Aneta Grot

Artur Gajek

SPRAWOZDANIE

Temat: Indifikacja tworzyw sztucznych metodą płomieniową.

Tworzywa sztuczne są to polimerowe materiały organiczne (żywice sztuczne) otrzymywane poprzez chemiczną modyfikację produktów pochodzenia naturalnego lub też metoda syntezy z produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego. W budowie tworzyw sztucznych wyróżniamy związki wielocząsteczkowe powstałe w wyniku łączenia się ze sobą powtarzających się ugrupowań atomowych. W wyniku procesów polikondensacji i polimeryzacji powstają duże cząsteczki (makrocząsteczki). Takie makrocząsteczki mają atomy ułożone:

• liniowo - budowa liniowa charakteryzuje się występowaniem dużych sił pierwotnych wiązania międzyatomowego wewnątrz łańcuchów oraz znacznie mniejszych sił wiązania międzycząsteczkowego między łańcuchami, na skutek tego tworzywa o budowie liniowej posiadają niższą, od reszty tworzyw, temperaturę krzepnięcia (zeszklenia i mięknięcia;

• liniowo z rozgałęziami - budowa rozgałęziona (sferyczna) charakteryzuje się występowaniem rozgałęzionych poprzecznie łańcuchów silnie powiązanych siłami międzyatomowymi. Tworzywa o tej strukturze mają większą wytrzymałość i twardość, a niewielką plastyczność i sprężystość;

• siatkowo - budowa usieciowana polega na wiązaniu łańcuchów tzw. Mackami; tworzywa takie mają wtedy dużą elastyczność i zdolność odkształcania się.

Polimerami nazywa się substancje, których cząsteczki zbudowane są z pewnej liczby monomerów jednego, kilku, a nawet kilkunastu rodzajów, uszeregowanych w pewnym określonym porządku lub (częściej) rozmieszczonych bezwładnie. W reakcji polimeryzacji występuje tylko jedna substancja wyjściowa, tzw. Monomer, zawierająca podwójne wiązanie, które w czasie reakcji pęka i uwolnienie wartościowości wiążą się ze sobą. W reakcji polikondensacji dwie substancje łączą się ze sobą, dając duże cząsteczki kondensatu i jako produkt uboczny małe cząsteczki, najczęściej wody, ale czasem i innych substancji jak chlorowodór, siarkowodór itp.

Tworzywa sztuczne nie występują w przyrodzie, lecz powstają na drodze syntezy chemicznej. Prawie wszystkie tworzywa sztuczne są związkami węgla, czyli są związkami organicznymi. Oprócz węgla tworzywa sztuczne zawierają pierwiastki podobne do występujących w organizmach żywych, a więc przede wszystkim wodór, tlen, azot, siarkę, fosfor. Przy łączeniu się atomów różnych pierwiastków zachowany jest pewien porządek - każdy atom jednego pierwiastka; np. azot przyłącza trzy atomy wodoru, a węgiel cztery, chlor przyłącza tylko jeden atom wodoru. Tę cechę pierwiastka nazywamy wartościowością. Jak wiadomo węgiel jest czterowartościowy, dysponuje czterema jakby „mackami”, którymi chętnie łączy się z atomami innych pierwiastków. Atomy węgla nie tylko chętnie łączą się ze sobą, tworząc pierścienie i długie łańcuchy, ale i również z atomami innych pierwiastków.

Polimery mogą występować w trzech różnych stanach: szklistym, wysokoelastycznym, lepkopłynnym.

Występowanie polimerów w jednym z ww. stanów zależy od temperatury i charakteru obciążenia, które wpływa na konfigurację ogniw cząsteczki lub zmianę wzajemnego poło0żenia względem siebie. Przejście z jednego stanu w drugi równoważne jest z odkształceniem struktury cząsteczki. W substancjach wielkocząsteczkowych przejście ze stanu stałego do stanu szklistego jest wyraźne, natomiast granice między pozostałymi stanami są już mniej widoczne. Jest to spowodowane tym, że temperatury tych stanów pokrywają się. Należy, więc traktować temperatury na granicach stanów jako wartości zmienne, występujące w określonym przedziale. Przedział ten jest charakterystyczny dla danego tworzywa.

W odróżnieniu od metali polimery nie tworzą struktury krystalicznej przy krzepnięciu. Przy obniżeniu temperatury krystalicznej, drgania atomów i ruchy cząsteczek maleją. Na skutek tego maleje ruchliwość cieczy. Staje się ona coraz bardziej gęsta; wzrasta jej lepkość.

