimerizci hfoka, akkor a gyngyk knnyen deformldnak s koagulldhatnak mg kis konvenzi esetn is.

A koagulcit ksleltetni lehet dispersing-agent-ekkel (DA) pl.: PVA-lal. Minl nagyobb a DA koncentrcija, annl szkebb a keletkezett gyngyk mreteloszlsa.

73

IPARI POLIMERIZCIS

ELJRSOK 3. Emulzis polimerizci:

A polimerizci vzoldhatatlan monomer esetben, vzoldhat inicitor s emulgetor jelenltben megy vgbe. A reakci nem a monomer cseppben, hanem az emulziban jtszdik le.

A monomer az emulgetor jelenltben micellkat kpez.

Az emulgetor a kritikus micella koncentrci felett nagyszm oldszer, monomer s emulgetor molekulbl ll ersen duzzadt micellt kpez.

Az inicitorbl kpzdtt gykk kpesek a micella belsejbe diffundlni s kivltani a polimerizcit, vagy direkt reakciban, vagy az emulgetorral reaglva kpzdtt j gykkel.

74

MANYAGOK FELDOLGOZSA

75


A manyagok helyes alkalmazsa igen sok terleten mind mszaki, mind gazdasgi szempontbl elnysebb, mint a hagyomnyos szerkezeti anyagok.

A klnbz manyagok feldolgozhatsgt dnten hhatssal szembeni viselkedsk hatrozza meg.

A legelterjedtebb feldolgozsi technolgik:

Frccsnts

Extrudls

Kalanderezs

Palackfvs

Prsels

76


Sajtols Manyag porbl vagy granultumbl prselnek klnbz alak manyag eszkzket.

1. A granultumot vagy port elhelyezik a szerszmban

2. A szerszmot sszezrjk s nyoms alatt tartjk

3. A szerszmot kinyitjk s kiveszik a termket

77


Frccssajtols Bonyolult, vkonyfal, mly lyukakkal, fmbettekkel, szigor mrettrssel rendelkez darabok gyrtsa esetn alkalmazzk.

Frccsnts A hre lgyul manyagok feldolgozsnak egyik legelterjedtebb mdja. A megmlesztett manyagot megfelel nyomssal a httt szerszmba lvellik. Vgl a megdermedt munkadarabot a szerszmbl kidobjk.

78


Extrudls: Vg nlkli folyamatos termk, pl. a csvek, rudak, klnbz idomok, lemezek, flik,

stb. ellltshoz .

79


Kalanderezs: lemezek, flik gyrtsa forg hengerpr kztt.

80


Vkuumformzs: Vkuumformzssal flia s lemez alakthat. Elterjedtebb a negatv s szv eljrs - ennek elve lthat az brn.

81


Fvsos alakts: Palackokat s egyb reges testek ellltsra (pl. PET-palack gyrtsa).

82


A manyag elllts s a felhasznls segdanyagai

A gyakorlati alkalmazsra kerl manyagok a f polimer komponenseken kvl klnbz adalkanyagokat is tartalmaznak.

Ezek az anyagok a kvetkezk: Tlt s vzanyagok

Katalitorok, inhibtorok

Inicitorok

Lgytk

Cssztatk

regedsgtlk

Szlerstk

83

A HTKZNAPI LETBEN FONTOS MANYAGOK

1. Polietiln (PE)

2. Polipropiln (PP)

3. Polivinil-klorid (PVC)

4. Polisztirol (PS)

5. Poliamidok (PA)

6. Poli-etilntereftalt (PET)

7. Poli-tetrafluoretiln (Teflon)

8. Poliuretnok (PUR)

84

1. A polietiln (PE)

A leggyakrabban elfordul manyagok a polietiln (PE) s polipropiln (PP).

Ebbl kszl a hztartsban hasznlt eszkzk jelents rsze, valamint szmos csomagolanyag, zacsk, dts flakon s a papr dtitalos doboz bels burkolata is.

Az sszesen felhasznlt manyag kb. 35 %-a polietiln, teht a legnagyobb mennyisgben gyrtott s felhasznlt manyag.

A polietiln a legjobb elektromos szigetelanyagok kz tartozik. Ismert s szles krben hasznlt kbelszigetel anyag.

85

A polietiln (PE)

A polietiln ellltsi mdja meghatrozza a termk tulajdonsgait (mltmegt, srsgt, halaktartssgt, stb.) s gy felhasznlhatsgt is.

Klnsen fontos az elgazsok, az oldallncok szma, mely szoros sszefggsben van a kristlyossgi fokkal.

86

Jelenleg forgalomban lv polietiln (PE)

tpusok s jellsk

Nagynyoms, kissrsg LDPE

Lineris, kzepes- s nagysrsg LPE

Lineris, kissrsg LLDPE

Kisnyoms, nagysrsg HDPE

Nagyon kis srsg VLDPE

Ultra kis srsg ULDPE

Nagy mltmeg HMWPE

Ultra nagy mltmeg UHMWPE

Trhls hab XLPE

87

A polietiln (PE)

Polietiln tpusok:

Kissrsg (LDPE) s lineris kissrsg (LLDPE) tpusokbl fleg flikat, tasakokat, csveket s egyszer hasznlatos eszkzket ksztenek. Ez a tpus szobahmrskleten plasztikus rugalmas anyag.

Nagyobb mechanikai szilrdsg termkekhez nagy srsg (HDPE) polietilnt hasznlnak. Ennek a tpusnak nagyobb a kristlyossga, merevebb.

Ismert ultra-nagy molekulatmeg PE is (UHMWPE), amelynek molekulatmege 2-10.106 g/mol, a hagyomnyos kis- s nagysrsg polietilnek nhnyszor szzezres mltmegvel szemben.

88

A polietiln (PE)

Szerkezete:

-(CH2-CH2)n-

A polietilnt polimerizcival etilnbl lltjk el.

Haznkban TVK Rt. llt el polietilnt.

89

A polietiln (PE)

A hrom tpust az albbiak szerint lltjk el:

1.) A kissrsg (nagynyoms) polietiln elllts:

LDPE-t nagy nyomson autoklvban, vagy csreaktorban lltjk el 150-350 MPa nyomson 200-350C-on, oxign vagy peroxidok, vagy ezek keverke, mint inicitorok jelenltben.

Az gy ellltott polietilnben mintegy 1000 sznatomonknt van egy-egy oldallnc. Az oldallnc fleg etil-vagy butil-gyk.

A nagy nyoms etiln srsge 0,91-0,92 g/cm3, olvadspontja 105 -120 C s kristlyossgi foka alacsony (64 %). A termk lgy, hajlkony, elssorban fliaknt hasznosthat.

90

A polietiln (PE)

2.) A nagysrsg polietilnt (HDPE) kt mdszer szerint lltjk el.

a.) Az egyik a Ziegler-Natta eljrs (kisnyoms polietiln elllts), amelynl a nyoms lnyegesen kisebb 2-5 bar, a hmrsklet 50-80 C kztt van. Heterogn oldatpolimerizci. Kataliztor Al(C2H5)3 s TiCl3 vagy titnszter. Ennek kristlyossga (87%), gy srsge (0,93 -0,94 g/cm3)

valamint olvadspontja (120 -140 C) nagyobb, mint az elbbi. Ebben a polietilnben 5 alkil-csoport van 1000 sznatomonknt,

fleg etil-csoportok.

b.) A Philips-tpus (kzpnyoms polietiln elllts), heterogn fzis kataliztoros (Cr2O3) eljrssal szintn alacsony nyomson (30-40 bar) s 85-180C hmrskleten lineris polietilnt lltani el (Marlex-50).

Ez gyakorlatilag nem tartalmaz oldal csoportokat, ezrt mind a kristlyossga (93%) s ezzel kapcsolatos srsge (0,96 g/cm3) s olvadspontja (140 C) is a legnagyobb.

91

A polietiln (PE)

3.) Ultra nagy molekulj PE (UHMWPE):

Ilyen PE-t mdostott Ziegler-Natta eljrssal lltanak el.

Az UHMWP a tbbi polietilnnel sszehasonltva azonos szilrdsg mellett nagyobb thajltszilrdsggal, kisebb kopssal s nagyobb feszltsg korrzis ellenllssal rendelkezik.

Az ilyen nagy molekulj anyagok mr nem olvaszthatk meg, ezrt a feldolgozsa nagy nyomson szinterezssel adalkanyagoktl mentesen trtnik, ugyangy, mint pl. a Teflon.

A nagy nyoms (300-1000 MPa) s a kristlyos olvadsponthoz kzeli hmrsklet hatsra a polimer morfolgia megvltozik, kristlyossga megn.

jabban frccsnthet UHWMP tpus is forgalomba kerl.

92

Polietilnek fizikai-mechanikai

tulajdonsgai

93

Polietilnek tipikus feldolgozsi

paramterei

94

2. A polipropiln (PP)

A poletilnhez legkzelebb ll poliolefin a XX. szzad legsikeresebb polimerje, amelybl jelenleg kb. 10 milli tonna az vi termels. Ezt a polimert is a TVK Rt. gyrtja.

Hrom klnbz trbeli szerkezettel llthat el:

szablytalan vagy ataktikus,

szablyos, azaz:

izotaktikus

s szindiotaktikus trszerkezet polipropiln.

