1. podział środków pomocniczych do polimerów:
Środki pomocnicze w postaci dodatków przetwórczych wpływają na przebieg procesów
przetwarzania, natomiast w postaci dodatków funkcjonalnych, na właściwości użytkowe
tworzyw. Ponadto w obu przypadkach środki te mogą służyć zarówno stabilizacji, jak i
modyfikacji właściwości przetwórczych lub użytkowych polimerów.
2. Omówić stabilizatory właściwości i dodatki przetwórcze:
Stabilizatory właściwości, znane także pod nazwą środków przeciwstarzeniowych
(antystarzeniowych), mają za zadanie zapobieganie zmianom właściwości tworzyw, w czasie
eksploatacji, pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak: temperatura,
promieniowanie słoneczne, wilgotność.
Do głównych środków antystarzeniowych należą antyutleniacze i antyozonanty,
dezaktywatory metali, fotostabilizatory (stabilizatory UV) oraz stabilizatory bio- i
hydrodestrukcji.
Antyutleniacze i antyozonanty :
Antyutleniacze stosowane jako stabilizatory właściwości należą zasadniczo do tej samej
grupy związków co antyutleniacze procesowe (stabilizatory przetwarzania). Dlatego w obu
przypadkach zastosowanie znajdujÄ… nieraz te same zwiÄ…zki.
Podstawową cechą określającą przydatność danego związku do stabilizacji przetwarzania lub
właściwości jest jego zachowanie w funkcji czasu i temperatury.
Antyutleniacze procesowe powinny mieć dużą aktywność w wysokich temperaturach i
stosunkowo krótkich czasach, typowych dla procesów przetwórczych, podczas gdy dla
antyutleniaczy funkcjonalnych (stabilizatorów właściwości) wymagania są najczęściej
odwrotne, co wiąże się z niższymi temperaturami i dłuższymi czasami eksploatacji.
Dobór antyutleniaczy ma charakter indywidualny. Tak więc np. jako antyutleniacze
procesowe do poliolefin często stosuje się np. 2,6-ditert-butylo-p-krezol (BHT) i fosforyn tri-
nonylofenylowy (TNPP), a jako antyutleniacze funkcjonalne zalecane sÄ… np. propionian 3-
(3,5-ditert-butylo-4-hydroksyfenylo)oktadecylowy i cyjanuran l,3,5-tri(3,5-ditert-butylo-4-
hydroksybenzylowy) w mieszaninie synergicznej z DLTDP i DSTDP .
W grupie antyutleniaczy zapobiegających starzeniu należy wymienić witaminę E, stosowaną
w ostatnich latach do produkcji rozdmuchiwanych folii przeznaczonych na opakowania
żywności, która jest bardzo wydajna i pozwala zachować smak produktów, eliminując
aldehydy powstajÄ…ce w wyniku starzenia PE.
Dezaktywatory metali :
Jony metali występujące na kilku stopniach utlenienia, np. miedz
, żelazo, kobalt oraz
mangan, mogą niekiedy znacznie intensyfikować procesy starzenia ze względu na
przyspieszanie rozkładu nadtlenków i działanie inicjujące fotodegradację polimerów. Procesy
te mogą przebiegać w niskich temperaturach nawet w obecności antyutleniaczy, prowadząc
do przyśpieszonego starzenia tworzywa.
Dotyczy to zwłaszcza materiałów izolacyjnych, w których utlenianie drastycznie pogarsza
elektroizolacyjność.
Dezaktywatory metali są to związki kompleksujące jony metaliczne  tworzące wokół nich
steryczne przeszkody.
Należą do nich związki o działaniu chelatującym, np.:
amidy aromatycznych kwasów mono- i dikarboksylowych oraz N-monopodstawionych
pochodnych (np. N,N'-difenylooksamid),
hydrazydy aromatycznych kwasów mono- i dikarboksylowych oraz N-acylowvanych
pochodnych (np. N,N'-dibenzaloksalilohydrazyd) oraz polidydrazydy,
amidy cykliczne (np. kwas babiturowy),
Fotostabilizatory :
Fotostabilizatory, znane też jako stabilizatory UV, mają za zadanie hamowanie lub
opóz
nianie procesów fotochemicznych generujących wolne rodniki w polimerze poddanym
działaniu promieni słonecznych.
Jest to około 200 znanych obecnie związków chemicznych, które stanowią jedynie 3% wśród
innych dodatków.
Większość z nich stosuje się do poliolefin (55%)
oraz do PS i PVC (20% ).
Efekt fotostabilizacji można uzyskać przez dodatek związków spełniających następujące
funkcje:
- Absorbowanie promieniowania UV w celu ograniczenia liczby fotonów dostępnych dla grup
chromoforowych polimeru. Funkcję tę spełniają hydroksyfenylobenzotriazole, stanowiące
29% wszystkich stabilizatorów UV i hydroksybenzofenony - 18%, które pochłaniają energię
promieni UV i zużywają ją na wewnętrzne przegrupowania w cząsteczce
3. Omówić modyfikatory właściwości mechanicznych:
Do głównych środków zmieniających strukturę, własności mechaniczne i trwałość tworzyw
sztucznych zalicza siÄ™ :
" plastyfikatory
" modyfikatory udarności
" napełniacze, środki sieciujące
" środki spieniające
" przyspieszacze starzenia.
Efektywność i rodzaj stosowanych środków z tej grupy modyfikatorów zależy często od
zakresu temperatur stosowania tworzyw.
Plastyfikatory (zmiękczacze) są to substancje zmniejszające oddziaływania
międzycząsteczkowe oraz zwiększające ruchliwość łańcuchów polimerowych. Powoduje to
obniżenie temperatury zeszklenia, twardości i wytrzymałości przy jednoczesnym zwiększeniu
elastyczności. Plastyfikator spełnia również funkcję smaru wewnętrznego; zmniejsza tarcie
podczas przesuwania się łańcuchów względem siebie, ułatwiając w ten sposób
przetwarzanie. Plastyfikatory są substancjami o niskiej lotności i zróżnicowanej mieszalności
z polimerem. W zależności od mieszalności dzielą się na plastyfikatory pierwszorzędowe,
drugorzędowe i ekstendery.
