Tworzywa sztuczne

• Zdolność węgla do tworzenia długo łańcuchowych

szkieletów wynika z: wysokiej energii wiązania C-C,

hybrydyzacji sp

3

(tetraedryczna symetria wiązań),

zdolność atomów węgla do występowania w

charakterze donora lub akceptora elektronów.

• W chemii organicznej znane są związki zawierające

setki tysięcy atomów w cząsteczce- są to białka,

polisacharydy (skrobia, celuloza), kwasy nukleinowe.

Występują one w naturze.

• Można również syntetyzować związki

makrocząsteczkowe. Do tej grupy związków zaliczamy :

elastomery ( szczególna elastyczność np. guma);

Włókna( długie i cienkie o wielkiej wytrzymałości),

tworzywa sztuczne( można je wytłaczać w postaci

arkuszy lub rur)

• Makrocząsteczki zawdzięczają swoje rozmiary temu, że

mają strukturę polimeru- tzn. każda z nich jest złożona z

dużej ilości prostszych jednostek.

Polimery

• Polimery – związki złożone z jednakowych,

powtarzających się jednostek zwanych
merami.

• Substancje niskocząsteczkowe, z których

otrzymuje się polimery nazywa się
monomerami ( masa poniżej 100u).

• Polimery syntetyczne można otrzymać w

wyniku polireakcji: polimeryzacji,
polikondensacji oraz poliaddycji.

Polimeryzacja

• Polimeryzacja – jest reakcją łańcuchową,

w której monomery zawierające wiązania
podwójne łączą się ze sobą.

• W reakcjach polimeryzacji wyróżnia się

trzy etapy:
- inicjowanie łańcucha
- wzrost łańcucha
- zakończenie wzrostu łańcucha

• Inicjowanie łańcucha może być

wolnorodnikowe lub jonowe

Polimeryzacja wolnorodnikowa

• Wolne rodniki powstają na skutek rozerwania

wiązania C-C lub C-H, poprzez naświetlanie UV,
działaniem wysokiej temperatury lub w
obecności nadtlenków

• Zakończenie łańcucha

– połączenie rodników
– Dysporcjonowanie

Przykłady polimerów powstających wg tego

mechanizmu

Polimeryzacja jonowa

• Przebiega w obecności katalizatorów, dzięki ,

którym nienasycone cząsteczki monomeru ulegają
przekształceniu w jony przyciągające się siłami
kulombowskimi.

• Polimeryzacja kationowa jest inicjowana przez

kwasy np. H

2

SO

4

, AlCl

3

, BF

3

• Polimeryzacja anionowa inicjowana przez zasady –

NH

2-

Kopolimery

• Reakcje polimeryzacji, w której uczestniczą dwa lub kilka

różnych monomerów nazywamy kopolimeryzacją a produkt
reakcji – kopolimerem.

• Kopolimery mogą różnić się między sobą strukturą

rozmieszczenia poszczególnych merów:

- Kopolimery statyczne – nieregularne r, przypadkowe

rozmieszczenie merów w makrocząsteczce – AA-BA-BAA

- Kopolimery przemienne, sekwencyjne- regularne, cykliczne,

rozmieszczenie merów sąsiadujących ze sobą – ABABAB

- Telecheliczne kopolimery blokowe- struktura łańcuchowa,

segmentowe umiejscowienie homopolimerycznych bloków w
makrocząsteczce- AAA-BBB

- Kopolimery szczepione- budowa rozgałęziona, łańcuch

główny zbudowany jest z ugrupowań monomeru jednego
rodzaju, a łańcuchy boczne z monomeru drugiego rodzaju-
AAAAA

BBBB

Polikondensacja

• Polikondensacja przebiega pomiędzy monomerami

zawierającymi co najmniej dwie grupy funkcyjne i
towarzyszy jej powstawanie prostej cząsteczki

• Proces kondensacji przebiega stopniowo i można go

zatrzymać w dowolnym momencie.