Procesy produkcyjne związane z tworzywami sztucznymi dzielą się na dwa wielkie działy:

• produkcja właściwej substancji tworzywowej, będącej przedmiotem działalności przemysłu chemicznego;

• nadawanie tej substancji odpowiedniej postaci (kształtu).

Tworzywa sztuczne mogą być wyprodukowane rozmaitymi drogami. Substancje składające się z wielkich cząsteczek występują w przyrodzie. Jest nią np. celuloza, podstawowy składnik drewna i włókien roślinnych. Takimi są również substancje białkowe, składnik tkanek zwierzęcych i roślinnych, wreszcie kauczuk naturalny. Substancje te mogą być przetwarzane chemicznie, przez zmianę ich budowy wewnętrznej na tworzywo sztuczne (celuloid, jedwab sztuczny z celulozy, galalit z kazeiny mleka, kauczuk wulkanizowany i ebonit z kauczuku naturalnego).

Dynamiczny rozwój chemii pozwolił na otrzymywanie tworzyw sztucznych również na innej drodze. Surowce kopalne zawierające węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, rozkłada się różnymi metodami na bardzo proste związki małocząsteczkowe, jak tlenek węgla CO, wodór H₂, amoniak NH₃, metan CH₄, etylen C₂H₄, acetylen C₂H₂, benzen C₆H₆, fenol C₆H₅OH. Związki te następnie wiązane w reakcjach chemicznych w bardziej skomplikowane produkty przejściowe, np. metanol CHOH, etylobenzen C₆H₅CH₂CH₃, mocznik NH₂CONH₂, aceton CH₃COCH₃, chlorek winylu CH₂CHCl itd. Dalsze reakcje prowadzą do otrzymania związków coraz bardziej skomplikowanych, aż do otrzymania związków chemicznych, które tworzą w określonych warunkach związki wielkocząsteczkowe, a zatem tworzywa sztuczne. Ten typ tworzyw jest całkowicie wytworzony przez chemika oraz jest przez niego zsyntetyzowany z cząsteczek związków prostych, dlatego też nazywamy je tworzywami sztucznymi syntetycznymi.

W zależności od własności użytkowych tworzywa sztuczne dzielimy na elastomery i plastomery.

Elastomery są to takie tworzywa, które w temperaturze pokojowej, pod działaniem sił rozciągających, wykazują wydłużenie przekraczające 100%, a po odjęciu tych sił powracają do postaci pierwotnej. Elastomery wulkanizujące są to tworzywa wielocząsteczkowe z makrocząsteczkami liniowymi, zawierającymi grupy funkcyjne i przez to podlegające wulkanizacji. Elastomery niewulkanizujące są top tworzywa wielocząsteczkowe z makrocząsteczkami liniowymi lub rozgałęzionymi nie podlegającymi procesowi wulkanizacji.

Plastomery są to tworzywa, których wydłużenie w temperaturze pokojowej nie przekracza 100% w przypadku działania sił rozciągających.

Ze względu na zachowanie się plastomerów w podwyższonych temperaturach dzielimy je na:

• plastomery termoplastyczne - podczas ogrzewania każdorazowo miękną, a po ostygnięciu twardnieją; do tej grupy zaliczamy: polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polialkohol winylowy, polistyren, polimetakrylan metylu, poliamidy, octan celulozy, azotan celulozy.

• Plastomery termoutwardzalne (duroplasty) - początkowo miękną przy ogrzewaniu, lecz przy dalszym ogrzewaniu twardnieją; po tym utwardzeniu nie jest już możliwe rozpuszczenie lub przywrócenie ich w stan plastyczny przez ponowne ogrzanie; do grupy tej zaliczamy fenoplasty i aminoplasty.

• Plastomery chemoutwardzalne (duroplasty) - po wprowadzeniu pewnych związków chemicznych ulegają utwardzeniu; po tym procesie staja się nierozpuszczalne i nietopliwe; do grupy tej zaliczamy epoksydy i poliestry.

Klasyfikacja tworzyw sztucznych według ich przeznaczenia jest następująca:

1. tworzywa konstrukcyjne - stosowane w postaci tłoczywa z laminatów, żywic lanych, folii, prętów, tworzyw komórkowych;

2. tworzywa adhezyjne - służące dołączania różnych materiałów (kleje, kity, cementyty);

3. tworzywa impregnacyjne - służące do uszlachetniania materiałów klasycznych takich jak drewno, papier, tkaniny;

4. tworzywa powłokowe - służące do trwałego powlekania gotowych wyrobów z metali, skóry, drewna itp., jak również w celach dekoracyjnych i ochronnych.

---