Plastyfikatory pierwszorzędowe wykazują bardzo dobrą mieszalność z polimerem (powyżej
1:1 cz. wag. plastyfikatora-polimeru), dla plastyfikatorów drugorzędowych graniczna
mieszalność z polimerem wynosi około 1:3, a dla ekstenderów  1:20. Z uwagi na nikłą
mieszalność ekstendery są stosowane jako rozcieńczalniki do plastyfikatorów
pierwszorzędowych w przypadku ich dobrej wzajemnej mieszalności.
W zakresie małych zawartości plastyfikatorów pierwszorzędowych w polimerze obserwuje
się tzw. efekt antyplastyfikacji, polegający na wzroście ogólnej sztywności układu polimer-
plastyfikator. Te same związki stosowane do plastyfikacji różnych polimerów mogą mieć
charakter plastyfikatorów pierwszorzędowych, drugorzędowych, lub ekstenderów.
Plastyfikatory stosuje się prawie wyłącznie do zmiękczania tworzyw amorficznych. Tworzywa
krystaliczne są mało podatne na działanie zmiękczaczy. Wyjątek stanowią tu np. poliamidy,
poli(alkohol winylowy) oraz polichlorotrifluoroetylen.
Modyfikatory udarności powodują wzrost odporności tworzyw na uderzenie, bez istotnego
spadku ich sztywności. Ponieważ plastyfikatory i smary wywołują wyraz
ny spadek
sztywności, nie są zaliczane do kategorii modyfikatorów udarności, mimo poprawy
udarności. Modyfikatory udarności zwiększają zdolność pochłaniania oraz rozpraszania
energii uderzenia przez tworzywa, obniżając ich skłonność do pękania. O efektywności
działania modyfikatorów udarności decyduje zarówno ich specyficzna struktura, jak i kształt
oraz dystrybucja domen w matrycy polimerowej. Typowy układ polimer-modyPodstawową
grupę modyfikatorów udarności stanowią elastomery, będące najczęściej kopolimerami
blokowymi lub szczepionymi o różnym składzie dostosowanym do modyfikowanego
polimeru.
Do otrzymywania wysokoudarowego polistyrenu stosuje siÄ™ np. blokowe kopolimery
butadien styren (SBS) i etylen/propylen-styren (E/PS). Do modyfikacji polipropylenu używa
się z kolei kopolimerów etylen-propylen (EPM) lub terpołimerów etylen-propylen-dien
(EPDM). Poliamidy modyfikuje się za pomocą elastomerów EPDM oraz elastomerów
akrylowych.
Napełniacze są to stałe dodatki organiczne lub nieorganiczne, w postaci proszku, kulek,
włókien, skrawków i arkuszy, stosowane w ilościach od kilku do kilkudziesięciu procent.
Napełniacze inertne (wypełniacze) zwiększają masę i objętość kompozycji polimer-
napełniacz i obniżają jej cenę  najczęściej przy pewnym spadku właściwości. Napełniacze
aktywne (wzmacniacze), powodują natomiast poprawę określonych własności
mechanicznych i (lub) fizycznych.
Naturalne napełniacze organiczne, takie jak mączka drzewna, bawełna, włókna roślinne,
skrawki tkanin, stosuje się głównie wraz z żywicami termoutwardzalnymi jako składniki
tłoczyw. Spośród ziarnistych wypełniaczy mineralnych największe znaczenie mają: kreda,
kaolin, talk, mika, baryt, wodorotlenek glinu, dolomit, sadza, grafit, proszki metaliczne oraz
kulki szklane. Stosowane są one zarówno do tworzyw termoplastycznych, jak i chemo- i
termoutwardzalnych. Mogą one zwiększać gęstość, sztywność, twardość i odporność
termiczną, zmniejszać skurcz i modyfikować inne właściwości, np. przewodnictwo
elektryczne oraz cieplne.
Środki sieciujące służą do wytwarzania poprzecznych wiązań między łańcuchami polimerów.
Powodują one zmianę właściwości fizykochemicznych i mechanicznych poszczególnych
polimerów, np. wzrost temperatury zeszklenia, odporności cieplnej i chemicznej, twardości,
wytrzymałości na rozciąganie itp. W przypadku mieszanin wielofazowych stabilizują ich
morfologię, zwiększają adhezję na granicy faz i mają działanie kompatybilizujące.
Najważniejszą grupę stanowią nadtlenki organiczne  zwłaszcza alkilowe, np. ditertbutylu,
dikumylu oraz bis(tertbutyloperoksyizopropylo)benzen. Podstawowe znaczenie majÄ… zwiÄ…zki,
które rozkÅ‚adajÄ… siÄ™, tworzÄ…c wolne rodniki w temperaturach przetwórstwa (l20-220°C), z
umiarkowaną szybkością. Nadtlenki stosowane są do sieciowania polietylenu i kopolimerów
etylenu (etyłen-propylen, etylen-propylen-dien, etylen-octan winylu), a także kauczuków
(styren-izopren, styren-butadien, butadien-akrylonitryl, polichloropren, k.silikonowy i inne).
Dodaje się je zwykle w ilościach nieprzekraczających 1 3%. Typowe zastosowanie obejmują:
izolacje, powłoki, pianki itp.
Przyspieszacze starzenia:
W przeciwieństwie do innych modyfikatorów własności mechanicznych przyspieszacze
starzenia mają za zadanie wywołanie szybszego rozkładu tworzyw sztucznych przez czynniki
atmosferyczne i biologiczne, przy zachowaniu dobrych właściwości w fazie przedużytkowej.
Do głównych dodatków przyspieszających starzenie zaliczyć można fotosensybilizatory
(starzenie atmosferyczne) i napełniacze biodegradowalne (starzenie biologiczne).
