Slajd 1

Tworzywa

sztuczne,

materiały

oparte

wielkocząsteczkowych

związkach

organicznych

zwanych polimerami, otrzymywanych

drogą syntezy

chemicznej, w wyniku

procesów zwanych ogólnie

polireakcjami.

Podstawowe pojęcia:



Mery (monomery)

– cząsteczki podstawowe,

powtarzalne wielokrotnie w budowie

polimerów.



Polimer

jest

związkiem wielkocząsteczkowym,

zbudowanym z

dużej liczby powtarzających się i

połączonych za sobą identycznych elementów

podstawowych, zwanych merami lub jednostkami

strukturalnymi.



Polireakcje

– reakcje chemiczne powstania

polimerów, mogą one odbywać się trzema

sposobami:



polimeryzacji,



polikondensacji,



poliaddycji.

Polimeryzacja - proces

łączenia ze sobą wielu

cząsteczek monomeru.

Masa

cząsteczkowa stanowi zawsze wielokrotność

masy

cząsteczkowej monomeru. Jest to reakcja

chemiczna

bez

wydzielania

się

produktów

ubocznych.

W wyniku polimeryzacji powstają:



Polichlorek winylu (PCV)



Polistyren (PS)



Polioctan winylu (POW)



Polietylen (PE)



Polimetakrylan metylu (PMM)



Polipropylen (PP)



Poliizobutylen (PIB)



Policzterofluoroetylen (teflon)

Polikondensacja

– reakcja, w wyniku której z

dwóch lub więcej monomerów powstaje nowy

związek o większej masie cząsteczkowej z

jednoczesnym wydzielaniem

się produktów

ubocznych, jak np.: woda, amoniak,

chlorowodór.

W wyniku polikondensacji otrzymuje

się związki o

budowie bezpostaciowej. Do grupy tej

należą:



Poliestry (PES)



Poliamidy (PA)



Poliwęglany (PC)



Silikony



Fenoplasty (np. fenolowo-formaldechydowe)



Aminoplasty (np. melaminowe, mocznikowe, itp.)

Poliaddycja

– polireakcja stopniowa, w której

biorą udział dwa różne monomery. Powstawaniu

makrocząsteczki

towarzyszy

przegrupowanie

atomów

monomeru

bez

wydzielania

się

produktów ubocznych. Produkty poliaddycji mają

ten sam

skład chemiczny co monomery, różnią się

jednak od nich

budową.

Do grupy tej należą:



żywice epoksydowe



żywice poliuretanowe

Żywice te znajdują zastosowanie w budownictwie jako:



kleje,



kity chemoodporne,



masy posadzkowe chemoodporne,



lakiery i emalie.

względu na sposób powstawania związków

wielkocząsteczkowych

charakter

procesów

chemicznych, wszystkie tworzywa oparte na tych

związkach dzieli się na:



Naturalne

występujące w przyrodzie,



Związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z

polimerów naturalnych w wyniku modyfikacji,



Syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji

chemicznych.



Naturalne związki wielkocząsteczkowe

występujące w przyrodzie (roślinne lub

zwierzęce), np.:



celuloza,



skrobia,



lignina,



białko,



mleczko kauczukowe (lateks) i inne.



Związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z

polimerów naturalnych w wyniku modyfikacji

prowadzącej do chemicznej zmiany właściwości

polimerów naturalnych, np.:



nitroceluloza (celuloid),



białka utwardzalne (galalit),



guma,



ebonit i inne.



Syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji

chemicznych z

małocząsteczkowych związków,

zwanych monomerami:



polimeryzacyjne,



polikondensacyjne,



poliaddycyjne.

Wyróżniamy dwa rodzaje polimerów biorąc pod

uwagę ich właściwości użytkowe i technologiczne:



Elastomery,



Plastomery.

Elastomery:



tworzywa o

wydłużeniu powyżej 100%.



są to polimery prawie liniowe, o małej gęstości

sieciowania,



wiązania sieciowe sprawiają, że materiał powraca

kształtu pierwotnego po zdjęciu obciążenia, np.:



kauczuk naturalny,



kauczuk syntetyczny oraz produkty ich

przeróbki.

