Przeczytaj

bg‑pink

Czy tworzywo sztuczne to to samo, co polimer?

Tworzywo sztucznetworzywa sztuczneTworzywo sztuczne i polimerpolimerpolimer to nie są synonimy. Otóż z chemicznego punktu widzenia polimer to wielkocząsteczkowy, organiczny związek chemiczny zbudowany z wielu ( > 10000) powtarzających się jednostek polimerowych, zwanych merami. Natomiast tworzywa sztuczne są to materiały utworzone poprzez połączenie polimerów z dodatkami, które w zależności od zastosowanych dodatków mają różne interesujące właściwości. Tworzywa sztuczne są integralnymi częściami naszego życia, ponieważ różnorodność polimerów i szereg różnych dodatków pozwala na otrzymywanie tworzyw sztucznych zaprojektowanych do ściśle określonych celów.

bg‑pink

Jakie dodatki stosuje się do polimerów w celu otrzymania tworzyw sztucznych?

Istnieje wiele różnych dodatków do polimerów. Wśród nich można wyróżnić:

plastyfikatory (zmiękczacze) - wpływają na właściwości cieplne i mechaniczne tworzyw, ułatwiając ich przetwórstwo;

napełniacze - wpływają na poprawę właściwości mechanicznych i elektroizolacyjnych, zwiększają sztywność i odporność cieplną;

stabilizatory - zwiększają stabilność termiczną, uodparniają polimer przed rozpadem spowodowanym działaniem tlenu i promieniowania ultrafioletowego;

antystatyki - modyfikują właściwości powierzchniowe tworzyw, eliminując elektryzowanie powierzchni (zwiększają przewodność powierzchniową lub skośną materiału);

antypireny - obniżają palność i dymotwórczość tworzyw;

barwniki, pigmenty - pozwalają nadać barwę tworzywu.

RAwWlnWvKhINN1

Podział dodatków do polimerów

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑pink

Jak otrzymuje się tworzywa sztuczne?

Polimery możemy otrzymać na drodze reakcji polimeryzacji lub polikondensacji. W wyniku reakcji polikondensacji, obok polimeru, otrzymujemy małocząsteczkowy produkt uboczny, np. wodę lub amoniak. Na drodze reakcji polimeryzacji powstaje sam polimer, a wiązanie typu pi ulega rozerwaniu.

W celu otrzymania tworzyw sztucznych, należy przeprowadzić reakcję otrzymywania polimeru. Następnie otrzymany polimer powinno się połączyć z odpowiednimi dodatkami i – przy zastosowaniu odpowiednich warunków ciśnienia i temperatury – uformować dany wyrób.

Polimeryzacja to reakcja, w wyniku której monomery, na skutek działania inicjatorów, łączą się ze sobą, tworząc wielocząsteczkowy związek, jakim jest polimer. Reakcja ta, oprócz odpowiednich inicjatorów, wymaga również zastosowania katalizatorów i odpowiednich warunków ciśnienia i temperatury.

Schematycznie równanie reakcji polimeryzacji wygląda następująco:

RvyA2gGQllhw8

Ilustracja przedstawia schemat reakcji polimeryzacji: n moli cząsteczek monomeru R wiązanie podwójne R tworzy polimer o wzorze: wiązanie pojedyncze przecięte nawiasem kwadratowym, R, wiązanie pojedyncze, R wiązanie pojedyncze przecięte nawiasem kwadratowym. Poza nawiasem kwadratowym w indeksie dolnym umieszczono literę n. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcja polimeryzacjipolimeryzacjapolimeryzacji składa się z trzech etapów: inicjacji, propagacji (wzrostu łańcucha) i terminacji (zakończenia polimeryzacji).

Wśród wielu rodzajów tworzyw sztucznych duże znaczenie praktyczne mają tworzywa otrzymane z polimerów, tj. polietylenpolietylen (PE)polietylen, polistyren, poli(chlorek winylu), polilaktyd, polipropylen. Poniżej w tabeli zaprezentowano przykłady ich zastosowań.

