materialy-do-kolokwium-do-cwiczenia-laboratoryjnego-nr-4, Chemia


MATERIAŁY DO ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO NR 4 „IDENTYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH”

1. Podstawowe wiadomości z chemii organicznej.

Substancje organiczne w budownictwie

występują przede wszystkim jako:

paliwa i środki pomocnicze w produkcji materiałów budowlanych: gaz ziemny, oleje grzewcze, rozpuszczalniki, środki przeciwprzyczepne do smarowania form, oleje i smary,

środowisko niektórych elementów budowli, zwłaszcza w przemyśle spożywczym, gospodarstwach inwentarskich, oczyszczalniach wód itp.

Chemia organiczna - nauka zajmuje się naturalnymi i syntetycznymi związkami węgla.

Dzięki szczególnym zdolnościom tego pierwiastka do tworzenia połączeń łańcuchowych i pierścieniowych liczba tych związków osiąga 4 mln.

Najprostsze związki organiczne składają się z dwóch pierwiastków — węgla i wodoru,

Atomy węgla posiadają zdolności do tworzenia długołańcuchowych szkieletów, które

wynikają z:

Hybrydyzacja atomu węgla w związkach organicznych zależy od tego, czy tworzy on wyłącznie wiązanie pojedyncze, czy też wiązania wielokrotne z innym atomem węgla lub innymi atomami, tzw. heteroatomami.

0x08 graphic
Gdy atom węgla jest związany: tylko wiązaniami pojedynczymi - przyjmuje się, że atom węgla ma hybrydyzację sp3, co wiąże się z tym, że kąty między najbliższymi parami tych wiązań wynoszą 104 ° ; przyjmując, że atom węgla znajduje się w geometrycznym środku czworościanu foremnego, cztery jego wiązania są skierowane ku czterem wierzchołkom tego czworościanu.

Np. w metanie CH4

Jeżeli w cząsteczce organicznej występuje jedno lub dwa wiązania podwójne, to powstanie takich wiązań wiąże się z hybrydyzacją sp2, gdzie kąty wiązań między podwójnymi i pojedynczymi wiązaniami wynoszą 120° i znajdują się wszystkie w jednej płaszczyźnie, a zatem cały układ wokół atomu węgla sp2 jest trójkątny i płaski.

0x08 graphic
np. w etylenie: CH2 == CH2

W wiązaniu podwójnym, jedno jest

typu sigma, σ,(silne), a drugie typu

pi , Π, dużo słabsze.

Jedno wiązanie potrójne - hybrydyzacja sp - kąt między wiązaniem potrójnym i pojedynczym wynosi 180°C - a zatem cały układ wokół atomu węgla sp jest liniowy

0x08 graphic

np. w acetylenie CH ≡≡ CH

jedno - σ i dwa typu Π.

W węglowodorach występują następujące wiązania:

C—C (atomowe)

C—H (atomowe nieznacznie spolaryzowane)

Związki te

Występujące wiązania między atomami węgla mogą mieć charakter pojedynczy(sp3), ale też podwójny(sp2 )i potrójny(sp1):

0x08 graphic

Węglowodory nasycone - alkany: ogólny wzór - CnH2n+2

Przykład: etan C2H6

Grupy alkilowe: CnH2n+1

Np.: metylowa, alkilowa itd.

Węglowodory nienasycone z jednym wiązaniem podwójnym - Alkeny (olefiny) - ogólny wzór: CnH2n

Przykład: propen ( nazwa handlowa propylen) - CH2==CH -CH3

Węglowodory nienasycone z jednym wiązaniem potrójnym - Alkiny (acetyleny) - ogólny wzór : CnH2n-2

Przykład: propyn CH≡≡C—CH3

Rodzaje związków organicznych : alkohole, etery, aldehydy, ketony, kwasy karboksylowe, aminy, węglowodory aromatyczne, posiadające charakterystyczne grupy funkcyjne.

Przyczyną reaktywności węglowodorów są wielokrotne wiązania a w pochodnych węglowodorów grupy funkcyjne.

2. POLIMERY - WIELKOCZĄSTECZKOWE ZWIĄZKI ORGANICZNE

TWORZYWA SZTUCZNE

Substancje o budowie wielkocząsteczkowej są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie i od kilku dziesiątków lat odgrywają dużą rolę w technice.

