Przemysł tworzyw sztucznychtworzywa sztucznetworzyw sztucznych to młody dział gospodarki, ponieważ ich masowa produkcja rozpoczęła się dopiero w latach $50.$ $\text{XX}$ 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.

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

Indeks górny Źródło: Mizerski W.,Tablice Chemiczne, Warszawa 2004*.* Indeks górny koniec^{Źródło: Mizerski W.,Tablice Chemiczne, Warszawa 2004*.*}

Przyjrzyjmy się bliżej podziałowi według właściwości sprężystych.

Elastomery to związki wielkocząsteczkowe, które w temperaturze pokojowej w wyniku niewielkich naprężeń są w stanie wydłużyć się o więcej niż $100\%$. 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 to związki wielkocząsteczkowe, które w temperaturze pokojowej w wyniku niewielkich naprężeń rozciągają się (zazwyczaj nie więcej niż o $1\%$). 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)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.

R16V1xfnv9d7n

Ilustracja przedstawia porównanie termoplastu, duroplastu i elastomeru. Schematycznie zaprezentowano budowę tworzyw sztucznych oraz po jednym przykładzie ich zastosowania. TERMOPLAST, grafika przedstawia topiący się, różowy kubek plastikowy, poniżej znajduje się grafika: różowe kulki połączone ze sobą liniowo, tworzące pojedyncze nici. Termoplasty w wyniku podgrzania przechodzą w stan płynny. DUROPLAST, grafika przedstawia gniazdko elektryczne, poniżej znajduje się grafika: niebieskie kulki połączone ze sobą w taki sposób, że cztery nici tworzą wiązkę, a kulki są połączone z kulkami w sąsiednich łańcuchach, tworząc strukturę przestrzenną. przypominającą rurkowaty twór. Duroplasty nie przechodzą w stan płynny, nierozupszczalne. ELASTOMER, grafika przedstawia żółtą gąbkę, poniżej znajduje się grafika: żółte kulki połączone ze sobą w nieregularny sposób tak, że nici są ze sobą połączone pojedynczymi wiązaniami w losowych miejscach. Elastomery odznaczają się dużą odkształcalnością i sprężystością.

W poniższej tabeli zaprezentowano przykłady polimerów, które należą do wyżej wymienionych klas tworzyw sztucznych.

Słownik

monomer

monomer

(grec. mono - „jeden” - mer „część”, „pojedyncza cząsteczka”) związek, którego cząsteczki mogą ulegać polimeryzacji np.

R139TfOvVnBoe

Ilustracja przedstawia równanie reakcji polimeryzacji styrenu. Po lewej stronie równania znajduje się n moli cząsteczek styrenu (monomeru), zbudowanego z sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego podstawionego grupą $\text{CH}$ połączoną za pomocą wiązania podwójnego z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$. Strzałka w prawo, za strzałką znajdujący się w nawiasie kwadratowym wzór półstrukturalny polimeru, który stanowi sześcioczłonowy pierścień aromatyczny podstawiony grupą $\text{CH}$, od której odchodzi wiązanie pojedyncze poza lewy nawias. Ponadto grupa ta, to jest grupa $\text{CH}$ łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$, od której również odchodzi wiązanie pojedyncze wychodzące poza prawy nawias kwadratowy. W indeksie dolnym względem nawiasu znajduje się litera n

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.