Polimer	Wzór meru	Zastosowanie	Symbol recyklingu
polietylen (PE)	R1AjJCZyBla7U Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny polietylenu: w nawiasie kwadratowym znajduje się zapis - połączone są ze sobą dwa atomy węgla. Każdy z nich w górę i w dół łączy się z atomami wodoru. W sumie są cztery atomy wodoru. Od atomów węgla wychodzą w bok wiązania pojedyncze. Nawias kwadratowy obejmuje ten wzór, przecinając wiązania wychodzące na zewnątrz od atomów węgla, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	woreczki, opakowania, przemysł spożywczy	R163SFuEes3TC Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna. R1VbOpDdhiG2Q Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna. -
polipropylen (PP)	Rc5VA8UOgvzyH Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny polipropylenu. Wzór znajduje się w nawiasie kwadratowym. Grupa <math aria‑label="ce ha">CH łączy się w prawo z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa koniec indeksu">CH2, a w górę z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny trzy, koniec indeksu">CH3. Nawias kwadratowy obejmuje wzór, przecinając wiązania wychodzące na zewnątrz od grupy <math aria‑label="ce ha">CH oraz grupy metylenowej, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	opakowania, przemysł samochodowy i spożywczy	RzsA6JcjWmWIf Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
polistyren (PS)	RjVK2v3exZw1r Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny polistyrenu. Grupa <math aria‑label="ce ha">CH łączy się w górę z pierścieniem aromatycznym, a w prawo z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2. Od grupy <math aria‑label="ce ha">CH i grupy metylenowej na boki wychodzą wiązania pojedyncze. Wzór mieści się w nawiasie kwadratowym, przecina on wiązania wychodzące na zewnątrz, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	części lodówek, pianki izolacyjne, kubki do napojów	RxupHN2EH5blK Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
poli(metakrylan metylu) (PMMA)	R1WcEsH15Kvp7 Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny monomeru poli(metakrylanu metylu). W nawiasie kwadratowym znajduje się wzór: grupa <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 łączy się w prawo z atomem węgla. Atom węgla w górę łączy się z atomem węgla. Ten łączy się z kolejnym atomem węgla połączonym wiązaniem podwójnym z atomem tlenu oraz wiązaniem pojedynczym z atomem tlenu. Ten atom tlenu łączy się z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny trzy, koniec indeksu">CH3. Atom węgla z łańcucha głównego łączy się w dół z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny trzy, koniec indeksu">CH3. Nawias kwadratowy obejmuje cały wzór, przecinając wiązania wychodzące na zewnątrz od grupy metylenowej oraz atomu węgla w łańcuchu głównym, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	osłony lamp sygnalizacyjnych, soczewki kontaktowe	-
silikony	R8sD3ApbLOYRx Ilustracja przedstawia wzór ogólny silikonu. Opis wzoru od lewej strony: atom krzemu połączony jest z trzema grupami R, atom krzemu łączy się w prawo z atomem tlenu (wiązanie jest przecięte nawiasem kwadratowym). Ten z atomem krzemu i dwiema grupami R - na dole i u góry. Atom krzemu w prawo łączy się z atomem tlenu (wiązanie jest przecięte zamykającym się nawiasem kwadratowym, za nawiasem w indeksie dolnym jest litera n), a ten z atomem krzemu połączonym z trzema grupami R. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	materiały uszczelniające	-
poli(tereftalan etylenu) (PET)	R3YXAbNo3YvC2 Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny monomeru poli(tereftalanu etylenu) (PET). W nawiasie kwadratowych jest wzór: pierścień aromatyczny w lewo łączy się z atomem węgla. Ten łączy się z jednym atomem tlenu wiązaniem podwójnym, a z drugim wiązaniem pojedynczym - od tego atomu tlenu odchodzi wiązanie pojedyncze przecięte nawiasem kwadratowym. Pierścień aromatyczny w prawo łączy się z atomem węgla. Ten łączy się u góry wiązaniem podwójnym z atomem tlenu, a na dole wiązaniem pojedynczym z atomem tlenu. Ten atom tlenu łączy się z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, a ta w górę łączy się z grupą <math arial‑label="ha indeks dolny dwa koniec indeksu ce">H2C. Od grupy tej odchodzi w prawo wiązanie pojedyncze przecięte nawiasem kwadratowym zamykającym wzór. Poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	butelki, opakowania	R1WPATRWytXVe Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
poli(tetrafluroetylen) (PTFE)	R1V2mOYupRTVp Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny poli(tetrafluoroetylenu). W nawiasie kwadratowym znajduje się zapis - połączone są ze sobą dwa atomy węgla. Każdy z nich na dole i u góry łączy się z atomem fluoru. W sumie są cztery atomy fluoru. Od atomów węgla wychodzą w bok wiązania pojedyncze. Nawias kwadratowy obejmuje ten wzór, przecinając wiązania wychodzące na zewnątrz od atomów węgla, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	powłoki teflonowe, materiały uszczelniające, membrany wodoodporne	-