Jeśli mówimy o "wielkiej" drobinie to zdajemy sobie sprawę, ze termin ten nie jest precyzyjny, (makrocząsteczki 10 -10 atomów) gdyż trudno jest znaleźć jednoznaczne kryterium zgodnie z którym można by podzielić cząsteczki na "wielkie" i "małe". W praktyce nie ma większych trudności z odróżnianiem takich cząsteczek. W przypadku małych cząsteczek już najmniejsza zmiana w składzie jakościowym lub ilościowym powoduje radykalną zmianę we właści­wościach fizycznych (chemicznych) substancji. W przypadku substancji wielko­cząsteczkowych dodanie lub odjęcie pojedynczej sekwencji atomów prawie nie zmienia właściwości, o ile nie jest to związane z przemieszczeniem się jakiejś szczególnie reaktywnej (funkcyjnej) grupy atomów. W świecie organizmów (w biosferze) substancje wielkocząsteczkowe występują powszechnie jako składniki strukturalne (np. błonnik tj. celuloza, białka) i funkcjonalne (np. kwasy nukleinowe, wielocukry).

W technice materiały uzyskiwane z substancji wielkocząsteczkowych nazy­wane są tworzywami sztucznymi. Znane są jednak substancje pochodzenia natu­ralnego o właściwościach podobnych do syntetyków. Nawet odwrotnie, niektóre rodzaje tworzyw wytwarzano pierwotnie z surowców naturalnych by dopiero później znaleźć tańsze i lepsze pod względem parametrów technicznych sztuczne substytuty.

Szerokie stosowanie tworzyw sztucznych w technice jest spowodowane ich zaletami, do których należą: łatwość formowania, duża odporność chemiczna, wytrzymałość mechaniczna i właściwości dielektryczne. Szczególnie ważną ce­chą konstrukcyjną tworzyw jest mała gęstość i związany z nią bardzo korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do gęstości. Tworzywa sztuczne umożli­wiają uzyskiwanie wyrobów w postaci folii, włókien, pian (gąbek) i innych. Słu­żą jako: spoiwa, kity, kleje i apretury. Wadą tworzyw w porównaniu np. z meta­lami jest ich na ogół mniejsza twardość i wytrzymałość mechaniczna oraz zjawi­sko płynięcia pod obciążeniem. Barierą zastosowań bywa również mała odpor­ność cieplna.

Tworzywa sztuczne powstają przez połączenie pojedynczych cząsteczek monomeru o zdefiniowanych właściwościach w wielkie cząsteczki polimeru róż­niące się na ogół masą cząsteczkową i właściwościami.

Najmniejsze powtarzają­ce się w polimerze zespoły atomów nazywa się merami a proces powstawania polimeru polimeryzacją.

2.1. Podział oraz sposoby wytwarzania i modyfikacji polimerów.

Pod względem właściwości użytkowych polimery możemy podzielić na:

elastomery - podczas próby na rozciąganie (w temperaturze pokojowej) wyka­zują wydłużenie powyżej 100%, np. kauczuki.

plastomery - podczas próby na rozciąganie - wydłużenie jest mniejsze niż 100% i pod wpływem obciążenia tworzywo trwale odkształca się plastycznie.

Plastomery (najliczniejsza grupa tworzyw) dzieli się na:

Na skalę techniczną stosuje się cztery podstawowe sposoby prowadzenia procesu polimeryzacji:

  1. Polimeryzacja w masie (blokowa). Monomer w wyniku inicjacji reakcji za­mienia się w blok polimeru przyjmując kształt naczynia.

  2. Polimeryzacja perełkowa (w zawiesinie). W kropelkach polimeru rozproszo­nych w rozpuszczalniku (najczęściej w wodzie) zachodzi polimeryzacja blo­kowa. Otrzymuje się w ten sposób drobne perełki polimeru o średnicy 0.5 - 3 mm.

  3. Polimeryzacja emulsyjna. Monomer rozprasza się w rozpuszczalniku aż do uzyskania emulsji. Polimer ma postać malutkich kulek o średnicy ok. 0.1 mm i wygląda jak proszek.

Polimeryzacja w roztworze. Prowadzi się ją w rozpuszczalniku, który roz­puszcza zarówno monomer jak i polimer. Po zakończeniu procesu rozpusz­czalnik jest odparowywany.

W praktyce przemysłowej najczęściej stosuje się polimeryzację perełkową i emulsyjną.

Większość substancji polimerycznych w warunkach normalnych ma wygląd ciał stałych, ale pod wpływem ogrzewania przechodzi w stan elastyczny, następ­nie plastyczny a później ulega rozkładowi termicznemu. Nie obserwuje się efektu topnienia, tak charakterystycznego dla ciał stałych. Jest to wynikiem specyficznej struktury substancji polimerycznych, która obok obszarów nieuporządkowanych (amorficznych) zawiera obszary krystaliczne utworzone z wielu cząstek polimeru (rys. la) lub z jednej cząsteczki odpowiednio pofałdowanej, (rys 1. b)

0x08 graphic

Rys. 1 Struktura krystalicznych obszarów w polimerach.

a. krystaliczność miedzyłańcuchowa

b. krystaliczne fałdy łańcuchowe.

