Tworzywa sztuczne to ogólnie i powszechnie przyjęta nazwa materiałów, których podstawowym (a nieraz wyłącznym) składnikiem są substancje wielkocząsteczkowe.

Materiały, których podstawowym składnikiem są naturalne lub syntetyczne polimery.

Podział polimerów ze względu na wł. użytkowe i zastosowania:

-konstrukcyjne, -adhezyjne, -powłokotwórcze, -włóknotworcze

Tworzywa sztuczne od strony użytkowej można podzielić

- duromery – twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne – inaczej nazywane sztucznymi metalami. Niektóre duromery zastępują też materiały ceramiczne

Plastomery­-polimery, które pod wpływem naprężeń wykazują bardzo małe odkształcenia (mniejsze niż 1%). Do plastomerów zalicza się termoplasty i duroplasty

Elastomery – to polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury.

Podział polimerów według zdolności do przemiany w stan plastyczny:

-termoplasty, zdolne do przechodzenia w stan plastyczny i wykazujące granicę płynięcia.

-polimery usieciowane, niezdolne do przemian w stan plastyczny i z tego powodu niewykazujące płynięcia.

Według sposobu przenoszenia naprężeń w temperaturze:

-tworzywa sztuczne, przenoszące naprężenia w sposób sprężysty kruchy lub sprężysty z wymuszoną elastycznością.

-elastomery, w nieznacznym stopniu przenoszące naprężenia w sposób sprężysty z wymuszoną elastycznością, natomiast wysokoplastyczny z szybkim zmniejszaniem entropii.

Według pochodzenia materiałów:

-naturalne (celuloza, chityna, kauczuk naturalny, kolagen, kazeina)

-syntetyczne- wytworzone w procesie chemicznym.

Polimery pochodzenia syntetycznego: Polietylen(PE); Polipropylen(PP); Polichlorek winylu(PCV); Polistyren(PS); Polimetakrylan metylu(PMMA); Poliformaldehyd(PF); Żywice epoksydowe(EP); Poliamidy(PA); Poliestry(POM)

Monomery – cząsteczki tego samego lub kilku różnych związków chemicznych o stosunkowo niedużej masie cząsteczkowej, z których w wyniku reakcji polimeryzacji, mogą powstawać różnej długości polimery

Polimery-Inaczej tworzywa sztuczne, złożone z dużej ilości atomów, a więc o dużym ciężarze cząsteczkowym, zbudowane z merów.

Polimery amorficzne- ich łańcuchy cząsteczkowe ułożone są w sposób przypadkowy, nieregularny

Polimery krystaliczne- w ich budowie występuje powtarzalność ułożenia łańcuchów cząsteczkowych

Rodzaje Polimerów:

-Poliolefiny(PEPP)

-Polimery na bazie styrenu(PS),(ABS),(SB)

-Chlorowynylowe(PCV)

-Fluorowinylowce(PTFE)

W zależności od zachowania polimerów w polu elektrycznym rozróżnia się polimery:

-polarne, zaliczmy te o asymetrycznej budowie łańcucha głównego czyli występuje niesymetryczny rozkład ładunku elektrycznego

(PCV, PA, POM, PMMA)

-niepolarne, zaliczmy te o symetrycznej budowie cząsteczek, których wypadkowy moment dipolowy jest równy zero (PE, PP, PS, PIB, PTFE)

Kwas tereftalowy– organiczny związek chemiczny z grupy kwasów aromatycznych, Stosuje się go do produkcji włókien poliestrowych (m.in. elany) oraz barwników

Poliamidy-(PA)- mają bardzo silną tendencję do krystalizacji, są bardziej twarde i trudniej topliwe niż poliestry. Z poliamidów produkuje się przede wszystkim włókna zwane często nylonami i aramidami oraz tworzywa sztuczne o podwyższonej odporności mechanicznej (tworzywa konstrukcyjne) nadające się np. do produkcji kół zębatych.