poliamid (PA)	R1Njbsu8swFww Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny monomeru poliamidu: wiązanie pojedyncze, grupa R, wiązanie pojedyncze grupa NH wiązanie pojedyncze atom węgla połączony u góry z atomem tlenu wiązaniem podwójnym. Od R oraz atomu węgla na boki wychodzi wiązanie pojedyncze. Nawias kwadratowy obejmuje wzór, przecinając wiązania wychodzące na zewnątrz, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	wirniki pomp, koła zębate, rury, lampy górnicze, hełmy ochronne, rajstopy, kamizelki kuloodporne	R1eIBonPdJWkW Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
poli(chlorek winylu) (PVC)	Rrny8niAuGduS Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny polichlorku winylu. W nawiasie kwadratowym znajduje się zapis - połączone są ze sobą dwa atomy węgla. Atom węgla leżący po lewej stronie wzoru łączy się na dole i u góry z atomem wodoru, kolejny atom węgla na dole łączy się z atomem wodoru, a u góry z atomem chloru. Od atomów węgla wychodzą w bok wiązania pojedyncze. Nawias kwadratowy obejmuje ten wzór, przecinając wiązania wychodzące na zewnątrz od atomów węgla, poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	profile okienne, izolacje rur i kabli, rury kanalizacyjne, płytki podłogowe	RYJF96oOVpk99 Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
kauczuk syntetyczny	RG6jT8y7Lbh71 Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny kauczuku syntetycznego będącego kopolimerem - monomeru poli(butadienu‑co‑stylenu). Budowa wzoru: w nawiasie kwadratowym są dwie części wzoru również objęte nawiasami kwadratowymi. Wzór: w jednym nawiasie kwadratowym po lewej stronie: grupa <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 łączy się w prawo z grupą <math aria‑label="ce ha">CH, a ta w dół z pierścieniem aromatyczny. Poza nawiasem w indeksie dolnym jest litera k. Grupa <math aria‑label="ce ha">CH w prawo łączy się z z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, wiązanie pojedyncze do <math aria‑label="ce ha">CH, wiązanie podwójne do <math aria‑label="ce ha">CH, wiązanie pojedyncze do <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, wiązanie pojedyncze. Ta część wzoru jest w nawiasie kwadratowym. Poza nawiasem w indeksie dolnym jest litera m. Obie części wzoru zamknięte w nawisach kwadratowych objęte są dużym nawiasem kwadratowym. Poza nim w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	opony	-
poliwęglan (PC)	R16RhAqjyfNmK Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny monomeru poliwęglanu. Wiązanie pojedyncze przecięte lewym nawiasem kwadratowym, atom tlenu, połączony z pierścieniem aromatycznym. Po drugiej stronie pierścienia aromatycznego w pozycji czwartej przyłączony jest atom węgla połączony z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny trzy, koniec indeksu">CH3 oraz <math aria‑label="ha indeks dolny trzy, koniec indeksu, ce">H3C oraz z kolejnym pierścieniem aromatycznym. Po drugiej stronie pierścienia aromatycznego w pozycji 4 przyłączony jest atom tlenu połączony z atomem węgla połączonym z atomem tlenu wiązaniem podwójnym. Ten atom węgla tworzy jeszcze jedno wiązanie pojedyncze przecięte prawym nawiasem kwadratowym. Nawias kwadratowy obejmuje wzór, a poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	płyty kompaktowe, osłony kuloodporne	R1XBVcesUDuQS Źródło: dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
poliuretan (PUR)	R150sLeQs6nqZ Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny monomeru poliuretanu. Wiązanie pojedyncze przecięte nawiasem kwadratowym, grupa <math aria‑label="o ce en">OCN. Atom azotu łączy się u góry z atomem wodoru, atom węgla łączy się na dole wiązaniem podwójnym z atomem tlenu. Grupa w prawo łączy się z R. R łączy się z grupą <math aria‑label="en ce o">NCO - atom azotu łączy się w dół z atomem wodoru, a atom węgla łączy się w górę wiązaniem podwójnym z atomem tlenu. Grupa w prawo łączy się z R prim. R prim w prawo łączy się z grupą <math aria‑label="o ce en">OCN, gdzie atom węgla łączy się w górę wiązaniem podwójnym z atomem tlenu, zaś atom azotu łączy się w dół z atomem wodoru. Od grupy wiązanie pojedyncze do R. Od R wychodzi wiązanie pojedyncze przecięte nawiasem kwadratowym. Poza nawiasem w indeksie dolnym jest litera n. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	pianki izolacyjne	-
poli(tlenek etylenu) (POM)	R1DsXcEzZRb4w Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny monomeru poli(tlenku etylenu), nawias kwadratowy obejmuje fragment wzoru przecinając dwa wiązania, a poza nawiasem w indeksie dolnym zapisano literę n. Budowa: atom wodoru połączony wiązaniem pojedynczym, przeciętym lewym nawiasem kwadratowym, dalej atom tlenu, grupa ${CH}_{2}$ wiązanie pojedyncze grupa ${CH}_{2}$ wiązanie pojedyncze, przecięte prawym nawiasem kwadratowym, dalej atom tlenu połączony z atomem wodoru. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.	obudowy łożysk, elementy przekładni	-