K - obszar krystaliczny;

A - obszar amorficzny.

Ilość obszarów krystalicznych i ich wzajemne położenie wpływa na właściwości mechaniczne polimeru. Mała ilość obszarów krystalicznych będzie powodowała obniżenie temperatury mięknięcia polimeru. Polimer taki będzie miał strukturę podobną do cieczy o dużej lepkości. Wytworzenie dużej ilości obszarów krysta­licznych poprawi jego odporność termiczną ale zwiększy kruchość. Będzie on miał właściwości bardziej podobne do ciała stałego.

2.2. Modyfikowanie właściwości polimerów

Modyfikację polimerów można prowadzić następującymi sposobami:

2.2.1. Sposób polimeryzacji (bez lub w obecności katalizatora)

Polimeryzacja tzw. wysokociśnieniowa (bez użycia katalizatora) prowadzi do powstania polimerów liniowych często z rozgałęzieniami. Pewne uporządkowa­nie struktury polimeru można otrzymać przy wytwarzaniu tą metodą tworzyw usieciowanych przestrzennie.

0x01 graphic

Przykładowe struktury polimerów otrzymywanych tym sposobem przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2 Rodzaje struktury polimeru:

2.2.2. Polimeryzacja przy użyciu katalizatorów pozwala na uzyskanie bardzo re­gularnego ułożenia przestrzennego monomerów w cząsteczce polimeru (bez roz­gałęzień łańcucha). Regularność ta powoduje otrzymanie tworzywa o podwyż­szonej wytrzymałości mechanicznej i zwiększonej odporności termicznej.

2.3. Kopolimeryzacja

Polimeryzacji poddaje się dwa lub trzy rodzaje monomerów tworząc struktury:

-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B- przemienna

-A-A-B-A-B-B-B-A-A-B- statystyczna

-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B- blokowa

-A-A-A-A-A-A-A-A-A- szczepiona

│ │ │ │

B-B-B-B

Na drodze kopolimeryzacji i otrzymuje się jedno z popularniejszych tworzyw o nazwie ABS (akrylonitryl, butadien, styren) stosowane w przemyśle elektro­nicznym (obudowy) i motoryzacyjnym (listwy, osłony, kraty, klamki).

2.4. Stosowanie napełniaczy, pigmentów, barwników

Napełniacze - to włókna, skrawki materiału, proszki (szkło, mika, kreda, mączka drzewna) itp. substancje, które dodaje się do polimeru w celu poprawienia wy­trzymałości mechanicznej i zwiększenia odporności termicznej tworzywa oraz obniżenia ceny gotowego wyrobu. Pigmenty (barwne substancje nieorganiczne np. tlenki) i barwniki (barwne substancje organiczne) dodaje się też w celu po­prawy estetyki wyrobów.

2.5. Stosowanie stabilizatorów

Stabilizatory to głównie antyutleniacze i pochłaniacze promieniowania UV (ultrafioletowego). Opóźniają proces destrukcji tworzywa pod wpływem działa­nia tlenu, światła i ciepła.

2.6. Stosowanie plastyfikatorów

Wprowadzenie plastyfikatorów do struktury polimeru powoduje zwiększenie ela­styczności tworzywa w zakresie temperatury użytkowania. Jako plastyfikatory, szczególnie do polimerów winylowych, stosuje się trudno lotne estry.

W zastosowaniach przemysłowych przeważają obecnie polimery syntezowane na bazie ropy naftowej. Polimery te wyparły niemal całkowicie tworzywa dawniej produkowane takie jak estry celulozy (celuloid) i galalit otrzymywany ze składników mleka krowiego. Z produktów naturalnych na rynku spotykamy w dużych ilościach przede wszystkim kauczuk naturalny i celulozę przetworzoną na tzw. jedwab wiskozowy.

Dla poszczególnych rodzajów tworzyw i ich odmian zamiast nazw chemicz­nych stosuje się w Europie skróty literowe. Używa się ich zarówno w piśmien­nictwie, jak i oznakowaniu wyrobów gotowych, co znakomicie ułatwia identyfi­kację tworzyw w przypadku klejenia lub segregację przy powtórnym przetwarza­niu.

