TWORZYWA SZTUCZNE

tworzywa sztuczne - materiały, których głównym składnikiem są polimery.

polimery - organiczne związki wielkocząsteczkowe pochodzenia naturalnego lub syntetycznego. Składają się z wielokrotnych jednostek prostych zwanych merami, a ich ilość określa stopień polimeryzacji (zwykle większy od 100).

Skład:

• polimery - mają decydujący wpływ na właściwości tworzyw sztucznych;

• dodatki modyfikujące:

* plastyfikatory (zmiękczacze) - powodują pęcznienie i zmniejszenie sztywności oraz lepkości. Do wykładzin podłogowych, folii, mas uszczelniających, miękkich pianek;

* rozpuszczalniki - substancje ciekłe zdolne do rozpuszczenia innych substancji bez zmiany ich charakteru chemicznego. Roztwory polimerowe służą do powlekania różnych wyrobów powłokami polimerowymi, do impregnacji nośników oraz jako roztwory klejowe;

* środki smarujące - zmniejszają przyczepność stopionego polimeru do powierzchni metalowych urządzeń przetwórczych, gwarantują poprawę jakości (gładkość i połysk);

* stabilizatory - ochrona przed starzeniem się, utlenianiem, ochrona polimeru przed degradacją, ograniczają oddziaływanie promieniowania UV;

* antyelektrostatyki - zwiększają przewodność elektryczną;

* środki zmniejszające palność - opóźniają proces zapalania i opóźniają utlenianie się tworzywa podczas kontaktu z płomieniem;

* środki barwiące - nierozpuszczalne pigmenty nieorganiczne i organiczne;

* napełniacze i nośniki wzmacniające - poprawa właściwości fizycznych i mechanicznych;

* środki spieniające - służą do wypełniania wyrobów z tworzyw sztucznych pęcherzykami gazu. Tworzywa piankowe jako wysokiej jakości materiały do izolacji cieplnej i akustycznej.

KLASYFIKACJA

• ze względu na rodzaj wiązań:

a) polimeryzacyjne - (polietylen, polipropylen, polichlorek winylu) podczas polireakcji następuje połączenie identycznych monomerów bez wydzielenia resztkowych produktów reakcji;

b) polikondensacyjne - (sylikony, poliestry, poliwęglany) różne monomery wyjściowe reagują ze sobą, tworząc makromolekuły, wydzielają się produkty uboczne (H₂O, HCl);

c) poliaddycyjne - (poliuretany, epoksydy) następuje przegrupowanie atomów wodoru.

• ze względu na zastosowanie:

* konstrukcyjne;

* włóknotwórcze (włókna chemiczne);

* adhezyjne (kauczuki, kleje, gumy);

* powłokowe (materiały i wyroby malarskie);

* specjalne (polimery biomedyczne).

• ze względu na właściwości fizykochemiczne:

* duromery - twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne. Nieelastyczne, mają wysoką wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie. Często kruche. Niektóre duromery zastępują materiały ceramiczne lub metale;

* plastomery (termoplasty) - mniej sztywne od duromerów, łatwotopliwe i zwykle rozpuszczalne - można jest stopić i odlać do form lub wytłoczyć - możliwość uzyskania skomplikowanych kształtów;

* elastomery - charakteryzują się wysoką zdolnością do deformacji, ale po odjęciu siły wracają do poprzednich kształtów. Zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny.

Przetwórstwo tworzyw sztucznych:

1. obróbka wstępna:

- mieszanie polimerów z dodatkami modyfikującymi (duroplasty upłynnia się za pomocą rozpuszczalników, które potem usuwa się metodą suszenia; termoplasty ogrzewa się);

- nadanie mieszaninie pożądanej konsystencji.

2. obróbka formująca:

metody formowania:

- prasowanie - kształtowanie wyprasek pod ciśnieniem;

- wtryskiwanie (prasowanie wtryskowe) - upłynnienie polimeru, a następnie wtryśnięcie go pod ciśnieniem do formy zamkniętej;

- wytłaczanie - formowanie z polimerów kształtowników w postaci płyt, rur, ram okiennych, listew;

- nawarstwianie (laminowanie).

3. obróbka wykończeniowa:

- łączenie przez sklejenie, zgrzewanie, spawanie, łączenie mechaniczne (za pomocą śrub, nitów, zatrzasków), obróbka powierzchni metodą metalizowania, lakierowania, drukowania.