Fotosensybilizatory (fotouczulacze) zwiększają intensywność procesów fotodegradacji pod
wpływem promieniowania UV. Niezależnie od chemicznej modyfikacji polimerów,
polegającej na wprowadzeniu do łańcuchów grup światłoczułych, szybkość fotodegradacji
można przyspieszyć przez zastosowanie dodatków z grupami karbonylowymi, nitrozowymi,
chinonowymi, diazowymi i nadtlenkowymi. Efektywnymi fotouczulaczami sÄ… tlenki i sole
niektórych metali oraz związki metaloorganiczne.
4. Omówić modyfikatory właściwości powierzchniowych:
Wiele cech użytkowych wyrobów z tworzyw sztucznych związanych jest z procesami i
zjawiskami zachodzącymi na ich powierzchni. Do podstawowych środków umożliwiających
modyfikację charakterystyki powierzchniowej tworzyw sztucznych należą:
" antystatyki
" promotory adhezji
" środki poślizgowe, antypoślizgowe, antyblokingowe i antyfogingowe.
Antystatyki: Zadaniem anty(elektro)statyków jest wytworzenie przewodzącej warstwy
powierzchniowej na nieprzewodzącym materiale polimerowym, umożliwiającej
odprowadzenie gromadzÄ…cego siÄ™ na powierzchni tworzyw statycznego Å‚adunku
elektrycznego. Elektryczność statyczna może powodować wyładowania iskrowe wywołujące
pożary i wybuchy, np. w kopalniach, młynach i zakładach chemicznych. Jest szkodliwa dla
zdrowia i prowadzi do nadmiernego osadzania się kurzu na powierzchni wyrobów. Stanowi
też poważny problem w przetwórstwie, np. przy kalandrowaniu, wytłaczaniu, przędzeniu
włókien, barwieniu i drukowaniu.
Antystatyki zawierajÄ… w czÄ…steczce grupy hydrofobowe i hydrofilowe. Pierwsze z nich,
wskutek większego powinowactwa do polimeru, umożliwiają zakotwiczenie związku na
powierzchni wyrobu, podczas gdy drugie wiążą wodę, zwiększając w ten sposób
przewodnictwo elektryczne powierzchni. Rozróżnia się antystatyki wewnętrzne i zewnętrzne.
Pierwsze wprowadza siÄ™ do polimeru w czasie przetwarzania. Wskutek niskiej
rozpuszczalności w polimerze migrują one na powierzchnię, tworząc warstwę przewodzącą.
Antystatyki zewnętrzne nakłada się na powierzchnię wyrobów przez zanurzenie lub
natryskiwanie. Najliczniejszą grupą antystatyków są etoksylowane aminy alifatyczne (48%),
następną alkilosiarczany (25%) oraz estry kwasów tłuszczowych, głównie stearynian
laurynian gliceryny (16%). Antystatyki stosuje się w ilościach od 0,1 do 4%. Największe ilości
zużywa się do tworzyw polistyrenowych, polichlorku winylu) oraz poliolefin. Obniżają one
oporność powierzchniową tworzyw o kilka rzędów wielkości.
Promotory adhezji  to środki zmniejszające napięcie powierzchniowe na granicy mer-
polimer i polimer-napełniacz, co prowadzi do wzrostu adhezji międzyfazowej. Środki te
odgrywają ważną rolę przy sporządzaniu mieszanin polimerowych oraz polimerów
napełnianych.
W przypadku niepolarnych i mało polarnych polimerów z wypełniaczami nieorganicznymi,
takimi jak kreda, kaolin, talk, znaczną efektywność jako promotory adhezji wykazują kwasy
tłuszczowe i ich sole (np. wapniowe). W przypadku wypełniaczy szklanych bardzo dobrymi
promotorami adhezji sÄ… silany. W przypadku mieszanin polimerowych jako promotory
adhezji (zwane również kompatybilizatorami) stosuje się odpowiednie kopolimery blokowe i
szczepione.
Środki poślizgowe dodaje się wówczas, gdy folie (np. w formie rękawa) wykazują zbyt dużą
tendencję do przywierania do siebie lub części maszyn, co utrudnia, a często uniemożliwia,
operację ich rozdzielania (np. otwieranie woreczka). Dotyczy to zwłaszcza folii
polietylenowych i polipropylenowych. Bardzo efektywnymi środkami poślizgowymi dla
polietylenu i polipropylenu są odpowiednio oleamid i erukamid dodawane w ilości 0,05% do
polimeru.
Z drugiej strony folie składowane w większych stosach są niekiedy tak śliskie, że  rozjeżdżają
się w czasie przenoszenia lub transportu. W takim przypadku dla zwiększenia tarcia stosuje
się środki antypoślizgowe nanoszone na powierzchnię folii. Dobrymi środkami
antypoślizgowymi są np. zawiesiny polioctanu winylu lub roztwory polipropylenu
ataktycznego z dodatkiem wosku jako regulatora adhezji.
Środki antyblokingowe zapobiegają  zbrylaniu się płyt lub folii poddanych zwiększonemu
ciśnieniu lub temperaturze. Z tego względu są one bardzo podobne do środków
poślizgowych i razem z nimi stosowane.  Zbrylanie często występuje w zwojach i stosach
poddanych działaniu ciśnienia. Do najbardziej efektywnych środków antyblokingowych,
wprowadzanych do masy polimeru w ilości ok. 0,1%, zalicza się silnie rozdrobnioną kredę i
krzemionkę. W przypadku PVC stosuje się także wosk amidowy w ilości ok. 1%.
Środki antyfogingowe zmniejszają napięcie międzyfazowe na powierzchni folii, powodując
rozpływanie się powstających na folii kropelek wody w ciągłą warstewkę. Ułatwia to
parowanie oraz zwiększa przepuszczalność światła. Środki te, dodawane w ilości ok. 1%,
mają istotne znaczenie np. w ogrodnictwie przy uprawach pod folią. Dobrymi środkami
antyfogingowymi są estry kwasów tłuszczowych i alkoholi wielowodorotlenowych, np.
laurynian, oleinian, stearynian oraz polioksyetylenostearynian 1,4 sorbitanu. Nieco gorsze
właściwości mają analogiczne monoestry gliceryny.