W zastosowaniach przemysłowych używa się także nazw związanych z kon­kretną fabryką (często zastrzeżonych) np. TEFLON® firmy Du Pont.

Substancje polimeryczne otrzymuje się stosując dwa podstawowe typy reakcji: polimeryzację addycyjną ( głównie reakcje łańcuchowe) i polimeryzację kondensacyjną ( głównie polimeryzacja stopniowa).

Polimeryzacja addycyjna zachodzi, gdy jednakowe lub różne cząsteczki łączą się ze sobą tworząc polimer i nie wydziela się przy tym produkt uboczny. W re­akcji tej mogą brać udział:

• monomery zawierające pomiędzy atomami węgla wiązania typu Π, których zerwanie prowadzi do powstania cząstek polimeru o charakterze liniowym np.:

0x01 graphic

0x08 graphic
• mononery o różnej budowie, które łącząc się ze sobą zmieniają swoją struktu­rę przestrzenną. Mechanizm takiej reakcji polega na przemieszczeniu się ato­mu wodoru w cząsteczce monomeru. Przykładem może być synteza poliureta­nu z diolu i diizocyjanianu, w której otrzymujemy polimer liniowy.

Polimeryzacja kondensacyjna zachodzi, gdy jednakowe lub różne cząsteczki łączą się ze sobą tworząc polimer i wydziela się produkt uboczny w postaci małej cząsteczki (np. wody). Przykładem takiej reakcji jest synteza żywic fenolowych z fenolu i aldehydu mrówkowego (formaldehydu).

0x01 graphic

Ponieważ fenol zawiera aktywne atomy wodoru również w innych położeniach przy pierścieniu aromatycznym, to po utworzeniu się struktury łańcuchowej (jak w reakcji) polimeryzacja może przebiegać i w innych kierunkach i tworzą się struktury polimeryczne usieciowane przestrzennie.


3. Przegląd polimerów często stosowanych w technice

Elastomery

1. Kauczuk butadienowo-styrenowy (SB)

Otrzymywany przez kopolimeryzację butadienu ze styrenem.

0x01 graphic

Polimer ten wulkanizuje się na gorąco z dodatkiem siarki, która w miejscu po­dwójnych wiązań tworzy mostki między łańcuchami. W tej postaci stosowany jest w połączeniu z kauczukiem naturalnym do wyrobu dętek i opon.

2. Kauczuk silikonowy (SI)

Łańcuchy polimeru łączone pomiędzy sobą w procesie wulkanizacji zawie­rają na przemian atomy tlenu i krzemu np.

0x01 graphic

Przez zmianę podstawników przy atomie krzemu można modyfikować wła­ściwości otrzymanych polimerów nadając im np. elastyczność w niskich tempe­raturach. Polimer jest odporny na temperatury do 473K (200°C). Tworzywa tego typu mogą być również wytwarzane jako usieciowane przestrzennie i w tej po­staci używa się ich do wyrobu lakierów.

3. Kauczuki poliuretanowe (PU)

Są szczególnie odporne na ścieranie i działanie chemikaliów. Otrzymuje się je w procesie polimeryzacji addycyjnej z dioli (alkoholi z dwiema grupami -OH) i diizocyjanianów lub triizocyjanianów. Polimeryzując diole z triizocyjanianami otrzymujemy polimery usieciowane przestrzennie. Szczególne znaczenie mają poliuretany spienione (pianki sztywne lub elastyczne), które dzięki dużej odpor­ności na starzenie, małej gęstości i słabemu pochłanianiu wody stosuje się jako materiały termoizolacyjne.

Plastomery termoplastyczne

1. Polietylen (PE)

Niskociśnieniowy (LDPE) i wysokociśnieniowy (HDPE).

0x08 graphic
Otrzymywany jest przez polimeryzację etylenu:

Zależnie od sposobu polimeryzacji otrzymuje się tworzywo o zróżnicowa­nych właściwościach. Zakres stosowalności cieplnej od 200 do 340 K (-70° do 70°C).

Nie chłonie wilgoci. Folia z polietylenu nie przepuszcza wody ale ła­two przenikają przez nią składniki powietrza tlen i azot. Ze względu na niską ce­nę i łatwość przeróbki polietylen posiada wszechstronne zastosowanie również jako izolator elektryczny.

2. Polipropylen (PP)

0x08 graphic
Otrzymywany przez polimeryzację propylenu:

Ma wyższy niż polietylen stopień krystaliczności i szerszy zakres stosowalności cieplnej od 270 do 370 K (0 do 100°C). Odporność chemiczna i dobre właściwości me­chaniczne sprawiły, że polipropylen obok innych zastosowań jest obecnie szero­ko stosowany do wyrobu części w przemyśle motoryzacyjnym (np. zderzaki sa­mochodów osobowych).