Właściwości techniczne:

• mała gęstość właściwa 0,9-1,6 g/cm³;

• mała gęstość objętościowa 0,01-0,15 g/cm³;

• nasiąkliwość 0-50% (zależy od porowatości materiału i podatności składników tworzywa do zwilżania wodą);

• przewodność cieplna - bardzo mała 0,14-0,4 W/(m*K) dla tworzyw szczelnych, 0,035-0,058 W/(m*K) dla porowatych;

• ciepło właściwe - większe od ciepła właściwego wielu innych materiałów budowlanych 1,25-1,7 (kJ/(kg*K);

• współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej - znacznie większy od tradycyjnych materiałów budowlanych (2-20 razy większy) 2*10^-3-25*10^-3 K^-1;

• odporność cieplna - mniejsza niż tradycyjnych materiałów budowlanych;

• sprężystość - znacznie mniejsza niż metali i innych materiałów budowlanych;

• odporność korozyjna - większa od innych materiałów.

Zalety:

• łatwość formowania przedmiotów o skomplikowanych kształtach;

• mała gęstość objętościowa;

• dobra wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru właściwego);

• dobre właściwości elektroizolacyjne;

• dobra lub bardzo dobra odporność chemiczna;

• wysoka odporność na działanie wody;

• różnorodny wygląd (barwa, połysk, faktura powierzchni);

• różny stopień przezroczystości.

Wady:

• mogą być szkodliwe dla zdrowia;

• niekorzystna podatność na elektryzację;

• wytrzymałość mechaniczna gorsza od metali;

• w porównaniu ze stalami: wytrzymałość 20-30 razy mniejsza, udarność 20-50 razy mniejsza;

• mała stabilność właściwości wytrzymałościowych;

• skłonność do przechodzenia w stan kruchości podczas dłuższego oddziaływania zmiennych temperatur;

• mała stabilność kształtu, wynikająca z małej sztywności (20-200 razy mniejsza niż sztywność stali);

• dużą rozszerzalność cieplna 2-20 razy większa niż stali, duże pełzanie;

• mała twardość (10-100 razy mniejsza niż stali);

• mała odporność cieplna (zazwyczaj 60-150^oC);

• palność i toksyczność (klasy E i F);

• negatywny wpływ na środowisko naturalne, problemy z utylizacją;

• brak dyfuzji;

• zwykła folia PE 0,2mm nie stanowi skutecznej paroizolacji;

• 5-letnia folia budowlana traci swoje właściwości mechaniczne;

• starzenie;

• podatność powierzchni klejonych na zarastanie błoną biologiczną (sprzyja rozrastaniu bakterii).

Zastosowanie i wyroby:

• materiały podłogowe (płytki, listwy przypodłogowe, okładziny, wykładziny, masy podłogowe);

• materiały do krycia dachów (rynny, gąsiory, płyty faliste);

• materiały do izolacji cieplnych (styropian, pianki poliuretanowe);

• materiały do izolacji przeciwwilgociowych i chemoodpornych (folie paroprzepuszczalne i paroizolacyjne, kity);

• wyroby do instalacji wodociągowej i kanalizacyjnej (rury i kształtki z PVC);

• wyroby do celów sanitarnych i instalacji elektrycznych;

• kleje;

• materiały malarskie (farby emulsyjne, emalie, lakiery).

FARBY

Skład:

1. pigment (mineralne, organiczne);

2. spoiwo organiczne (oleje, żywice kleje, emulsje), nieorganiczne (wapno, szkło wodne);

3. ciecz upłynniająca (woda, tempertyna) - wiążąca część materiału malarskiego;

4. wypełniacz (kreda, ton, biel cynkowa), nadaje specjalne właściwości (wytrzymałość mechaniczna, tiksotropia, ognioodporność, chemoodporność).

Emalia różni się od farby tym, że zawiera mniej pigmentu i wypełniacza.

Rodzaje spoiw:

1. spoiwa mineralne (dyfuzyjne):

a) cement - najczęściej cement portlandzki biały lub szary (1 : 4 + 10% pigment odporny na alkalia i światło);

b) wapno - ciasto wapienne przyrządzone z wapna palonego zawierającego co najmniej 93% CaO;

c) szkło potasowe - składnik farb krzemianowych.