Polietylen, polipropylen, polistyren, poli(chlorek winylu), poli(tereftalan etylenu) to przykłady polimerów wykorzystywanych do produkcji tworzyw sztucznych, które nie ulegają biodegradacji. MonomerymonomerMonomery do ich produkcji pochodzą z surowców petrochemicznych, dlatego, mając na uwadze względy proekologiczne i wyczerpywanie tych zasobów, bardzo ważny jest ich recykling. Produkty wykonane z tych tworzyw oznaczone są specjalnymi symbolami, które ten recykling ułatwiają.

bg‑gray1

Otrzymywanie PE

Polietylen na skalę przemysłową otrzymywany jest w wyniku mechanizmu polimeryzacji rodnikowej.

Inicjacja

R18qypVe7VcHv1

Ilustracja przedstawia dwa równania reakcji. Pierwsze równanie: <math aria‑label="er wiązanie pojedyncze o wiązanie pojedyncze o wiązanie pojedyncze r">R—O—O—R, strzałka w prawo, dwa <math aria‑label="er wiązanie pojedyncze o">R—O. Atom tlenu posiada niesparowany elektron. Równanie drugie: <math aria‑label="er wiązanie pojedyncze o">R—O, atom tlenu posiada niesparowany elektron, dodać cząsteczka o wzorze: <math aria‑label="ha indeks dolny dwa koniec indeksu ce">H2C wiązanie podwójne <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2. W wyniku reakcji powstaje: R wiązanie podwójne O wiązanie podwójne <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie podwójne <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2. Atom węgla w ostatniej grupie posiada jeden niesparowany elektron na atomie węgla. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Propagacja

