www.plastem.pl http://tworzywa.com.pl www.wavin.pl
Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska
Tworzywa sztuczne, to materiały oparte na
wielkocząsteczkowych związkach organicznych
zwanych polimerami, otrzymywanych drogą syntezy
chemicznej, w wyniku procesów zwanych ogólnie
polireakcjami.
Podstawowe pojęcia:
q� Mery (monomery)  cząsteczki podstawowe,
powtarzalne wielokrotnie w budowie polimerów.
q� Polimer jest związkiem wielkocząsteczkowym,
zbudowanym z dużej liczby powtarzających się i
połączonych za sobą identycznych elementów
podstawowych, zwanych merami lub jednostkami
strukturalnymi.
q� 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:
q� Polichlorek winylu (PCV)
q� Polistyren (PS)
q� Polioctan winylu (POW)
q� Polietylen (PE)
q�
Polimetakrylan metylu (PMM)
q�
Polipropylen (PP)
q�
Poliizobutylen (PIB)
q�
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:
q� Poliestry (PES)
q� Poliamidy (PA)
q� Poliwęglany (PC)
q� Silikony
q� Fenoplasty (np. fenolowo-formaldechydowe)
q� 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:
q� żywice epoksydowe
q� żywice poliuretanowe
Żywice te znajdują zastosowanie w budownictwie jako:
q� kleje,
q� kity chemoodporne,
q� masy posadzkowe chemoodporne,
q� lakiery i emalie.
Ze względu na sposób powstawania związków
wielkocząsteczkowych i charakter procesów
chemicznych, wszystkie tworzywa oparte na tych
związkach dzieli się na:
q� Naturalne występujące w przyrodzie,
q� Związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z
polimerów naturalnych w wyniku modyfikacji,
q� Syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji
chemicznych.
q� Naturalne związki wielkocząsteczkowe
występujące w przyrodzie (roślinne lub
zwierzęce), np.:
�� celuloza,
�� skrobia,
�� lignina,
�� białko,
�� mleczko kauczukowe (lateks) i inne.
q� 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.
q� 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:
q� Elastomery,
q� Plastomery.
Elastomery:
v� tworzywa o wydłużeniu powyżej 100%.
v� są to polimery prawie liniowe, o małej gęstości
sieciowania,
v� wiązania sieciowe sprawiają, że materiał powraca
do kształtu pierwotnego po zdjęciu obciążenia, np.:
q� kauczuk naturalny,
q� kauczuk syntetyczny oraz produkty ich przeróbki.
Plastomery:
v�polimery o wydłużeniu poniżej 100%,
v�po nałożeniu niewielkiego obciążenia, nieznacznie
się odkształcają.
Wyróżnia się dwa typy plastomerów ze względu na
zachowanie przy ogrzewaniu:
q� Termoplasty (amorficzne i krystaliczne),
q� Duroplasty ( termo- i chemoutwardzalne).
Termoplasty:
v� odznaczają się zwykle budową liniową,
v� łatwo miękną podczas ogrzewania i twardnieją po
ostygnięciu,
v� nawet używane wiele razy nie ulegają degradacji
chemicznej ani zanikowi plastyczności i zdolności do
formowania, co daje możliwość przetwarzania odpadów.
Do termoplastów zaliczamy:
ż� Poliamidy ż� Polisulfony
ż� Poliwęglany ż� 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.:
q� wypełniacze,
q� nośniki,
q� stabilizatory,
q� zmiękczacze,
q� barwniki,
q� pigmenty,
q� środki smarujące i inne.
WYPEA
NIACZE - decydują o właściwościach mechanicznych
i cieplnych tworzywa.
Składniki, które wchodzą w skład tworzyw sztucznych a
nie zaliczają się do polimerów mają na celu:
q� Nadanie specjalnych właściwości użytkowych ( np.
niepalność, odporność na działanie światła, itd.)
q� Poprawę walorów estetycznych gotowych wyrobów
q� Polepszenie właściwości technologicznych tworzyw dla
ułatwienia przetwórstwa
q� 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:
q� Świetlne
q� Termiczne
PIGMENTY I BARWNIKI - trzy grupy:
q� Pigmenty organiczne,
q� Pigmenty nieorganiczne,
q� Rozpuszczalne barwniki organiczne.