95

A polipropiln (PP)

ataktikus PP=szablytalan izotaktikus PP=szablyos

szindiotaktikus PP=szablyosan vltoz

96

A polipropiln (PP)

Az izotaktikus PP (iPP) gyrtstechnolgija korbban (1960-1970) ZieglerNatta kataliztorokkal indult, iPP mellett 5-7%-ban ataktikus PP-t (aPP) szerves oldszerrel ki kellett extrahlni.

Jelenleg kifejlesztett specifikus kataliztorral (cirknium magv metallocn) sikerlt tisztn sztereoregulris PP-t iparilag ellltani.

Nemcsak homo-, hanem PP tartalm kopolimereket is gyrtanak:

pl. etiln-propiln (E-PP) kopolimert, amely kitn tsllsgrl nevezetes,

vagy az EPDM (etiln-propiln-difunkcis monomer) kopolimert, amely rugalmas, gumiszer anyag.

Msik lehetsg, hogy kompozitokat lltanak el, ilyen pl. az vegszllal (GF-PP) erstett polipropiln.

97

A polipropiln (PP)

98

3. Poli-vinilklorid (PVC)

A monomer vinilklorid alacsony forrpont anyag (-14 C). Ipari ellltsa acetilnbl s ssavbl trtnik 140-200 C-on higany vagy nehz fm s kataliztorok jelenltben.

C2H2 + HCl CH2=CH-Cl

A keletkezett vinilkloridbl, tbbnyire emulziban, kevsb

oldszerben, illetve tmbben polimerizcival poli-vinilkloridot lltanak el.

Egyre inkbb terjed a gyngy polimerizcival ellltott PVC is. Ez a termk egysgesebb, tisztbb, ennek kvetkeztben kedvezbbek az elektromos tulajdonsgok s jobb stabilitsa.

Haznkban BorsodChem Rt. llt el PVC-t.

99

Poli-vinilklorid (PVC)

Tulajdonsgai:

A ksz PVC fehr szn por. Vzben, alkoholban, telitett sznhidrognben oldhatatlan. A kisebb mltmeg termkek klrbenzolban, szterekben, ketonokban olddnak, a nagyobb moltmegek csak duzzadnak. Jl olddik a PVC ciklohexanonban, tetrahidrofurnban s terahidrofurfuril-alkoholban.

A PVC rtkes tulajdonsga a j vegyszerllsga. Kznsges hmrskleten savakat, alklikat, skat jl brja.

Kedveztlen sajtsga a PVC-nek viszonylag rossz h- s fnyllsga (stabilitsa). A leggyakoribb feldolgozsai is h hatsra trtnnek (frccssajtols, extrudls, kalanderezs, prsels).

A ksz PVC termk a hasznlat sorn lland (br a feldolgozs hfoknl lnyegesen alacsonyabb) h- s fnyhatsnak van kitve, ezrt lassan de bomlik a h hatsara elssorban ssav lehasadssal, degradldik, mg a fny hatsra inkbb oxidci jtszdik le.

100


A keltez ssav autokatalitikus hatst vlt ki s a ssavlehasadst gyorstja, un. zipzr effektussal kunjuglt szegmensek keletkeznek, gy a PVC elsrgul, szne egyre mlyl vgl megfeketedik.

A kettsktsek mentn a polimer trdeldik, s moltmege cskken, ami egytt jr a mechanikai tulajdonsgok cskkensvel is.

A PVC-t ezrt stabilizljk, n. stabiliztorokkal. Ezek lehetnek:

Fmsk: Zn, Cd, Pb-szteartok, fmszappanok.

Szerves n vegyletek: (C4H9)2Sn(OOC-C11H23)2: dibutil-n-dilaurt, vagy ehhez hasonl szmos ms n-szrmazk.

Szerves vegyletek (aminok, iminek, epoxi-vegyletek).

101


A ktfle PVC-t hasznlnak: kemny s a lgytott PVC-t.

ltalban kemny PVC-bl kszlnek a klnfle csvek, hztartsi eszkzk.

Lgy PVC-t inkbb a mszaki terleten alkalmazzk.

A lgytk lehetnek: dibutil-, dioktil-ftalt vagy mrgez trikrezil-foszft stb. orvosi clra csak a dioktil-ftalt engedlyezett.

102

Poli-vinilklorid (PVC) Lgy- s kemny PVC tulajdonsgainak sszehasonltsa

103

4. Polisztirol (PS)

A polisztirol hre lgyul, kzismert polimer.

Manapsg jelensge cskkent, mert trkenysge, alacsony t-tr szilrdsga korltozza az alkalmazhatsgt.

Nagyobb szerephez jutnak viszont a polisztirol tsll vltozatai, a HIPS (ABS s SAN ) kopolimerek.

Az tsll polisztirol amorf, hre lgyul kopolimer, a komonomer kb. 10% butadin.

104

A polisztirol s tsll

kopolimerjnek (HIPS) tulajdonsgai

105

5. Poliamidok (PA, Nejlon)

Ruhzati termkek, hasznlati trgyak egsz sora kszl belle.

A poliamidok a flncban -CO-NH- ktst tartalmaz heterolnc polimerek.

ltalban diaminok s dikarbonsavak reakcijval polikondenzcis ton keletkeznek.

106

Poliamidok (PA, Nejlon)

Nejlon-6,6 ellltsa: Hexametiln-diaminbl s adipinsavbl polikondenzcival nyerhet.

Nejlon-6 ellltsa: kaprolaktm polimerizcijval llthat el.

Kristlyos, magas olvadspont, kitn szilrdsg polimerek, mltmegk nem nagy, mechanikai tulajdonsgaik jk. Vegyszerllsguk korltozott, vzfelvtelk jelents, a lncok kztt H-hidak kialaktsra van lehetsg.

Felhasznlsuk:

Szl- s hrtyakpzs

Csapgygyrts

Csvek, gpalkatrszek (fogaskerk, hajtcsavar)

107

6. Poli-etilntereftalt (PET)

A PET aroms poliszter. A PET-et ktlpcss folyamatban lltjk el dimetil-tereftaltbl s etiln-glikolbl): Elszr dimetil-tereftaltot etiln-glikollal (n=2) vagy

1,4-butndiollal (n=4) sztereznek, majd kataliztor jelenltben polikondenzcival ll el a PET

vagy a PBT.

A PET-et frccssajtolssal, extrudlssal s mledkes szlkpzssel lehet feldolgozni. Az elemi szlakat (mrkanevk) Trevira, Diolen, Dacron) nyjts utn szlktegg fonjk.

A PET, PBT szlaknak htrnyos tulajdonsga, hogy h s nedvessg egyidej hatsra hidrolitikusan bomlanak, ami a mechanikai tulajdonsgok cskkenshez s oligomerek kialakulshoz vezet. A PET alapanyagot a feldolgozs eltt ki kell szrtani.

108

A poli-etilntereftalt szintzise

CO

CO

CO

CO

109

Poli-etilntereftalt (PET)

A PET rszlegesen kristlyos (30-40%) polimer. Gyors htssel amorf struktrj lesz.

Kemny, szilrd s szvs anyag. Hg savakkal, skkal, alkohollal szemben vegyszerll, hidrolzis llsga is elg j. 60Co s sugrzssal sterilizlhat 2,5 Mradig.

A fizikai tulajdonsgokat az albbi tblzat tartalmazza.

110

7. Politetrafluor-etiln (PTFE=Teflon)

A politetrafluor-etiln TEFLON mrkanvvel rendkvl nagy karriert futott be a XX. szzadban.

Npszersgt rendkvl nagy hllsga indokolja, annak ellenre, hogy a feldolgozsa elgg nehzkes.

Ezrt ennek javtsra jobban feldolgozhat polivinilidn-flouridot (PVDF), flourozott etiln-propiln kopolimereket (PEPF) s a etiln-teraflour-etiln kopolimert dolgoztak ki.

Elllts:

A kiindulsi monomer CHCl3-bl llthat el:

CHCl3 +2 HF CHClF2 + 2 HCl

2 CHClF2 CF2=CF2+2HCl

111

Politetrafluor-etiln (Teflon)

A tetrafluor-etiln polimerizcijt autoklvban 20 -200 atm nyomson, 20-100C-on vgzik vzben oldott peroxid ill. perszulft inicitorokkal, szuszpenzis polimerizcis technikval. A polimer szemcss fehr porknt vlik ki, ezt szrik, mossk s szrtjk.

Tulajdonsgok s feldolgozs: A monomerrel ellenttben rendkvl stabil. Mikrokristlyos

anyag, csak 320 C felett lesz tltsz s lgy. Ezen hfok alatt nem olddik, s nem duzzad semmifle oldszerben, s korrzit, oxidlst, ers savakat jl br.

Csak olvasztott alkli fm (Na,K) tmadja meg.

Szinterezssel alakthat lemezekk, rudakk, szalagokk s sajtolt alakokk. Forgcsolssal, eszterglyozssal alakos testek kpezhetk belle. Drga manyag.

112

Politetrafluor-etiln (Teflon)

Rendkvl ellenll anyag, kivl elektromos tulajdonsgokkal rendelkezik, gy az sszes poliolefint fellmlja, csak 400 C felett bomlik.

Stabilitsa kivl. Jelents tulajdonsgai, kz tartozik az is, hogy igen kicsi a felleti feszltsge. Ezrt nem csak hidrofb, hanem oleofb is.

gy a teflonnal bevont ednyekben a zsrral, olajjal slt telek knnyen elvlaszthatk az edny faltl.