Rad40JfAj0Wy81

Ilustracja przedstawia równanie reakcji etapu propagacji: R wiązanie pojedyncze O wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 dodać cząsteczka o wzorze: <math aria‑label="ha indeks dolny dwa, koniec indeksu ce">H2C wiązanie podwójne <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, strzałka w prawo, R wiązanie pojedyncze O wiązanie pojedyncze: tu szereg czterech grup <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 połączonych ze sobą wiązaniem pojedynczym. Węgiel w ostatniej grupie posiada niesparowany elektron. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Terminacja

RmzbuZ2j6W2SB1

Ilustracja przedstawia reakcję terminacji. Cząsteczki umieszczone w tym równaniu posiadają jedno wiązanie, które jest pofalowane: symbolizuje ono pominięty fragment cząsteczki w celu uproszczenia rysunku. Równanie: pierwszy wzór - pofalowane wiązanie, wiązanie pojedyncze, <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, wiązanie pojedyncze, <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, wiązanie pojedyncze, <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, wiązanie pojedyncze, <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 - przy ostatnim atomie węgla znajduje się niesparowany elektron. Drugi element równania ma wzór: <math aria‑label="ha indeks dolny dwa, koniec indeksu ce">H2C, z niesparowanym elektronem na atomie węgla, wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 linia falowana. W wyniku reakcji powstaje polimer, którego wzór znajduje się w nawiasie kwadratowym. Wewnątrz nawiasu znajdują się dwie połączone ze sobą grupy <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2. Po bokach mają wiązania pojedyncze przecięte przez nawias kwadratowy. Poza nawiasem w indeksie dolnym umieszczono literę n. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray1

Otrzymywanie PS

Styropian, czyli tworzywo sztuczne oparte na polistyrenie, można otrzymać na wiele sposobów. Najczęściej polimeryzację styrenu przeprowadza się w obecności niskowrzących substancji spieniających (porotwórczych), tj. pentanu, heptanu itp. Produktem polimeryzacji jest wówczas nieporowaty polistyren w postaci granulek (nasycony poroforem). Następnie, w celu otrzymania produktu styropianowego, polistyren w postaci granulek poddawany jest ekspandowaniu wstępnemu i ekspandowaniu końcowemu.

Ekspandowanie wstępne polega na ogrzaniu granulek polistyrenu (95‑100°C) poprzez wodę lub parę wodną. Następuje wówczas ich rozprężanie, w efekcie czego powstają regularne kuleczki polistyrenu (max. czterdziestokrotny wzrost objętości).

Ekspandowanie końcowe jest połączone z formowaniem wyrobów. Służą do tego specjalne metalowe formy, ogrzewane parą wodną. Pod wpływem wysokiej temperatury kuleczki ulegają zlepieniu i otrzymywane jest tworzywo piankowe o zamkniętych porach.

Polimeryzacja styrenu na drodze mechanizmu polimeryzacji rodnikowej:

Inicjacja z zastosowaniem nadtlenku benzoilu jako inicjatora polimeryzacji

R1LOd3TOPXwq51

Ilustracja przedstawia schemat reakcji otrzymywania rodników do inicjacji reakcji polimeryzacji z nadtlenkiem benzoilu. Pierwsze równanie: po lewej stronie równania znajduje się cząsteczka nadtlenku benzoilu: sześcioczłonowy pierścień aromatyczny połączony z atomem węgla, tworzącym wiązanie podwójne z jednym atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z drugim atomem tlenu. Ten atom tlenu tworzy wiązanie z kolejnym atomem tlenu, połączonym wiązaniem pojedynczym z atomem węgla. Ten atom tworzy wiązanie podwójne z atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z atomem węgla sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego. Strzałki symbolizujące reakcję to dwie poziome strzałki: górna skierowana w prawo, dolna w lewo, a nad nimi gracka litera delta T. W wyniku reakcji powstają dwie cząsteczki rodnika benzoilowego, budowa: sześcioczłonowy pierścień aromatyczny połączony z atomem węgla, tworzącym wiązanie podwójne z jednym atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z drugim atomem tlenu, który posiada niesparowany elektron. Obie cząsteczki są ujęte w nawias kwadratowy. Drugie równanie reakcji: po lewej stronie jedna cząsteczka rodnika benzoilowego budowa: sześcioczłonowy pierścień aromatyczny połączony z atomem węgla, tworzącym wiązanie podwójne z jednym atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z drugim atomem tlenu, który posiada niesparowany elektron. Reaguje z jedną cząsteczką styrenu: pierścień sześcioczłonowy połączony z grupą <math aria‑label="ha ce">HC, która łączy się wiązaniem podwójnym z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2. W wyniku tej reakcji, pod wpływem katalizatora, powstaje następujący rodnik: sześcioczłonowy pierścień aromatyczny połączony z atomem węgla, tworzącym wiązanie podwójne z jednym atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z drugim atomem tlenu. Ten atom tworzy wiązanie z łańcuchem: <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha">CH, grupa ta, posiadająca niesparowany elektron zlokalizowany na atomie węgla, połączona jest z kolejnym sześcioczłonowym pierścieniem aromatycznym. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Propagacja

RS1uqVDpIPNSY1

Ilustracja przedstawia drugi etap reakcji polimeryzacji. Po lewej stronie rodnik: sześcioczłonowy pierścień aromatyczny połączony z atomem węgla, tworzącym wiązanie podwójne z jednym atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z drugim atomem tlenu. Ten atom tworzy wiązanie z łańcuchem: <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha">CH. Grupa <math aria‑label="ce ha">CH połączona jest z kolejnym sześcioczłonowym pierścieniem aromatycznym. Przy grupie <math aria‑label="ce ha">CH znajduje się niesparowany elektron. Rodnik reaguje z cząsteczką styrenu: pierścień sześcioczłonowy z grupą <math aria‑label="ha ce">HC połączoną wiązaniem podwójnym z grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2. W wyniku reakcji powstaje następujący związek: sześcioczłonowy pierścień aromatyczny połączony z atomem węgla, tworzącym wiązanie podwójne z jednym atomem tlenu i wiązanie pojedyncze z drugim atomem tlenu. Ten atom tworzy wiązanie z łańcuchem: <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2 wiązanie pojedyncze <math aria‑label="ce ha">CH. Grupa <math aria‑label="ce ha">CH łączy się w dół z sześcioczłonowym pierścieniem aromatycznym, a w prawo z kolejną grupą <math aria‑label="ce ha indeks dolny dwa, koniec indeksu">CH2, która łączy się z grupą <math aria‑label="ce ha">CH, posiadającą na atomie węgla jeden niesparowany elektron, grupa ta łączy się w dół z sześcioczłonowym pierścieniem aromatycznym. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Terminacja, np. w wyniku rekombinacji

R1AT6UykTM4Ns1

bg‑gray1

Otrzymywanie PVC

Polimeryzacja rodnikowa jest stosowana w celu otrzymywania poli(chlorku winylu) na skalę przemysłową. Znane jest PVC miękkie i twarde oraz porowate i jednolite. W zależności od rodzaju PVC, stosuje się różne metody jego otrzymywania. Aby otrzymać porowate PVC, można zastosować metodę ciśnieniową. W tym celu kompozycję poli(chlorku winylu), zmiękczacza, stabilizatora, porofora i innych dodatków umieszcza się w formie i w prasie, a następnie całość ogrzewa się do całkowitego rozkładu poroforu i do zżelowania PVC. Następnie całość chłodzi się i ponownie ogrzewa (75‑95°C).