Aramidy – grupa polimerów, rodzaj poliamidów włóknotwórczych. Ich cechą charakterystyczną jest występowanie w ich łańcuchach głównych ugrupowań aromatycznych Czym więcej w jego strukturze ugrupowań aromatycznych, tym większa odporność mechaniczna, termiczna i pożarowa, ale spada też rozpuszczalność.

Polimery pochodzenia naturalnego:

*Celuloza- wchodzi w skład ścian komórkowych większości roślin, niekiedy stanowiąc kilkadziesiąt procent suchej masy drewna. Obok ligniny jest to jeden z najpowszechniej występujących biopolimerów. Jest praktycznie nierozpuszczalna w większości rozpuszczalników organicznych.

*Chityna- Występuje w pancerzach skorupiaków morskich i insektów, oraz w ścianach komórkowych niektórych grzybów. Jest trudno rozpuszczalna dlatego nie znalazła szerszego zastosowania, dlatego poddaje się ją obróbce w której powstaje chitozan: bioaktywny, dobrze przyczepny, biodegradowalny, włóknisty . *Kauczuk Naturalny-substancja otrzymana z soku mlecznego- lateksu roślin kauczukodajnych- drzew, krzewów. Z chemicznego pkt. .widzenia głównym składnikiem kauczuku jest poliizopren

*Lignina- jeden z podstawowych, obok celulozy składnik drewna. Jest substancją powodującą zwartość struktury komórek drewna. Nadaje drewnu wytrzymałość i utrzymuje jego sztywność.

*Kolagen- zawiera duże ilości glicyny i proliny, oraz aminokwasy. Kolagen stanowią, białka włókniste tkanki łącznej. Jest on głównym składnikiem skóry, ścięgien, chrząstek, kości, zębów itd. Jego budowa jest zróżnicowana, w zależności od funkcji i miejsca występowania.

Polimery pochodzenia naturalnego Przetworzone:

*Celuloid- tworzywo to otrzymuje się przez plastyfikację azotanu celulozy w kamforze. Jest łatwopalne, a także mało odporne na działanie związków chemicznych oraz światła. Rozpuszcza się w estrach, ketonach oraz mieszaninie alkoholu z eterem.

*Celofan-przezroczysta lub barwiona szeleszcząca folia celulozowa otrzymywana z regenerowanej wiskozy przetłaczanej przez dyszę szczelinową do kąpieli koagulacyjnej, Zawiera ok. 12% wypełniacza – gliceryny. Tworzywo to jest łatwopalne i silnie chłonie wodę.

*Galalit-tworzywo otrzymane z Kazeiny, jest twardy, a największą wadą galalitu jest mała odporność na działanie wody

*Bakelit- to żywica fenolowo-formaldehydowa. Materiał konstrukcyjno izolacyjny pochodzenia syntetycznego, otrzymywany w reakcji HCHO+ fenol/krezol, modyfikowany wypełniaczami: mączka drzewna, papier, włókna azbestu itp.

*Guma- 3% Siarki +kauczuk naturalny

*Ebonit- 30-50% Siarki+ kauczuk naturalny

*Kauczuk syntetyczny- ogólna nazwa wszystkich kauczuków, otrzymywanych na drodze sztucznej syntezy chemicznej. Stanowi podstawowy składnik sztucznej gumy. Spotyka się je także w elastycznych żelach, sztucznych piankach, wykorzystuje się je do produkcji elastycznych tkanin, lin i wielu innych zastosowań.

