1

Materiale polimerice şi

compozite

Curs 2:

- Materiale polimerice naturale

- lemnul / fibre de celuloză

- cauciucul natural

- pielea naturală

Lemnul

Avantajele utilizării ca material:

- material uşor

- rezistenţă mecanică bună

- resursă regenerabilă

- biodegradabil

- material ieftin

Dezavantaje:

- slabă rezistenţă la agenţii atmosferici

- combustibil

- izolator electric (uscat)

2

Lemnul

Utilizări ca material:

- ambalaje din lemn (lăzi, tamburi pentru cabluri)

- cutii de transport, paleţi

- construcţii

- industria mobilei - lemn, PAL, MDF (Medium Density Fiberboard)

- combustibil

- composturi în agricultură (îmbunătăţirea calităţii solurilor)

Compoziţia chimică a lemnului (Fibre Celulozice naturale):

- celuloza (42 - 55%)

- hemiceluloza (10-25%)

- lignina (18-33%)

- substanţe extractibile - ceruri, răşini, substanţe pectice

Celuloza

- polimerul organic cel mai răspândit în natură → constituie

componenta principală a membranei celulare a ţesuturilor

vegetale.

- este alcatuită din zone cristaline, cu ordine ridicată şi zone amorfe,

în care gradul de ordonare este redus → cristalinitate mai mare =

proprietăţi mecanice ale fibrelor mai bune

Formulele au caracter informativ – nu trebuie reţinute

- este un polimer liniar format din unitati de glucoză (glucopiranoză) unite

prin legături β-glicozidice

- multe grupe OH → caracter hidrofil

3

Hemicelulozele

- polizaharide compuse din glucoză şi alte zaharide - sunt amorfe

- rămân în general asociate cu celuloza după îndepărtarea ligninei

(structuri similare compatibile).

- au catena ramificată şi masa moleculară mai redusă decât celuloza

(de 10-100 ori)

Lignina

- polimer cu structură complexă

- proprietăţi mecanice mai reduse decât ale celulozei.

- participă la rigidizarea materialului lemnos (lemnul = compozit =

fibre celulozice în matrice de lignină)

- are caracter hidrofob → reduce pătrunderea apei în peretele celular

(plante + arbori) → făcând astfel posibil transportul soluţiilor

apoase de nutrienţi prin ţesutul lemnos

- conferă rezistenţă la atacul microorganismelor (nu permite

pătrunderea enzimelor ce pot degrada celuloza)

4

Fibre celulozice

Obţinerea fibrelor celulozice:

- simpla colectare → bumbac (celuloză 82,7%, hemiceluloză 5,7%,

pectină 5,7%, lignină 0%)

- proceduri complicate pentru îndepărtarea ligninei, în cazul

lemnului, prin procedee:

- chimice (alcaline, acide, neutre, oxidative)

- mecanice

- termomecanice

- chimico-termomecanice

- explozie cu abur

- microbiene (enzimatice)

Fibre celulozice

De ce se folosesc?

- se obţin dintr-o materie primă abundentă şi regenerabilă

- sunt ieftine comparativ cu celelalte fibre de productie

industrială, utilizate la armarea compozitelor polimerice

Datele din tabel au caracter informativ

5

Fibre celulozice

De ce se folosesc?

- prezintă proprietăţi mecanice specifice comparabile cu cele ale

fibrelor de sticlă, datorită densităţii mai mici (dar mai slabe ca

fibrele carbon)

- sunt netoxice → fără efecte negative asupra sănătăţii operatorului

în timpul prelucrării compozitului

- sunt flexibile → nu se rup atunci când formează unghiuri ascuţite în

timpul procesului de prelucrare.

- nefiind abrazive, se pot realiza compozite cu conţinut ridicat de fibre

celulozice, fără a apare probleme de uzură ridicată a

echipamentului (maşinilor) de procesare

- sunt biodegradabile → tendinţa actuală: compozite biodegradabile

din fibre biodegradabile + polimer biodegradabil → pentru

protejarea mediului

Fibre celulozice

Utilizari ale compozitelor armate cu fibre celulozice

- ţevi, panouri - cu matrice poliesterică (ex. panouri de uşi)

- industria de automobile

- componente fabricate din compozite polimerice armate cu

fibre celulozice (ex. discul de frână - înlocuieşte fibrele de

azbest, panouri pentru uşi).

- industria ambalajelor - ex. cutiile pentru ouă

- materiale de construcţii, industria mobilei - MDF

6

Cauciucul natural

- produs de origine vegetală → se găseşte în latexul (emulsia apoasă)

secretat de unele plante (cca 1000 specii)

- plantaţiile braziliene au fost distruse de un parazit

- este secretat şi de păpădie (Teraxacum officinale)

- cea mai importantă sursă = arborele de cauciuc (Hevea brasiliensis) →

furnizează >99% din producţia mondială de cauciuc natural

- în 1875-1880 englezii au luat seminţe de arbore de cauciuc şi, după

numeroase încercări, au plantat în coloniile din Asia de Sud

(Thailanda, Indonezia, Malaiezia, Sri Lanka, India) – peste 92% din

producţia mondială

- în Africa – Congo, Liberia, Nigeria

Cauciucul natural

- arborele de cauciuc începe să producă latex la 5-7 ani de la plantare şi

furnizează latex o perioada de aprox. 25-30 de ani.