Inicjacja

RmOA2fBH6o8ee1

Ilustracja przedstawia równanie reakcji: <math aria‑label="er wiązanie pojedyncze o wiązanie pojedyncze o wiązanie pojedyncze r">R—O—O—R, strzałka w prawo, dwa <math aria‑label="er wiązanie pojedyncze o">R—O. przy ostatnim atomie węgla znajduje się niesparowany elektron. Równanie jest zapisane na niebiesko poza ostatnią cząsteczką, w której atom tlenu posiada niesparowany elektron. — Gdzie R może być resztą np. acylową, alkilową.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Propagacja

R1JmUOyknd1701

Ilustracja przedstawia dwa równania reakcji etapu propagacji. Pierwsze równanie: zaznaczona na czerwono cząsteczka R wiązanie pojedyncze O z niesparowanym elektronem reaguje z chloroetenem. Budowa: dwa atomy węgla połączone wiązaniem podwójnym, do jednego z nich przyłączone są dwa atomy wodoru, a do drugiego atom wodoru i atom chloru. Cząsteczka jest zaznaczona na niebiesko, jedynie atom chloru jest zielony. Jako produktu reakcji powstaje związek: na czerwono zaznaczono R połączone wiązaniem z atomem tlenu. Atom tlenu łączy się z atomem węgla, a ten z kolejnym atomem węgla. Pierwszy z nich łączy się z dwoma atomami wodoru, drugi atom węgla, posiadający niesparowany elektron, łączy się z jednym atomem wodoru, i z zaznaczonym na zielono atomem chloru. Drugie równanie: na czerwono zaznaczone R połączone wiązaniem pojedynczym z atomem tlenu. Atom tlenu łączy się z zaznaczonymi na niebiesko: atom węgla z dwoma atomami wodoru łączy się z atomem węgla, posiadającym niesparowany elektron, z jednym atomem wodoru i zaznaczonym na zielono atomem chloru. Cząsteczka ta reaguje z cząsteczką chloroetenu. Budowa: dwa atomy węgla połączone wiązaniem podwójnym, do jednego z nich przyłączone są dwa atomy wodoru, a do drugiego atom wodoru i atom chloru. Cząsteczka jest zaznaczona na niebiesko, jedynie atom chloru jest zielony. Jako produktu powstaje związek: na czerwono zaznaczono R połączone z atomem tlenu, atom tlenu łączy się z zaznaczonymi na niebiesko, z wyjątkiem chloru: atom węgla z dwoma atomami wodoru wiązanie pojedyncze atom węgla z jednym atomem wodoru i atomem chloru wiązanie pojedyncze atom węgla z dwoma atomami wodoru, wiązanie pojedyncze atom węgla, posiadający niesparowany elektron, z jednym atomem wodoru i atomem chloru. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Terminacja (na skutek rekombinacji)

R18Cqs7L8PFR61

Ilustracja przedstawia ostatni etap reakcji polimeryzacji: terminację. Reagują dwie cząsteczki rodnika o identycznej budowie: na czerwono zaznaczone R połączone wiązaniem pojedynczym z atomem tlenu połączone z zaznaczonymi na niebiesko: atom węgla z dwoma atomami wodoru, wiązanie pojedyncze atom węgla z jednym atomem wodoru i zaznaczonym na zielono atomem chloru, wiązanie pojedyncze atom węgla z dwoma atomami wodoru, wiązanie pojedyncze atom węgla, posiadający niesparowany elektron, z jednym atomem wodoru i zaznaczonym na zielono atomem chloru. W wyniku reakcji powstaje polimer, którego wzór znajduje się w nawiasie kwadratowym. Wewnątrz nawiasu znajduje się cząsteczka zbudowana z atomu węgla z dwoma atomami wodoru, połączona wiązaniem pojedynczym z atomem węgla z jednym atomem wodoru i zaznaczonym na zielono atomem chloru. Od atomów węgla odchodzą na zewnątrz wiązania pojedyncze. Nawias kwadratowy przecina te wiązania. W indeksie dolnym nawiasu umieszczono literę n. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