5. Omówić modyfikatory właściwości optycznych i palności:
·ð opóz
niacze palenia
·ð Å›rodki zmniejszajÄ…ce palność tworzyw
·ð Å›rodki przeciwdymne
Środki opóz
niające palenie, tzw. opóz
niacze palenia albo antypireny, sÄ… to zwiÄ…zki
chemiczne, które inhibitują proces zapalenia się oraz wpływają na zmniejszenie szybkości
(spowolnianie) reakcji pirolizy lub utleniania się polimerów/tworzyw podczas kontaktu z
płomieniem.
Środki opóz
niające palenie można podzielić na dwie następujące grupy w zależności od
rodzaju polimeru:
1. Reaktywne związki, które są trwale związane z polimerem podczas syntezy lub
sieciowania. Takimi związkami używanymi przede wszystkim do poliestrów, poliuretanów,
epoksydów są: tetrabromodieny, pentabromofenol, heksabromoftalan, poliole zawierające
fosfor lub halogenki.
2. Nieaktywne związki, które nie reagują z polimerem i są dodawane w procesie
przetwarzania. Stosowane są przede wszystkim do termoplastów.
Środki przeciwdymne :Niezależnie od zmniejszenia palności tworzyw sztucznych istotne jest
również zmniejszenie ilości dymu i szkodliwych produktów lotnych w czasie palenia. W
przypadku PVC efektywnym środkiem przeciwdymnym i dodatkowo zmniejszającym palność
jest trihydrat glinu. Dobrymi środkami przeciwdymnymi są również mieszaniny tritlenku
antymonu i boranów metali (baru. wapnia, cynku). Zdolność dymotwórczą PVC można
zmniejszyć o połowę przez zastosowanie około 5% tlenku molibdenu. W przypadku
terpolimeru ABS 6% dodatek tetrafenyloołowiu zmniejsza wydzielanie dymu o 50%.
Obecność związków uniepalniających zawierających fluorowce zmniejsza na ogół
efektywność działania środków przeciwdymnych.
Do modyfikatorów właściwości optycznych należą:
·ð Å›rodki nukleujÄ…ce
·ð Å›rodki matujÄ…ce
·ð Å›rodki rozjaÅ›niajÄ…ce
Środki nukleujące :Światło ulega rozproszeniu przez nieuporządkowane odbicie na
cząstkach o różnym współczynniku refrakcji. Stanowią je przykładowo obszary krystaliczne,
których gęstość jest większa niż obszarów amorficznych. Rozproszenie wewnętrzne widoczne
jest jako zmętnienie (materiał przeświecający) lub całkowity brak przezroczystości (materiał
mleczny). Aby uzyskać dobrą przepuszczalność światła przez polimery semikrystaliczne,
należy zredukować krystalizację i rozmiary sferolitów do wartości mniejszej niż długość fali
światła widzialnego. Osiąga się to za pomocą środków nukleujących (zarodkujących)
zwiększających liczbę centrów krystalizacji. Do podstawowych środków nukleujących należą
krzemionka, glina, talk oraz benzoesany litu, potasu i sodu, stosowane w formie proszków o
bardzo dużym (koloidalnym) rozdrobnieniu.
Środki matujące: Środki matujące, których działanie polega na rozpraszaniu padającego
światła, stosuje się najczęściej do matowania farb i lakierów. Podstawowe środki matujące
 to krzemionka koloidalna oraz woski PE i PP, używane w ilości 5 10%.
Środki rozjaśniające: Środki rozjaśniające stanowią grupę związków maskujących niektóre
objawy żółknięcia tworzyw podczas przetwarzania. Rozjaśnianie zachodzi na skutek absorpcji
promieniowania UV (300 400 nm), którego energia jest następnie emitowana w dolnym
zakresie widma widzialnego (450 550 nm). Do środków rozjaśniających zalicza się
organiczne zwiÄ…zki fluorescencyjne, np. 4-alkilo-7-dialkiloaminokumaryny, winylideno-bis-
benzoksazole, benzosufonowe oraz sulfonamidowe pochodne 4-hydroksynaftylo-
triazolilstilbenu. Środki rozjaśniające są blisko spokrewnione z tzw. pigmentami
fluoryzujÄ…cymi.
6. Biodegradacja polimerów- polimery biodegradowalne- dodatki:
Biodegradacja (degradacja biotyczna) jest specyficzną właściwością niektórych polimerów, z
których wykonane są tworzywa. Jest to proces, w którym materiał polimerowy rozkłada się
pod wpływem czynników biotycznych (żywych organizmów). Mikroorganizmy (bakterie,
grzyby, glony) rozpoznajÄ… polimery jako z
ródło związków organicznych (np. proste
monosacharydy, aminokwasy, itd.), które przetwarzają na energię potrzebną do życia.
Innymi słowy, polimery biodegradowalne traktowane są jako z
ródło pożywienia. Pod
wpływem enzymów wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych (endo- i egzoenzymy) polimer ulega
reakcjom chemicznym i degraduje w procesie cięcia łańcucha polimerowego, utleniania, itp.
W wyniku tego procesu, na który może mieć wpływ szereg różnych czynników, powstają
coraz mniejsze cząsteczki, będące substratami wchodzącymi w cykle metaboliczne wielu
procesów komórkowych (np. cyklu Krebsa), w których wytwarzana jest energia, woda,
dwutlenek węgla, biomasa i wiele innych podstawowych produktów rozkładu. Te produkty
są nietoksyczne i występują normalnie w przyrodzie oraz w organizmach żywych. To sprawia,
że wykorzystując proces biodegradacji można z tworzywa otrzymać składniki naturalne.
Proces, w którym substancja organiczna, taka jak polimer, jest przekształcana w prosty
związek nieorganiczny, taki jak dwutlenek węgla, nazywa się mineralizacją.