Wypiera on w tych zastosowaniach ABS, gdyż nadaje się dobrze do powtórnego przerobu (recyklingu). Bywa stosowany również w postaci włókna.

3. Polichlorek winylu (PVC)

Otrzymywany przez polimeryzacje chlorku winylu:

0x08 graphic

Odporny na chemikalia i rozpuszczalniki organiczne. W celu zmniejszenia kruchości w niskich temperaturach dodaje się do niego substancje modyfikujące (plastyfikatory). Samogasnący, dobry izolator, stosowany szeroko w elektrotech­nice jako osłona przewodów. Służy do wyrobu: kształtek, rur, węży, folii i sztucznej skóry, (folia PVC i sztuczna skóra przepuszczają niewielkie ilości pa­ry wodnej)

4. Polistyren (PS)

Otrzymywany na drodze polimeryzacji styrenu:

0x08 graphic
Polistyren S (niskoudarowy) - przezroczysty, bardzo dobry izolator ale kruchy. Jest często kopolimeryzowany z innymi tworzywami (polistyren wysokoudarowy) podwyższającymi wytrzymałość mechaniczną. Po spienieniu stosowany jest powszechnie w budownictwie jako materiał termo­izolacyjny - styropian.

5. Polimetakrylan metylu (PMMA) tzw. plexi

Otrzymywany w reakcji:

0x08 graphic

Najpopularniejszy wśród polimerów pochodnych kwasu akrylowego. Dobry izo­lator, przezroczysty, odporny mechanicznie ale dość kruchy. Polimery akrylowe są bazą do produkcji nowoczesnych wodnych lakierów emulsyjnych (bez roz­puszczalników organicznych).

6. Politetrafluoroetylen (PTFE) - tzw. teflon

Otrzymywany na drodze polimeryzacji emulsyjnej w postaci proszku:

0x01 graphic

Płyty, kształtki i powłoki powstają przez prasowanie i wygrzewanie proszku z PTFE. Dobry izolator ciepła i dielektryk. Może pracować do temperatury 530K (260°C), jest samosmarujący ale płynie pod większymi obciążeniami mecha­nicznymi. Bardzo odporny chemicznie.

7. Poliformaldehyd (POM)

Otrzymywany jest przez katalityczną polimeryzację aldehydu mrówkowego. Pro­ces ten jest bardzo czuły na zanieczyszczenia np. wodę, która powoduje zakoń­czenie łańcucha.

Cechuje go odporność mechaniczna i całkowita odporność na rozpuszczalniki organiczne.

Maksymalna temperatura użytkowania 390K (120°C). Stosowany jest po­wszechnie do wytwarzania przekładni zębatych w sprzęcie gospodarstwa domo­wego i różnego rodzaju detali w przemyśle motoryzacyjnym0x08 graphic
.

8. Poliwęglan (PC)

0x08 graphic
Otrzymywany przez polikondensację fosgenu (dawny gaz bojowy) i difenolanów.

Bardzo dobre właściwości mechaniczne (kowalny). Temperatura użytkowania 170 - 400K (od -100 do 130°C). Przezroczysty lub lekko żółty. Stosowany na obudowy w sprzęcie wojskowym, nietłukące szyby kuloodporne i różne osłony np. tarcze policyjne a także płyty CD. Trudny w przetwórstwie ze względu na wysoką temperaturę przetwarzania 570K (300°C), ale jest poszukiwany na rynku.

9. Poliamidy (PA)

0x08 graphic
Otrzymywane z aminokwasów lub kwasów dikarboksylowych i diamin.

Wykazują dużą twardość i odporność na ścieranie. Stosowany do wyrobu kół zę­batych i innych elementów trących. Dają się łatwo wyciągać w nić o dużej wy­trzymałości używaną jako włókno do produkcji tkanin (materiał na rajstopy i spadochrony).

10. Poliestry *

Otrzymywane mogą być w reakcji polimeryzacji addycyjnej z dowolnego diolu i kwasu dikarboksylowego. Najbardziej znanym poliestrem liniowym jest politereftalan etylenu (PET) otrzymywany z kwasu tereftalowego i glikolu etylenowe­go w reakcji:

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

Termoplastyczne liniowe poliestry stosowane są do wyrobu włókien (elana), folii (Mylar®) i opakowań.

