KLASYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH

1) Pojęcia podstawowe

Tworzywo sztuczne – materiał, którego głównym składnikiem jest polimer

Polimer – związek wielkocząsteczkowy, jest zbiorem makrocząsteczek

Makrocząsteczka - inaczej duża cząsteczka składająca się z bardzo wielu

mniejszych cząsteczek lub grup atomów zwanych merami

2) Polimery i tworzywa sztuczne

W skład tworzyw sztucznych, oprócz polimerów, wchodzą składniki pomocnicze mające na celu:

- poprawę właściwości mechanicznych, cieplnych, dielektrycznych i innych,

- polepszenie właściwości technologicznych tworzyw ułatwiających przetwórstwo,

- poprawę walorów estetycznych gotowych wyrobów, przy jednoczesnej

obniżce ceny,

- nadawanie specjalnych właściwości użytkowych, np. niepalność, odporność na działanie światła, mały współczynnik tarcia, odporność na zabrudzenia.

Składniki pomocnicze (dodatki) są wprowadzane do polimerów podczas przygotowywania tworzyw do procesu przetwórczego lub rzadziej w procesach kształtowania półwyrobów (np. laminatów).

Dodatki

W celu polepszenia własności użytkowych lub obniżenia kosztów wytwarzania

Wprowadza się do polimerów różnego rodzaju dodatki.

Napełniacze są dodawane w celu zwiększenia wytrzymałości polimerów, głównie przez ograniczenie zdolności do przemieszczeń cząstek liniowych.

Zwiększają one również stabilność wymiarów i obniżają koszt wytwarzania.

Napełniaczami (wypełniaczami) są względnie obojętne materiały jak:

krótkowłóknista celuloza, skrawki tkanin, krzemionka, mika, proszki metali, sadza.

Zmiękczacze (plastyfikatory) dodaje się w celu obniżenia temperatury zeszklenia, a przez to zwiększenie plastyczności polimerów w określonym przedziale temperatur. Często stosowanymi zmiękczaczami są polimery o cząsteczkach liniowych z niezbyt dużą masą cząsteczkową.

Stabilizatory zapobiegają rozkładowi polimeru pod wpływem utleniania, promieniowania nadfioletowego lub podwyższonej temperatury. Mogą to być: sadza, związki ołowiu, organiczne sole metali.

Środki smarujące są dodawane w celu ułatwienia przetwórstwa polimerów. Ich zadaniem jest zmniejszenie lepkości polimeru podczas formowania i zmniejszenie przyczepności polimeru do gorących powierzchni maszyn przetwórczych. Najczęściej stosowanymi środkami smarującymi są parafiny i woski. Środki zmniejszające palność Większość polimerów, ze względu na to, że są one materiałami organicznymi, po zainicjowaniu palenia płonie aż do całkowitego spalenia. Przez wprowadzenie do polimerów substancji wydzielających podczas spiekania duże ilości niepalnych gazów odcinających dopływ tlenu do płonącego materiału, można wywołać efekt samogaśnięcia. Podstawowymi składnikami dodatków zmniejszających palność są: chlor, brom, fosfor, antymon. Dodatkami są np. chloroparafiny cztero lub pięciobromobenzen.

Środki barwiące nadają polimerom żądane zabarwienie. Pigmenty są nierozpuszczalnymi materiałami barwiącymi, dodawanymi do polimeru w postaci proszku. Typowymi pigmentami są niektóre ceramiki krystaliczne np. tlenek tytanu, tlenki żelaza, pigmenty organiczne. Barwniki są rozpuszczalnymi związkami organicznymi mogącymi powodować zabarwienie materiału z zachowaniem jego przeźroczystości.

3) Zalety i wady materiałów polimerowych

Zalety – Podstawowymi zaletami materiałów polimerowych są:

- mała gęstość

- duża wytrzymałość mechaniczna w stosunku do masy

- trwałość

- odporność na czynniki atmosferyczne i środowisko aktywne

- termostabilność

- własności elektryczne, cieplne

- duża zdolność kształtowania gotowych produktów.

Wady – Do wad materiałów polimerowych zaliczane są:

- niska odporność na pełzanie

- ograniczony zakres temperatury długotrwałego użytkowania

- problemy związane z procesami wtórnego wykorzystania i utylizacji zużytych

odpadów.