Plastomery:



polimery o

wydłużeniu poniżej 100%,



nałożeniu niewielkiego obciążenia, nieznacznie

się odkształcają.

Wyróżnia się dwa typy plastomerów ze względu na

zachowanie przy ogrzewaniu:



Termoplasty (amorficzne i krystaliczne),



Duroplasty ( termo- i chemoutwardzalne).

Termoplasty



odznaczają się zwykle budową liniową,



łatwo miękną podczas ogrzewania i twardnieją po

ostygnięciu,



nawet

używane wiele razy nie ulegają degradacji

chemicznej ani zanikowi

plastyczności i zdolności do

formowania, co daje

możliwość przetwarzania odpadów.

termoplastów zaliczamy:



Poliamidy



Polisulfony



Poliwęglany



Odmiany celulozy

Duroplasty termoutwardzalne

odznaczają się budową

sieciową, miękną początkowo w procesie ogrzewania, ale

podtrzymywane w podwyższonej temperaturze twardnieją.

Przemiana jest nieodwracalna.

Duroplasty chemoutwardzalne

utwardzają się już w

temperaturze pokojowej w wyniku reakcji chemicznych z

utwardzaczami.

Oprócz polimerów na tworzywa sztuczne składają

się określone dodatki lub środki pomocnicze, tj.:



wypełniacze,



nośniki,



stabilizatory,



zmiękczacze,



barwniki,



pigmenty,



środki smarujące i inne.

WYPEŁNIACZE - decydują o właściwościach mechanicznych

i cieplnych tworzywa.

Składniki, które wchodzą w skład tworzyw sztucznych a
nie zaliczają się do polimerów mają na celu:



Nadanie specjalnych właściwości użytkowych ( np.
niepalność, odporność na działanie światła, itd.)



Poprawę walorów estetycznych gotowych wyrobów



Polepszenie właściwości technologicznych tworzyw dla
ułatwienia przetwórstwa



Poprawę właściwości mechanicznych, cieplnych,

dialektrycznych i innych

STABILIZATORY -

zapobiegają rozpadowi termicznemu

tworzyw sztucznych podczas ich przetwarzania oraz w okresie

użytkowania degradacji pod wpływem działania tlenu i

promieniowania ultrafioletowego.

Dwa rodzaje stabilizatorów:



Świetlne



Termiczne

PIGMENTY I BARWNIKI - trzy grupy:



Pigmenty organiczne,



Pigmenty nieorganiczne,



Rozpuszczalne barwniki organiczne.

ZMIĘKCZACZE - obniżają niezbędną temperaturę

kształtowania wyrobów i poprawiają trwale ich elastyczność,

udarność i odporność na niskie temperatury, ale zmniejszają

ich wytrzymałość mechaniczną i odporność cieplną.

ŚRODKI SMARUJĄCE - ułatwiają przetwórstwo tworzyw

sztucznych, zmniejszają tarcie wewnętrzne materiału i

powiększają jego płynność, zmniejszają przyczepność

tworzywa do gorących części maszyn przetwórczych.

Trzy grupy środków smarujących:



Węglowodory,



Kwasy tłuszczowe i ich pochodne,



Alkohole tłuszczowe, estry.

Przykłady polimerów i tworzyw sztucznych

ELASTOMERY



poliizopren - produkcja opon samochodowych,



polibutadien - produkcja opon samochodowych,



polichloropren -

produkcja osłon kabli

elektrycznych, uszczelek.

TERMOPLASTY



polietylen (PE

) o różnej gęstości:



PE LD

– niskiej gęstości,



PE MD

– średniej gęstości,



PE HD

– wysokiej gęstości;

Zastosowanie: produkcja rur do przepływu np.: wody,

gazu),



polichlorek winylu (PVC ):



twardy do produkcji rur;



miękki na osłony izolacyjne, wykładziny

podłogowe,



poliwęglany (PC) - elektrotechnika, elektronika,

samochody, art. gosp. dom., płyty o przekroju

komorowym.

DUROPLASTY TERMOUTWARDZALNE



fenoplasty (PF) - niemodyfikowane alkoholowe

lakiery ochronne do drewna i metali,



aminoplasty - art. gosp. dom., elektrotechnika.