Plastomery chemo- i termoutwardzalne

1. Poliestry chemoutwardzalne

Wytwarza się je jako żywice poliestrowe (UP), które następnie poddaje się chemoutwardzaniu (sieciowaniu). Sieciowanie polega na utworzeniu wiązań po­przecznych pomiędzy łańcuchami polimerów liniowych a prowadzi sieje najczę­ściej przy użyciu dodatkowych substancji (utwardzaczy) albo już w trakcie poli­meryzacji. Poliestry takie znajdują szerokie zastosowanie do wyrobu lakierów i laminatów.

2. Żywice epoksydowe (EP)

Otrzymywane z epichlorohydryny i difenoli

0x01 graphic

Po połączeniu substratów proces przebiega dalej z odszczepieniem chlorowodoru i utworzeniem pierścienia epoksydowego, który może łączyć się z następną cząstką bisfenolu-A tworząc łańcuch polimeru. Żywice epoksydowe sieciowane są chemicznie przy pomocy utwardzaczy.

Wykazują wysoką odporność chemiczną, termiczną i mechaniczną. Stosowane są jako: lakiery, kleje, szpachle lub do wytwarzania laminatów.

3. Fenoplasty (CF) i aminoplasty (UF)

Przez polimeryzację kondensacyjną otrzymuje się

Wykazują dobre właściwości izolacyjne oraz odporność mechaniczną i ter­miczną. Utwardza się je termicznie w procesie, który jest nieodwracalny. Feno­plasty (w kolorze czarnym lub brązowym) stosowane są do wytwarzania klejów (do płyt wiórowych) i elementów izolacyjnych. Z aminoplastów (białych lub lek­ko żółtych) produkuje się galanterię elektrotechniczną. Dawniej szeroko stoso­wane, obecnie wypierane przez tworzywa termoplastyczne oraz akrylowe.

Tworzywa sztuczne - ekonomika i ochrona środowiska

Ogromnie rozpowszechniona produkcja opakowań i innych wyrobów z tworzyw sztucznych zmusza do zastanowienia się, co dzieje się gdy przedmioty te trafią na wysypisko śmieci. Nie są one tak łatwo utylizowane przez przyrodę jak np. papier. Wynika stąd konieczność dostosowania produkcji tworzyw zarówno do wymogów ekonomicznych, jak i wymogów ochrony środowiska. Z przedstawionego wykazu tworzyw wynika, że najliczniejszą grupę stanowią tworzywa termoplastyczne. Rozwijanie technologii w tym kierunku ma na celu rozpo­wszechnianie tworzyw ulegających powolnej samodegradacji (np. niektóre ga­tunki polietylenu czy polipropylenu) lub tworzyw nadających się do powtórnego przetworzenia. Wiele wyrobów z tworzyw sztucznych zaopatrzonych jest nie tyl­ko w symbole literowe ułatwiające identyfikacje, ale posiada znak0x01 graphic
infor­mujący, że po wykorzystaniu materiał może być powtórnie przetworzony. Sto­sowanie takich pełnych oznaczeń zaczyna być na świecie powszechne i to nie tylko na skomplikowanych detalach (np. wyposażenia samochodów) ale także na powszechnych i tanich workach z cienkiej folii. Czynione są również pierwsze próby znakowania tworzyw przez dodawanie do nich specjalnych bezbarwnych substancji fluoryzujących w nadfiolecie. Pozwoli to na zautomatyzowanie proce­su segregacji odpadów. Wiele wyrobów (szczególnie opakowań) wytwarzanych jest jednak dalej z pominięciem wymogów ochrony środowiska i te przy braku wyobraźni użytkowników wyrzucone w różne miejsca przez wiele dziesiątków lat będą szpeciły krajobraz i stwarzały zagrożenie dla zwierzyny, zwłaszcza ptaków.

Wybrane tworzywa sztuczne stosowane w budownictwie

Tworzywo

Charakterystyka

Metody

przetwórstwa

Zastosowanie

Polipropylen

produkt

polimeryzacji

propylenu,

duży stopień

krystaliczności

(izotaktyczny),

termoplast

wtrysk,

wytłaczanie

rury, płyty i urządzenia pracujące z zimną i gorącą wodą, parą wodną i

chemikaliami w temperaturze pokojowej;

folie, często jako izolacje do form odlewniczych dla materiałów budowlanych

Polichlorek

winylu

produkt

polimeryzacji

chlorku winylu,

bezpostaciowy,

termoplast

wytłaczanie,

kalandrowanie,

wtrysk,

prasowanie,

powlekanie

wtrysk,

rury do zimnej wody, gazu

ziemnego, podziemnych

instalacji elektrycznych;