Produkcja polimerów biodegradowalnych może przebiegać różnymi metodami:
syntetycznymi (chemicznymi) lub biotechnologicznymi (z udziałem mikroorganizmów lub
enzymów) bez wpływu na biodegradację materiału. Najczęściej stosowanymi metodami są:
- Produkcja tworzyw sztucznych z polimerów naturalnych na drodze mechanicznej (np. ze
skrobi) lub chemicznej.
- Synteza chemiczna polimerów z monomerów otrzymanych poprzez biotechnologiczną
konwersjÄ™ ze z
ródeł odnawialnych (np. otrzymywanie kwasu mlekowego, poprzez
fermentację cukrów, do produkcji PLA). W tym wypadku polimer jest produkowany
chemicznie na bazie z
ródeł odnawialnych.
- Produkcja polimerów na drodze biotechnologicznej ze z
ródeł odnawialnych (np.
fermentacja cukrów przez mikroorganizmy prowadząca do syntezy termoplastycznych
poliestrów alifatycznych takich jak PHB).
- Chemiczna synteza polimerów na bazie składników otrzymanych poprzez procesy
petrochemiczne ze z
ródeł nieodnawialnych.
Dziś na rynku komercyjnie produkowane tworzywa biodegradowalne oferuje coraz więcej
producentów. Najczęściej występujące materiały mogą być sklasyfikowane w następujących
grupach:
- Tworzywa na bazie skrobi
- Tworzywa na bazie PLA
- Tworzywa na bazie PHA (PHB, PHBV, itp.)
- Tworzywa na bazie poliestrów alifatyczno-aromatycznych
- Tworzywa na bazie celulozy (np. celofan, itp.)
- Tworzywa na bazie ligniny
Oprócz samego polimeru, tworzywa zawierają także inne materiały i/lub dodatki co
determinuje ich możliwości przetwórcze i tym samym właściwości produktu końcowego.
Tworzywa mogą zawierać: stabilizatory, smary, barwniki, wypełniacze, itp. W przypadku
tworzyw biodegradowalnych istotnym jest aby te dodatki również były biodegradowalne.
Normy dla tworzyw kompostowalnych wymagają wykonania testów wszystkich dodatków i
innych materiałów (tusz, barwniki) użytych do wytworzenia produktu końcowego, dla
potwierdzenia braku ich negatywnego wpływu na otrzymywany kompost.
7. Sieciowanie polimerów:
Sieciowanie to proces wykorzystywany w przetwórstwie tworzyw. Prowadzi do powstania
trójwymiarowej sieci nadcząsteczkowej na skutek powstawania mostków między różnymi
czÄ…steczkami chemicznymi.
Tworzywa termoplastyczne takie jak np. polietylen zbudowane są z długich łańcuchów
węglowych ułożonych w sposób nieuporządkowany. Sieciowanie powoduje odszczepienie
niektórych atomów wodoru od polimeru. W efekcie dwa sąsiadujące łańcuchy polimerów
łączą się w miejscach, gdzie nastąpiło odszczepienie atomów wodoru. Tym samym tworzy się
silne połączenie łańcuchów zwane "siecią". Jeżeli tak usieciowany polietylen zostanie
ogrzany powyżej temperatury topnienia kryształów, zmieni się w miękki, elastyczny materiał,
a nie ciągliwą płynną masę, jaką przybrałby polietylen nieusieciowany
Właściwości usieciowanych materiałów zmieniają się w zależności od stopnia usieciowania.
W miarę wzrostu stopnia usieciowania materiał staje się bardziej sztywny, zmienia się jego
konsystencja.
Polimery usieciowane są nierozpuszczalne, a poddane działaniu rozpuszczalników pęcznieją.
W wyniku usieciowania polimer przestaje być tworzywem termoplastycznym. Oznacza to, że
nie jest topliwy i nie zgrzewa się, nie może być też powtórnie przetworzony.
W miarę wzrostu stopnia usieciowania materiału wzrasta jego sztywność oraz odporność na
działanie rozpuszczalników, na temperaturę i na działanie innych czynników
atmosferycznych takich jak promienie UV. W miarÄ™ wzrostu stopnia usieciowania maleje
natomiast elastyczność, odporność na odkształcenia, odporność na odkształcenie trwałe,
pełzanie.
W toku produkcji materiał nigdy nie zostaje usieciowany w całości. Całkowicie usieciowany
materiał byłby kruchy, łamliwy i nietrwały. Stopień usieciowania materiału zależny jest więc
od tego, jakie właściwości materiału docelowego chce uzyskać producent.
Zalety sieciowania materiałów sa szerokie. Należy do nich m.in. pamięć kształtu. Polietylen w
wyniku sieciowania radiacyjnego uzyskuje właściwość zwaną "pamięć kształtu", która
wykorzystywana jest do produkcji wyrobów termokurczliwych.
8. Inicjatory i inhibitory polimeryzacji:
Inicjatory są to związki łatwo ulegające rozpadowi na wolne rodniki w temperaturze poniżej
90 st C. Ilość wprowadzonego do polimeryzacji inicjatora jest zwykle niewielka i wynosi 0,1-
2% w stosunku do monomeru. Jako inicjatory stosuje siÄ™ nadtlenki organiczne, alifatyczne
zwiÄ…zki azowe, nadsiarczany amonu lub potasu oraz nadtlenek wodoru. Reakcje rozpadu
nadtlenków na wolne rodniki można zilustrować na przykładzie nadtlenku benzoilu:
Często do inicjowania polimeryzacji są stosowane układy redoks. Sposób ten polega na
obniżeniu energii aktywacji tworzenia się wolnych rodników w reakcji inicjatora z czynnikiem
redukującym. Jako czynniki redukujące stosuje się sole żelaza(II), tiosiarczany, pirogalol,
hydroksykwasy itp.