4) Klasyfikacja tworzyw polimerowych

W klasyfikacji tworzyw polimerowych (polimerów) brane są pod uwagę bardzo

różne kryteria.

4.1. Podział ze względu na pochodzenie

a) polimery naturalne, do wytwarzania których stosowane są produkty:

- pochodzenia roślinnego (celuloza),

- pochodzenia białkowego otrzymywane z kazeiny znajdującej się w mleku

(galalit, kazeinit),

- pochodne kauczuku naturalnego (guma, ebonit),

Celuloza C6H10O5 jest wytwarzana najczęściej z drewna. Tworzywa sztuczne

będące pochodnymi celulozy to:

· poliazotan celulozy (nitroceluloza, celuloid) stosowany między innymi na

wyroby galanteryjne, zabawki, piłeczki, oprawy do okularów. Dawniej

wytwarzano z niego błony fotograficzne i filmowe. Jego wadami są

łatwopalność i mała odporność na światło (żółknie);

· polioctan celulozy – stosowany do wyrobu folii izolacyjnych, błon filmowych

niepalnych, włókien, rur, płyt, uchwytów do narzędzi, zabawek, elementów

wyposażenia samochodów, samolotów, folii opakowaniowych, osłonek do

wędlin. Jest niepalny, odporny na działanie ozonu, alkoholi i olejów mineralnych;

· fibra warstwowa – stosowana do wyrobu walizek, uszczelek;

niewarstwowa, z której wykonuje się taśmy, rury, pręty, profile. Jest

odporna na tłuszcze, oleje, benzynę, ale jest higroskopijna i pęcznieje pod

wpływem wilgoci.

· wiskoza – z której wyrabia się włókna o własnościach zbliżonych do

bawełnianych, folii, celofanu zwanego też tomofanem.

Kazeina - tworzywo pochodzenia białkowego uzyskiwane z mleka krowiego,

stosowane jako składnik papieru, klejów, farb, lakierów, kosmetyków, a także do

wyrobu kazeinitu.

· kazeinit (galalit) to chemoutwardzalne tworzywo sztuczne stosowane do

wyrobu bloków, arkuszy, prętów i rur, wyrobów galanteryjnych. Wadą tego

tworzywa jest mała odporność na działanie wody;

Kauczuk naturalny - jest produktem roślinnym. Otrzymuje się go z lateksu, czyli

soku drzew kauczukowych. Jest stosowany do produkcji gumy, wyrobów z gumy i

ebonitu.

b) polimery syntetyczne – są wytwarzane w wyniku odpowiedniej przeróbki węgla

kamiennego, ropy naftowej i gazu ziemnego.

Polimery wytwarzane są ze związków chemicznych zwanych monomerami,

posiadających co najmniej jedno wiązanie podwójne pomiędzy atomami węgla lub

krzemu lub związków heterocyklicznych.

4.2. Podział polimerów w zależności od kinetyki i mechanizmu reakcji

otrzymywania

Reakcje łączenia monomerów w makrocząsteczki polimerów syntetycznych to:

- polimeryzacja (kopolimeryzacja),

- polikondensacja,

- poliaddycja.

Powstałe w ich wyniku tworzywa nazwane są odpowiednio:

- polimerami addycyjnymi lub polimeryzatami (kopolimeryzatami)

- polikondensatami,

- poliaddyktami.

Polimeryzacja polega na tworzeniu makrocząsteczek w wyniku przyłączania merów tego samego typu jak np. w polietylenie

n

H

C C

H

H

H

temperatura

ciśnienie

katalizator

monomer

etylenu

H

C C

H

H

H

H

C C

H

H

H

n

n

mer makrocząsteczka

polietylenu PE

stopień

polimeryzacji

(kopolimeryzacja) – tworzenie makrocząsteczek kopolimerów w wyniku

przyłączania dwu lub więcej rodzajów monomerów np. w kopolimerach jak styren

– butadien BS, bipolimerach chlorek winylu – octan winylu VC VAC lub

tripolimerach jak akrylonitryl – butadien – styren ABS

Polikondensacja - reakcja dwuetapowa. W pierwszym następuje reakcja

chemiczna z wydzieleniem produktu ubocznego, który należy usunąć. W drugim

etapie tworzą się makrocząsteczki polimeru jak np. fenolu formaldehydowego

(bakelitu) lub poliamidu PA66 (nylonu 6.6)