113

A politetrafluor-etiln fizikai tulajdonsgai

114

8. Poliuretnok (PUR)

Poliszterek diizocintokkal kezelve lineris ill. trhls polimereket adnak, amelyek lehetnek olajok, gyantk vagy elasztomerek.

A poliuretnokat ktfle alapanyagbl lltjk el:

poliszterekbl vagy politerekbl.

Az , , OH vg polisztereket ktrtk alkoholbl s ktrtk karbonsavbl lltjk el polikondenzcival.

A lineris polisztereket vagy politereket diizocinttal reagltatva poliuretnok keletkeznek.

Rszletesebben lsd ksbb!

115

Poliuretnok (PUR)

OR'CONHRR'HO+OCNR

Az uretn kpzs alapegyenlete

A poliuretnok ellltsa az izociantok klnleges reakcikszsgn alapul.

116

Uretnkpzs poliolokkal

117

A gumikrl ltalnosan

A polidinek azok a polimerek, amelyek monomeregysgekknt egy ketts ktst tartalmaznak.

A dinek polimerjei s kopolimerjei a legfontosabb elasztomerek, kaucsukszer anyagok.

Elasztomereknek nevezzk az: alacsony vegesedsi hmrsklet szles hmrsklettartomnyban nagyrugalmas llapotban

lv polimer anyagokat.

Az elasztomerek nagy polimerizcis fok, kis szekunder erkkel sszekttt, hajlkony lnc, amorf anyagok. Deforml erk hatsra maradand deformcit szenvednek, mely trhlsts (vulkanizls) segtsgvel kikszblhet.

Ritka trhls termk: lgy gumi, Sr trhls termk: kemny gumi (ebonit).

118

A gumikrl ltalnosan

A kaucsuknvnyek (kaucsukfa, gumifa, gumipitypang, quayulet) fehr szn tejnedvben, a latexben finoman (diszperzen) eloszlatott kolloid rszecskk alakjban tallhat a makromolekulkbl ll kaucsuk (poliizoprn), amit kisebb knmennyisggel (1-10 %) gumiv (elasztomerr), nagyobb

knmennyisggel (13-45 %) ebonitt (duromerr) lehet alaktani.

A vulkanizlsnak nevezett knfelvt nvelt hmrskleten megy vgbe a poliizoprn lncok ketts ktsein, aminek kvetkeztben, klnbz trbeli irnyokban knhidak ktik ssze a lncmolekulkat. Ma ezt az alapkezelst kmiai gyorstk s stabiliztorok hozzadsval egsztik ki.

119

Vulkanizls

120

A gumikrl ltalnosan

Az izoprn szuszpenzis polimerizcijval szintetikus poliizoprn, mgumi llthat el.

Klnfle olajokbl (len-, repce-, ricinus- s cethalolajokbl) kn vagy knvegyletek hozzadsval gumiadalk (tltanyag), a fakisz (mkaucsuk) llthat el.

Lenolajbl a gumi knhidjaihoz hasonl szerep oxignhidak ltestsvel linoxin kszthet, amihez termszetes gyantkat, tltanyagokat keverve, majd azt szvetre hengerelve linleum nyerhet.

121

Egyb fontosabb elasztomerek

Polibutadin (BR): butadinbl tmb-, oldszeres vagy emlzis polimerizcival nyerhet. ltalban ms kaucsukokkal keverve hasznljk.

Kopolimerek:

Butadin-sztirol kopolimer (SBR): A sztiroltartalomtl fggen (10-50%) fagyll mgumi, illetve kemnygumi llthat el gyks mechanizmus emlzis polimerizcival.

Butadin-akrilnitril kopolimer (nitril-kaucsuk, NBR): A klnbz nitrilkaucsukok AN-tartalomban s plaszticitsban klnbznek egymstl. Olaj- s benzinll csveket ksztenek belle, illetve az tsll PS s PVC keverkek fontos komponense.

ABS: akrilnitril-butadin-sztirol kopolimer: a termk tulajdonsgai a hrom monomer arnyval s az ellltsi eljrssal szles tartomnyban vltoztathatk.

122

Manyagok s gumik mennyisgi viszonyai, manyag s gumi

hulladkok

123

A manyagok helyzete

Magyarorszgon, mint a vilgon mindentt, egyre tbb helyen alkalmazzk a manyagokat.

Knnyek, olcsak, knnyen formzhatak, szilrdak s a krnyezeti hatsoknak ellenllnak (nehezen lebomlak), gy sokfle felhasznlsuk lehetsges.

vrl vre tbb termk csomagolsra hasznlnak manyagokat. Ennek a folyamatnak az az eredmnye, hogy n a hulladkban lev manyagok arnya.

A manyag hulladkok arnya mra mr elrte a 20%-ot. A fent emltett elnys tulajdonsgok, mihelyt a hulladkba kerlnek, egyszerre htrnyoss vlnak.

124

Manyagok mennyisge

A vilg manyagtermelse 2010-ben 200 milli tonna volt.

Ennek a mennyisgnek kzel 40 %-t a csomagolipar hasznlja fel.

125

A manyagok lettja

A manyag ellltsa A manyag feldolgozsa A manyagok hasznlata Manyaghulladkok

lettartamuk alapjn hrom csoportba sorolhatk:

Hossz letek (15-100 v): ptanyagok, vz- s gzvezetkek, elektromos cikkek s kbelek.

Kzepes lettartamak (2-15 v): aut- s btor alkatrszek.

Rvid lettartamak (0-2 v): csomagolsi s egszsggyi termkek.

126

Manyagok komrlege

A klnbz manyagok lettartamuk ms s ms szakaszaiban eltr mrtkben terhelik a termszetet. Ezrt sszehasonltsuk csak a teljes letciklus vizsglata alapjn lehetsges.

Ez azt jelenti, hogy az ellltsukhoz szksges nyersanyag kitermelstl a bellk visszamarad hulladkok kezelsig - belertve az jrafeldolgozst, az getst vagy a lerakba helyezst - tart idszak alatt felhasznlt anyagot, energit, s az ekzben a krnyezetbe jut szennyez s kros anyagokat is szmba veszik.

Fggetlen nyugat-eurpai intzetek ltal vgzett letciklus vizsglatok alapjn a manyagok hatkonyan hasznljk fel a termszeti erforrsokat.

127

Plda: 1 kg manyag csomagolanyag letciklusa

sorn fellp krnyezetterhels jellemz adatai

Jellemz Egysg PE PP PVC PS PET

Alapanyag:

- kolaj kg 1.97 1.96 0.91 3.49 4.0

- vz liter 1.98 1.27 5.75 4.75 1.5

- oxign kg - - - - 527.0

Primer energia MJ 68.1 71.0 51.1 75.3 84.5

Levegszennyezs

- sznmonoxid g 0.67 0.92 1.06 0.98 21.7

-kndioxid g 0.99 3.11 5.96 9.08 6.0

-nitrognoxid g 1.09 2.19 3.03 4.60 7.1

-ill sznhidrogn g 11.3 11.9 10.5 26.6 28.1

Vzszennyezs

-biolgiai O2-igny g 0 0 0 0 0

-kmiai O2-igny g 0 0 0 0 0

-szerves halognek g 0 0 0 0.2 0

-oldott szervetlen g 24.7 25.4 30.8 48.5 52.0

Szilrd hulladk g 3.9 11.0 170.3 76.6 73.7

128

Az kohatkonysgi analzis lpsei: A teljes kr kohatkonysgi analzis a termkeket s az eljrsokat

kt dimenziban, az kolgia s az konmia terletn rtkeli. Kzppontjban egy konkrt vevi igny ll, amelyet mindegyik vizsglt vltozatban

azonos szinten kell teljesteni.

129

A HAGYOMNYOS MANYAGOK

Napjainkban a nagy mennyisgben gyrtott, hagyomnyos manyagok a szabadba vagy a talajba kerlve a kls krlmnyek (nedvessg, napfny, mikroorganizmusok) hatsra szemben a bioszintzissel kpzd makromolekulris anyagokkal (cellulz, kemnyt, fehrje) nem bomlanak le, hossz veken t gyakorlatilag vltozatlanul maradva kellemetlen eszttikai ltvnyt nyjtanak.

Fajlagos trfogatuk nagy.

Fogyasztjk a vilg kolajkszlett. (A kolajkszletek becslsek alapjn kb. 40-80 vre elegendk).

130

Manyag hulladkok mennyisge

A manyagok kb. 40 %-a, azaz vilgszinten vente 40-60 milli tonna, hazai mretekben 120-130 ezer tonna manyag hulladk kerl a kommunlis szemtbe, amelynek kezelst meg kell oldani.

Anyagt tekintve a hulladkban fleg polietiln, PVC, polipropiln, polisztirol s poliuretn fordul el.

131

Manyag hulladkok keletkezsi helyk

szerint

Gyrts sorn keletkez hulladkok (az elllts helyn, tiszta, fajtaazonos formban jelentkeznek, s gyakran azonnali kezelsk valsul meg).

Szlltsi s trolsi csomagolsok (flik, rekeszek, ldk, stb. - viszonylag tisztn begyjthetk, jrafeldolgozhatak).

Fogyaszti csomagolszerek hulladkai (anyagi minsgk sokfle, lt. ersen szennyezettek, a kommunlis hulladk rszeknt jelentkeznek - energetikai hasznosts, szelektv hulladkgyjts fontossga).