- latexul este produs de aşa-numitele

"celule de lapte" localizate între

scoarţă şi cambiu → se extrage prin

crestarea coajei arborelui şi colectarea

lichidului care se scurge

- latexul constă în principal dintr-o

dispersie de poli(cis 1,4-izopren) în

apă (aprox. 30-38%) şi alte substanţe

(aprox. 5%)

7

Cauciucul naturalSepararea cauciucului din latex:

- coagulare cu ajutorul acidului acetic (metoda principală) → particulele

de cauciuc se aglomerează → separare prin filtrare, stabilizare şi

uscare.

- evaporarea apei – metodă mai puţin răspândită

Proprietăţi:

- material solid, de culoare gălbuie

- insolubil în solvenţi polari (apă, acetonă, alcool)

- solubil în solvenţi nepolari (de ex. benzen, toluen, tetraclorura de

carbon)

Un arbore de cauciuc produce aprox. 2 kg de cauciuc natural/an

- elasticitate înaltă şi rezistenţă mecanică f. bună atât în stare vulcanizată

cât şi în stare crudă (avantaj faţă de cauciucurile sintetice)

Cauciucul natural

Avantaje:

- se obţine din surse naturale regenerabile ↔ spre deosebire de cauciurile

sintetice ce au ca materii prime petrolul şi gazele naturale

Utilizări: anvelope, elemente elastice, elemente tampon de preluare a

şocurilor.

Dezavantaje:

- rezistenţă scăzută la uleiuri

- rezistenţă scăzută la îmbătrânire

8

Pielea naturală

- material obţinut din pielea animalelor (bovine, oaie, capră, porc, cal,

crocodil) în urma unor procese de tăbăcire, gresare şi finisare

- scopul prelucrării: stabilizarea pielii, creşterea proprietăţilor mecanice

şi prevenirea procesele de putrezire a acesteia datorată umidităţii

Pentru producerea pielii naturale, ţesutul subcutanat, părul şi epiderma

trebuie îndepărtate

Pielea este formată din 4 straturi:

- stratul superior (epiderma)

- derma - stratul papilar (granular)

- stratul reticular

- stratul (ţesutul) subcutanat

Pielea naturală

Principalul constituent al pielii - reţeaua de fibre de colagen = o

proteina (polimer rezultat din policondensare aminoacizilor) cu o

structura caracteristică (în piele există 4 tipuri de colagen).

Reţeaua fibroasă este compusă din:

- fibrile de colagen (groase de 100 nm), fiecare conţinând

aproximativ 7000 de molecule de colagen

- fibre elementare = aproximativ 50 de fibrile grupate

- fibrele elementare formează mănunchiuri → reţea tridimensională

(întreţesută) → conferă pielii: rezistenţă, elasticitate, flexibilitate,

porozitate

9

Pielea naturală

Etapele fabricării pielii naturale:

2. - îndepărtarea părului (dacă este cazul) prin tratament chimic cu sulfuri

anorganice şi/sau hidroxid de sodiu sau calciu. Tratamentul distruge

părul, resturile fiind îndepărtate mecanic

3. - tăbăcirea → cu ajutorul unor substanţe numite tananţi → se formează

punţi (legături) în şi între fibrele de colagen → materialul îşi măreşte

rezistenţa şi se stabilizează dimensional → nu mai suferă contracţii sau

dilatări semnificative în funcţie de umiditatea mediului ambiant.

Tăbăcirea se face cu săruri de crom(II), în principal sulfat, tananţi de

origine vegetală sau tananţi organici de sinteză pe bază de fenoli.

1. - conservarea pielii de animal proaspăt jupuite (chiar în abator) → prin

uscare (trebuie rehidratată ulterior, la producătorul de piele), sărare

(tratare cu o soluţie de sare ce conţine şi biocide) sau refrigerare

Pielea naturală

Etapele fabricării pielii naturale:

4. - spălare şi neutralizare, pentru îndepărtarea excesului de tananţi

6. - finisare - aplicarea pe suprafaţa pielii a unor straturi de polimeri

(poliacrilati, polibutadiene, poliuretani) → etanşarea materialului ce devine

din poros → rezistent la absorbţia de lichide. Finisarea reduce defectele de

suprafaţă şi colorarea neuniformă, îmbunătăţind aspectul

5. - finisare umedă, ce are ca subetape:

- retăbăcirea → pentru astuparea porilor din piele în locurile în care

reţeaua fibroasă este rărită

- vopsirea

- gresarea - în scopul obţinerii unui material moale, flexibil - între 5-

15% grăsime (15 % pentru mănuşi)