Poliaddycja - polireakcja o cechach polimeryzacji i polikondensacji. W procesie

uczestniczą monomery tego samego rodzaju lub dwa różne monomery, często z

przegrupowaniem atomów w cząsteczce monomeru, lecz bez wydzielania

produktu ubocznego. Typowymi przykładami są reakcje otrzymywania

poliamidów, metylofenolu

metylofenol

4.3. Podział polimerów ze względu na zachowanie się pod wpływem temperatury

Ze względu na zachowanie się pod wpływem temperatury polimery dzieli się

na:

- termoplastyczne (termoplasty),

- duroplasty

termoutwardzalne

chemoutwardzalne

- elastomery

Własności polimerów są uzależnione od struktury i stopnia polimeryzacji.

Struktura polimerów

Polimery składają się z makrocząsteczek o budowie łańcuchowej, w skład których wchodzą cząsteczki podstawowe zwane merami w ilości od 200-10.000. Liczba merów w makrocząsteczce to stopień polimeryzacji. Długość makrocząsteczki wynosi 10-6 ¸ 10-4 mm, a jej grubość około 10-7 mm., Łańcuchy mogą być liniowe, rozgałęzione. W przypadku tworzyw termoplastycznych łańcuchy są splecione ze sobą. W przypadku duroplastów struktura jest przestrzenna, między łańcuchami powstają wiązania poprzeczne (sieciowanie poprzeczne).

Własności polimerów pod wpływem temperatury Tworzywa termoplastyczne ze względu na brak poprzecznego sieciowania miękną ze wzrostem temperatury, stają się plastyczne, gęstopłynne, rzadkopłynne. Po oziębieniu odzyskują poprzednie własności. Dalsze ogrzewanie prowadzi do degradacji (wrzenia, parowania, spalania). Można je łatwo utylizować przez przetopienie i ponowne formowanie. Duroplasty w wyniku poprzecznego sieciowania stają się twarde i kruche. Po podgrzewaniu nie miękną i nie topią się. Po przekroczeniu temperatur krytycznych ulegają degradacji rozkładając się lub spalając się. Ich utylizacja (recykling) jest ograniczony. Można je rozdrobnić i dodawać jako dodatek do świeżego tworzywa przed polimeryzacją, ale to obniża wytrzymałość tworzywa.

4.4. Podział polimerów ze względu na właściwości użytkowe i zastosowanie

Ze względu na powyższe kryterium tworzywa sztuczne dzielimy na: dzieli się

na:

- tworzywa konstrukcyjne,

- tworzywa adhezyjne,

- tworzywa powłokotwórcze,

- tworzywa włóknotwórcze,

- tworzywa specjalne.

IDENTYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH

Rozpoznanie nieznanego tworzywa sztucznego jest trudne i w tym przypadku

należy posługiwać się kluczem ujętym w postaci opisowej lub odpowiednią tablicą.

METODY BADAŃ

Najczęściej identyfikacja badanego tworzywa opiera się:

- na wyglądzie zewnętrznym próbki i zewnętrznych obserwacjach organoleptycznych,

- na zachowaniu się małej próbki tworzywa podczas ogrzewania w rurce

szklanej bez swobodnego dostępu powietrza, podczas kontaktu z otwartym

płomieniem palnika,

- na działaniu na tworzywo rozpuszczalnikami i niektórymi stężonymi

odczynnikami chemicznymi, np. 30% H2SO4, 20% NaOH.

Podczas prażenia i spalania w rurce szklanej obserwuje się również wygląd, zapach i odczyn powstających gazów, par i dymów, wygląd popiołu itp. Dodatkowo można się posługiwać oznaczeniem pierwiastków występujących w danym tworzywie oraz ciężarem właściwym. Znane są dwa podstawowe systemy postępowania przy rozpoznawaniu tworzyw sztucznych. Jeden z nich polega na działaniu rozpuszczalników i odczynników chemicznych traktując inne obserwacje jako pomocnicze. Drugi system polega na wstępnej eliminacji na podstawie wyglądu zewnętrznego, na badaniu systematycznym przez prażenie i palenie próbki oraz na badaniu uzupełniającym za pomocą rozpuszczalników, odczynników chemicznych, oznaczeniu jakościowym różnych pierwiastków oraz oznaczeniu ciężaru właściwego.

