Temat: Tworzywa Sztuczne

1. Ogólna charakterystyka tworzyw sztucznych.

2. Otrzymywanie

3. Klasyfikacja

4. Podstawowe metody przetwórstwa

5. Przykłady zastosowania tworzyw sztucznych i krótka charakterystyka niektórych z nich.

1. Ogólna charakterystyka tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne - materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących. 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.

Zaletą tworzyw polimerowych jest: mała gęstość, odporności na korozję oraz łatwością 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 jest: mała odporność na wysokie temperatury i mniejsze właściwości mechaniczne (np. twardość) 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. Nawet w stosunku do wysokogatunkowych stali. Podobnie bardzo wysoką wytrzymałością charakteryzują się kompozyty polimerowe.

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.

Na właściwości poszczególnych tworzyw sztucznych ma wpływ przede wszystkim: rozmiar cząsteczki, kształt makrocząsteczki, sposób łączenia się poszczególnych merów oraz izomeria przestrzenna łańcucha. W zależności od warunków, polimery mogą występować w trzech różnych stanach fizycznych: szklistym, wysokoplastycznym lub lepko płynnym.

2. Otrzymywanie tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne mogą być otrzymywane z czystego polimeru, z kopolimerów lub z mieszanek polimerów. Często otrzymywane są także z polimerów modyfikowanych metodami chemicznymi lub przez dodatek innych substancji pomocniczych. W każdym z tych przypadków główną rolę w reakcji otrzymywania tworzyw sztucznych ma reakcja polimeryzacji.

a) Surowce

Związki chemiczne stosowane do produkcji tworzyw sztucznych otrzymuje się bezpośrednio lub po odpowiedniej obróbce głównie z ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla kamiennego.

Np. z ropy naftowej: etylen, propylen, butadien

Z węgla kamiennego: koks, smoła pogazowa z nich natomiast orzymuje się Inn związki chemiczne niezbędne przy produkcji tworzyw sztucznych.

b) Reakcje polimeryzacji

Makrocząsteczki polimerów otrzymuje się w wyniku reakcji kolejnego łączenia cząsteczek jednego, dwu lub rzadziej trzech wyjściowych związków małocząsteczkowych zwanych monomerami.

Wyróżniamy kilka typów reakcji polimeryzacji m. in. blokowa, emulsyjna, perełkowa, kondensacyjna. Zasada powstawania polimeru jest dla wszystkich rodzajów polimeryzacji bardzo podobna.

W reakcjach polimeryzacji często używa się dodatkowych składników, które mają za zadanie poprawienie między innymi właściwości wytrzymałościowych , oraz elektroizolacyjnych. Przykładami takich substancji są napełniacze (np. mika, włókno szklane), zmiękczacze, pigmenty, barwniki i wiele innych.

3. Klasyfikacja tworzyw sztucznych.

I. Ze względu na właściwości fizykochemiczne

Elastomery	Plastomery	Duromery
-duża zdolność do odkształceń i wydłużeń w temp. Pokojowej. - niskie moduły sprężystości - np. kauczuki naturalne i syntetyczne, niektóre poliuretany	- wydłużenia sprężyste w temp. Pokojowej nie przekraczają 100%. - łatwo topliwe - można z nich otrzymywać skomplikowane kształty	-twarde -trudnotopliwe -o wysokiej odporności mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne - Niektóre duromery zastępują materiały ceramiczne

II. Ze względu na zastosowanie

1. konstrukcyjne,

2. elastoplastyczne,

3. porowate,

4. powłokotwórcze,

5. adhezyjne,

6. włóknotwórcze,

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

III. Ze względu na fizykochemiczne właściwości przetwórcze

Tworzywa termoplastyczne	Tworzywa reaktywne
uplastyczniające ("topiące") się pod wpływem temperatury np. polietylen, polipropylen, poli(chlorek winylu) itp.	ulegające reakcji chemicznej sieciowania* np. żywice epoksydowe, żywice poliestrowe, kauczuk

*sieciowanie - proces prowadzący do powstania trójwymiarowej sieci nadcząsteczkowej, na skutek powstawania mostków między różnymi cząsteczkami chemicznymi.