• Zachodzi w miejscu grup funkcyjnych, otrzymane polimery

nie są rozgałęzione i stanowią dobry materiał na włókna
najpopularniejszym produktem polikondensacji są poliestry
i poliamidy

Poliaddycja

• Przebiega z przegrupowaniem wodoru, nie powstaje drugi

produkt reakcji

• Ciekłe produkty polireakcji w postaci oligomerów lub żywic

syntetycznych zawierające zdolne do reakcji grupy funkcyjne w
tym wiązania podwójne, mogą podczas dalszego przetwórstwa
ulegać utwardzaniu w wyniku sieciowania łańcuchów polimeru.

• Usieciowane polimery są nietopliwe i nierozpuszczalne.
• Produkt polireakcji charakteryzuje się pewnym stopniem

dyspersji tzn. rozrzutem masy cząsteczkowej makrocząsteczek
wokół wartości średniej. W skutek tego polimery nie maja ostro
zarysowanej temperatury topnienia. Topnienie i mięknienie
zachodzi w pewnym zakresie temperatury.

• Odwrotnymi procesami do polimeryzacji są reakcje w wyniku,

których masa polimeru maleje na skutek rozpadu
makrocząsteczek;

- depolimeryzacja- rozpad polimeru na cząsteczki monomeru
- destrukcja – rozpad polimeru na małocząsteczkowe produkty

inne niż monomer

- Degradacja- rozpad makrocząsteczek na mniejsze fragmenty o

stosunkowo dużych masach cząsteczkowych.

Struktura polimerów

• W odniesieniu do pojedynczego łańcucha polimeru, w zależności od

rozmieszczenia podstawników, rozróżnia się ze względu na budowę

stereoregularną:

-

Polimery ataktyczne – nie są stereoregularne- rozmieszczenie

podstawników jest przypadkowe

-

Polimery izotaktyczne – są stereoregularne, wszystkie podstawniki

znajdują się po tej samej stronie łańcucha- mają tą samą konfigurację

-

Polimery syndiotaktyczne – co drugi atom ma tą samą konfigurację,

położenie podstawników jest zmienne

• W odniesieniu do budowy łańcucha i powiązania łańcuchów między

sobą:
-liniowe
- rozgałęzione
- usieciowane

• Różnice w budowie mają swoje odzwierciedlenie we właściwościach,

np. temp. Mięknienia polimeru izotaktycznego jest dużo wyższa niż

ataktycznego.

• Makrocząsteczkowa budowa polimerów nieusieciowanych powoduje,

że w zależności od temperatury mogą one przejawiać cech

sprężyste( kruche, szkliste), wysokoelastyczne i plastyczne.

• Polimery liniowe lub o łańcuchach rozgałęzionych tworzą układy

dwufazowe – uporządkowane obszary – lamele lub krystality.

Podział polimerów ze względu na przydatność

termiczną

• Elastomery- o temperaturze zeszklenia ( przejście ze stanu

szklistego do wysokoelastycznego) niższej od temp.
pokojowej – kauczuki s naturalne i syntetyczne

• Plastomery w zależności od ich podatności na odkształcanie

cieplne, dzieli się na:
- termoplasyczne- polimery o budowie linowej lub
rozgałęzionej (nieusieciowane), które pod wpływem
ogrzewania miękną , a po ostudzeniu powtórnie twardnieją –
proces jest odwracalny i powtarzalny – PE, PCW, polistyren,
- utwardzalne ( termo- i chemoutwardzalne)- polimery o
budowie usieciowanej nietopliwe i nierozpuszczalne – żywice
– są bardzo mocno powiązane wiązaniami poprzecznymi i
tworzą sztywną nieregularną strukturę trójwymiarową
( żywice fenolowo-fomaldehydowe lub mocznikowo-
fomaldehydowe). Ogrzewanie może spowodować
wytwarzanie dodatkowych wiązań poprzecznych i tym samym
wzrost twardości materiału.