polimeryzacja

reakcja łączenia się małych cząsteczek zawierających wiązania wielokrotne (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

mer

najmniejszy powtarzający się w cząsteczce polimeru fragment łańcucha

inicjator polimeryzacji

związek chemiczny, który jest zdolny do wytworzenia wysokoenergetycznych rodników na skutek rozpadu termicznego, kwantu światła lub reakcji redoks

monomer

(grec. Anglais „pojedyncza cząsteczka”) związek, którego cząsteczki mogą ulegać polimeryzacji, np.

RbfMeVKxbLZek

Ilustracja przedstawia równanie reakcji polimeryzacji styrenu. Po lewej stronie równania znajduje się n moli cząsteczek styrenu, zbudowanego z sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego podstawionego grupą CH połączoną za pomocą wiązania podwójnego z grupą metylenową CH2. Strzałka w prawo, za strzałką znajduje się w nawiasie kwadratowym wzór półstrukturalny polimeru, który stanowi sześcioczłonowy pierścień aromatyczny podstawiony grupą CH, od której odchodzi wiązanie pojedyncze poza lewy nawias. Ponadto grupa ta, to jest grupa CH, łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z grupą metylenową CH2, od której również odchodzi wiązanie pojedyncze wychodzące poza prawy nawias kwadratowy. W indeksie dolnym względem nawiasu znajduje się litera n. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

oligomer

jednostka strukturalna, przejściowa (przed polimerem właściwym), złożona z jednakowych merów w ilości od 1000 do l0000

polimer

związek wielkocząsteczkowy w postaci łańcucha lub sieci powtarzających się merów, w ilości od 10000 do l 000000 i więcej

tworzywa sztuczne

materiały otrzymane w wyniku połączenia polimerów z różnymi dodatkami, które wpływają na ich różnorodne właściwości

polietylen (PE)

polimer stosowany m.in. do wyrobu: folii (worki, torby), pojemników, butelek, rur, opakowań, nakrętek, nart, markerów, zmywaczy do paznokci, żagli; występuje w dwóch rodzajach LDPE i HDPE, różniących się gęstością polimeru, w przypadku folii wykonanej z LDPE wynosi ona od 0,917 do 0,930 $\frac{g}{{cm}^{3}}$ , a dla foli z HDPE od 0,942 do 0,965 $\frac{g}{{cm}^{3}}$

temperatura zeszklenia

temperatura witryfikacji, TIndeks dolny g; temperatura, w której następuje przejście ze stanu ciekłego lub plastycznego do szklistego. Zmiana ta jest wynikiem nagłego wzrostu lepkości cieczy.

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.

Encyklopedia PWN

Rabek J., Współczesna wiedza o polimerach, Warszawa.

Gawdzik B., Polimery - czyli wszystko, co nas otacza..., Lublin, online: http://www.polimery.umcs.lublin.pl/HTML/akt/prezentacja2010.pdf, dostęp: 22.06.2021.

Lelek‑Borkowska U., Polimery, online: http://www.chemia.odlew.agh.edu.pl/dydaktyka/Dokumenty/ChO_IMiR/Lab_niestacjonarne/polimery_teoria.pdf, dostęp: 22.06.2021.

Megiel E., Laboratorium Polimery i Biomateriały. Ćwiczenia laboratoryjne. Kontrolowana polimeryzacja rodnikowa, online: http://beta.chem.uw.edu.pl/people/AMyslinski/Polimery_i_biomaterialy/PB1_PB2_wstep.pdf, dostęp: 22.06.2021.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Czy tworzywo sztuczne to to samo, co polimer?

Jakie dodatki stosuje się do polimerów w celu otrzymania tworzyw sztucznych?

Jak otrzymuje się tworzywa sztuczne?

Otrzymywanie PE

Otrzymywanie PS

Otrzymywanie PVC

Słownik

Bibliografia