Badania należy przeprowadzić w następującej kolejności:

1. Wygląd zewnętrzny – obserwacje organoleptyczne

Wygląd zewnętrzny tworzywa jest niejednokrotnie tak silnie związany z jego

charakterem, że można na pierwszy rzut oka zawęzić poszukiwania do bardzo

niewielu tworzyw. Istotną rolę odgrywają takie własności jak:

- barwa – nie wszystkie tworzywa mogą występować np.. w barwach jasnych,

- przezroczystość

- przeświecenie – tę własność mają tylko nieliczne tworzywa,

- sposób formowania i charakter kształtek – np. przez wytłaczanie da się

formować zaledwie kilka tworzyw, a bardzo dużych masywnych wyprasek nie

można otrzymywać z tłoczyw termoutwardzalnych.

Niektóre tworzywa można jednoznacznie zidentyfikować przy pomocy bardzo prostej obserwacji organoleptycznej. Na przykład celuloid potarty ręką lub o ubranie wydziela charakterystyczny, dla niego tylko właściwy, zapach kamfory. Wyroby z polistyrenu rzucone na płytę stołu dają charakterystyczny brzęczący odgłos szklanometaliczny, podczas gdy inne tworzywa dają odgłos głuchy.Polistyren i polipropylen w dotyku przypominają parafinę.

2. Prażenie w rurce szklanej

Do obserwacji zachowania się tworzywa podczas prażenia najlepiej posłużyć się rurką szklaną, ponieważ w ten sposób ogranicza się w możliwie maksymalnym stopniu dostęp powietrza do ogrzane próbki oraz umożliwia dogodną obserwację i badanie powstających gazów, par i dymów. Rurka szklana powinna mieć średnicę zewnętrzną 4-5 mm i długość około 6 cm. Do rurki, zatopionej z jednej strony wprowadza się rozdrobnione tworzywo w takiej ilości, aby zajęło w rurce wysokość 1-2 cm po czym lekko ubija. Rurkę ujętą w szczypce wprowadza się do płomienia palnika gazowego i obserwuje zachowanie się próbki.

Mogą wystąpić następujące przypadki:

a – próbka topi się

b – próbka rozkłada się

c – próbka topi się w następstwie rozkładu

d – próbka ciemnieje, rozkłada się a następnie topi.

Charakterystyczne dla poszczególnych tworzyw jest pH powstających gazów.

Wyróżnia się cztery zakresy odczynu:

– a alkaliczny

– b obojętny

– c słabo kwaśny

– d silnie kwaśny

Sposób postępowania przy określaniu odczynu gazów jest następujący:

Do wylotu probówki z prażoną próbką przykłada się zwilżony wodą papierek lakmusowy.

– Jeżeli zabarwi się na niebiesko – gazy są alkaliczne.

– Jeżeli nie zmieni barwy – gazy są obojętne.

– Gdy papierek lakmusowy zmieni barwę na czerwoną, wówczas przykłada się

zwilżony papierek kongo czerwony. Jeżeli papierek lakmusowy będzie czerwony,

a papierek kongo nie zmieni barwy – gazy są kwaśne, jeżeli papierek kongo

również zmieni barwę na niebieską – gazy są silnie kwaśne.

O ile papierki wskaźnikowe podczas przechowywania zmieniły barwę i papierek

lakmusowy jest czerwony a papierek kongo niebieski, można nadać im właściwą barwę wyjściowa potrzebną do badania, zbliżają je delikatnie do szyjki otwartej butelki z roztworem wody amoniakalnej. Produkty lotne powstające podczas prażenia mogą mieć również charakterystyczny dla poszczególnych tworzyw zapach.

