TWORZYWA
SZTUCZNE

Dr inż. Wojciech Słomka, Instytut Inżynierii Ochrony

Środowiska

Wiadomości wstępne

Tworzywa sztuczne

są to materiały zawierające jako

podstawowy składnik wielkocząsteczkowe substancje organiczne

(polimery, nazywane też żywicami syntetycznymi) oraz dodatki

(wypełniacze, plastyfikatory lub utrwalacze oraz barwniki).

Otrzymywanie polimerów

.

Polimery (substancje wielkocząsteczkowe) powstają w wyniku
polireakcji substancji małocząsteczkowych (monomerów). W
zależności od chemicznego przebiegu polireakcji rozróżnia się
substancje wielkocząsteczkowe: polimeryzacyjne, polikondensacyjne i
poliaddycyjne.

Substancje (żywice) polimeryzacyjne

otrzymuje

się dzięki reakcji polimeryzacji, tj. procesowi łączenia wielokrotnego
monomerów w substancję wielkocząsteczkową bez wydzielania
produktów ubocznych. Substancje powstałe z jednego rodzaju
monomerów nazywamy homopolimerami, powstałe zaś z różnych
monomerów - kopolimerami. Homopolimerami są: polichlorek winylu
(PVC), polietylen, polistyren i polioctan winylu. Do kopolimerów należy:
polimer ABS, czyli akrylonitryl + butadien + styren.

c.d.

Substancje (żywice) polikondensacyjne otrzymuje

się dzięki reakcji polikondensacji, tj. stopniowemu
przebiegowi reakcji chemicznej substancji wyjściowej,
której zawsze towarzyszy wydzielanie się prostych
związków chemicznych, np. wody, amoniaku,
chlorowodoru. W wyniku polikondensacji powstają
m.in. tworzywa fenolowe, silikony, aminoplasty,
poliamidy, żywice poliestrowe.

Substancje (żywice) poliaddycyjne otrzymuje się
dzięki stopniowo postępującej reakcji związanej z
przegrupowaniem atomu wodoru, której nie
towarzyszy wydzielanie się związków ubocznych. Do
tej grupy należą poliuretany i żywice epoksydowe.

KLASYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH

Tworzywa sztuczne ze względu na właściwości użytkowe dzieli się na dwie grupy:
1. Elastomery to tworzywa, które w temperaturze ok. 20°C mogą być

poddawane dużym odkształceniom przekraczającym 100%. Należą do nich
np. kauczuki.

2. Plastomery to tworzywa, które w normalnej temperaturze ulegają bez

zniszczenia jedynie nieznacznym odkształceniom sprężystym.
Plastomery dzieli się na tworzywa:
- termoplastyczne (termoplasty),
- termoutwardzalne (duroplasty),
- chemoutwardzalne.
Tworzywa termoplastyczne miękną pod wpływem ciepła i twardnieją po
ochłodzeniu. Proces ten jest powtarzalny. W technice budowlanej z żywic
termoplastycznych stosuje się między innymi polichlorek winylu; polistyren,
poliolefiny i poliamidy.
Tworzywa termoutwardzalne twardnieją pod wpływem działania
podwyższonej temperatury i reakcja ta jest nieodwracalna. W technice
budowlanej stosuje się żywice: fenolowe, furanowe, silikonowe i epoksydowe.
Tworzywa chemoutwardzalne ulegają utwardzeniu już w temperaturze
pokojowej pod wpływem działania specjalnych substancji, zwanych
utwardzaczami. Najczęściej stosowanymi tworzywami chemoutwardzalnymi
są żywice poliestrowe (nienasycone) i epoksydowe.

Uwaga

Wyroby z tworzyw sztucznych w czasie pożaru
są materiałami niebezpiecznymi.

Szczególnie groźne jest spalanie tworzyw

zawierających chlor, np. PVC.

Większość związków organicznych (w tym

tworzywa sztuczne) zawiera połączenie N-OH

(oksyny)

lub podwójne połączenie N=OH (dioksyny).

W czasie pożaru następuje wydzielanie się dioksyn,

które są bardziej toksyczne od cyjanku potasu.