DUROPLASTY CHEMOUTWARDZALNE



żywice poliestrowe - lakiery piecowe i schnące na

powietrzu, włókna syntetyczne,



żywice epoksydowe (EP) - kleje, tłoczywa.

TWORZYWA SZTUCZNE SPECJALNE



silikony

(różne postacie - oleje, pasty, smary,

lakiery, żywice, kauczuki, pianki, kleje) -

materiały elektroizolacyjne, emalie ochronne,

środki przeciwpieniące,



poliamidy - nowoczesna technika rakietowa i

lotnicza, urządzenia nuklearne, elektronika.

Podział tworzyw sztucznych ze względu na cechy

użytkowe:



Tworzywa konstrukcyjne,



Tworzywa zmiękczone,



Tworzywa porowate,



Tworzywa adhezyjne,



Tworzywa powłokowe,



Tworzywa włóknotwórcze.



Tworzywa konstrukcyjne

– (nie w dosłownym

znaczeniu budowlanym), które posiadają dostateczną

twardość i wytrzymałość mechaniczną zachowując

nadane im kształty, np.: polikrylany, PCV, poliestry,



Tworzywa zmiękczone – nie posiadają trwałości

kształtów lecz zachowują trwałość wymiarów i

dostateczną wytrzymałość na rozciąganie, np. folie,

sztuczne skóry, itp.,



Tworzywa porowate

– dzielą się na miękkie

(elastyczne) i twarde (sztywne), przeznaczone do

izolacji cieplnych i akustycznych,



Tworzywa adhezyjne

– kleje i kity,



Tworzywa powłokowe – wyroby lakierowe lub

wyroby przeznaczone do powłok specjalnych,



Tworzywa włóknotwórcze – przeznaczone do

wyrobu włókien syntetycznych.

Właściwości tworzyw sztucznych



Gęstość objętościowa:



tworzywa lite

– 900÷1900 kg/m



tworzywa porowate

– 15÷400 kg/m



Nasiąkliwość



tworzywa szczelne

– bliska 0 %



tworzywa porowate

– 1÷50 % (w zależności od

stopnia porowatości)



Współczynnik przewodzenia ciepła



Tworzywa szczelne

–



= 0,14

÷0,40 W/mK



Tworzywa porowate

–



= 0,035

÷0,058 W/mK (w

zależności od stopnia porowatości)



Palność – wszystkie tworzywa sztuczne ulegają

rozkładowi już w temp. 300÷400



Odporność cieplna



górna granica – (70÷150)

C (wysoka temperatura

powoduje zmniejszenie wytrzymałości, wzrost

zdolności do odkształceń plastycznych)



dolna granica

– (-100)÷(- 40)

C (w niskiej temp.

tworzywa stają się bardziej sztywne i kruche)

Tworzywa mają najlepsze właściwości w temp. 20



Wytrzymałość mechaniczna



wytrzymałość na zginanie – od 7 MPa dla PE

wysokociśnieniowych do kilkuset - dla laminatów

poliestrowo- lub epoksydowo szklanych



wytrzymałość na rozciąganie – od 9 MPa dla PE

wysokociśnieniowych do 800 MPa dla laminatów



wytrzymałość na ściskanie – od kilku MPa do

490 MPa

dla laminatów epoksydowo-szklanych.

Poważną wadą tworzyw sztucznych jest ich

starzenie:

•

obniżenie wytrzymałości mechanicznej,

•

obniżenie elastyczności,

po upływie określonego czasu użytkowania.

W wyniku starzenia tworzywo:



pęka i staje się kruche



zmniejsza odporność na działanie czynników

atmosferycznych.

Główną przyczyna starzenia tworzyw sztucznych

jest:



działanie promieniowania ultrafioletowego

(UV),



tlenu,



wody,



temperatury.

Powodują one proces degradacji polimeru.

Ogólnie można powiedzieć, że na właściwości

mechaniczne tworzyw sztucznych mają wpływ:



rodzaj obciążenia,



temperatura,



czas użytkowania,



czynniki atmosferyczne,



światło słoneczne.

Własności chemiczne tworzyw sztucznych wiążą się z:



działaniem na nie wody,



rozpuszczaniem się w pewnych określonych

substancjach chemicznych,



odpornością na szereg agresywnych

związków chemicznych.