Przeczytaj
Tworzywa sztuczne
Przemysł tworzyw sztucznychtworzyw sztucznych to młody dział gospodarki, ponieważ ich masowa produkcja rozpoczęła się dopiero w latach wieku. Pomimo tego innowacyjne produkty z tworzyw sztucznych gwałtownie i nieodwracalnie zmonopolizowały współczesny świat, sprawiając, że codzienne życie ludzi stało się wygodniejsze i prostsze. Przykładem powszechnie stosowanych produktów z tworzyw sztucznych są: woreczki, opakowania (PE, PET), styropian, pianki izolacyjne (PS), butelki.
Tworzywa sztuczne to produkty użytkowe otrzymane z polimerów oraz różnych dodatków, np. stabilizatorów, barwników, wypełniaczy. Dodatki te modyfikują ich właściwości, co pozwala na zastosowanie ich do ściśle określonych celów.
Kryteria podziału tworzyw sztucznych
Istnieje wiele sposobów klasyfikacji tworzyw sztucznych. Są to m.in. klasyfikacje ze względu na właściwości przetwórcze i sprężyste polimeru, ze względu na jego pochodzenie czy strukturę cząsteczek. Klasyfikację oraz cechy charakterystyczne polimerów przedstawione zostały w poniższej tabeli.
Tabela 1. Rodzaje polimerów
Kryterium | Rodzaje | Cechy charakterystyczne |
---|---|---|
Właściwości przetwórcze | polimery termoplastyczne | pod wpływem ogrzewania miękną i topią się, dają się przerabiać termicznie, a także nadają się do ponownego przerobu |
polimery termoutwardzalne | pod wpływem ogrzewania stają się nietopliwe i nierozpuszczalne, po utwardzeniu nie nadają się do ponownego przerobu | |
Właściwości sprężyste | plastomery | pod wpływem naprężeń wykazują małe odkształcenia (poniżej ) |
elastomery | pod wpływem naprężeń wykazują duże odkształcenia ( i więcej) | |
Pochodzenie | naturalne modyfikowane | występują w przyrodzie już jako polimery, które człowiek poddaje tylko modyfikacjom |
syntetyczne | otrzymywane przez człowieka z monomerów w reakcji polimeryzacji | |
Liczba rodzajów monomerów | homopolimer | polimer utworzony z jednego rodzaju monomeru |
heteropolimer | polimer utworzony z więcej niż jednego rodzaju monomeru | |
Struktura cząsteczek | polimer liniowy | polimer, którego cząsteczki mają postać nierozgałęzionego łańcucha |
polimer rozgałęziony | w cząsteczkach są łańcuchy boczne, których jedne końce są swobodne | |
polimer usieciowany | łańcuchy połączone są wiązaniami poprzecznymi, tworzą jedną sieć | |
Stereochemia | polimery ataktyczne, izotaktyczne, syndiotaktyczne | |
Stan skupienia | polimery krystaliczne, szkliste, wysokoelastyczne |
Indeks górny Źródło: Mizerski W.,Tablice Chemiczne, Warszawa 2004*.* Indeks górny koniecŹródło: Mizerski W.,Tablice Chemiczne, Warszawa 2004*.*
Przyjrzyjmy się bliżej podziałowi według właściwości sprężystych.
Elastomery
Elastomery to związki wielkocząsteczkowe, które w temperaturze pokojowej w wyniku niewielkich naprężeń są w stanie wydłużyć się o więcej niż . Te duże odkształcenia są odwracalne, czyli mogą powrócić do pierwotnej formy. Na odwracalność odkształceń wpływa budowa elastomerów (długie usieciowane łańcuchy o nieregularnej strukturze) – ich sprężystość jest związana z długością łańcuchów, stopniem zwinięcia oraz liczbą połączeń mostkowych między łańcuchami. Tworzywa te dzielą się na wulkanizacyjne i niewulkanizacyjne. Przykładami elastomerów wulkanizacyjnych są chociażby kauczuk naturalny, silikony (SI), gumy, a niewulkanizacyjnych, np. zmiękczony polichlorek winylu (PVC), elastomery poliuretanowe(PU/PUR). Zastosowanie elastomerów to głównie produkcja uszczelek, podkładek, izolatorów, taśm, materiałów silikonowych (przemysł: budowlany, spożywczy oraz w medycynie, farmacji).
Plastomery
Plastomery to związki wielkocząsteczkowe, które w temperaturze pokojowej w wyniku niewielkich naprężeń rozciągają się (zazwyczaj nie więcej niż o ). Zbyt duże obciążenie skutkuje mechanicznym zniszczeniem tych materiałów. Zastosowanie tych materiałów służy do produkcji np. włókien syntetycznych (PP, PE); folii, płyt, rur (PVC); nakrętek, styropianu, materiałów piankowych (PS). Dzielą się na termoplasty i duroplasty.