A csomagolanyagok s csomagoleszkzk gyrtsa sorn keletkez tiszta s egynem hulladkokat ltalban vllalaton bell, esetleg ms manyag-feldolgoz cgnl feldolgozzk, ezek meg sem jelennek a hulladkramban.

132

Manyaggyrtk s a krnyezetvdelem

Napjainkban mr a manyagot gyrt nagyvllalatok (BorsodChem, TVK, stb.) is komoly hangslyt fektetnek a hulladkhasznosts s kezels meg-valstsra.

Tbb cg kln zemegysget hozott ltre, melyek feladata a kpzdtt s mshonnan beszlltott manyag hulladkok hasznostsa, feldolgozsa.

133

Jogszablyok, krnyezetvdelmi

trvnyek

134


trvnyek Vizek tulajdona, hasznlata s vdelme 1959. vi IV. trvny 172., 1995. vi LVII. Trvny, 32/1964. (XII.13.)

kormnyrendelet, 232/1996. (XII.26.) kormnyrendelet, 123/1997. (VII.18.) kormnyrendelet, 132/1997. (VII.24.) kormnyrendelet, 178/1998. (XI.6.) kormnyrendelet, 46/1999. (III.18.) kormnyrendelet, 120/1999. (VIII.6.) kormnyrendelet, 22/1996. (XI.29.) KHVM rendelet, 12/1997. (VIII.29.) KHVM rendelet, 21/1999. (VII.22.) KHVM-KM egyttes rendelet

Krnyezetkrosts 1978. vi IV. trvny 280 Szennyvztisztts s szennyvzelhelyezs 4/1981. (IV.4.) OVH rendelkezs 2/1982. (II.22.) KPM rendelet a veszlyes ruk nemzetkzi belvzi szlltsrl szl szablyzatrl megjelent:

1997. IX.12.

Hulladkok -/folykony/ trolsa s rtalmatlantsa 2/1985. (II.16.) EM-VM egyttes rendelet, 4/1984. (II.1.) VM rendelet

Hulladkok - /szilrd/ rtalmatlantsa s hasznostsa 1/1986. (II.21.) VM-EM egyttes rendelet 10-11., 31/1999. (X.30.) AB hatrozat

Lgszennyezettsg mrse 5/1990. (XII.6.) NM rendelet Hulladkok - /munkahelyi/ trolsa s elszlltsa 1993. vi XCIII. Trvny 25. , 25/1996. (VIII.28.) NM rendelet

7. Leveg tisztasgnak vdelme: krnyezetvdelem szervezete, igazgatsa 1995. vi LIII. Trvny, 21/2001.

(II.14.) kormnyrendelet, 4/1986. (VI.2.) OKHT rendelkezs, 37/1995. (VI.2.) AB hatrozat 1995. vi LIII. tvny a krnyezet vdelmnek ltalnos szablyairl /legutbbi mdostsa: 2000. vi CXXIX.

Trvnnyel/ 1995. vi LVII. Trvny a vzgazdlkodsrl Szennyvzbrsg 1995.vi LVII. Trvny 14., 3/1984. (II.7.) OVH rendelkezs Egyes termkek krnyezetvdelmi termkdja 1995. vi LVI. Trvny, 113/1995. (IX.) kormnyrendelet, 10/1995.

(IX.28.) KTM rendelet

Hulladkok rtalmatlantsa s hasznostsa 16/1996. (VII.15.) BM-KTM egyttes rendelet, 1/1986. (II.21.) VM-EM egyttes rendelet 10-11. , 9/1997. (II.28.) AB hatrozat, 14/1997. (II.28.) AB hatrozat

Veszlyes hulladkok keletkezsnek ellenrzse, szlltsa s kezelse 102/1996. (VII.12.) kormnyrendelet

135


trvnyek Krnyezetbart termkek megklnbztet jelzsnek hasznlata 29/1997. (VIII.29.) KTM rendelet Az ipari, kereskedelmi s idegenforgalmi miniszter 5/1998. (I.16.) IKIM rendelete a textlik

nyersanyag-sszettelnek megadsrl 12/1999. (XII.25.) KM rendelet egyes krnyezetvdelmi nemzeti szabvnyok ktelezv

nyilvntsrl 21/1999. (VII.22.) KHVM-KM egyttes rendelet a vzminsgi krelhrtssal sszefgg zemi

tervek ksztsnek, karbantartsnak s korszerstsnek szablyairl, megjelens: 32/1964. (XII.13.) kormnyrendelet a vzgyrl szl 1964. vi IV. trvny vgrehajtsrl

Vzszennyezs 218/1999. (XII.28.) kormnyrendelet Vizszennyezettsgi hatrrtk /felszn alatti vizek/ 10/2000. (VI.2.) KM-EM-FVM-KHVM egyttes

rendelet

Vzszennyezsi hatrrtk 33/2000. (III.17.) kormnyrendelet Hulladkok kezelse s hasznostsa 2000. vi XLIII. Trvny, 241/2000. (XII.23.) kormnyrendelet,

242/2000. (XII.23.) kormnyrendelet, 1/2001. (I.24.) KM rendelet, 4/2001. (II.23.) KM rendelet, 5/2001. (II.23.) KM rendelet

25/2000. (IX.30.) EM-SZCSM egyttes rendelet a munkahelyek kmiai biztonsgrl41/2000. (XII.20.) EM-KM egyttes rendelet az egyes veszlyes anyagokkal, illetve veszlyes ksztmnyekkel kapcsolatos egyes tevkenysgek korltozsrl

44/2000. (XII.27.) EM rendelet a veszlyes anyagokkal s a veszlyes ksztmnyekkel kapcsolatos egyes eljrsok, illetve tevkenysgek rszletes szablyirl

46/2000. (XII.29.) EM-FVM-KM-GM egyttes rendelet az egyes veszlyes anyagok s veszlyes ksztmnyek behozatalval, illetve kivitelvel sszefgg bejelentsi s elzetes tjkoztatson alapul jvhagysi (PIC) eljrsrl

12/2001. (V.4.) KM-EM egyttes rendelet a vegyi anyagok kockzatnak becslsrl s a kockzat cskkentsrl

16/2001. (VII.18.) KM rendelet a hulladkok jegyzkrl

136


trvnyek

Levegterhels /emisszi/ 21/2001. (II.14.) kormnyrendelet Lgszennyezsi brsg 21/2001. (II.14.) kormnyrendelet, 4/1986. (VI.2.) OKHT

rendelkezs 9-18. , 37/1995. (VI.2.) AB hatrozat 98/2001. (VI.15.) kormnyrendelet a veszlyes hulladkkal kapcsolatos

tevkenysgek vgzsnek feltteleirl 193/2001. (X.19.) kormnyrendelet az egysges krnyezethasznlati engedlyezsi

eljrs rszletes szablyairl 8/2002. (III.22.) KM-EM egyttes rendelet a zaj- s rezgsterhelsi hatrrtkek

megllaptsrl 94/2002. (V.5.) kormnyrendelet a csomagolsrl s a csomagolsi hulladk

kezelsnek rszletes szablyairl 38/2003. (VII.7.) ESZCSM-FVM-KVVM egyttes rendelet a BIOCID termkek

ellltsnak s forgalomba hozatalnak feltteleirl 74/2003. (V.28.) kormnyrendelet a krnyezetvdelmi vezetsi s hitelezsi

rendszerben (EMAS) rsztvev szervezetek nyilvntartsrl 83/2003. (VI.7.) kormnyrendelet a kzssgi KO-cmke odatlst ellt szerv

kijellsrl 126/2003. (VIII.15.) kormnyrendelet a hulladkgazdlkodsi tervek rszletes tartalmi

kvetelmnyeirl 164/2003. (X.18.) kormnyrendelet a hulladkkal kapcsolatos nyilvntartsi s

adatszolgltatsi ktelezettsgekrl

137

Manyag hulladkok problmja

A manyaghulladk mennyisg nagymrtk nvekedsnek elkerlsnek nhny alternatvja lehet:

a keletkez manyag hulladk mennyisgnek, trfogatnak cskkentse,

a manyagok hulladkainak feldolgozsa, illetve hasznostsa,

leboml manyagok hasznlata, amelynek a termszetbe visszakerlve azt nem krostjk.

A deponls, hulladkleraks kerlend!!!

138

I. A manyag hulladkok mennyisgnek, trfogatnak

cskkentsi lehetsgei

139

A manyag hulladkok mennyisgnek,

trfogatnak cskkentsi lehetsgei

Lehetsgek:

hulladkszegny vagy hulladkmentes technolgik bevezetse,

a termk mretnek cskkentse (falvastagsg-cskkents: a Danone 125 g-os polisztirol pohara

ma mr csak 3,5 g.),

nagyobb kiszerels, utntlt csomagols, stb.

vagy termkcsere

140

II. Manyagok jrahasznostsi lehetsgei

141

Manyagok jrahasznostsi

lehetsgei

A manyaghulladkok hasznostsi lehetsgeit az albbi csoportokba soroljuk:

mechanikai kezels (reciklls)

kmiai kezels

termikus kezels

A kezelsi mdot elssorban a manyag tpusa s megjelensi formja hatrozza meg.

Ma mg csak a manyagok kb. 1%-t dolgozzk fel jra!