Polimeryzacja- procesy w wyniku których powstają tylko makrocząsteczki- polimery bez produktów ubocznych. Są to reakcje łańcuchowe przede wszystkim substratów o podwójnym wiązaniu pomiędzy atomami węgla. W grupie tych produktów rozróżniamy:

*Homopolimery- powstają z jednego rodzaju substratów

*Heteropolimery- zawierają w łańcuchu głównym obok atomów węgla, inne atomy

*Kopolimery- powstają z dwóch lub trzech różnych substratów Podział ze względu na budowe: Kopolimer statyczny: AAABABBABABBBABAAB; Kopolimer naprzemienny: ABABABABABA;

Kopolimer blokowy: AAAABBBBAAAABBBB

Kopolimer szczepiony: B B B

AAAAAAAAAA

B B

Polimery polikondensacyjne- produkty, które otrzymuje się w wyniku reakcji przebiegającej pomiędzy substratami zawierającymi reaktywne grupy funkcyjne. Substraty łączą się ze sobą wiązaniem, a efektem tego jest polimer oraz produkty uboczne- najczęściej woda lub CO₂

Polimery poliaddycyjne- otrzymywane w procesie pomiędzy dwiema różnymi grupami funkcyjnymi, występującymi w 2 różnych reagujących ze sobą substratach. W wyniku powstają nowe makrocząsteczki, bez żadnych produktów ubocznych.

Właściwości fizyko-chemiczne- gęstość; lepkość; porowatość; współczynnik tarcia; stopień krystaliczności; podatność na wpływ środowiska

Właściwości mechaniczne- wytrzymałość na zginanie, ściskanie, rozciąganie; udarność; twardość; odkształcenie podczas pełzania; odkształcenie względne przy próbach wytrzymał…

Właściwości cieplne- odporność na temp. oznaczona metodą Vicata i Martensa; przewodnictwo cieplne; rozszerzalność cieplna; zapalność; żaroodporność; ciepło właściwe

Właściwości elektryczne- wytrzymałość dielektryczna; stała dielektryczna; przenikalność dielektryczna, oporność; skłonność do elektryzacji

Właściwości użytkowe- ścieralność; zarysowalność; odporność na uderzenia; chłonność wody; odporność na starzenie; właściwości antykorozyjne

Właściwości przetwórcze- skurcz technologiczny; zawartość substancji lotnych; lepkość; zawartość napełniaczy; zawartość zmiękczaczy; czas wiązania

Metody przetwarzania tworzyw sztucznych

Wtryskiwanie, wytłaczanie folii z rozdmuchiwaniem, wytłaczanie folii płaskiej, wytłaczanie płyt, wytłaczanie rur, odtłaczanie kabli, nanoszenie powłok, formowanie z rozdmuchiwanie, kształtowanie termiczne, prasowanie tłoczne.

Środki pomocnicze stosowane w otrzymywaniu i przetwórstwie polimerów:

Stabilizatory, napełniacze, plastyfikatory, barwienia, środki smarne, środki adhezyjne, środki spieniające, emulsje i emulgatory, rozpuszczalniki i rozcieńczalniki aktywne, środki sieciujące, antyelektrostatyczne, zwiekszające przewodność elektryczną, zwiększające przewodność na promieniowanie jonizujące, środki trik stropowe, biostabilizatory, biodegradowalne, środki zapachowe.

Recykling- to taki odzysk, który polega na powtórnym przetwarzaniu substancji lub materiałów. Rodzaje recyklingu: surowcowy; materiałowy; energetyczny, termiczny; chemiczny; organiczny.

Polietylen-(PE)-tworzywo termoplastyczne, niepolarne, posiada dobre właściwości elektroizolacyjne, odporne na większość odczynników chem. ,nie rozpuszcza sie w rozpuszczalnikach organicznych w temp>80. jest łatwo przerabialny i zaliczany do jednych z tańszych. otrzymywane metodami: Niskociśnieniową- PEHD i wysokociśnieniową- PELD. HD posiada wysokie wł. Wytrzymałościowe i temperaturowe. LD jest elastyczny, mniej odporny niż hd.