Naruszają one strukturę kodu genetycznego,

osłabiają proces wzrostu.

Zastosowanie tworzyw

sztucznych

 materiały podłogowe,
 materiały do krycia dachów,
 płyty ścienne i okładziny ścienne,
 materiały do izolacji cieplnych,
 materiały do izolacji przeciwwilgociowych i

chemoodpornych,

 wyroby do instalacji wodociągowej i

kanalizacyjnej,

 wyroby do celów sanitarnych i instalacji

elektrycznych,

 stolarka budowlana,
 materiały malarskie, kleje i kity,
 materiały do hydrofobizacji,
 wyroby różne (okładziny na poręcze, klamki itp.)

Materiały podłogowe

Płytki i wykładziny rulonowe polichlorowinylowe

Płytki i wykładziny rulonowe produkuje się z polichlorku
winylu z dodatkiem wypełniaczy (mączki wapiennej),
plastyfikatorów oraz barwników.

Płytki podłogowe sztywne z PVC (PN-78B-89001) mogą

być gładkie jednobarwne lub deseniowe.
Są odporne na działanie środków myjących i wilgoć,
trudno ścieralne, niepalne i bez ostrego zapachu.

Wykładziny elastyczne (homogeniczne) - rulonowe

(PN-EN 649:2002) mogą być jedno- lub wielowarstwowe.
Poszczególne warstwy zawierają różne ilości PVC
(wierzchnie warstwy mają go więcej niż dolne). Pierwszą
warstwę (wierzchnią) stanowi przezroczysta folia.
Wykładziny te są materiałem trudno zapalnym.

Masy podłogowe

Kompozycje podłogowe z zastosowaniem

żywic syntetycznych służą do wykonywania

bezspoinowych posadzek.
Kompozycje te składają się ze składnika

żywicznego, utwardzacza, wypełniaczy

mineralnych oraz pigmentów i środków

pomocniczych.

Znaczenie praktyczne mają:

•epoksydowe, poliestrowe (te dwie

kompozycje są najczęściej stosowane) oraz

• poliuretanowe, akrylowe,

epoksydowo-poliuretanowe, winylowo-
estrowe.

Rodzaje posadzek

Wymienione posadzki wykonywane są w następujących

wersjach technicznych:

– cienkowarstwowe powłoki grubości około 0,5 mm,
– posadzki samorozlewne grubości 1,5÷4,0 mm,
– posadzki szpachlowe i zacierane grubości 3,0÷25,0

mm,

– posadzki elastyczne grubości 2,0÷4,0 mm.

Posadzki żywiczne charakteryzują się:

– krótkim czasem utwardzania,
– wysoką wytrzymałością na ściskanie, zginanie i rozciąganie,
– wysoką odpornością na ścieranie i transport kołowy,
– chemoodpornością,
– wysoką przyczepnością do podłoża betonowego,
– możliwością dowolnego barwienia oraz
– różnorodnego kształtowania powierzchni,
– łatwością konserwacji i pielęgnowania.

Zastosowanie posadzek

żywicznych

Ze względu na właściwości posadzki żywiczne

stosuje się głównie w budownictwie
przemysłowym oraz ogólnym, w tym także w
pomieszczeniach szpitalnych (pod warunkiem,
że wykazują odporność na plamienie środkami
leczniczymi i dezynfekującymi).

Wykonuje się je na mocnym, niepylącym,
suchym i niezanieczyszczonym podkładzie
betonowym.
W czasie wykonywania i utwardzania posadzek
żywicznych, temperatura powinna wynosić
10÷35°C , a wilgotność względna powietrza -
55÷75 % .

Cechy techniczne posadzek z kompozytów

żywicznych

Uzupełniające wyroby

przypodłogowe

Listwy podłogowe z PVC (PN-81/B-89002)
otrzymuje się metodą wytłaczania masy,
składającej się z polichlorku winylu, wypełniaczy
mineralnych, plastyfikatorów i pigmentów.
W zależności od wymiarów rozróżnia się dwa
typy listew: A i B). Barwa listew może być
czarna, brązowa lub zielona.

Materiały do krycia dachów

Materiały dachowe z tworzyw

sztucznych produkuje się w postaci płyt

(płaskich, falistych, fałdowych) i

świetlików dachowych w formie kopuł.

