Műanyagok vegyészmérnököknek

1. Bevezetés

A műanyagipar helyzete és fejlődése, műanyagok szerepe a gazdaságban. Definíciók: makromolekula, polimer, műanyag, adalékok, társító komponensek. Műanyagok típusai: lineáris és térhálós rendszerek, elasztomerek, műszaki műanyagok. A műanyagok tulajdonságai és azok módosítása. A tárgy felépítése, kulcskérdései (kémia, fizika, feldolgozás, alkalmazás, környezetvédelem).

2. Polimerizáció

Gyökös polimerizáció. A polimerizáció alapreakciói: iniciálás, láncnövekedés, láncátadás, lánczáródás. Polimerizációs eljárások: gázfázisú, emulziós, szuszpenziós, tömb polimerizáció. Kopolimerizáció, relatív reakciósebesség. Ionos polimerizáció. Szte­re­o­spe­ci­fi­kus polimerizáció.

3. Polikondenzáció, térhálós polimerek

Funkcionalitás, átlagos funkcionalitás. Molekulatömeg és funkcionalitás, a térhálósodás kritériuma és a térhálós polimerek előállítása. Anyagismeret, a leggyakrabban használt műanyagok rövid ismertetése. Hőre lágyuló műanyagok: PE, PP, PVC, PS és ko­po­li­me­rei. Műszaki műanyagok: PC, PET, PA. Térhálós gyanták: feno- és aminoplasztok, epoxi gyanták, poliészterek, poliuretánok. Elasztomerek, gumik.

4. Makromolekulák fizikája

Konformáció, szabadon kapcsolt láncmodell, a konformációt gátló tényezők. Gombolyodottság, láncvégtávolság, fizikai térháló. Polimer oldatok, fázisdiagram, oldhatóság. Néhány molekulasúly meghatározási módszer. Szilárd polimerek viselkedése, gumirugalmasság.

5. Deformáció és törés

Halmaz, fázis és fizikai állapotok, kristályos és amorf anyagok, termomechanikai görbe, átmenetek. Ömledékreológia, folyás, viszkozitás, nyírásfüggés. Fenomenológiai modellek, visz­ko­e­lasz­tikus deformáció. Egytengelyű nyújtás, nyúlásgörbék, nyakképződés. Törés, rideg és plasztikus törés, merevség/ütésállóság összefüggések.

6. Szerkezet és tulajdonságok

A molekuláris és a makroszkopikus szerkezet kapcsolata, jellemző hőmérsékletek, tulajdonságok. Lágyítás. Szemikristályos polimerek. Kristályosodás, olvadás, polimorfia. Gócképzés. A kristályos szerkezet és a tulajdonságok összefüggése. Amorf polimerek szerkezete.

7. Társított és összetett rendszerek

Keverékek, elegyíthetőség, összeférhetőség. Töltőanyagokat tartalmazó polimerek, a komponens jellemzők és a kompozit tulajdonságai közötti kapcsolat. Erősítés rövid és hosszú szállal. Mikromechanikai deformációs folyamatok. Szerkezet és tulajdonságok. A komponensek kölcsönhatásának szerepe.

8. Hőre lágyuló műanyagok feldolgozása

Fizikai állapotok és feldolgozási típusok. Feldolgozás ömledékállapotban, a visz­ko­e­lasz­ti­kus viselkedés szerepe. Extrudálás, fröccsöntés, palackfúvás, kalanderezés. Feldolgozás nagyrugalmas állapotban: termoformázás. Mechanikai megmunkálás.

9. Egyéb feldolgozási eljárások

Szálhúzás, habok, membrántechnika. Reaktív fröccsöntés. Térhálós műanyagok feldolgozása. Epoxi öntőgyanták, impregnálás, üvegszál, szövet és paplan erősítésű poliészter gyanták. Feno- és aminoplaszt préslemezek. Gumitechnológia, abroncsgyártás. Lakkipar. Ragasztás.