4. Podstawowe metody przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Przetwórstwo tworzyw sztucznych to dział technologii zajmujący się formowaniem syntetycznych lub naturalnych związków wielkocząsteczkowych.

Przetwórstwo tworzyw sztucznych to bardzo szeroki temat, obejmujący wiele metod. Chciałbym przytoczyć przynajmniej najważniejsze z nich.

a) wytłaczanie

Polega na wyciskaniu uplastycznionego tworzywa przez dyszę wytłaczarki, która nadaje gotowy kształt formowanemu przedmiotowi. Wymienne dysze głowicy umożliwiają wykonywanie różnorodnych wytłoczyn. Metoda ta stosowana jest głównie do przetwórstwa tworzyw termoplastycznych

b) Wtryskiwanie

Jest to cykliczny proces w którym materiał wyjściowy w postaci granulek lub krajanki podany z pojemnika do ogrzewanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest wtryskiwany przez dyszę do gniazd formujących.

c) Prasowanie

Wyróżnia się kilka typów prasowania. Ogólnie prasowanie możemy podzielić na wysoko i niskociśnieniowe. Ten sposób przetwórstwa tworzyw sztucznych polega na użyciu różnego rodzaju pras i tłoków które nadają przedmiotom porządany kształt.

d) Kalandrowanie

Proces ciągłego kształtowania pasma o regulowanej grubości. Tworzywo wstępnie uplastycznione przepuszczane jest przez kilka szczelin walcowych i zwijane na wale odbierającym.

e) Odlewanie

Proces polegający na wypełnieniu odpowiedniej formy odlewniczej ciekłym tworzywem.

5. Przykłady zastosowania tworzyw sztucznych i krótka charakterystyka niektórych z nich.

Nazwa tworzywa	Przykładowe zastosowanie	Zdjęcia produktów
PET (politereftalan etylu)	butelki, wypełniacze do poduszek
LDPE (miękki polietylen - mała gęstość) Low Density PoliEthylene -doskonałe własności dielektryczne - duża odporność na działanie kwasów, zasad, soli i zw. organicznych	folia do miękkich opakowań spożywczych, torby na zakupy, worki na odpady, rury do ścieków chemicznych, jako tworzywo powłokowe.
HDPE (twardy polietylen - duża gęstość) High Density PoliEthylene -doskonałe własności dielektryczne - duża odporność na działanie kwasów, zasad, soli i zw. Organicznych - lepsze właściwości mechaniczne od miękkiego	pojemniki na filmy do aparatów fotograficznych, opakowania do jogurtu "actimel", nakrętki do butelek
PCW (polichlorek winylu) - odporny na działanie kwasów, zasad, alkoholi mineralnych i benzyny.	rury wodociągowe, wykładziny zbiorników w przemyśle chemicznym, obudowy akumulatorów, izolatory cieplne, naczynia na tłuszcze i oleje, wykładziny, okna, parapety, ceraty
PP (polipropylen) - własności zbliżone do polietylenu - mała ścieralność - gładki w dotyku - duża odporność na zarysowania i uszkodzenia - duża kruchość w niskich temperaturach.	torebki na chipsy, pojemniki na jogurty, pojemniki na śmieci, elementy maszyn poddawanych obciążeniom, naczynia i elementy do sterylizacji wrzeniem
PS (polistyren): spieniona wersja polistyrenu to styropian) - łatwość formowania - niska cena -Dobre właściwości mechaniczne i fizyczne -	tacki do pakowania mięsa, kubki do gorących napojów, opakowania, obudowy urządzeń mechanicznych, galanteria techniczna.
PC (poliwęglan)	płyty CD

Bibliografia:

1. www.tworzywa.com.pl serwis branżowy

2. Tworzywa Sztuczne, własności-przetwórstwo-zastosowanie, Izabela Hyla

3. Tworzywa sztuczne i ich przetwórstwo, Bogdan Łączyński

---