2. spoiwa organiczne (dyfuzja ograniczona):

kleje zwierzęce i roślinne rozpuszczalne w wodzie.

klej kostny - wytwarza się z rozdrobnionych kości zwierzęcych (fu!);

klej kazeinowy - otrzymuje się z odtłuszczonego mleka (mleko jest do picia -.-) i wapna gaszonego;

klej roślinny - otrzymuje się z krochmalu ziemniaczanego (a ziemniaki je na obiadek).

3. spoiwa emulsyjne (dyfuzja różnorodna):

emulsyjne - schną przez odparowanie rozpuszczalników (powodują korozję stali);

akrylowe - dyspersje wodne z żywic akrylowych (nie na tynki wapienne);

lateksowe - dyspersje tworzyw sztucznych lub lateksów kauczukowych (odporne na uszkodzenia), są trwałe;

silikonowe - na bazie żywicy silikonowej, są trwałe.

4. oleje (brak dyfuzji):

farby olejne ;

farny alkidowe (na oleju roślinnym - lniany, tungowym, oleinowym, sojowego, słonecznikowego, konopnego, rzepakowego).

STYROPIAN

styropian = polistyren piankowy - polimer otrzymywany w procesie polimeryzacji styrenu, pochodzącym zwykle z rafinacji (oczyszczenia) ropy naftowej.

Otrzymuje się w wyniku gwałtownego ogrzewania parą wodną polistyrenu w formie granulek, wewnątrz których znajduje się niewielka ilość czynnika spieniającego (powiększenie objętości polistyrenu 20-80 razy), a potem sprasowaniu.

(Dzięki Ci, Panie, za Niemców, bowiem to oni wynaleźli styropian!)

Najbardziej znaną odmianą styropianu jest PS-E FS. W zależności od gęstości wyróżnia się płyty FS: 12, 15, 20, 30, 40. Im większa gęstość, tym płyta jest twardsza.

PS-E FS zostają zastąpione nowymi typami styropianu EPS (styropian ekspandowany) zgodnymi z wymaganiami normy europejskiej.

Zalety:

• ścieralność i wodochłonność są niewielkie;

• stabilność wymiarów duża;

• odporne na roztwory soli, ługi i nieutleniające kwasy;

• niski współczynnik przewodzenia ciepła 0,025-0,045 W/(m*K);

• mała gęstość objętościowa 15-40 kg/m³;

• łatwość obróbki;

• nie pyli się;

• nie powoduje alergii;

• nie podrażnia oczu i skóry;

• trudno zapalne;

• łatwość transportu i składowania;

• nie starzeje się;

• odporny na czynniki biologiczne (grzyby, bakterie, pleśnie);

• łatwe w obróbce i montażu, nie potrzebują specjalistycznego sprzętu.

Wady:

• mała dyfuzyjność;

• nie przepuszcza pary wodnej;

• mała odporność na długoterminowe działanie promieni słonecznych;

• topi się w temperaturze ok. 100^oC;

• nieodporne na działanie rozpuszczalników organicznych (benzen, aceton, bitumy) (dziwne, przecież styren, z którego produkuje się styropian, powstaje z ropy naftowej);

• zakaz ocieplania budynków wyższych niż 25 m;

• środowisko przyjazne dla gryzoni, mogą się w nim zagnieździć.

Zastosowanie:

• izolacja cieplna (eliminacja mostków cieplnych):

* dachów odwróconych i skośnych;

* stropów;

* murów warstwowych;

* elewacji budynków;

* fundamentów;

• stosowany dawniej w termometrach - ze względu na dobrą izolacyjność cieplną.

WEŁNA MINERALNA

podział ze względu na surowce:

• wełna skalna - powstaje z bazaltu oraz dodatku innych surowców mineralnych, podczas wytapiania go w temperaturze 1400^oC;

• wełna szklana - wytwarzana z piasku kwarcowego i stłuczki szklanej w temperaturze około 1000^oC.

Technologia wytwarzania:

• wytopienie w temperaturze 1000/1400^oC;

• rozwłóknienie;

• dodanie lepiszcza;

• hydrofobizacja - proces w wyniku którego produkty z wełny nie chłoną wody;

• prasowanie, formowanie i przycinanie.

Z 1 m³ surowca otrzymuje się średnio 60 m³ gotowego wyrobu.