3. Badanie za pomocą otwartego płomienia

Maleńką próbkę rozdrobnionego tworzywa przykłada się na szpachelce lub metalowej łyżeczce do ostrego, najlepiej nie świecącego, możliwie małego i wąskiego płomienia palnika gazowego, tak, aby płomień dotknął próbki. Można też niewielki kawałek tworzywa chwycić pęsetą i wprowadzić wprost do płomienia. Obserwuje się zjawiska zachodzące w bezpośrednim kontakcie z płomieniem, następnie wyjmuje próbkę z płomienia i obserwuje dalej Jeżeli próbka się pali, płomień zdmuchnąć po czym obserwować powstające dymy, a następnie określić ich zapach oraz wygląd popiołu.

Należy przy tym zarejestrować:

1 - Czy tworzywo w ogóle się pali,

- czy pali się w płomieniu palnika ale gaśnie po wyjęciu z płomienia,

- czy zapalone pali się samo gwałtownie.

2 - Rodzaj płomienia tworzywa (świecący, kopcący)

- barwę płomienia i układ barw (np,. obwódka barwna),

- czy płomień iskrzy.

3- Czy tworzywo topi się i kapie kropelkami lub ciągnie w nitki

- czy zwęgla się,

- czy zwęgla się z białym brzegiem,

- czy tworzą się pęcherze,

- czy tworzywo rozwarstwia się.

4 - Jaka jest woń próbki po zgaszeniu.

4. Zachowanie się tworzywa wobec rozpuszczalników organicznych i w wodzie Rozpuszczalność tworzyw w rozpuszczalnikach organicznych i w wodzie jest również własnością charakterystyczną ułatwiającą rozpoznanie danego tworzywa. Niewielką próbkę rozdrobnionego tworzywa około 0,2 g umieszcza się w probówce i zalewa kilkoma mililitrami rozpuszczalnika, a następnie wstrząsa i obserwuje jej zachowanie na zimno i na gorąco:

- pęcznienie

- żelowanie

- rozpuszczanie

Gdy nie można z badanej kształtki pobrać odpowiedniej próbki wówczas drucik zwilżony danym rozpuszczalnikiem przytyka się do powierzchni badanego wyrobu i obserwuje czy powierzchnia w dotkniętym miejscu staje się lepka, matowa czy ciągną się , co wskazuje na rozpuszczalność tworzyw. Za pomocą rozpuszczalników można rozpoznać tworzywa w sposób systematyczny. Trzeba wtedy dysponować odpowiednim zestawem rozpuszczalników.

5. Badania chemiczne

Badania chemiczne można potraktować jako badania systematyczne lub jako badania uzupełniające. Należy uwzględnić zachowanie się próbki podczas zmydlania w stężonym roztworze wodorotlenku sodowego lub w 30% kwasie siarkowym, a w przypadku poliamidów w rozcieńczonym kwasie solnym i stężonym mrówkowym. Badania te przeprowadza się w próbce analogicznie jak próbkę rozpuszczania. Ponadto pomocniczym badaniem jest oznaczenie jakościowe zawartości: chloru, fosforu, azotu, siarki oraz krzemu w popiele. W celu wykrycia tych pierwiastków próbkę trzeba stopić w probówce z ziarenkiem sodu metalicznego. Rozżarzoną probówkę wrzuca się do zlewki z zimną wodą po czym probówka pęka. Następnie zlewkę ogrzewa się aż do rozpuszczenia stopu. Roztwór odsącza się a następnie oznacza się chlor, fluor, azot i siarkę, stosując metody klasycznej analizy jakościowej.

Obecność chloru i innych chlorowców można też rozpoznać przez próbę Beilsteina, która polega na tym, że wyżarzony drucik miedziany z odrobiną badanego tworzywa wprowadza się do świecącego płomienia. Zielone zabarwienie płomienia świadczy o obecności chlorowca.

6. Ciężar właściwy

W wielu przypadkach znajomość ciężaru właściwego tworzywa może być pomocna przy jego identyfikacji. Ciężar właściwy próbek o kształtach całkowicie regularnych można określić na podstawie pomiaru ciężaru próbki i jej objętości obliczonej z wymiarów liniowych. W celu wyznaczenia objętości można posłużyć się wagą hydrostatyczną, cylindrem miarowym. W przypadku bardzo niewielkiej ilości badanego materiału lub materiału rozdrobnionego stosuje się metodę piknometryczną. Jeżeli podczas pomiarów stosuje się metodę, w której próbkę zanurza się w cieczy, należy się przekonać czy badana próbka ma ciężar właściwy wyższy czy niższy od ciężaru właściwego stosowanej cieczy. Stosowana ciecz musi być obojętna w stosunku do badanego tworzywa tj. nie może w czasie pomiaru spowodować nasiąkania, spęcznienia lub uszkodzenia próbki. Po wykonaniu opisanych badań i obserwacji, korzystając z załączonych tablic identyfikujemy tworzywo.