9. Åšrodowiska polimeryzacji:
·ð Polimeryzacja w roztworze - w której Å›rodowiskiem polimeryzacji jest odpowiedni
rozpuszczalnik, w którym rozpuszcza się zarówno monomery jak i inicjator
·ð PolimeryzacjÄ™ emulsyjnÄ… - w której monomery tworzÄ… czÄ…stki emulsyjne (micele), zaÅ›
inicjator znajduje się w roztworze właściwym. Dla utrzymania odpowiedniej struktury
miceli, do środowiska reakcji dodaje się związków pomocniczych, które regulują pH
środowiska reakcji oraz napięcie powierzchniowe. Produktem polimeryzacji
emulsyjnej jest lateks, który może stanowić gotowy produkt końcowy albo z którego
wydorębnia się polimer poprzez proces koagulacji emulsji.
·ð PolimeryzacjÄ™ w zawiesinie - w której monomer tworzy dość spore krople
zawieszone w roztworze a inicjator znajduje siÄ™ w tych kroplach. ZawiesinÄ™ uzyskuje
się poprze intensywne mieszanie monomeru w substancji, w której monomer i
inicjator są całkowicie nierozpuszczalne. W praktyce przemysłowej jest to zwykle
woda. Polimeryzacja odbywa siÄ™ wewnÄ…trz kropel monomeru. W jej wyniku powstaje
gotowy granulat polimeru.
·ð PolimeryzacjÄ™ w bloku - w którym do ciekÅ‚ego monomeru dodaje siÄ™ wprost incjator.
W wyniku polimeryzacji powstaje lity blok polimeru, który może stanowić produkt
końcowy, lub który należy poddać granulacji.
·ð PolimeryzacjÄ™ w fazie gazowej - w której monomerami sÄ… gazy o niskiej
temperaturze krytycznej. Proces polimeryzacji prowadzony jest w adiabatycznych
reaktorach rurowych lub autoklawach pod zwiększonym ciśnieniem. W wyniku tego
rodzaju polimeryzacji powstaje zwykle pył polimeru, które odfiltrowywuje się, a
następnie stapia i granuluje.
·ð Polimeryzacja na granicy faz - w której monomer znajduje siÄ™ w jednej fazie ciekÅ‚ej,
zaÅ› inicjator w drugiej. Polimeryzacja odbywa siÄ™ w punkcie styku obu faz. PowstajÄ…cy
polimer jest natychmiast "wyciągany" z układu reakcji tak aby utrzymywać cały czas
dużą powierzchnię styku faz. W wyniku tej polimeryzacji otrzymuje się włókna lub
bardzo cienkie folie
10. Kody recyklingu:
·ð Plastiki
Najpopularniejsze tworzywa sztuczne, przetwarzalne
(czyli bezpośrednio możliwe i łatwe w procesie recyklingu)
01
Politereftalan ETylenu - PET
PET
(PolyEthylene TErephthalat - PETE)
Polietylen - butelki na wodę i napoje, włókno
poliestrowe
Recykling: szeroko stosowany
02 Polietylen dużej gęstości (High Density
HDPE PoliEthylene
lub PoliEthylene High Density)
Istnieje jeszcze odmiana MDPE (Medium
Density PoliEthylene) - średnio gęsty polietylen
- butelki na mleko, oleje i detergenty, torby,
zabawki,
pojemniki (do użytku pod gołym niebem),
imitacja drewna
Recykling: szeroko stosowany
04 Polietylen małej gęstości (Low Density
LDPE PoliEthylene
lub PoliEthylene Low Density,
czasem oznakowany tylko dwoma literami - PE)
- torby na zakupy, naczynia jednorazowe,
pojemniki, rury.
Tutaj - ciekawy chiński wariant znaku z
foliowego worka.
Recykling: limitowany
03 Po polsku PoliChlorek Winylu - PCW
PCV (PoliVinyle-Chlorane - PVC, czasem tylko V -
Vinyle);
PVC twardy - winidur - podobny z wyglÄ…du
do polipropylenu, PVC miękki - winiplast -
podobny z wyglÄ…du do polietylenu; ramy
okienne, pojemniki na chemikalia, wykładziny i
płytki podłogowe, części samochodowe.
Recykling: limitowany
05 PoliPropylen (PoliPropylene - PP)
PP - zderzaki samochodowe i elementy
wykończenia
wnętrz aut, włókna przemysłowe (worki, maty,
dywany),
pojemniki do chłodziarek. UWAGA! Naczynia
z PP
aby były bezpieczne w kontakcie z żywnością,
powinny
być dodatkowo oznakowane jako BPA Free,
czyli
nie zawierające Bisfenolu A (zajrzyj na dół
strony).
06 PoliStyren - PS - PoliStyrene,
PS EPS (spieniony polistyren), OPS (orientowany
polistyren)
- zabawki, doniczki, kasety wideo, popielniczki,
kadłuby małych jednostek wodnych (trunks),
opakowania ochronne, opakowania mięsa
(USA).
Recykling: nie został opracowany...
07 O - OTHER - wszelkie INNE tworzywa
O sztuczne
(np. plastik poliwęglanowy, PolyCarbonate
plastic)
i laminaty folii z tworzyw sztucznych. Do tej
grupy zaliczane są także tworzywa sztuczne
pochodzenia biologicznego.
Recykling: nie występuje (tylko wysypiska)
09 Acrylonitrile Butadiene Styrene - akrylonitryl
ABS butadien styren, twardy, odporny na
zarysowania, wrażliwy na światło i
promieniowanie UV
- nadkola, przyciski, obudowy (komputery i
monitory,
RTV, AGD, telefony), części mebli, zabawki,
rurociÄ…gi termoplastyczne, high-impact and
chemical-resistant extruded or molded objects
·ð Kompozyty
Materiały wieloskładnikowe, trudne w recyklingu,
najbardziej uciążliwe dla środowiska
81 Papier (PAP) powlekany tworzywem sztucznym
PapPet PET
(Politereftalan ETylenu)
- opakowania artykułów spożywczych -
mrożonek, lodów,
mleka, karmy dla zwierzÄ…t etc.
84 Papier powlekany aluminium
PapAl - kartonowe opakowania soków i innych
płynów,
opakowania masła, margaryny, czekolad, gumy
do żucia,
serów pleśniowych, kostek rosołowych etc.,
wewnętrzne opakowania papierosów...
87
.
