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 sążywice poliestrowe
(nienasycone) i epoksydowe.
Uwaga
Wyroby z tworzyw sztucznych w czasie pożaru
są materiałami niebezpiecznymi.
Szczególnie groz
ne 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 g
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
MATERIAA
Y 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 sięłatwo ciąć piłą o drobnych zębach bądz

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 CS2 ,
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, z
le 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) ą > 90� - brak zwilżania, b) ąH" 90� - slabe zwilżanie, c) ą < 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/cm3 ,
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 Rozróżnia się trzy odmiany tapet:
Tapety winylowe 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 wchodzążywice
syntetyczne, rozpuszczalniki syntetyczne, rozpuszczalniki organiczne,
plastyfikatory i substancje barwiące.
Preparat naniesiony na powierzchnięświeżego, 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 powierzchnięświeżego betonu.
Zabieg ten może być wykonany już po upływie 1 do 2 godzin po ułożeniu
betonu