142

Manyagok jrahasznostsi

lehetsgei A mechanikai vagy pl. a termikus kezels manyag

tpustl fggetlenl mindig ugyanazokat a lpseket jelenti, viszont a kmiai kezels ltalban manyagfajta fgg s gyakran jelents beruhzst ignyel.

Napjainkban a hasznosts elterjedt mdja a mechanikai kezels, mely csak a fajtaazonos manyag hulladkok esetn gazdasgos.

Vannak manyagok, amelyeket clszerbb pl. kmiai lebontssal feldolgozni (pl. PMMA), egyes manyag s gumi hulladkok csak termikus ton hasznosthatk, mg nhny tpus mind a hrom mdszerrel kezelhet.

143

Szelektv hulladkgyjts szerepe

144

Manyag hulladkok gyjtse,

vlogatsa

145

Manyag hulladkok vlogatsa,

szeparlsa

146

1. Mechanikai kezels (reciklls)

Vlogats

Aprts, darabols

Moss

Szrts

Granulls, darabosts

147

Manyagok jrahasznostsa

148

Reciklls

149

jrafeldolgozsbl nyert manyag

termkek

jelzoszlopok,

kerti btorok,

csvek,

flik,

dobozok,

trburkolatok.

150

jrafeldolgozsbl nyert manyag

termkek

Trburkolk

151

2. Kmiai kezels

Kztudott, hogy kmiailag ton a polimerek lebonthatk monomerjeikre, de ez a hasznosts tiszta, fajtaazonos hulladkot kvetel meg s sokszor a szksges berendezsek is rendkvl drgk.

Az eljrs bomlstermkeibl legtbbszr jra polimert gyrtanak, vagy a vegyipar ms terletn hasznljk fel a kapott anyagokat (pl. olajfinomts).

Hrom alapvet mdszert nevez meg a szakirodalom, de ismertek specilis mdszerek is, melyek bizonyos manyag tpusok esetn jl alkalmazhatk (katalitikus extrakci, dehalognezs):

depolimerizci (PMMA),

szolvolzis (PA, PUR),

hidrognezs (kevert manyag hulladk),

152

PET kmiai

jrahasznostsa

153

3. Termikus kezels

A termikus eljrs alapveten getst jelent, de ezen kvl tbbfle mdszert is ismernk: pirolzis, gzosts, kohszati s cementipari hasznosts.

Nhny vtizeddel ezeltt mg a cl a hulladk megsemmistse volt, de manapsg mr az energetikai hasznostsuk alapvet fontossg. A mdszer lnyege, hogy a manyag hulladkokat nem msodnyersanyagknt hasznostjuk, hanem nagy ftrtkk miatt ezen anyagokat energia visszanyersre hasznljuk.

A termikus hasznostsnak is vannak veszlyei, ugyanis csak megfelel fstgz-tisztt egysggel elltott getmvek hasznlhatk biztonsgosan. Ha ezek az getk nem megfelelen mkdnek, akkor az gets a lgkr, tovbb az lepeds rvn a talaj, nvnyek szennyezsvel veszlyt jelent a krnyezetre s az emberekre is. A helytelen technolgik alkalmazsval akr dioxin, furn szrmazkok, valamint a fsttel sztszrd nehzfmek (kadmium, cink, nikkel, lom stb.) is kikerlhetnek a termszetbe.

154

Manyagok htartalma

155

Az gets trvnyi szablyozsa

A manyagok getse a 21/2001. szm kormnyrendelet rtelmben nylt sznen vagy brmilyen tzelberendezsben tilos.

A jogszably megszegi 500 ezer Ft-ig terjed brsgra szmthatnak.

A tilts all csak nhny, kln engedllyel mkd hulladkget m kapott felmentst, ahol az gets szigor felgyelet mellett, az engedlyben elrt korszer technolgival trtnik s ahol tbb lpcss fstgzszr rendszerekkel s specilis elrsok betartsval minimlisra cskkentik a lgkrbe jut szennyezanyagok mennyisgt (pl. Budapest).

156

III.

LEBOML ILLETVE

BIOLGIAILAG BONTHAT POLIMEREK

157

LEBONTHAT MANYAGOK

Elnyk

A hulladkkal kapcsolatos problmk enyhtsnek egyik lehetsges mdja LEBOML manyagok

hasznlata.

Ezek a polimerek, illetve manyagok tbbnyire megjul nyersanyagforrsokon alapulnak, gy

hasznlatukkal mg a kolajforrsok sem cskkennek tovbb.

158

LEBOML MANYAGOK

A folyamatosan nvekv manyag-felhasznlssal egytt jr hulladktmeg nvekedse a hulladk-lavina kpzds megakadlyozsnak egyik tja lehet a leboml manyag bevezetse s hasznlata.

Ezek az anyagok kb. kt vtizede jelentek meg a manyagipari kutatsok terletn.

Alapveten kt csoportjukat klnbztetjk meg, ezek: Fny hatsra boml manyagok Biolgiailag bonthat manyagok

159

1. Fny hatsra boml manyagok

160

Fny hatsra boml manyagok

Ismert, hogy a poliamidbl kszlt fggnyk fny hatsra viszonylag rvid id alatt (1-2 v) elvesztettk szilrdsguk zmt (gy ma mr nem is gyrtanak ilyen anyagbl fggnyket).

Tovbb a stabilizlatlan PP szlasanyag halmaz egy nyron a szabadban hagyva elporlik.

Mindez annak a kvetkezmnye, hogy a fny fotonenergija elegend az emltett polimerek egyes kmiai ktseinek a felbontshoz.

161


A fny fotonenegija a PLANCK-trvny rtelmben:

E = h (c/)

Ahol:

E: az energia J-ban,

h: Planck-fle lland

c: fnysebessg (m/s)

: a fny hullmhossza (nm)

162


A kplet szerint szmolva a napfny 200-600 nm hullmhosszsg, ibolyntli sugarainak abszorpcija 586-200 kJ/mol gerjesztsi energinak felel meg, amely elg a kmiai ktsek zmnek megbontshoz, fotolzises disszocildshoz.

Tekintettel arra, hogy az zon szr hatsa miatt a 290 nm-nl rvidebb hullmhosszsg (>400 kJ) sugrzs nem jut el a fldfelsznre, gy olyan csoportok beptsvel lehet eredmnyt elrni, amelyeknek az abszorpcis maximuma nagyobb mint 290 nm.

Ilyen csoport pl. a karbonil-csoport, mely 300-325 nm tartomnyban abszorbel.

163


1 %-nyi karbonil-csoport beptse pl. a sztirolba, olyan PS ellltst teszik lehetv, amelybl kszlt poharak a laksban stabilak, a szabadban azonban 2-3 ht alatt kis molekulatmeg porr esnek szt, s ezeket a mikroorganizmusok mr hasznostani tudjk.

A talajlak mikroorganizmusok sejtjei a kb. 30 sznatomnl kisebb fragmentumokat mr kpesek lebontani.

164


A fny hatsra boml polimerek msik vltozatnak ellltshoz fmkelt additvokat hasznlnak.

A vas(III) s rz(II) dinonil-ditio-karbamt komplexek igen kedvez hatst fejtenek ki.

Kezdetben mint peroxidbontk- stabilizlnak, kzben azonban fmion vlik szabadd, amely a peroxidok lnchasadsval jr reakcit katalizlja. Ilyen mdon lehetv vlik meghatrozott lettartam polimerek ellltsa.

Pl. a 0,05 % fmkomplex tartalm PE 2 hnapon t termszetes krlmnyek kztt nem degradldik, de 10 hnap mlva a szilrdsgi tulajdonsgok mr 75 %-os romlst mutatnak.

165

2. BIOLGIAILAG BONTHAT POLIMEREK

166

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

FOGALMUK:

Az olyan polimereket, amelyek termszetes vagy mestersges krlmnyek kztt biolgiailag lebonthatk, biodegradbilis polimereknek, rviden BIOPOLIMEREKNEK nevezzk.

167

Biolgiailag bonthat manyagok

Fogalmuk:

LEBONTHAT MANYAG =

LEBONTHAT POLIMER (Biodegradbilis polimer)

+

ADALKANYAG (amely szintn leboml: faliszt, szteartok, laurtok, epoxidlt szjaolaj, stb.)

168

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

JELENTSGK:

Biolgiailag leboml manyagokra elssorban a:

csomagoliparban,

a mezgazdasgban,

valamint a gygyszatban van nagy igny.

A gygyszatban ezeket az anyagokat felszvd anyagoknak nevezik, ugyanis az emberi

szervezetben lebomlanak, elhidrolizlnak.

169

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

Jllehet egyelre mg a leboml manyagok felhasznlsa - ami a hre lgyul manyagoknak mindssze 0,03 %-a! - alig haladja meg a gyrtkapacits felt, folyamatos nvekeds tapasztalhat.

Becslsek szerint az elkvetkezend vekben a biomanyagok irnti igny vilgszerte 1,5 milli tonna krl lesz. A hagyomnyos manyagok jelenlegi mennyisgnek kb. 25 %-t fogjk kitenni a leboml manyagok.

Jelenleg a biolgiailag leboml manyagok fejlesztse a flzemi mretrl a nagyzemi mretre nvels stdiumban van.

170

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

A manyagipari kutatsok egyik f irnya:

a tmegmanyagokkal megegyez tulajdonsg s r,

a jelenleg hasznlt gpeken feldolgozhat, leboml polimerek kifejlesztse.