ramy okienne i instalacje

wentylacyjne; pojemniki; płyty i profile

Polimetakrylan metylu

produkt

polimeryzacji meta-

krylanu metylu,

bezpostaciowy,

termoplast

wytłaczanie,

obróbka wiórowa

„sztuczne szkło",

przeszklenia i reklamy,

oprawy świetlne, sklepienia,

elementy urządzeń

sanitarnych

Żywice

fenolowo-

formaldehydo-we

produkty

polikondensacji fenoli z

formaldehydem, plasto-

mery termoutwardzalne

prasowanie,

wytłaczanie,

wtrysk,

odlewanie

laminaty, płyty i

elementy dekoracyjne i

wykończeniowe;

obudowy

elektroizolacyjne, rury; kity budowlane

Nienasycone

żywice

poliestrowe

produkt polikondensacji

bezwodników kwasów

lub kwasów

dikarboksylowych z

glikolami (np. bezwodnik

maleinowy i glikol etylowy), w mieszaninie z

monomerem winylowym

(np. styren) i żywica

chemoutwardzalna

odlewanie,

laminowanie

w postaci zbrojonych

laminatów, jako płyty do

pokrywania dachów,

elementy konstrukcyjne

w budownictwie;

obudowy maszyn i

urządzeń, rurociągi i

zbiorniki; zaprawy i

betony żywiczne

Żywice

fenolowo-

formaldehy

dowe

produkty

polikondensacji fenoli z

formaldehydem, plastomery termoutwardzalne

prasowanie,

wytłaczanie,

wtrysk,

odlewanie

laminaty, płyty i

elementy dekoracyjne i

wykończeniowe;

obudowy

elektroizolacyjne, rury; kity budowlane

Nienasycone

żywice

poliestrowe

produkt polikondensacji

bezwodników kwasów

lub kwasów

dikarboksylowych z

glikolami (np. bezwodnik

maleinowy i glikol etylowy), w mieszaninie z

monomerem winylowym

(np. styren) i żywica

chemoutwardzalna

odlewanie,

laminowanie

w postaci zbrojonych

laminatów, jako płyty do

pokrywania dachów,

elementy konstrukcyjne

w budownictwie;

obudowy maszyn i

urządzeń, rurociągi i

zbiorniki; zaprawy i

betony żywiczne

Żywice

epoksydowe

produkt poliaddycji

dienu (di~4-hydroksy

fenylodimetyloaminy)

odlewanie,

laminowanie

posadzki bezspoinowe;

laminaty i elementy

dekoracyjne; izolacje elektryczne; kleje, kity, zaprawy i betony żywiczne; ochrona powierzchniowa betonu zwykłego przed korozją

Polistyren

produkt polimeryzacji

styrenu,

bezpostaciowy,

termoplast, mo-dyfikowany

butadienem polistyren

wysokoudarowy, spieniony polistyren — styropian

wtrysk,

wytłaczanie

płyty ścienne, tury; elementy

mebli i obudowy urządzeń

technicznych; oprawy

oświetleniowe; cieplne i

akustyczne izolacje ze

styropianu

ABS:

akrylonitryl-

-butadien-

styren

produkt

kopolimeryzacji akry-

lonitrylu ze styrenem i lateksem

polibutadienowym,

termoplast

wtrysk,

wytłaczanie,

rozdmuchiwanie

instalacje wentylacyjne i

kanalizacyjne, elementy

drzwi i okien, listwy ozdobne,

obudowy oraz elementy do

urządzeń nagrzewczych i chłodniczych, powłoki na metalach

płyty i laminaty' dekoracyjne;

Żywice

melaminowo

formaldehy-

dowe

produkty

polikondensacji me-

laminy i

formaldehydu, plasto-

mery

termoutwardzalne

wytłaczanie,

prasowanie

elementy mebli, drzwi i urządzeń sanitarnych; obudowy

izolacyjne do urządzeń

elektrotechnicznych


Analiza płomieniowa wybranych tworzyw sztucznych.

Wykonanie ćwiczenia

  1. Otrzymaną próbkę obejrzeć i ocenić jej twardość przez przeciągnięcie po niej bokiem stalowego kolca.

Przeprowadzić próbę zadrapania ostrzem kolca i próbę wbicia kolca na głębokość ok. milimetra. Jeżeli wbicie kolca jest łatwe i nie powstaje wyraźna rysa przy zadrapaniu, to prawdopodobnie badane two­rzywo jest termoplastyczne.