Produkuje się także gąsiory i elementy

brzegowe.

Płyty i okładziny ścienne

Płyty warstwowe, nazywane elementami

lekkiej obudowy, są złożone z trzech

warstw: dwóch zewnętrznych (okładzin)

oraz trzeciej, środkowej, o charakterze

izolacji cieplnej (rdzeń płyty).

Istotą płyty warstwowej jest trwałe

połączenie okładzin z rdzeniem w sposób

zapewniający współpracę warstw.

Połączenie takie uzyskuje się przez

przyklejenie okładzin do rdzenia klejem

wodoodpornym lub dzięki przyczepności

tworzywa rdzenia do okładzin.

Przykładowa płyta warstwowa - PW8/B,

tzw. płyta obornicka

A

Cechy techniczne płyt

warstwowych

A

Okładziny ścienne wewnętrzne i

zewnętrzne z polichlorku winylu

MATERIAŁY DO IZOLACJI CIEPLNYCH

Przemysł tworzyw sztucznych produkuje
obecnie następujące wyroby, stosowane jako
izolacje cieplne w budownictwie: styropian i
pianka poliuretanowa.

Styropian.

Jest to tworzywo piankowe otrzymywane z polistyrenu.
Styropian ze względu na postać dzieli się na:

• granulat lub
• bloki,
• płyty,
• łubki i
• inne

kształtki

.

Cechy

W budownictwie stosuje się dwa gatunki

styropianu: zwykły i samogasnący.
Płyty PS-E stosuje się przede wszyskim do

izolacji cieplnej i akustycznej w

budownictwie.

Cechy techniczne płyt styropianowych ekspandowanych (PS-E)

Cechy styropianu

Styropian jest odporny na działanie

wody morskiej,
rozcieńczonych kwasów organicznych i

nieorganicznych, alkoholi i rozcieńczonych
ługów.

Rozpuszcza się w:

acetonie,
benzynie,
toluenie,
ksylenie,

pęcznieje w

ropie naftowej i benzynie.

Cechy styropianu

Styropian ma kolor biały, jest
nieprzezroczysty, nie ulega działaniu
bakterii gnilnych, nie pleśnieje i nie jest
atakowany w warstwach izolacyjnych
przez gryzonie. Płyty styropianowe dają
się łatwo ciąć piłą o drobnych zębach
bądź za pomocą nagrzanego drutu
oporowego. Płyty pakuje się w klatki
drewniane o pojemności 0,25, 0,5 lub 1,5
m3 . Przechowuje się je podobnie jak
granulat styropianu.

PIANKA POLIURETANOWA

Bloki i płyty ze sztywnej pianki
poliuretanowej (PN-B-23117:1998) mają
strukturę porowatą i 90% komórek zamkniętych.
W zależności od zawartości środków obniżających
palność, bloki i płyty PUR dzieli się na dwa
rodzaje:

– Z - zwykłe (łatwopalne) - bez środków

obniżających palność,

– S - samogasnące - zawierające środki

obniżające palność.

Cechy techniczne pianki poliuretanowej

(PUR)

A

WYROBY

Bloki i płyty PUR, w zależności od gęstości
pozornej, dzieli się na trzy odmiany:

– 35 - o gęstości 32÷36,9 km/m3 ,
– 40 - o gęstości 37÷41,9 kg/m3 ,
– 45 - o gęstości 42÷47 kg/m3 .

Piankę stosuje się przede wszystkim do
izolacji cieplnej ścian zewnętrznych,
dachów i podłóg oraz urządzeń cieplnych i
okładzinowych.

Materiały do izolacji

przeciwwilgociowych

Folie poliizobutylenowe (oppanolowe) produkuje się

bez wypełniaczy lub z wypełniaczem (grafitowym albo
sadzą).

Folie te odznaczają się dużą plastycznością i odpornością

na działanie wód zakwaszonych oraz ługów.

Nie są odporne na działanie siarczku węgla(IV), czyli CS

2

,

nawet w małych stężeniach. Do przyklejania oppanolu
stosuje się kleje na bazie izobutylenu (klej C).

