Przeczytaj
Surowce z głębi Ziemi
Surowcami do produkcji polimerów naturalnych są zazwyczaj cząsteczki i substancje, które występują naturalnie w środowisku np: kwasy nukleinowe, proteiny, gaz ziemny. Można wyróżnić także polimery naturalnie występujące w środowisku. Są to między innymi kauczuk (naturalny), polisacharydy (np. skrobia i celuloza).
Surowcem wykorzystywanym najczęściej do produkcji organicznych polimerów syntetycznych, takich jak polietylen (PE), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PCV), polistyren (PS) – głównie w przemyśle petrochemicznym, jest ropa naftowa.
Ropa naftowa jest złożoną mieszaniną tysięcy składników, dlatego w celu zastosowania jej do produkcji tworzyw, musi zostać odpowiednio przetworzona. W tym celu istotnym procesem jest jej destylacja w rafinerii. Wówczas wydzielają się mieszaniny składników o zbliżonej temperaturze wrzenia, zwane frakcjamifrakcjami. Jedna z nich – benzyna ciężka (nafta) – jest dalej wykorzystywana do produkcji tworzyw sztucznych.
Do nieorganicznych polimerów syntetycznych należą np. polikrzemiany, polifosforany.
Tworzywa sztuczne (polimery) wytwarza się w procesach polimeryzacji (polikondensacjipolikondensacji lub polimeryzacji łańcuchowej), przy ewentualnej obecności odpowiednich katalizatorów. W reaktorze polimeryzacyjnym mniejsze cząsteczki (monomery) łączą się ze sobą, tworząc długie łańcuchy polimerowe. Polimery różnią się właściwościami, strukturą i wielkością cząsteczki (tj. długością łańcucha), w zależności od rodzaju monomerów, które zostały wykorzystane w procesie polimeryzacji.
Pierwszy w pełni syntetyczny polimer (bakelit) uzyskał w roku belgijski chemik, Leo Hendrick Baekeland. Początkowo zamierzał on jedynie znaleźć odpowiednik szelaku (lakieru z żywic naturalnych), ale wkrótce zorientował się, że w reakcji fenolu z formaldehydem powstaje polimer utwardzalny chemicznie, stanowiący doskonały izolator elektryczny, który nazwano bakelitem.
Polimery addycyjne
Polimeryzacja addycyjna, zwana też poliaddycją lub polimeryzacją łańcuchową, to proces łączenia się cząsteczek monomeru w większe cząsteczki polimeru bez wydzielania produktów ubocznych.
Polimery winylowe
Polimery winylowe zawierają w łańcuchu głównym tylko atomy węgla, połączone pojedynczymi wiązaniami .
Poliolefiny
To polimery, które w swojej strukturze zawierają jedynie węgiel i wodór.
W odpowiednich warunkach (temperatury, ciśnienia, katalizatora) alkeny ulegają reakcji polimeryzacji.
Przykładowo – polietylen otrzymuje się w wyniku polimeryzacji etenu, jak w poniższym równaniu reakcji.
Polipropylen natomiast otrzymuje się w wyniku polimeryzacji propenu.
Polichloroolefiny
Polichloroolefiny zawierają w swojej strukturze atomy chloru.
Ramy plastikowych okien wykonane są z poli(chlorku winylu) (PCW). Polimer ten otrzymuje się w wyniku polimeryzacji chloroetenu.
Polimery akrylowe
Polimery akrylowe to związki chemiczne, które powstają podczas polikondensacji pochodnych kwasu akrylowego i metakrylowego .
Szkło akrylowe to powszechnie stosowana nazwa poli(metakrylanu metylu) (PMMA). Ze względu na swoją przepuszczalność światła, może zastępować tradycyjne szkło. Poli(metakrylan metylu) otrzymuje się w wyniku polimeryzacji metakrylanu metylu.
W poniższej tabeli zawarte zostały niektóre zastosowania polimerów addycyjnych.
Polimer | Monomer | Zastosowanie |
---|---|---|
polietylen (PE) | eten | produkcja folii ochronnych, opakowań i izolacji przewodów elektrycznych |
polipropylen (PP) | propen | produkcja folii i opakowań |
poli(chlorek winylu) (PCW) | chloroeten | produkcja okien, wykładzin, folii i opakowań |
poli(metakrylan metylu) PMMA | metakrylan metylu | produkcja szyb, światłowodów |
Polimery kondensacyjne
Polikondensacja, zwana również polimeryzacją kondensacyjną lub polimeryzacją stopniową, to reakcja, w której łączy się duża liczba cząsteczek monomeru w większe cząsteczki polimeru. Podczas polikondensacji, w odróżnieniu od poliaddycji, może wydzielać się metanol, woda, chlorowodór lub inne związki jako produkty uboczne.
Poliestry
Poliestry to polimery zawierające w swoim łańcuchu głównym wiązanie estrowe.
Do najbardziej rozpowszechnionych poliestrów należy poli(tereftalan etylenu) (PET). Otrzymuje się go z tereftalanu dimetylu w wyniku procesu dwuetapowego.
Poliamidy
Poliamidy to związki wielkocząsteczkowe, zawierające w makrocząsteczce ugrupowania amidowe .
Poliamid (PA ), produkowany pod nazwą Nylon, otrzymuje się w wyniku polikondensacji kwasu adypinowego z heksano-,-diaminą.
Żywice
Aldehydy ulegają reakcjom polikondensacji z alkoholami i fenolami, jak na poniższym przykładzie.
W wyniku reakcji fenolu z aldehydem mrówkowym powstaje tzw. żywica fenolowo‑formaldehydowa – bardzo odporny mechanicznie i termicznie materiał, stosowany m.in. do wyrobu części samochodowych i zabawek.
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”, meros „część”) związek, którego cząsteczki mogą ulegać polimeryzacji, np.:
związek chemiczny przejściowy (przed polimerem właściwym), złożony z jednakowych merów w ilości od do
związek wielkocząsteczkowy, w postaci łańcucha lub sieci powtarzających się merów w ilości od do i więcej
proces łączenia się cząsteczek monomeru w większe cząsteczki polimeru bez wydzielania produktów ubocznych
reakcja, w której łączy się duża liczba cząsteczek monomeru w większe cząsteczki polimeru; podczas polikondensacji, w odróżnieniu od poliaddycji, może wydzielać się metanol, woda, chlorowodór lub inne związki jako produkty uboczne
wyodrębniona część mieszaniny odznaczająca się określonymi właściwościami fizycznymi
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.
Rabek J. F., Polimery i ich zastosowania interdyscyplinarne, t. 1‑2, Warszawa 2020
Rabek J. F., Polimery. Otrzymywanie, metody badawcze, zastosowanie, Warszawa 2013.
Szlezyngier W., Brzozowski Z. K., Tworzywa Sztuczne – tworzywa ogólnego zastosowania, t. 1, Rzeszów 2012.