  1. Próbkę tworzywa ująć pęsetą i zbliżając ostrożnie do bocznej części płomienia palnika ogrzewać.

Jeżeli stwierdzimy, ze próbka mięknie i ulega deformacji, podgrzewamy ją mocniej i próbujemy wyciągnąć z tworzywa nić. Z tworzyw termoplastycznych (używanych do wyrobu włókien) wyciągnięta nić jest bardzo cienka jak pajęczyna.

  1. Brzeg tworzywa trzymanego w pęsecie wprowadzić do bocznej części pło­mienia palnika. Obserwować sposób spalania w płomieniu i poza płomieniem.

Tworzywo:

Płomień:

4. Określić zapach powstający przy spalaniu:

Na podstawie danych z obserwacji badanego tworzywa po porównaniu ich z da­nymi w tabeli i przeprowadzeniu prób porównawczych z próbkami wzorcowymi określić grupę, do której należy badany polimer.


Lp

Polimer

Wygląd próbki

Gęstość

[g/cm3]

Palność

Płomień

Zapach

1

polietylen

mleczny, miękki tłusty w dotyku

0.9

po zapaleniu pali się dalej sam

świecący z niebie­skim wnętrzem

łagodny, palonej świecy

2

polichlorek winylu

elastyczny twar­dy lub miękki

1.3

w płomieniu palny poza płomieniem samogasnący

żółty, po brzegach zielony, białe dymy

ostry, duszący chloro­wodoru

3

polistyren

twardy, kruchy, łatwy do zadrapania

1.0

po zapaleniu pali się dalej sam

świecący na żółto, w dymie kłaczki sadzy

mdły, słodkokwiatowy

4

poli­metakrylan metylu

twardy, kruchy, łatwy do zadrapania

1.2

po zapaleniu pali się dalej sam, obok części spalonej po­wstają bańki

świecący żółtawo trzeszczący

słodko owocowy

5

poli-

czterofluoroetylen

mleczny, miękki tłusty w dotyku

2.1

nie pali się, silnie ogrzany rozkłada się

6

poli-formaldehyd

mleczny, twardy, lekko tłusty w dotyku

1.4

po zapaleniu pali się dalej sam, kapie

świecący,

niebieskawy,

trzeszczący

ostry - formaldehydu

7

poliwęglan

twardy, nie-modyfikowany lekko żółty lub przezroczysty

1.2

w płomieniu pali się, gaśnie po wyjęciu, zwęgla się tworząc pęcherze

świecący, kopcący

ostry, zbliżony do fenolu

8

poliuretan

elastyczny

1.2

po zapaleniu pali się dalej sam

świecący

charakterystyczny ostry, słaby

9

poliamid

miękki, tłusty w dotyku

1.1

zapalony pali się dalej sam, po­wstają bańki, topi się i można wyciągnąć nić.

świecący, niebie­skawy z żółtym brzegiem

podobny

do palonych włosów

10

żywica epoksydowa

twarda, koloru bursztynu, trudna do zarysowania

1.3

po zapaleniu pali się dalej sama

świecący, kopcący

nieprzyjemny charak­terystyczny, słodko ostry

11

żywica poliestrowa

twarda, ciężka, biała rysa

1.3

po zapaleniu pali się dalej sama

świecący żółto

podobny do polistyre­nu ale bardziej słodki

12

aminoplasty

biały lub kremo­wy, trudny do zarysowania

1.3

nie pali się ale zwęgla i pęka, czysto białe brzegi nadpalo­nej próbki

rybi

13

fenoplasty

czarny lub brą­zowy, twardy, rysa żółta

1.4

nie pali się lub pali się słabo, w płomieniu pęka

jeżeli pali się to płomień jest jasny i kopcący

ostry zapach fenolu i formaldehydu

Opracowała: dr inż. Teresa Szymura

14

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
SPRAWOZDANIE DO ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO NR 1
st.ZAOCZNE - Harmonogram laboratoriów z Mechaniki płynów, Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z Mec
Protokół do ćwiczenia laboratoryjnego nr 2
Materiały do ćwiczeń nr 1
Materiały do cwiczenia nr 5
Materiały do ćwiczeń nr 2
Materiały do cwiczenia nr 11
Materiały do ćwiczeń nr 3
Protokół do ćwiczenia laboratoryjnego z przedmiotu materiałoznawstwo elektryczne
Materiały do ćwiczeń, Ćwiczenie nr 2
wszystkie, Zakres materiału teoretycznego do cwiczen laboratoryjnych
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych Chemia I rok WGIG
Materiały do ćwiczeń nr 1
Materiały do cwiczenia nr 5
Materiały do ćwiczeń nr 2
Enzymologia materiały do ćwiczeń
Materiały do ćwiczeń z geologii

więcej podobnych podstron