Wytrzymałość na rozrywanie folii bez wypełniaczy wynosi

około 2,1 MPa, a wydłużenie przy zerwaniu - do 900%.

Folie poliizobutylenowe stosuje się do izolacji

przeciwwilgociowych i antykorozyjnych narażonych na
działanie temperatury w przedziale −30÷ + 60°C

.

FOLIE

Folie polichlorowinylowe w zależności od użytego

surowca dzieli się na:

folie z PVC suspensyjnego i
folie z PVC emulsyjnego. Są to folie

miękkie.

Produkuje się również folie twarde.
Folie z PVC są odporne na działanie kwasów i alkaliów o

średnim stężeniu, roztworów soli i wody. Nie są
odporne na działanie rozpuszczalników organicznych
(aceton, benzen, toluen, benzyna, nafta, siarczku
węgla(IV) itp.). Arkusze folii łączy się ze sobą za
pomocą klejów winylowych lub spawania. Spawać
można folie grube (powyżej 1,5 mm).

Tabela 5. Cechy techniczne folii z polichlorku winylu.

Zestawienie cech technicznych folii z PVC

Wyroby do instalacji i sieci

wodociągowych, kanalizacyjnych oraz

elektrycznych

Elementy instalacji i sieci wodociągowej oraz kanalizacyjnej.

Zalicza się do nich:
rury i kształtki z PVC-U przeznaczone do sieci i instalacji
wodociągowych,
rury i kształtki do sieci kanalizacyjnych,
rury i kształtki polietylenowe oraz rury z polipropylenu.

Do celów sanitarnych produkuje się umywalki i zlewozmywaki
z polimetakrylanu metylu, poliestrów zbrojonych włóknem szklanym,
tworzywa ABS, a także armaturę czerpalną, deski sedesowe itp.
Wyroby te odznaczają się małą masą i estetycznym wyglądem.

Wyroby do instalacji elektrycznych.

Wyłączniki, gniazdka wtykowe i płyty rozdzielcze wykonuje się z
żywic fenolowych.
Do produkcji rurek izolacyjnych używa się polichlorku winylu, a kable
podtynkowe (dokładniej izolację metalowego rdzenia przewodu)
wyrabia się z PVC uplastycznionego.

Stolarka budowlana

Stosowanie tworzyw sztucznych w stolarce budowlanej pozwoliło
wyeliminować wiele problemów związanych z dotychczasowymi
wyrobami drewnianymi, np. konieczność starannej konserwacji,
paczenie się ram, nieodporność na zawilgocenie. W produkcji
elementów stolarki budowlanej największe zastosowanie znalazł
wysokoudarowy polichlorek winylu (PVC).

W Polsce produkuje się z niego ksztaltowniki do okien i drzwi
balkonowych, stosując metodę wytłaczania. Kształtowniki okienne
wytwarza się w postaci listew długości 5 m, o zróżnicowanych kształtcie
i wymiarach przekroju poprzecznego. W zależności od funkcji, jaką
spełniają w konstrukcji okien lub drzwi, kształtowniki dzieli się na:

• główne (elementy konstrukcyjne, np. ramiaki, słupki, nadproża,

progi),

• pomocnicze (np. łączniki, podkładki, listwy przyszybowe).

Ramy i drzwi balkonowe o barwie białej, gładkiej i błyszczącej
powierzchni są szklone szybami zespolonymi, zapewniającymi dobrą
izolację akustyczną i termiczną

Materiały malarskie

Wyroby malarskie produkowane z żywic syntetycznych dzieli się na

– wyroby ogólnego stosowania i
– wyroby chemoodporne.

Farby budowlane składają się z: pigmentu (barwidła), spoiwa,

wypełniacza i cieczy upłynniających (rozpuszczalnika).

Lakiery uzyskujemy przez rozpuszczenie żywic przezroczystych w

terpentynie, benzynie, spirytusie itp.
Stosowanie lakieru ma na celu nadanie połysku powierzchni, nie
kryjąc rysunku podkładu.

Emalie są to lakiery z dodatkiem odpowiednich pigmentów i

wypełniaczy. Tworzą nieprzezroczyste powłoki, dobrze kryjące, o
silnym połysku.