Zastosowanie:

• izolacja termiczna;

• izolacja akustyczna;

• używana w sektorze budownictwa związanego z wydobyciem i przerobem ropy (odporna na działania biologiczne);

• izolacja zbiorników zawierających łatwopalne ciecze.

Zalety:

• duża izolacyjność termiczna;

• niski współczynnik przewodzenia ciepła 0,032-0,05 W/(m*K);

• nie chłonie wilgoci z powietrza;

• nie wykazuje podciągania kapilarnego wody;

• niepalne, ogniotrwałe;

• odporność na niskie i bardzo wysokie temperatury;

• nie są szkodliwe dla otoczenia;

• odporność biologiczna;

• odporność chemiczna;

• zdolność do pochłaniania dźwięków - izolacja akustyczna;

• stabilność kształtów i wymiarów;

• sprężystość;

• wytrzymałość mechaniczna;

• paroprzepuszczalność;

• tłumi drgania.

Wady:

• higroskopijność;

• nasiąkliwość;

• duża gęstość objętościowa 48 (wełna szklana) - 100 kg/m³ (wełna skalna);

• małą trwałość w warunkach większego zawilgocenia;

• podrażnia skórę;

• nie przenoszą obciążeń;

• istnieją nawet podejrzenia o rakotwórczość pyłów wełny mineralnej;

• wyższa cena niż styropianu.

Styropian	Wełna
* Bardzo dobre właściwości izolacyjne w niskich temperaturach, (do 80-100oC) oraz w warunkach małej i dużej wilgotności.	* Bardzo dobre właściwości izolacyjne w niskich i wysokich temperaturach (do 600oC) oraz w warunkach małej wilgotności.
* „Niższy (lepszy)?” współczynnik przewodności cieplnej w porównaniu z wełną mineralną 0,025 - 0,045 W/mK* Duży opór dyfuzyjny (niska paroprzepuszczalność).	* Współczynnik przewodności cieplnej 0,038 - 0,05 W/mK. * Paroprzepuszczalność (bardzo mały opór dyfuzyjny).
* Mniejsza gęstość pozorna 30-40 kg/m3, niewielki ciężar, materiał lżejszy, łatwiejszy transport.	* Większa gęstość pozorna 20-180 kg/m3, większy ciężar materiału, trudniejszy transport.
* Łatwiejszy w docinaniu i montażu, nie podrażnia skóry i dróg oddechowych, nieuciążliwy przy pracy. * Mat. mniej odkształcalny - większe mostki termiczne na styku płyt	* Materiał mniej sztywny, kłuje, podrażnia skórę, oczy i drogi oddechowe, trudniejsze wykonawstwo (lepszy na przekr. okragłe) * Mat. b. sprężysty - mniejsze mostki termiczne na styku płyt.
* Mniejsza odporność na działanie ognia, ocieplania nowych budynków do wysokości 25 m. * Używany w budownictwie styropian jest samogasnący (materiał może/nie musi palić się pod bezpośrednim działaniem ognia).	* Większa odporność na działanie ognia niż w przypadku styropianu, materiał niepalny, przydatny przy ocieplaniu budynków wysokich i tam gdzie występuje niebezpieczeństwo pożarowe.
* Pory zamknięte (bariera dla fali dźwiękowej), - znacznie mniejsza nasiąkliwość objętościowa wody, bardziej odporny na działanie wody i wilgoci, nie chłonie wody z powietrza.	* Pory otwarte (pochłanianie dźwięku), - większa nasiąkliwość objętościowa, mniejsza trwałość w warunkach większego zawilgocenia (zabezp. przy składowaniu i montażu ).
* Większa wytrzymałość mechaniczna, wyższy stosunek wytrzymałościowy na rozciąganie, rozrywanie siłą prostopadłą do powierzchni płyty.	* Gorsze parametry wytrzymałościowe.
* Nieodporny na działanie rozpuszczalników organicznych (benzen, aceton, octan etylu, bitumy itp.) [wady tworzyw sztucznych / skurcz]	* Większa odporność na czynniki chemiczne, obojętna chemicznie [Zalety /wady kamienia]
* Niższa cena	* Wyższa cena: zużycie większej ilości kleju i kołków na m^2. Ostatecznie docieplenia wełną jest o ok. 30 % droższe.
* Środowisko przyjazne dla gryzoni. * Odporność na bakterie, pleśnie i grzyby.	* Środowisko nieprzyjazne ? * Odporność na bakterie, pleśnie i grzyby

---