Duroplasty, tworzywa utwardzalne, grupa tworzyw polimerowych przechodzących nieodwracalnie ze stanu plastycznego w stan utwardzony w wyniku działania podwyższonej temperatury (tworzywa termoutwardzalne), pod wpływem czynników chemicznych (tworzywa chemoutwardzalne), bądź w wyniku łącznego działania temperatury i czynników chemicznych.

Zaletami, które wpływają na powszechne zastosowanie duroplastów są: sztywność, stabilność wymiarów, nierozpuszczalność, nietopliwość oraz dobre własności elektroizolacyjne. Wady natomiast to kruchość (zmniejszana przez zastosowanie napełniaczy) oraz niemożliwość powtórnego formowania.

Duroplasty stosowane są w postaci mieszanek (żywica+napełniacz) do tłoczenia, laminatów, tworzyw piankowych, żywic technicznych, klejów, lakierów itp. Najważniejszymi duroplastami są: fenoloplasty, aminoplasty, żywice poliestrowe nienasycone, żywice epoksydowe oraz część żywic silikonowych.

Termoplasty występują jako polimery bezpostaciowe i o częściowej strukturze krystalicznej.Składają  się  z  makromolekuł  liniowych  albo  rozgałęzionych,  przy  podgrzewaniu  miękną w odwracalny  sposób  aż  do postaci  ciekłej,  a utwardzają  się podczas ochładzania.  Termo- plasty  są zgrzewalne. Półwyroby z  twardych  termoplastów mogą być w znacznym zakresie poddawane  obróbce  plastycznej  na  gorąco.  W  zależności  od  dziedziny  zastosowania,termoplastydzieląsięna:

1. tak  zwane  tworzywa  sztuczne  masowe,jak np. polietylen (PE), polistyren (PS), polichlorek  winylu  twardy  albo  miękki  (PVC-H,  PVC-W), polipropylen (PP) i poliwęglan (PC),

2. tworzywa sztuczne techniczne, jak: poliamidy (PA) polioksymetylen (POM),

3. polimery wysokowydajne, jak np. poliaryloetero-keton (PAEK). Innymi ważnymi termoplastami są jeszcze np. polimetakrylan metylu (PMMA - szkło akrylowe, pleksiglas) i policzterofluoroetylen (PTFE - teflon).

KALIBROWANIE

nadawanie ostatecznych dokładnych wymiarów wyrobom metalowym kształtowanym za pomocą obróbki plastycznej; do k. stosuje się różne operacje technologiczne, np.: dogniatanie (kuźnictwo), dotłaczanie (tłocznictwo), walcowanie (rurownictwo), przepychanie przez otwór matrycy lub przeciąganie trzpienia przez otwór wyrobu (metalurgia proszków).

Wulkanizacja tradycyjnych rodzajów elastomerów – zwanych kauczukami – opiera się na addycji siarki rombowej do podwójnych wiązań chemicznychwęgiel-węgiel występujących zarówno w naturalnych, jak i syntetycznych kauczukach. W wyniku tej reakcji tworzą się wiązania chemiczne C-S_x-C, gdzie x=1-3.

Wulkanizację tę przeprowadza się zazwyczaj, mieszając rozdrobnioną siarkę rombową z kauczukiem, a otrzymaną pastę nanosi się na specjalne bębny zwane kalandrami, gdzie w temperaturze ok. 150 °C następuje wcześniej wspomniania reakcja sieciowania. Zależnie od warunków wulkanizacji, rodzaju użytego kauczuku i proporcji siarki do kauczuku można uzyskiwać twardsze lub bardziej miękkie rodzaje gumy. Im większa gęstość sieciowania kauczuku, tym mniej elastyczna (twardsza) i wolniej ścierająca się guma.