Termoplasty (plastomery termoplastyczne) – tworzywa, które – pod wpływem wysokiej temperatury – stają się plastyczne (tzn. miękną i można je dowolnie kształtować). Po ochłodzeniu są twardymi ciałami stałymi, które zachowują swój kształt. Uplastycznianie można wykonywać wielokrotnie bez zniszczenia materiału. Dzielą się na krystaliczne (w postaci lamelarnej lub rektalnej) i amorficzne (w postaci kłębka).
Należą do nich np.: polietylen (PE)polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren (PS), polichlorek winylu (PVC), poli(tlenek metylenu) (PMO), poli(tereftalan etylenu) (PET), polimetakrylan metylu (PMMA), poliamid (PA).
Duroplasty (plastomery termoutwardzalne) – tworzywa, które – pod wpływem wysokiej temperatury i/lub utwardzaczy – początkowo stają się miękkie i plastyczne, a z czasem gęstnieją i twardnieją. Materiały te są nietopliwe i nierozpuszczalne i nie można ich powtórnie zmiękczyć. Ich ponowne ogrzanie może wywołać rozkład tworzącego je polimeru.
Należą do nich np.: żywica epoksydowa (EP), żywica fenolowo‑formaldehydowa, poli(tlenek etylenu) (PEG), poliacetylen (PEC), poliakrylonitryl (PAN).
Poniżej zaprezentowano porównawcze grafiki termoplastów, duroplastów i elastomerów.
W poniższej tabeli zaprezentowano przykłady polimerów, które należą do wyżej wymienionych klas tworzyw sztucznych.
PLASTOMERY | |||
TERMOPLASTY | DUROPLASTY | ||
KRYSTALICZNE | AMORFICZNE | TERMOUTWARDZALNE | CHEMOUTWARDZALNE |
---|---|---|---|
polietylen | polistyren | żywice fenolowo‑formaldehydowe | żywice epoksydowe |
polipropylen | poli(chlorek winylu) | ||
poliamidy | poliwęglan | poliestry nienasycone | |
poli(tereftalan etylenu) | poli(metakrylan metylu) | żywice mocznikowe | |
poli(tereftalan butylenu) | poli(tlenek fenylenu) | silikony |
Słownik
reakcja łączenia się małych cząsteczek zawierających wiązania podwójne‑monomerów w duże związki‑polimery (łańcuchowe lub sieciowe), które posiadają wielokrotnie większe masy cząsteczkowe; do jej przeprowadzenia stosuje się katalizatory i czasem także wysokie ciśnienie
najmniejszy powtarzający się w polimerze fragment łańcucha
związek chemiczny, który jest zdolny do wytworzenia wysokoenergetycznych rodników na skutek rozpadu termicznego, kwantu światła lub reakcji redoks
(grec. mono - „jeden” - mer „część”, „pojedyncza cząsteczka”) związek, którego cząsteczki mogą ulegać polimeryzacji np.
jednostka strukturalna, przejściowa (przed polimerem właściwym), złożona z jednakowych merów w liczbie od do
związek wielkocząsteczkowy, w postaci łańcucha lub sieci powtarzających się merów w liczbie od do i więcej
materiały składające się z polimerów syntetycznych lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz różnych dodatków, które wpływają na określone właściwości użytkowe
polimer, stosowany do wyrobu: folii (worki, torby), pojemników, butelek, rur, opakowań, nakrętek, nart, markerów zmywaczy do paznokci, żagli. Występuje w kilku rodzajach, które różnią się właściwościami fizycznymi np. LDPE i HDPE, różniących się gęstością polimeru, w przypadku folii wykonanej z LDPE wynosi od do , a dla foli z HDPE od do
wulkanizacja
proces chemiczny towarzyszący sieciowaniu polimeru, którego produktem jest guma; wulkanizacja kauczuków polega na addycji siarki do podwójnych wiązań chemicznych występujących pomiędzy atomami węgla
Bibliografia
Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.
Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.
Kozera‑Szałkowska A., Rynek tworzyw sztucznych – produkcja, zapotrzebowanie, zagospodarowanie odpadów, „Polimery” 2019, t. 64, s. 11‑12.
Rabek J. F., Współczesna wiedza o polimerach, Warszawa 2008.
Tworzywa sztuczne. Otrzymywanie polistyrenu metodą perełkową. Oznaczanie masy cząsteczkowej polimeru. Ćwiczenie nr 15, Zakład Technologii Chemicznej, online: http://www.ztch.umcs.lublin.pl/materialy/cw_15_ztch.pdf, dostęp: 11.10.2021.
Identyfikacja tworzyw. Zespół tworzyw sztucznych, Katedra Odlewnictwa, Tworzyw sztucznych i Automatyki, online: http://www.tworzywa.pwr.wroc.pl/pl/dydaktyka/identyfikacja-tworzyw, dostęp: 01.03.2022.