Papier laminowany (Card-stock Laminate)
- karty na specjalne okazje, zakładki do książek,
ulotki reklamowe - obecnie sÄ… biodegradowalne
90
.
Tworzywo sztuczne (jakieÅ› plastiki) +
aluminium
91
.
Tworzywo sztuczne (jakieÅ› plastiki)
+ biała blacha (ocynkowana)
92
.
Tworzywo sztuczne (jakieś plastiki) + różne
metale
95
.
Szkło + tworzywo sztuczne (jakieś plastiki)
96
.
Szkło + aluminium
97
.
Szkło + biała blacha (ocynkowana)
98
.
Szkło + różne metale
11. Rodzaje degradacji polimerów:
Ze względu na sposób inicjowania procesy degradacji polimerów dzielimy na
degradacjÄ™ termicznÄ…, mechanicznÄ…, fotochemicznÄ…, radiacyjnÄ…, biologicznÄ… i chemiczna.
Degradacja chemiczna oznacza procesy wywoływane czynnikami chemicznymi takimi jak:
kwasy, zasady rozpuszczalniki, reaktywne gazy będące w bezpośrednim kontakcie z
polimerem.
Degradacja termiczna zachodzi wówczas gdy polimer pod wpływem podwyższonej
temperatury zmienia swoje właściwości chemiczne. Proces ten zachodzi bez udziału
czynników chemicznych. Materiały polimeryczne rzadko są chemicznie czyste, zwykle
zawierają dodatkowe składniki takie jak barwniki, wypełniacze, stabilizatory itp. lub
zanieczyszczenia. Te dodatkowe komponenty znajdujÄ…ce siÄ™ w materiale polimerycznym
mogą reagować w podwyższonej temperaturze z polimerem. W efekcie trudno jest rozróżnić
degradacjÄ™ termicznÄ… od tzw. termo-chemicznej.
Degradacja biologiczna wywoływana jest działaniem enzymów na polimery.
Mikroorganizmy produkują wiele różnorodnych enzymów zdolnych do reagowania zarówno
z polimerami naturalnymi jak i syntetycznymi.
Degradacja mechaniczna dotyczy efektów makroskopowych zachodzących w polimerach
pod wpływem działania sił rozciągających.
Degradacja fotochemiczna zachodzi pod wpływem światła. Oznacza zmiany fizyczne i
chemiczne wywoływane w polimerach pod wpływem światła widzialnego lub nadfioletu.
Inicjacja reakcji fotochemicznej uwarunkowana jest obecnością w makrocząsteczce lub
komponencie dodatkowym grup chromoforowych czyli absorbujących światło. Większość
grup chromoforowych absorbuje promieniowanie w zakresie nadfioletu tzn. poniżej 400nm.
Degradacja fotochemiczna jest szczególnie istotna ze względów praktycznych. Wyroby z
tworzyw sztucznych znajdując się w powszechnym użyciu narażone są zwykle na działanie
światła słonecznego. Światło to zawiera szeroki zakres promieniowania w tym obszar
widzialny i nadfiolet, powodujące niekorzystne zmiany we właściwościach polimerów.
12. Åšrodki barwiÄ…ce:
Określony kolor tworzywa uzyskuje się dzięki dodatkom zawierającym układy
chromoforowe, które przepuszczają tylko pożądane długości fal światła białego i absorbują
pozostałe. Dodatki te można podzielić na dwie grupy, tj. barwniki oraz pigmenty.
Barwniki są to związki rozpuszczalne w polimerze lub tak rozdrobnione, że nie rozpraszają
światła, gdyż wymiary ich cząstek są mniejsze niż długość fali. Dzięki temu tworzywom
pierwotnie przezroczystym nadają barwę, przy zachowaniu ich przezroczystości.
Barwniki organiczne stosowane do polimerów dzielą się na dwie kategorie  barwniki
tłuszczowe (znane też jako barwniki olejowe lub barwniki Sudan), rozpuszczalne w związkach
niepolarnych lub słabo polarnych (benzynie, olejach, parafinie) i barwniki spirytusowe,
rozpuszczalne w związkach średnio polarnych (alkoholach, ketonach, eterach).
Z uwagi na rozpuszczalność barwniki tłuszczowe służą do barwienia polimerów niepolarnych
i mało polarnych, natomiast barwniki spirytusowe - polimerów o większej polarności.
Barwniki (oraz pigmenty) organiczne dzieli się ze względu na rodzaj zawartych w nich
układów chromoforowych. W barwieniu polimerów największą rolę odgrywają barwniki
azowe (głównie czerwone-żółte) oraz antrachinonowe (głównie niebieskie-fioletowe).
Ponadto stosuje siÄ™ barwniki oparte na piralozonie, benzopiranie, ftalocjaninie i perylenie.
Specjalną grupę stanowią barwniki polimerowe, będące najczęściej liniowymi polimerami z
wbudowanymi grupami chromoforowymi.
Pigmenty są to związki nierozpuszczalne w polimerach, o znacznie większych od polimerów
współczynnikach refrakcji, których wielkość cząstek przekracza długości fal światła
widzialnego. Dzięki temu tworzywa barwione pigmentami cechuje kolor i nieprzezroczystość,
co wynika z absorpcji, odbicia i rozproszenia światła.
Pigmenty podzielić można także na dwie kategorie, tj. pigmenty nieorganiczne i organiczne.
Pigmentami nieorganicznymi są najczęściej barwne sole i tlenki metali.
Do podstawowych pigmentów nieorganicznych zalicza się biel tytanową (TiO2), żółcień
chromową (PbCrO4), zieleń chromową (Cr2O3 ), czerwień żelazową (Fe203) oraz
molibdenowÄ… (Pb(Cr,Mo,S)04), ultramarynÄ™ (Na3Al6Si6S2O24) i wiele innych. Jako pigmentu
czarnego używa się zazwyczaj sadzy.