Zarówno emalie, jak i lakiery nanosi się na suche podłoża. Na
podłożach niewłaściwie przygotowanych powstają pęcherze i
odpryski, a w razie powlekania podłoża wilgotnego, źle do niego
przylegają.

Materiały malarskie

Do wyrobów malarskie ogólnego

stosowania

należą:

farby dyspersyjne,

 emalie chemoutwardzalne,
 emalie olejo-żywiczne,
 emalie poliwinylowe ogólnego stosowania,
 emalie chlorokauczukowe ogólnego

stosowania,

 emalie poliuretanowe
 farby silikonowe oraz szpachlówki.

Wyroby malarskie

Wyroby malarskie chemoodporne

Do wyrobów tych należą:

– farby i emalie poliwinylowe,

– farby i emalie chlorokauczukowe,

– farby, lakiery i emalie epoksydowe,

– farby i emalie ftalowe.

KLEJE I KITY

Ze względu na stan skupienia rozróżnia się kleje

ciekłe i kleje stałe (topliwe).
Istnieje również klasyfikacja klejów w zależności
od ich składu chemicznego, mechanizmu
utwardzania i technologii klejenia.

Kity są kompozytami budowlanymi,

zawierającymi:

• żywice, np. epoksydową, poliestrową, fenolową,

furanową, poliuretanową, tiokolewą,

• mączki, np. kwarcytowe, węglowe, grafitowe,

talk, kredę,

• modyfikatory, np. plastyfikatory, środki

adhezyjne i inhibitory korozji.

Materiały do hydrofobizacji wyrobów

budowlanych

Większość materiałów budowlanych ma
powierzchnie podatne na zwilżanie.
By tę cechę zmienić, powleka się je roztworem
hydrofobowym, tj. nadaje się tej powierzchni
cechę charakteryzującą się brakiem zwilżania.
Zjawisko to wyjaśniono na rysunku.

Przykłady napięcia powierzchniowego

:

a) α > 90° - brak zwilżania,

b) α ≈ 90° - slabe zwilżanie, c) α < 90° -

dobre zwilżanie

Środki do hydrofobizacji

Środki najczęściej stosowane do hydrofobizacji

materiałów budowlanych.

•Ahydrosil jest roztworem żywicy

metylosilikonowej
w ługu sodowym, czyli w wodnym roztworze
zasady sodowej.
Ahydrosil K to roztwór tej samej żywicy w ługu
potasowym.

AHYDROSIL

Ahydrosil K to lekko żółtawa ciecz o gęstości ok. 1,27

g/cm

3

, która zawiera ok. 20% żywicy silikonowej.

W temperaturze poniżej -10°C krzepnie, nie tracąc
właściwości użytkowych.
Jego roztwory wodne wsiąkają w głąb powlekanych
materiałów

(betonów, cegieł, gazobetonów, tynków,

prefabrykatów gipsowych, dachówek), a po odparowaniu
i kalcynacji soli alkalicznej tworzą cieniutkie błonki o
cechach hydrofobowych, tzn. niełączące się z wodą.

Hydrofobizacja materiałów zwiększa ich trwałość.
Efekt hydrofobizacji utrzymuje się przez kilka do
kilkunastu lat. Do hydrofobizacji stosuje się roztwory
rozcieńczone wodą w stosunku 1÷ 6 lub 1 : 10 .

Inne wyroby z tworzyw sztucznych

Taśmy dylatacyjne produkuje się z
uplastycznionego polichlorku winylu (PVC). W
zależności od kształtu i wymiarów rozróżnia się
trzy rodzaje taśm:

• nr 0 - taśma szerokości 115 mm,
• nr 3 - taśma szerokości 200 mm,
• nr 4 - taśma szerokości 350 mm.

Taśmy dylatacyjne są elastyczne, odporne na
działanie wody, roztworów soli, zasad oraz
kwasów rozcieńczonych. Są nieodporne na
działanie rozpuszczalników organicznych, np.
acetonu, benzenu, benzyny lub tri.
Barwa taśm jest słomkowa

.