Br a napjainkban forgalomban lv biodegradld manyagok egyelre mg magas ruk s sok esetben kedveztlenebb tulajdonsgaik miatt htrnyban vannak a hagyomnyos manyagokkal szemben, tulajdonsgaikat folyamatosan javtjk.

171

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

A krnyezetvdelmi trvnyek szigorodsa,

A hulladkleraks djnak emelkedse,

A manyag csomagolanyagok jrahasznostsnak ignye,

A magas kolajrak,

Valamint a megjul forrsbl szrmaz alapanyagok rnak cskkense. (Az USA energiagyi Minisztriuma szerint 2030-ban a vegyipari termelshez szksges alapanyagok 25%-a a mezgazdasgbl szrmazik majd. Ehhez is szksges a termszetes alapokon nyugv termkek, gy a biopolimerek knlatnak bvlse.)

.vrhatan mr a kzeljvben a tmegmanyagokhoz viszonytva magas ruk cskkenshez vezet.

172

rak

173

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

CSOPORTOSTSUK:

Termszetes ill. bioszintetikus polimerek: A szmos bioszintetikus polimer kzl manyagipari jelentsge egyelre mg csak a poliszacharidoknak; ezen bell is a kemnytnek s a cellulznak van.

Mestersgesen ellltott biopolimerek: Hagyomnyos polimer-kmiai, illetve enzimes ton szintetizlt, nem kolaj alap, ltalban termszetes nyersanyagforrsokra tmaszkod polimerek (pl. politejsav, polikaprolakton).

Mestersgesen ellltott, trstott biodegradlhat anyagok:

Kolaj alap, nagy mennyisgben gyrtott polimerekbl biolgiailag leboml polimerekkel val trstssal, kopolimerizcival ellltott, (esetleg csak rszben) biodegradld anyagok.

176

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

Mestersgesen ellltott biolgiailag leboml polimerek

Napjainkban egyre nagyobb jelentsgk van a mestersgesen ellltott biolgiailag

leboml polimereknek.

Ilyen polimerek a kvetkezk:

alifs poliszterek, R-CO-O-R polivinil-szterek (pl. PVAc) polivinil-alkoholok (PVA)

poliszter-amidok, R-CO-NH-R polianhidridek, R-CO-O-CO-R poliszter-uretnok, R-O-CO-NH-R

CH2 CH

OCOCH3

n

CH2 CHn

OH

PVAc

PVA

177

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

A kereskedelmi forgalomban legelterjedtebbek a

mestersges biodegradld polimerek kztt az alifs

poliszterek, ezek kzl is az albbiak:

politejsav, polilaktid (PLA)

poli(-kaprolakton) (PCL)

poli-hidroxibutirt (PHB) poli(-valerolakton) (PVL)

Tulajdonsgaikat az egyes polimerek konkrt trgyalsnl ismerjk

majd meg.

n

CH2 CH2CH2 CO OH H

PHB

n

CH2 CH2CH2 COO CH2

PVL

178

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

A BIOPOLIMEREK ALKALMAZSA:

A biopolimereket felhasznlsuk alapjn az albbi csoportokra lehet bontani:

Gygyszati (kollagn, poli-D,L-laktid, stb.),

kolgiai (cellulz, polietiln-szukcint, polibutiln-szukcint, stb.)

s az elbbi terletek mindegyikn hasznlhat polimereket (poli-L-laktid, poli--kaprolakton, kemnyt).

179

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

I. Gygyszati alkalmazs:

A biopolimereknek szmos fontos kvetelmnynek meg kell felelnik ahhoz, hogy biztonsgosan tudjk ket alkalmazni az orvosi terleteken.

Ezek a kvetkezk:

ne legyenek mrgezek,

fontos a hatkonysg s a tartssg,

a sterilizlhatsg

s az, hogy ne legyenek testidegenek (pl. a polietiln nem toxikus, de nem biokompatibilis).

180

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

A gygyszatban szmos terleten nyernek alkalmazst:

megelz kezelsek,

sebszeti eljrsok,

klinikai vizsglatok,

gygyszerszeti kutatsok,

szvettervezs.

181

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

Nhny tipikus gygyszati alkalmazsi forma:

fecskend,

vr trolsra alkalmas zsk,

katter,

sebszeti varrcrna,

implanttum,

mszerv,

gsi srlseket szenvedett betegeknl brptl szvet

valamint elnysen hasznlhatk a gygyszerszetben, pl. gygyszerhatanyag kiolddsnak szablyozsra (retard hats gygyszerek).

182

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

II. kolgiai alkalmazs: A gygyszati alkalmazs mellet fontos terlet az kolgiai

alkalmazs is, hiszen krnyezetvdelmi szempontbl alapvet fontossg a biolgiailag leboml anyagok bevezetse s alkalmazsa.

Itt is tbb alterletet klnbztethetnk meg: mezgazdasg, erdszet, halszat (halszhl) kzszksgleti manyagruk ellltsa (cssze, palack, eveszkz,

stb.)

csomagolipar (tskk, csomagolanyagok, flik, stb.) piperecikkek, higiniai termkek sportszerek

hidraulikai folyadkok (nvnyolaj alap ksztmnyek, pl. repceolaj, mely biolgiai lebonthatsga a krnyezetben teljes. )

elektronikai eszkzk (pl. CD lemezek)

Csomagolipar anyagfelhasznlsa

%-os arnyban (2009)

183

A csomagolipar anyagfelhasznlsnak

vltozsa az elmlt vekben

184

185

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

III. Ketts (Gygyszati s kolgiai) alkalmazs:

Ismertek olyan biopolimerek, melyek mindkt elbb trgyalt terleten egyarnt alkalmazhatk.

Ezek kt fontos kpviselje:

a politejsav

s a polikaprolakton.

Mindkt polimer alifs poliszter s n. gyrfelnylsos polimerizcival llthat el.

186

Csomagols hordtskk; tasakok; szemetes zskok; raklapok; flik;

palackok; tgelyek; trkitlt csomagols;

Gygyszat gygyszerhordoz kapszulk (szablyozott hatanyag

kibocsts); mestersges br s egyb szvetek, szervek;

felszvd protzisek, implanttumok; sebktz

anyagok; biodegradld varratok, kapcsok s egyb

rgztk, sebszeti kellkek;

Fogyasztsi

cikkek

egszsggyi trlkz; pelenka; intim higinis termkek;

takart cikkek; eldobhat eveszkzk;

Mezgazdasg mtrgyazskok; flik; palntatartk; ktzzsinrok;

peszticid s herbicid szalagok, illetve adagolk;

Egyb vegyszerhordozk; bevonatok; vizek denitrifikcija;

A biodegradlhat manyagok fbb felhasznlsi terletei

187

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

188

BIOLGIAILAG BONTHAT

POLIMEREK

189

A biolgiailag lebonthat polimerek termelsi

kapacitsnak alakulsa a vilgon 1990-ben a kolajalap anyagok gyrtkapacitsa 100 t/v, a megjul

forrsbl szrmazk 350 t/v volt.

190

A vilg vezet biopolimer gyrti

NatureWorks (USA)

Novamont (Olaszorszg)

BASF (Nmetorszg)

Rodenburg-Biopolymers (Hollandia)

Nhny kis kapacits gyrt (Japn)

191

Biodegradlhat anyagok gyrti

Fldrsz Gyrt Polimer

Eurpa Avebe kemnyt keverkek

Eurpa BASF poliszterek (Ecostar)

Eurpa Bayer Poliszteramidok

Eurpa Biotec kemnyt keverkek (Flunteraplast)

Eurpa Idroplast PVA

Eurpa Mazzucchelli cellulz acett

Eurpa Neste OY Politejsav

Eurpa Novamont kemnyt keverkek (MaterBi)

Eurpa Solvay PCL

Eurpa United Paper Cellulzszrmazkok

USA Cargill-Dow Politejsav

USA Chronopol Politejsav

USA Dow Poliszterek

zsia Daicel PCL/cellulzszrmazk

zsia Dai Nippon politejsav

zsia Japan Corn kemnytszrmazk

zsia Showa poliszter (Bionoll)

192

Biodegradlhat polimerek piaci

termkek

Tpus Mrkanv Gyrt r

(ECU/kg) Felhasznls

Extrzis kemnyt Mater-Bi Novamont 35 csomagols, zskok

Extrzis kemnyt Fluntera-Plast WL, Fluntera 0,51 csomagols

Extrzis kemnyt Novon Novon 37 csomagols, higinia

Extrzis kemnyt Biopac Biopack 7,5 lelmiszer, vakcina

Extrzis kemnyt PE/kemnyt St. Lawrence 0,5 csomagols, zskok

Kemnyt hab Kemnyt Sunstartke 50 ECU/m3 csomagol hab

Cellulz C. acett Eastman 510 csomagols

Poliszter PHBV ICI/Monsanto 15 manyag, csomagols

Poliszter PLA/PLGA Boehringer >500 orvosi anyag

Poliszter PLA Cargill 110 manyag, csomagols

Poliszter Bionoll Showa 1020 manyag, csomagols

Poliszter PCL Union Carbide 607 csomagols

Proteinek Zselatin Deutsche G. 5 gygyszer bevonat

PVA PVA Kuraray 2030 csomagols, zsk

193

Biodegradlhat polimerek Flia/textil kompozitokban felhasznlhat, biolgiailag leboml

fliatpusok

194

Biopolimerek felhasznlsa alkalmazsi

terletek szerint 2000-2010 kztt,

ezer tonna

195

Biopolimerek alkalmazsa

Eurpban s Japnban a biopolimerek alkalmazsa gyorsabban n, mint az Egyeslt llamokban. Ennek oka, hogy az USA-ban a szemtleraks kltsgei mg viszonylag alacsonyak s a trvnyek sem olyan szigorak, mint Eurpban s Japnban.