Podział plastomerów

termoplasty

Żywice utwardzalne

Polietylen PE
Polipropylen PP
Poliizobutylen PIB
Polichlorek winylu PCW
Polistyren PS
Polioctan winylu POW
Polimetakrylan metylu PMM
Politetrafluoroetylen PTFE
Poliamidy PA
Tioplasty
silikony S

Fenolowo-formaldehydowe FF
mocznikowo-formaldehydowe
MF
Epoksydowe EP
Nienasycone żywice
poliestrowe NP
Poliuretany PU
Żywice kumaronowe K

Tworzywa porowate

• Tworzywa te powstają przez spienianie stopionych polimerów

lub żywic syntetycznych przed ich utwardzaniem. Spienianie
może być wynikiem:
- ubijania pian z żywicy przed jej utwardzeniem- pinki
mocznikowo- formaldehydowe
- nasycania żywicy gazem obojętnym w trakcie żelowania –
spienione pasty z polichlorku winylu
-rozkładu w trakcie żelowania zawartych w tworzywie
organicznych lub nieorganicznych środków pianotwórczych –
spieniony polistyren- styropian
- wydzielania się gazu w reakcji utwardzania – pianki
poliuretanowe

Tworzywa sztuczne zawierają różne dodatki

• Plastyfikatory – substancje , które wnikają między łańcuchy

makrocząsteczek, zmniejszają oddziaływania między nimi,
przez co zwiększają ich giętkość – oleje roślinne, ftalany
dibutylowy

• Wypełniacze – substancje organiczne lub nieorganiczne

obniżające koszty materiału bez pogarszania jego
właściwości, często pozytywnie wpływają na cechy
mechaniczne i cieplne materiału oraz poprawiają jego
odporność ogniową – mączka kwarcowa, kaolin, talk,
sproszkowane metale, sadza, skrawki włókien celulozowych.

• Stabilizatory – środki zabezpieczające materiał polimerowy

przed niszczącym wpływem środowiska ( promieniowanie
UV, zmiany temp. I inne)- metale (Sn, Pb, Cd), związki
fenolowe, sadza, pochodne aminowe i akrylowe

• Środki barwiące – barwniki i pigmenty

Właściwości tworzyw sztucznych

• Niska przewodność cieplna
• Ciepło właściwe wyższe od ciepła właściwego wielu innych

materiałów budowlanych

• Duży współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej
• Duża oporność właściwa ( dobre izolatory); niekorzystna

podatność na elektryzację

• Niektóre tworzywa przepuszczają promieniowanie UV
• Większa część materiałów jest palna- POW, PS i PE, nie

podtrzymują palenia – silikony, PCW

• Niska odporność cieplna
• właściwości mechaniczne są zróżnicowane
• Dobra odporność chemiczna na działanie kwasów i zasad

Materiały użytkowe i funkcjonale z polimerów

Materiały lite

Komórkowy

Tworzywa

piankowe

tworzywa

o strukturze

makrokomórkowej

woskowaty

Tworzywa

membranowe

Tworzywa

filtracyjne

Tworzywa formujące

których wytarzane są:

Kształtki,

przedmioty obrabialne

Bloki, płyty

Folie, wstęgi, okładziny

Rury, węże

Pręty, drążki

pozostałe profile

Taśmy, sznury

Żyłki, szczecina

sieci

Kleje i

tworzywa wiążące

Kleje dyspersyjne

Kleje rozpuszczalnikowe

Kleje topliwe

Kleje reaktywne

Kleje roślinne

Kity

Spoiwa do laminatów

Tworzywa powłokowe

i wypełniające

Materiał malarski

rozpuszczalnikowy

Tynki, szpachle

masy zalewowe i

Lakiery podłogowe

Masy uszczelniające

Reaktywne, topliwe

i powlekane masy

pastiżele

Jednowłóknowe i

Włókiennicze

włókna chemiczne

Nitki, włókna

Jedwab, przędza, pasma

Tkanina, dzianina

Dzianina szydełkowa