Żywice epoksydowe – otrzymywanie i podstawowe właściwości

Żywice epoksydowe są to chemoutwardzalne związki, których cząsteczki

zawierają, co najmniej dwie grupy epoksydowe. Żywice epoksydowe są otrzymywane

bezpośrednią metodą polikondensacji 1,2-epoksy-3-chloropropanu (epichlorohydryna) z dihydroksylowymi fenolami lub poliglikolami w środowisku alkalicznym

folie polietylenowe LDPE oraz HDPE; folie barwione oraz bezbarwne

Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".

Tworzywa polimerowe stanowią osobną grupę materiałów obok materiałów ceramicznych, metali i ich stopów oraz drewna, które, ze względu na budowę cząsteczek celulozy, również należy zaliczyć do naturalnych materiałów polimerowych.

Zaletami tworzyw polimerowych są: mała gęstość, odporność na korozję oraz łatwość przetwórstwa (niskie koszty wykonywania dużych serii gotowych wyrobów w porównaniu do innych grup materiałów). Ta ostatnia cecha głównie zadecydowała o wielkim rozwoju przemysłu tworzyw polimerowych w XX wieku i ich obecną wielką powszechnością w życiu codziennym człowieka.

Wadami tworzyw polimerowych są: mała odporność na wysokie temperatury i mniejsze właściwości mechaniczne (np. twardość, podatność na pełzanie) w porównaniu do np. metali lub ceramiki. Pomimo że właściwości mechaniczne większości tworzyw polimerowych są mniejsze w stosunku do metali, to włókna z niektórych tworzyw polimerowych (np. aromatyczne poliamidy - Kevlar) mogą wykazywać większą wytrzymałość na rozciąganie (powyżej 3500 MPa) nawet w stosunku do wysokogatunkowych stali. Podobniebardzowysokąwytrzymałościącharakteryzująsiękompozytypolimerowe.

Do wad tworzyw polimerowych zalicza się bardzo długi czas rozkładu, jeśli człowiek dokonuje zaśmiecania nimi środowiska naturalnego, czy też podczas składowania ich na składowiskach odpadów. Tymczasem tworzywa polimerowe stanowią doskonałe materiały wtórne do ponownego przerobu w technologiach recyklingu, gdzie na samym końcu powinny one kończyć "swoje życie" jako materiał opałowy, ze względu na wysoką wartość opałową, często porównywalną do węgla. Pomimo zaawansowanych technologii w spalarniach odpadów, które eliminują emisję szkodliwych związków do środowiska, wciąż obserwuje się wysoki opór społeczny podczas wyboru lokalizacji spalarni odpadów. Spalanie tworzyw polimerowych w gospodarstwach domowych jest zabronione, gdyż, m.in. ze względu na za niską temperaturę spalania, może powodować to emisję do atmosfery silnie trujących związków.

W latach 1988 - 2010 światowa roczna produkcja wzrosła z 75 mln do 245 mln ton. Zaobserwowano, że drobne odpady tworzyw sztucznych unoszą się na powierzchni północnego Oceanu Atlantyckiego i północnego Oceanu Spokojnego. W latach 1988 - 2010 nie zaobserwowano wzrostu ilości tych odpadów. Badania na Morzu Sargassowym sugerują, że morskie mikroorganizmy są zdolne do rozkładania tworzyw sztucznych.

Współcześnie paleta dostępnych tworzyw sztucznych umożliwia w praktyce zastąpienie nimi niemal każde tworzywo naturalne. Tworzywa sztuczne nie mają jednak zwykle własności identycznych z tworzywami naturalnymi. Zwykle tworzywa sztuczne mają takie same a nawet lepsze te własności, które są najbardziej istotne dla danego zastosowania, może mieć jednak gorsze mniej istotne własności.

Np: zastosowanie tworzywa PET zamiast szkła do produkcji butelek ma następujące zalety:

• butelki z PET są lżejsze (znacznie mniejsze zużycie surowca i energii potrzebnej do produkcji, transportu, recyklingu),

• PET się nie tłucze (zastosowanie w miejscach gdzie nie jest dopuszczalne szkło: stadion, basen itp.),

• łatwiej jest uformować je w niemal dowolny kształt (wysokie walory estetyczne opakowań),

ale ma teżwady:

• PET w temperaturze pow 70 °C traci swoje własności mechaniczne (butelki nie nadają się do pasteryzacji w wysokiej temperaturze bez stosowania dodatkowych technik uszlachetniających np. dodatek PEN)

• niska barierowość butelki (bez dodatkowych technologii zwiększających barierowość (np. butelki wielowarstwowe) nie nadaje się do długoterminowego pakowania piwa, soków, mleka)

Podobne wady i zalety posiada wiele innych tworzyw sztucznych

Podział tworzyw sztucznych[edytuj]

Tworzywa polimerowe mogą być klasyfikowane na wiele sposobów.