Okładzina poręczowa

Okładzina poręczowa (PN-93/B-89020) jest

wykonywana ze zmiękczonego polichlorku winylu z

dodatkiem mączki mineralnej i barwnika.
Przekrój taśmy pokazano na rysunku . Mocuje się ją na
płaskownikach metalowych 30 x 6 , 40 x 8 lub 48 x 8
mm. Wytrzymałość taśmy na rozciąganie wynosi ok.
49 MPa przy wydłużeniu ok. 18%.
Technika mocowania okładzin polega na ogrzewaniu
ich do 50 °C , a następnie nałożeniu na płaskownik.

Inne wyroby z tworzyw sztucznych

•

Unilam to płyty dekoracyjne, które otrzymuje się przez sprasowanie na
gorąco pod wysokim ciśnieniem arkuszy papieru nasyconego żywicami
termoutwardzalnymi (warstwy wierzchniej żywicą melaminową, spodniej
fenolową).
Rozróżnia się płyty o budowie asymetrycznej (jedna strona dekoracyjna,
druga zaś szorstka, przeznaczona do klejenia) oraz symetrycznej (Płyty
nie mają nieprzyjemnego zapachu, są odporne na działanie olejów,
rozpuszczalników, czynników atmosferycznych, pleśni i alkoholi. Jest to
materiał samogasnący, dobrze znoszący temperaturę -35 ÷ + 50°C .
Stosuje się je jako okładziny dekoracyjne ścian wewnątrz budynków (na
powierzchnie płaskie), tam gdzie wymagana jest łatwość utrzymywania
w czystości i odporność na zawilgocenie.

•

), odwadniania fundamentów, wzmaeniania skarp i zboczy nasypów,
ochrony izolacji przeciwwilgociowych.

•

.

Inne wyroby z tworzyw sztucznych

Tapety winylowe

Tapety winylowe

Rozróżnia się trzy odmiany tapet:

Rozróżnia się trzy odmiany tapet:

z nadrukiem (np. wzór drewnopodobny),

z nadrukiem (np. wzór drewnopodobny),

bez nadruku,

bez nadruku,

z nadrukiem i tłoczone.

z nadrukiem i tłoczone.
Geowłókniny stanowią wyrób w postaci gotowej warstwy

runa

o przypadkowej orientacji włókien, połączonych siłami

kohezji łub adhezji. Do produkcji geowłóknin stosuje się

następujące polimery: polipropylen (około 65%), poliety len

(około 10%), poliester (około 30%) i inne (około 4%).

Charakteryzują się dobrą wodoprzepuszczalnością.

Wytrzymałość na rozciąganie powyżej 3 kN/m przy

wydłużeniu w momencie zerwania nie mniej niż 35%.
W budownictwie używa się ich m.in. w konstrukcji posadzek

w budynkach, do rozdzielania

warstw, odwadniania

fundamentów, wzmacniania skarp i zboczy nasypów,

ochrony izolacji przeciw wilgociowych

Inne wyroby z tworzyw sztucznych

Hydrolit to ciekły, ciemnobrązowy preparat. W jego skład wchodzą
żywice syntetyczne, rozpuszczalniki syntetyczne, rozpuszczalniki
organiczne, plastyfikatory i substancje barwiące.
Preparat naniesiony na powierzchnię świeżego, wilgotnego betonu
schnie szybko, tworząc na niej cienką błonkę. Powłoka hydrolitu
zabezpiecza mieszankę betonową przed parowaniem wody,
zapewniając prawidłowy przebieg procesów wiązania i twardnienia
betonu.
Stosowanie preparatu zastępuje kłopotliwe (wielokrotne polewanie
wodą, osłanianie matami itp.).
Hydrolit jest przeznaczony do pielęgnowania betonów układanych na
dużych powierzchniach, których zewnętrzną warstwę trzeba wykonać
szczególnie starannie.
Należą do nich: nawierzchnie dróg i mostów, drogi startowe lotnisk,
dachy betonowe lub betonowe elementy budowli hydrotechnicznych.
Preparat natryskuje się cienką warstwą na powierzchnię świeżego
betonu. Zabieg ten może być wykonany już po upływie 1 do 2 godzin
po ułożeniu betonu