Ms piackutat cgek a fenti prognzisnl jval merszebb jvt jsolnak a biopolimereknek. Szerintk az EU orszgokban 2010-ben vrhatan 1,2 milli tonna biopolimert fognak hasznlni.

A biomanyagok 30-40%-t csomagolanyagknt alkalmazzk majd, s tbb, mint 60%-uk nvnyi eredet lesz.

Az elrejelzsek szerint 2020-ig a piac az EU-ban 3-6 milli tonnra bvl, mikzben a nvnyi alapanyagok rszesedse 70-80%-ra nvekszik.

196

Biolgiailag lebonthat polimerek

gyrtsa

Eddig tbbnyire az alapanyagok ellltsra s azok jellemzinek meghatrozsra fordtottk a legtbb erfesztst.

Ma mr arrl lehet beszlni, hogy megkezddtt az alkalmazstechnikai optimalizls is.

Ezzel kapcsolatban felmerl az a krds, hogy klnbz krnyezetekben meddig maradnak felhasznlhatk a biolgiailag lebonthat manyagbl kszlt trgyak.

197

A krnyezeti regedst szimull

vizsglatok

198

A biolgiai lebomls jellemzse

199

BIOLGIAI LEBONTS

Az elbb trgyalt alkalmazsi terletek alapja teht az, hogy a biopolimerek a

szervezetben, illetve a termszetben anorganikus, vagy organikus ton lebomlanak, megszabadtva gy a krnyezetet a kros s veszlyes

hulladkoktl.

200

BIOLGIAI LEBONTS

Biolgiai lebomls alatt a mikroorganizmusok (gombk, baktriumok) hatsra vgbemen lebomlst rtjk, amelynek sorn a mikroszervezetek feltrjk s a nvnyek szmra ismt felvehet formba hozzk a szerves anyagok felptsben, az energia raktrozsban s transzportjban rsztvev biogn elemeket.

A termszetben a mikrbk mellett kmiai (hidrolzis, oxidci) s fizikai, illetve mechanikai (napfny, idjrs, kimosds, mechanikai ignybevtel) hatsok is szerepet jtszanak a folyamatban.

201


BIODEGRADCI:

Ennek a folyamatnak az eredmnyekppen a manyag visszatr a termszetes krfolyamatba.

A lebomls sorn mrgez anyagok nem keletkeznek

(szn-dioxid s vz +biomassza).

Adalkanyagok segtsgvel a bomls sebessge is befolysolhat.

202


203

BIOLGIAI LEBONTS

A biodegradci sorn oxign jelenltben a csak szenet, hidrognt s oxignt tartalmaz anyagok vgl szn-dioxidra s vzre bomlanak, mg oxign mentes kzegben metn is kpzdik.

A polimerek biolgiai lebomlst szmos tnyez hatrozza meg:

A polimer szerkezete: Kmiai szerkezet: sszettel, mltmeg, mltmeg-eloszls, stb. Fizikai szerkezet: kristlyossg, olvadspont, lgyulspont, Tg, stb. Felleti tulajdonsgok: hidrofil-hidrofb jelleg, felleti rteg

A lebontsban rsztvev mikrbk,

A krnyezeti krlmnyek (hmrsklet, napfny, nyoms, stb.).

204

Manyagok csoportostsa lebomlsuk

alapjn

Mikrobkkal szemben rendkvl ellenllak (polietiln, polipropiln, polivinil-klorid).

Mikrobkkal szemben ersen ellenllak (polivinil-alkohol, polivilidn-klorid, polisztirn, polivinil-butiral, szilikon, fenol-formaldehid, urea-formaldehid).

Mikrobkkal szemben kzepes vagy gyenge ellenllsak (polivinil-acett, poliamid, polietiln-tereftalt).

Nem ellenllak (cellulznitrt, melanin formaldehid).

205

BIOLGIAI LEBONTS

A lebomlsnak tbb tpust klnbzteti meg a szakirodalom:

termikus aktivls,

radioaktv lebomls,

oxidci,

hidrolzis (enzimatikus (szterz, lipz), nem enzimatikus).

Ez utbbi igen nagy jelentsggel br s a tovbbiakban alapveten ezt a mdszert trgyaljuk.

Pldul:

a politejsav nem enzimatikus ton bomlik le a termszeti krnyezetben s az emberi testben,

mg a polikaprolakton a termszeti krnyezetben enzimatikusan bomlik, az emberi szervezetben pedig nem enzimatikus ton.

206

BIOLGIAI LEBONTS

A biopolimerek lebomlsa sorn ltalnosan az albbi brn feltntetett talakulsok mennek vgbe. Lthat, hogy a bomls sorn a klnbz ktsek egyms utn szakadnak fel, majd ennek eredmnyekppen vzoldhat komponensek maradnak vissza.

Lebomls

Elsrend ktsek (kmiai ktsek)

Msodrend ktsek (fizikai ktsek)

Oldallnc szakadsa

Trhl szakadsa

Flnc szakadsa

van der Waals-erk

Coulomb-erk

Vzoldhatsg

Vzoldhatsg

Vzoldhat polimerekk trtn talakuls

Lineris polimerekk trtn talakuls

Random szakads

Zipper-szakads

Enzimatikus hidrolzis

Nem enzimatikus hidrolzis

A biolgiai lebomls sorn bekvetkez talakulsok

207

Biolgiai bomlst segt

baktriumtrzsek

A Streptomycesek a polivinil-klorid, aminoplaszt, fenoplaszt anyagokba regeket bontanak.

A polivinil-acettot az Arthrobacterek hasznostjk.

A glicin s aminokapronsav vltakoz kopolimerjt Achromobacterek, Brevibaktriumok s Bacillusok hasznostottk.

208

Biolgiai bomls egy leboml manyagbl

kszlt termk esetben

Kukoricakemnytbl kszlt csomagolanyag nhny ht alatt egyszeren eltnik: szndioxidra s vzre bomlik le.

209

Lebomls

210

BIOLGIAI LEBONTS

Degradcis mechanizmusok:

A polimerek degradcijnak inicilsa klnfle mechanizmusok szerint trtnhet:

1. A sugrzsos, hmrsklet hatsra trtn s mechanikailag induklt bomls rendszerint a kovalens ktsek elszakadst okozza. Az gy keletkez szabad gykk a polimerlnc tovbbi trdeldst okozzk.

2. A hidrolitikus lebomls a hidrolzisre rzkeny csoportokat (szter-, amid-) tartalmaz polimereknl lp fel. A polimerizci ilyenkor egy fordtott polikondenzcis reakcinak felel meg.

A hidrolitikus bomls sebessgt a vz diffzija szablyozza, els kzeltsben teht fggetlen a fellettl. A hidrolzist a hmrsklet, a savas vagy bzisos kzeg s az enzimek katalizlhatjk. Polisztereknl az szterkts bomlik le s savak, ill. alkoholok keletkeznek. Pl: politejsav, laktidok

211

BIOLGIAI LEBONTS

3. Enzimatikus degradci olyan csoportoknl lp fel, amelyeket az enzimek felismernek. Az enzimtl fggen a bomls lehet hidrolzis, oxidatv degradci vagy kzvetlen lncszakads. A nagy molekulatmeg enzimek nem tudnak a polimerbe bediffundlni, hanem csak a felleten fejtik ki hatsukat. Pl: polikaprolakton

Az enzimatikus lebomlst fknt a termszetes polimereknl mint pl. a termszetes polisztereknl, poliszacharidoknl (kitin), polipeptideknl (kollagn, keratin) lehet megfigyelni.

Hangslyozni kell, hogy a biodegradlhatsg s a komposztlhatsg nem azonos fogalmak.

212

BIOLGIAI LEBONTS

A komposztls a termszetes, mikrobilis lebomls gyorstsa, amelynek sorn a metabolikus h megtartsa rdekben a szerves hulladkot felhalmozzk.

Ebben az n. komposzthalomban ezutn ugyanazok a rothadsi folyamatok mennek vgbe, mint a talajban, csak a magasabb hmrsklet miatt annl jval gyorsabban.

A komposztlshoz a kommunlis hulladkot el kell kezelni; a fmek s egyb szervetlen anyagok eltvoltsa, a rszecskemretet cskkentse, vz hozzadsa s kevers cljbl.

213

BIOLGIAI LEBONTS

Idelis krlmnyek kztt a szerves anyag lebomlsa 30-60 nap alatt vgbemegy.

A kpzdtt rtkes humuszt a mezgazdasg hasznostja.

A hagyomnyos manyagok tlsgosan lassan bomlanak le ahhoz, hogy komposztlhatk legyenek.