ZMI
KCZACZE - 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 SMARUJ
CE - ułatwiają przetwórstwo tworzyw
sztucznych, zmniejszają tarcie wewnętrzne materiału i
powiększają jego płynność, zmniejszają przyczepność
tworzywa do gorących części maszyn przetwórczych.
Trzy grupy środków smarujących:
q� Węglowodory,
q� Kwasy tłuszczowe i ich pochodne,
q� Alkohole tłuszczowe, estry.
Przykłady polimerów i tworzyw sztucznych
ELASTOMERY
q� poliizopren - produkcja opon samochodowych,
q� polibutadien - produkcja opon samochodowych,
q� polichloropren - produkcja osłon kabli
elektrycznych, uszczelek.
TERMOPLASTY
q� 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),
q� polichlorek winylu (PVC ):
�� twardy do produkcji rur;
�� miękki na osłony izolacyjne, wykładziny
podłogowe,
q� poliwęglany (PC) - elektrotechnika, elektronika,
samochody, art. gosp. dom., płyty o przekroju
komorowym.
DUROPLASTY TERMOUTWARDZALNE
q� fenoplasty (PF) - niemodyfikowane alkoholowe
lakiery ochronne do drewna i metali,
q� aminoplasty - art. gosp. dom., elektrotechnika.
DUROPLASTY CHEMOUTWARDZALNE
q� żywice poliestrowe - lakiery piecowe i schnące na
powietrzu, włókna syntetyczne,
q� żywice epoksydowe (EP) - kleje, tłoczywa.
TWORZYWA SZTUCZNE SPECJALNE
q� silikony (różne postacie - oleje, pasty, smary,
lakiery, żywice, kauczuki, pianki, kleje) -
materiały elektroizolacyjne, emalie ochronne,
środki przeciwpieniące,
q� poliamidy - nowoczesna technika rakietowa i
lotnicza, urządzenia nuklearne, elektronika.
Podział tworzyw sztucznych ze względu na cechy
użytkowe:
q� Tworzywa konstrukcyjne,
q� Tworzywa zmiękczone,
q� Tworzywa porowate,
q� Tworzywa adhezyjne,
q� Tworzywa powłokowe,
q� 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
q� Gęstość objętościowa:
�� tworzywa lite  900�1900 kg/m3
�� tworzywa porowate  15�400 kg/m3
q� Nasiąkliwość
�� tworzywa szczelne  bliska 0 %
�� tworzywa porowate  1�50 % (w zależności od
stopnia porowatości)
q� Współczynnik przewodzenia ciepła
�� Tworzywa szczelne  l�= 0,14�0,40 W/mK
�� Tworzywa porowate  l�= 0,035�0,058 W/mK (w
zależności od stopnia porowatości)
q� Palność  wszystkie tworzywa sztuczne ulegają
rozkładowi już w temp. 300�400oC
q� Odporność cieplna
�� górna granica  (70�150)oC (wysoka temperatura
powoduje zmniejszenie wytrzymałości, wzrost
zdolności do odkształceń plastycznych)
�� dolna granica  (-100)�(- 40)oC (w niskiej temp.
tworzywa stają się bardziej sztywne i kruche)
Tworzywa mają najlepsze właściwości w temp. 20oC
q� 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:
q� pęka i staje się kruche
q� zmniejsza odporność na działanie czynników
atmosferycznych.
Główną przyczyna starzenia tworzyw sztucznych
jest:
q� działanie promieniowania ultrafioletowego
(UV),
q� tlenu,
q� wody,
q� temperatury.
Powodują one proces degradacji polimeru.
Ogólnie można powiedzieć, że na właściwości
mechaniczne tworzyw sztucznych mają wpływ:
q� rodzaj obciążenia,
q� temperatura,
q� czas użytkowania,
q� czynniki atmosferyczne,
q� 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.
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
Rynny z PCV
WYROBY Z TWORZYW
SZTUCZNYCH
Rynny z PCV
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
Kanalizacja wewnętrzna Z PCV
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
Instalacje sanitarne i grzewcze z PE
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
Instalacje wody pitnej, centralnego ogrzewania
oraz ogrzewania podłogowego z PB
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
SIDING z PCV
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
Podsufitki z PCV
WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
TERMOIZOLACJE
wg Raportu o europejskim rynku tworzyw sztucznych  stan na 2006
wg Raportu o europejskim rynku tworzyw sztucznych  stan na 2006
wg Raportu o europejskim rynku tworzyw sztucznych  stan na 2006