10. Műanyagok alkalmazása

A csomagolásra alkalmazott anyagok típusai, feldolgozási technológiák, a termék jellege. A csomagolóanyagok legfontosabb tulajdonságai (mechanikai jellemzők, külső megjelenés, áteresztőképesség, adalékok, élettartam stb.). A csomagolóanyagok kiválasztásának szempontjai (jellemzők, gazdaságosság, szabályozás). Élelmiszer és gyógyszercsomagolás. A csomagolóanyagok felhasználásának jogi vonatkozásai. Karosszériák, karosszéria elemek, lökhárítók. Felfüggesztés, rezgés és zajgátlás. A motorházban elhelyezett műanyag alkatrészek. Világítás, elektromos berendezések. Műszerfal, ülések, padló, csomagtartó. Elektronika, számítástechnika. Szigetelők és vezetők. Nemlineáris optika. Fény­érzékeny műanyagok, fotorezisztek, integrált áramkörök. Egyéb különleges műanyagok, piezzoelektromos, folyadékkristályos polimerek. Háztartás: háztartási gépek, tálak és edények. Vegyipari gépek, csövek, szivattyúk, hőcserélők. Mezőgazdaság: talajtakaró fóliák, fóliasátrak, öntözőrendszerek, mesterséges megtermékenyítés, állat azonosító lapok. Egészségügy: egyszer használatos termékek, katéterek stb. Építőipar: csövek, burkolóanyagok, elektromos szerelési cikkek.

11. Degradáció, stabilitás, segédanyagok

Degradáció okai: hő, fény, oxidatív degradáció, besugárzás. Degradáció típusai, lánctördelés, elimináció, monomerre történő bomlás. Adalékok típusai: állandó tulajdonságot biztosító (stabilizátorok, csúsztatók) és a tulajdonságokat módosító (lágyítók, töltőanyagok, színezékek, habosítók, ütésálló adalékok stb.) segédanyagok. Az adalékok szerepe és hatásmechanizmusa.

13. Műanyagok és a környezetvédelem

Műanyag hulladékok. Életútanalízis. A hulladékmegsemmisítés módjai: égetés, kémiai lebontás, újrafelhasználás, lerakás. Újrafeldolgozás, műszaki és gazdasági kérdések. Természetes alapú műanyagok és komponensek: keményítő, cellulóz, faliszt. Biológiailag lebontható polimerek: tulajdonságok és gazdaságosság. A hulladékkezeléssel kapcsolatos jogi kérdések.

Laboratóriumi gyakorlatok

1.      Bevezetés

A laboratóriumi gyakorlatok céljának és rendszerének ismertetése. Útmutatások a jegyzőkönyvek elkészítéséhez és a gondolkodtató kérdések kidolgozásához. A laboratóriumi gyakorlatok értékelésének szempontjai. Baleset és tűz megelőzése a laboratóriumban.

2.      Műanyagok minőségi meghatározása (azonosítás)

Ismeretlen műanyag meghatározására szolgáló gyors minőségi módszerek alkalmazása.  Azonosítás szemrevételezés és az égési jellegzetességek (égés módja, égéstermék szaka és kémhatása, csepegés) alapján. Heteroatomok meghatározása, oldhatóság és sűrűség mérése.

3.      Polimerek termikus analízise

Pásztázó mikrokalorimetria (DSC), polarizációs fénymikroszkópia és termooptikai vizsgálatok alkalmazása műanyagok és műanyagtermékek vizsgálatára. A kristályos és amorf polimerek megkülönböztetése, a szerkezet és az alkalmazási jellemzők kapcsolatának megismerése.

4.      Műanyagok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata

Amorf és kristályos polimerek, kopolimerek mechanikai jellemzőinek mérése, értékelése, a szakítási jellemzők értelmezése. Dinamikus mechanikai spektroszkópia (DMTA) alkalmazása polimerek relaxációs átmeneteinek tanulmányozására (demonstráció).

5.      Hőre lágyuló műanyagok extrudálása.

Az extruder felépítésének és működésének megismertetése. Az extruderben lejátszódó folyamatok és az azokat meghatározó tényezők kapcsolata. A nagyüzemi és a laboratóriumi extrúzió közötti különbségek és hasonlóságok áttekintése. Összefüggés a feldolgozandó anyag tulajdonságai és a feldolgozás paraméterei között.

6.      Hőre lágyuló műanyagok fröccsöntése

A fröccsöntő berendezés részei, felépítése, működése. A fröccsöntés részfolyamatainak alapos megismertetése. A fröccsöntött termékek szerkezete és tulajdonságai. A fröccsöntés paramétereinek hatása a fröccsöntött termék tulajdonságaira.

7.      Műanyag habok előállítása

Műanyag habok előállítása fizikai és kémiai habosítással. Polisztirol tömbhabosítása. Kemény és lágy poliuretán hab előállítása. A habszerkezet jellemzése.