215

BIOLGIAI LEBONTS

Egy (m)anyagot akkor tekintnk biolgiailag lebomlnak (BLM), ha:

degradcija az ismert biodegradld anyagok lebomlsval azonos sebessg s fok, s nem keletkezik belle toxikus s/vagy perzisztens maradk,

szemmel nem lthat, nem felismerhet rszekre bomlik (CO2, H2O s biomassza),

nem kotoxikus (s komposztls esetn a bomlstermkek a keletkez komposzt minsgt nem rontjk).

216

BIOLGIAI LEBONTS

Szmos szabvny s elrs foglalkozik a komposztlhatsggal, a biodegradci vizsglati mdszereivel:

ASTM D 5338-98: Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of

Plastic Materials Under Controlled Composting Conditions, ISO/CD 14855 Evaluation of the Ultimate Aerobic Biodegradation and Disintegration of Plastics under Controlled Composting Conditions.

ASTM D 6954 szabvny: Termszetes krnyezetben oxidci s biodegradci rvn leboml manyagok vizsglata.

Method by Analysis of Evolved Carbon Dioxide, CEN/TC 261/SC 4 N 99 Packaging.

Requirements for Packaging Recoverable through Composting and Biodegradation.

Test Scheme and Evaluation Criteria for Final Acceptance of Packaging.

DIN 54900: Biolgiailag lebonthat manyagok.

217

BIOLGIAI LEBONTS

Nagyon sokszor elfordul, hogy biodegradld polimert tartalmaz kopolimerek, trstott rendszerek a vrakozsokkal ellenttben nem bomlanak le, st maga az eredetileg leboml rsz sem degradldik.

Ennek szmos oka lehet. Pldul a poli(-kaprolakton)-bl (PCL) s poli-vinilalkoholbl ll keverkekbl kszlt filmekben az egybknt tkletesen degradld PCL sem tud lebomlani, mivel a poli-vinilalkohol adszorbeldik a film felletn s gy a PCL hozzfrhetetlen a mikrbk szmra.

218

BIOLGIAI LEBONTS

ppen a leboml anyagok kifejlesztst szorgalmaz krnyezetvdk gtoljk ezen anyagok elterjedst. Ha a bomlstermkek sorsa tisztzatlan, a biolgiailag leboml manyag alkalmazsa nem rte el a cljt.

Csak a biolgiailag teljesen leboml s a krnyezetre rtalmatlan termkekre leboml anyagok kifejlesztsvel rdemes foglalkozni, amelyek megfelelnek a komposztls feltteleinek.

219

Politejsav termk degradcija

220

j tpus manyagok jelzsei

Az OK Komposzt jelzs garantlja, hogy a termk alapanyaga ipari zemben, vagy hztartsban komposztlhat.

Az OK Biolgiailag lebonthat jelzs garantlja, hogy a termk alapanyaga meghatrozott termszetes krnyezetben (talaj, friss vz, tengervz, stb.) biolgiailag lebonthat.

221

Termszetes eredet biolgiailag bonthat polimerek

222

A CELLULZ

223

A CELLULZ

A cellulz a legnagyobb mennyisgben elfordul termszetes polimer a Fldn.

vente kb. 1,8 trilli (1018) tonna szerves anyag keletkezik a nvnyek fotoszintzise sorn, s ennek kzel 40 %-a cellulz. Jelenleg csak viszonylag kis hnyada hasznosul a rendelkezsre ll risi mennyisgnek a cellulzt feldolgoz hagyomnyos ipargakban (papripar, regenerlt cellulzgyrts, festk- (nitrolakk) s ragasztanyag gyrts, robbananyag-ipar (cellulz-trinitrt=lgyapot), stb).

Jelents mennyisg cellulz van a vrosi s mezgazdasgi hulladkban, valamint az llati trgyban is. Ezek a forrsok azonban egyelre kihasznlatlanok.

224

A CELLULZ

A sejtfal legfontosabb alkotrsze a cellulz. A sejtfal egyes rtegeinek cellulz tartalma eltr. A primer sejtfal kb. 10%-a, a szekunder sejtfal kb. 50%-a cellulz.

De pl. nhny alga megvastagodott sejtfala akr 80%-ban is tartalmazhat cellulzt. A pamut esetben pedig a szekunder fal tiszta cellulznak tekinthet.

A 100-200 nm vastag sejtfal tartalmaz mg pektint, lignint, viaszt, svnyi anyagokat, fehrjket s termszetes sznezkeket.

A klnbz nvnyek cellulztartalma nem azonos. A pamut a legtisztbb cellulzforrs, -cellulztartalma kb. 90%. A klnfle faflesgekben 45-52% cellulz van.

225

A CELLULZ

OO

HO OH

CH2OH

CH2OH

OHHO

OO

CH2OH

OHHO

O

O

CH2OH

OHHO

O

OO

Ez a poliszacharid -D-glkzegysgekbl pl fel, amelyek 1-4 glkozidos ktssel kapcsoldnak ssze.

Mivel a gyrs szerkezet formj molekulban az 1-es s 4-es hidroxil-csoportok trbeli helyzete klnbz, gy a kapcsold monomerek egymshoz kpest 180o-os elfordulssal, vltakozva helyezkednek el.

Ennek kvetkeztben lncmolekula alakul ki:

H H

Alkoholos OH-csoport Glkozidos OH-csoport

Cellobiz egysg

226

A CELLULZ

A cellulz redukl tpus poliszacharid, a polimer egyik vgn szabad glkozidos hidroxil-csoport van. A lnc msik vgn egy alkoholos hidroxil-csoport marad szabadon.

A polimerizcis fok a primer sejtfalban 2000-6000, a szekunder sejtfalban elrheti a 14000 krli rtket, ami mr msfl millis molekulatmeget jelent. A cellulz polimerizcis foka nagymrtkben fgg a cellulzforrstl.

A cellulz lncok kztt hidrognhd ktsek kialakulsra van lehetsg, s tbb lncmolekula sszekapcsoldsa fibrillris, rendezett szerkezetet eredmnyez. A rendezettsg helyenknt olyan fok, hogy elri a kristlyos szerkezetet.

227

A CELLULZ

A sejtfal cellulzllomnya azonban nem teljes egszben kristlyos. A sejtfalban vannak olyan trrszek, amelyekben a cellulz lncmolekulk kristlyrcsba rendezdnek (micella).

A lncmolekulk azonban nem vgzdnek a kristlyos terek hatrainl, hanem kevsb rendezett llapotban (paramicellris rszek) folytatdnak, majd bizonyos tvolsg utn ismt kristlyos szerkezetbe tmrlnek.

A kevsb rendezett helyeket amorf rszeknek is szoktk nevezni. A kristlyos s amorf rszek arnya 50-90% kztt vltozhat, de tlagban 70%-a kristlyos.

228

A CELLULZ

A cellulz szubmikroszkpos szerkezete (f: fibrilla; mf: mikrofibrilla; m: az elemi fibrilla micellris rsze;

p: paramicells rszek (amorf); c: kristlyrcsba rendezdtt cellulz molekula)

229

A CELLULZ

Cellulz fibrillk s rszben felbomlott molekulaktegek A lncmolekulk prhuzamosak a szl irnyval.

Kb. 15000-szeres nagyts

230

A CELLULZ

A cellulz micella kzel 100, egymssal hidrognhd ktssel sszekapcsoldott makromolekulkbl ll.

Ezek a micellris s paramicellris rszek egyttesen alkotjk a sejtfal alapegysgt, az elemi fibrillt. Ezek tmrje 3-3,5 nm, s elszr a cellulzt termel baktriumok nylkjban sikerlt detektlni.

20-40 elemi fibrilla egymssal prhuzamosan rendezdve egy nagyobb szerkezeti egysget alkot, a mikrofibrillt. A mikrofibrillk mr elektronmikroszkppal lthatk, tmrjk 20-30 nm.

A mikrofibrillkon bell a legrendezettebb trrszek a krisztallitok. A termszetben keletkez cellulz krisztallitjnak elemi celljt Cellulz I-nek nevezik. Termodinamikailag a Cellulz I metastabil szerkezet.

231

A CELLULZ

A regenerlt cellulz krisztallitjait Cellulz II-vel jellik. Ez egy stabilabb szerkezet.

A termszetben csak Cellulz I kpzdik, de ez oldssal s regenerlssal vagy megfelel duzzasztssal Cellulz II-v alakthat. Ha ez a stabilabb szerkezet kialakul, akkor mr nincs lehetsg a Cellulz I forma visszalltsra.

A cellulz tulajdonsgait - kmiai szerkezetn kvl elssorban az hatrozza meg, hogy a lncmolekulk intramolekulris hidrognhd ktsekkel kristlyos fibrillkk aggregldnak.

Ennek kvetkeztben a cellulz vzben egyltaln nem olddik, de erlyes reakci-krlmnyeket alkalmazva, pl. ers savakban s lgokban, vagy tmny soldatokban, magas hmrskleten kismrtkben igen.

Kmletes reakcikrlmnyek kztt a cellulz degradldsa enzimkatalizlt hidrolzissel lehetsges.

232

A CELLULZ

CH OH OCH C

S

SNa CH OH

NaOH

CS2

HCl

cellulz cellulz-xantogent regenerlt cellulz

viszkzselyem

Cellulz I Cellulz II talakuls

233

A CELLULZ

Cellulzgyrts

Ha a sejtfalban tallhat cellulzhoz hozz szeretnnk jutni, akkor a ksranyagoktl el kell vlasztani.

1. A folyamat els lpse egy mechanik

lebonthato muanyagok

Documents