Spośród pigmentów organicznych najczęściej stosowane są pigmenty azowe (czerwień-
żółcień), ftalocjaninowe (zieleń-błękit), antrachinonowe (czerwień-fiolet), akrydonowe i
dioksazynowe (błękit-fiolet). Ponadto stosuje się pigmenty oparte na wielopierścieniowych
zwiÄ…zkach aromatycznych, takich jak flawantron, perynon, indantron, perylen i innych.
Z uwagi na specyficzną rozpuszczalność, niektóre związki będące pigmentami dla jednych
polimerów mogą być równocześnie barwnikami dla innych polimerów. Środki barwiące
dodaje się zwykle w ilości nie przekraczającej 1 %.
Właściwą barwę lub odcień uzyskuje się często dzięki zastosowaniu kompozycji barwników
lub pigmentów, przy zachowaniu podstawowych zasad mieszania kolorów.
13. Kompozyty polimerowe:
Materiał kompozytowy jest kombinacją dwóch lub więcej materiałów różniących się
rodzajem lub składem chemicznym w skali makroskopowej.
Składniki materiałów kompozytowych zachowują swoją tożsamość, ponieważ całkowicie nie
rozpuszczają się w sobie, jak również nie łączą się w inne elementy, natomiast oddziałują
wspólnie.
Kompozyt jest materiałem zewnętrznie jednolitym, jednakże z widocznymi granicami
pomiędzy składnikami.
Zalety kompozytów:
·ð Zmniejszenie masy
·ð zwiÄ™kszenie sztywnoÅ›ci i/lub wytrzymaÅ‚oÅ›ci
·ð podniesienie odpornoÅ›ci korozyjnej
·ð zwiÄ™kszenie odpornoÅ›ci na pÄ™kanie
·ð zwiÄ™kszenie stabilnoÅ›ci rozmiarów
·ð Å‚atwość wprowadzania zmian konstrukcyjnych
·ð duża swoboda projektowania
·ð obniżenie kosztów produkcji krótkich serii
Kompozyt składa się z osnowy i rozmieszczonego w niej drugiego składnika- zwanego
wzmocnieniem- o znacznie wyższych właściwościach wytrzymałościowych, lub większej
twardości.
Osnowa kompozytu to najczęściej polimer( poliepoksyd, poliester), mogą być też metale(Ti,
Ni, Fe, Al, Cu) lub ich stopy bÄ…dz
ceramika( np. Al2O3, SiO2, SiC, TiO2). Osnowa zlepia
wzmocnienie, nadaje żądany kształt, silnie wiąże się ze wzmocnieniem, za jej pomocą
naprężenia są przenoszone na włókna, nadaje też właściwości chemiczne i cieplne
kompozytowi.
Materiały kompozytowe wzmacniane włóknami najczęściej są stosowane w celu
zapewnienia zwiększonej wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej oraz sztywności. Uzyskuje
się to przez wprowadzenie włókien wytrzymałych, sztywnych lecz zwykle kruchych do
miękkiej lecz ciągliwej osnowy. Osnowa przekazuje jedynie przyłożone obciążenie do
włókien, które w większości je przenoszą. Materiały kompozytowe tej grupy mogą przy tym
wykazywać wysokie własności wytrzymałościowe zarówno w temperaturze pokojowej jak i
podwyższonej.
14. Freony:
Freon to związek chemiczny (np.: chloro-fluoro-węgiel), który został odkryty około 1920
roku. Na szeroką skalę został wprowadzony do produkcji w roku 1930. Pod względem
chemicznym freony (CFC) są pochodnymi chlorowcowymi węglowodorów nasyconych. W
cząsteczce zawierają atomy chloru i fluoru, niekiedy również bromu. Powstają przez działanie
fluorowodorem na halogenopochodne metanu lub etanu w obecności katalizatora. Niższe
freony charakteryzują się znaczną prężnością pary w niskich temperaturach oraz wysokim
ciepłem parowania. Ze względu na dużą pojemność cieplną mają znaczny udział w
zwiększaniu się efektu cieplarnianego. Nie mają zapachu lub posiadają zapach eteru. Są
bezbarwne i nietoksyczne. Znalazły zastosowanie w produkcji urządzeń chłodzących i
klimatyzacyjnych oraz (obecnie coraz rzadziej) w produkcji kosmetyków i dezodorantów.
Najbardziej znanymi i najczęściej używanymi freonami jest dichlorodifluorometan (CCl2F2),
zwany freonem F-12 oraz dichlorotetrafluoroetan (C2Cl2F4), zwany freonem F-114. Obecnie
oblicza się, że w atmosferze znajduje się ponad 20 mln ton freonów.
Freony zastosowano jako "bezpieczną alternatywę" środków chłodzących czyli amoniaku,
oraz dwutlenku siarki, stosowanych do tej pory w urzÄ…dzeniach klimatyzacyjnych. Jest to
związek bardzo trwały, nietoksyczny i chemicznie stabilny, ale raz uwolniony może
przebywać w atmosferze ponad sto lat. Freony zaczęto szeroko stosować oprócz instalacji
chłodniczych (31% całego zastosowania freonów) i produkcji spienionych tworzyw
sztucznych (28%), również jako gaz napędowy do pojemników ciśnieniowych (dezodoranty-
24% całego zastosowania). Poza tym używany był również do produkcji rozpuszczalników,
preparatów do mycia urządzeń elektronicznych, do odtłuszczania w urządzeniach
klimatyzacyjnych, oraz w przemyśle motoryzacyjnym jako dodatek do lakierów.
15. Masterbacze:
Masterbacz (ang. Masterbatch) lub inaczej koncentrat to dodatek do tworzywa sztucznego w
postaci granulatu, suchej mieszanki pigmentów lub cieczy o wysokim stężeniu substancji
barwnych. Masterbacz nadajÄ…cy tworzywu kolor nazywa to masterbacz barwiÄ…cy/ koncentrat
barwiący. Masterbacz modyfikujący własności tworzywa sztucznego takie jak podwyższona
odporność na UV, niepalność a także antystatyczność nazywany jest addytywem. Mieszanina
kolorowego koncentratu i addytywu prowadzi do powstania tzw. combi masterbacza.