Ze względu na fizykochemiczne właściwości przetwórcze[edytuj]

1. tworzywa termoplastyczne - uplastyczniające ("topiące") się pod wpływem temperatury np. polietylen, polipropylen, poli(chlorekwinylu)itp.

2. tworzywa reaktywne - ulegające reakcji chemicznej sieciowania np. żywiceepoksydowe, żywicepoliestrowe, kauczuk

Ze względu na zastosowanie[edytuj]

1. konstrukcyjne,

2. elastoplastyczne,

3. porowate,

4. powłokotwórcze,

5. adhezyjne,

6. włóknotwórcze,

7. specjalne (wymieniacze jonowe, polimery biomedyczne itp).

Ze względu na właściwości fizykochemiczne[edytuj]

• Duromery – twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne. Niektóreduromeryzastępująmateriałyceramiczne.

• Plastomery – popularnie zwane termoplastami mniej sztywne od duromerów ale łatwotopliwe – dzięki ich topliwości można je przetwarzać poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie, dzięki czemu można z nich uzyskać bardzo skomplikowane kształty.

• Elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają znacznie swój kształt ale po odjęciu siły wracają do poprzednich kształtów. Elastomery zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny, ale znalazły też szereg nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.

Ze względów ekologicznych trwają prace nad biologicznie rozkładającymi się tworzywami sztucznymi, produkowanymi na bazie roślinnej czy zwierzęcej.

Ze względu na dodatki, które występują w tworzywie[edytuj]

W skład tworzyw sztucznych oprócz polimerów wchodzą różnego rodzaju dodatki nadające im określone właściwości fizyczne. Mogą to być:

1. napełniacze;

2. plastyfikatory;

3. stabilizatory;

   1. antyozonanty;

   2. dodatkizmniejszającepalność;

4. antystatyki;

5. barwniki;

6. dodatkiprzeciwścierne.

Przetwórstwo i obróbka[edytuj]

Przetwórstwem tworzyw sztucznych nazywa się proces formowania z nich wyrobów.

Do podstawowych technik stosowanych w przetwórstwie zalicza się:

1. wytłaczanie

2. wtryskiwanie

3. prasowanie

   • tłoczenie

   • przetłaczanie

   • formowaniepłyt

4. walcowanie i kalandrowanie

5. odlewanie

Kody recyklingu tworzyw sztucznych[edytuj]

W celu uproszczenia recyklingu tworzyw sztucznych został wprowadzony przez Society of the Plastics IndustryInc (USA)' w 1988 kod oznaczania tych tworzyw. Pierwotnie został on zaprojektowany dla tworzyw stosowanych w naczyniach i opakowaniach stosowanych w gospodarstwach domowych. Później jednak został rozszerzony na inne tworzywa, a także na metale. Symbole te ułatwiają ich sortowanie w sortowniach odpadków. Dodatkowo informują też konsumentów z jakim tworzywem mają do czynienia^[2].

Kody zawierają trzy strzałki, tworzące trójkąt, z grotami skierowanymi zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Wewnątrz trójkąta znajduje się liczba oznaczająca kod tworzywa, a pod trójkątem umieszczany jest skrót literowy, pochodzący z angielskiej nazwy głównego polimeru wchodzącego w skład oznakowanego tworzywa. Kod ten bywa też stosowany do metali kolorowych i aluminium.

Przykładowe symbole^[3] 

 Zobacz więcej w osobnym artykule: symbole materiałów do recyklingu.

• 

Poli(tereftalanetylenu)

• 

Polietylen (wysokiejgęstości)

• 

Polichlorekwinylu

• 

Polietylen (niskiejgęstości)

• 

Polipropylen

• 

Polistyren