Polipropylen-(PP)-tworzywo niepolarne, ma lepsze właściwości od PEHD, może być stosowany w zakresie: -35 do +150^oC, w niskich temp. Gwałtownie spada jego odporność na uderzenia. Odporny na większość odczynników chemicznych

Polichlorek Winylu-(PCV)-termoplastyczne tworzywo sztuczne, topliwe, niepalne, polarne, z którego produkuje się wyroby twarde produkuje sie z niego wyroby twarde zmiękczone porowate, elastyczne i sztywne. jest całkowicie bezpostaciowy. Wysoka odporność na kwasy, ługi oraz liczne niepolarne ciecze organiczne

Policzterofluoroetylen-(PTFE)- tworzywo niepolarne, inaczej teflon, otrzymuje się w postaci białych grudek. Zasadniczą zaletą jest zachowanie elastyczności i giętkości w przedziale od -160 do +250^oC. inne zalety: całkowita niepalność i odporność chemiczna, doskonały dielektryk.

Polistyren-(PS)-tworzywo niepolarne twarde kruche o dużej odporności chemicznej na działanie kwasów i zasad. Rozpuszcza się w rozpuszczalnikach niepolarnych, łatwy w obróbce mech, światło powoduje starzenie jest tani i łatwy do przetworzenia.Doskonały dielektryk, doskonały izolator termiczny (styropian)

Polimetakrylan Metylu-(PMMA)-tworzywo polarne, twarde, bezbarwne, o dużej przezroczystości. Temp topnienia ok. +80^oC. odporny na udarność niezależnie od temp, odporny na wodę, roztwory soli, średnio stężone kwasy, posiada dobre wł. Mech. I chemiczne. Nie odporny na ścieranie i niszczenie powierzchni.

Poliestry-(PES)- polimery zawierające wiązanie estrowe w swoich łańcuchach głównych. Rozróżniamy poliestry liniowe, poliestry nienasycone i żywice poliestrowe.

Poliuretany-(PU)-tworzywa o bardzo zróżnicowanych właściwościach, zależnych od budowy chem. Odznaczają się dużą odpornością na działanie tlenu, roztworów kwasów oraz rozpuszczalników organicznych. Wyjątkowo odporne na ścieranie, mało odporne na działanie promieni UV i zasad.

Politereftalan etylu-(PET)- polimer z grupy poliestrów, otrzymywany na drodze polikondensacji. Tworzywo przezroczyste, z którego produkuje się większość plastikowych butelek, oraz jest też stosowane jak sztuczne włókno.

Żywice Fenolowo-Formaldehydowe-(PF)- są produktami kondensacji fenoli z aldehydem mrówkowym, wrażliwe nieodporne na światło słoneczne, odporne do +150^oC. Najczęściej stosowane z napełniaczami: mączka drzewna, włóknem celulozowym itd. Żywice z napełniaczami są tańsze, posiadają lepsze wł. Mechaniczne i chemiczne.

Poliamidy-(PA)- wyróżniają się dobrymi właściwościami mech. Są odporne na ścieranie, w maszynach tworzą układy samosmarujące. Są odporne na rozpuszczalniki organiczne, nie odporne na kwasy i zasady

Żywice epoksydowe- są tworzywami termoplastycznymi, o budowie liniowej, w temp. normalnej najczęściej roztopione. Pod wpływem działania utwardzaczy żywice te przechodzą w tworzywa termoutwardzalne. Żywice epoksydowe posiadają doskonałą przyczepność do innych tworzyw.

Aminoplasty- sa produktami kondensacji aldehydu mrówkowego ze związkami zawierającymi grupy aminowe odporny na działanie rozpuszczalników, posiada dobre własciwości elektroizolacyjne, odporny na prądy pełzające, tani łatwo dostępny bezbarwny przezroczysty, niestety kruchy i łatwo pęka.

Budowa liniowa makrocząsteczek

Polimery liniowe zbudowane są z monomerów połączonych jeden z drugim w sposób liniowy, tak że tworzą łańcuch prosty.

Krzywa termomechaniczna-krzywa zależności odkształcenia od temperatury przy obciążeniu stałą siłą ściskaj