Tworzywa sztuczne są jednymi z najczęściej współcześnie stosowanych materiałów użytkowych. Tak szerokie rozpowszechnienie spowodowane jest ich specyficznymi, w wielu przypadkach unikalnymi właściwościami. Właśnie z tego względu są one niezastąpione i w wielu zastosowaniach przewyższają tworzywa naturalne.

Pod pojęciem tworzywo sztuczne na ogół rozumiemy materiał, który został wytworzony sztucznie z makrocząsteczek pochodzenia organicznego. Ponieważ, wiele tworzyw sztucznych z wyglądu i właściwości przypomina żywice naturalne, nazwano je początkowo żywicami sztucznymi. To określenie do dziś jest czasem stosowane szczególnie do utwardzonych polikondensatów, jak żywica epoksydowa i fenolowa.

Tworzywa sztuczne (wg PN-74/C-89KB), stanowią grupę materiałów, których najistotniejszym składnikiem jest polimer, czyli organiczny związek wielkocząsteczkowy. Poza tym zawierają one składniki dodatkowe (środki pomocnicze) nadające im wymagane właściwości użytkowe i przetwórcze. Charakterystyczną cechą budowy polimeru jest występowanie powtarzalnych elementów w postaci ugrupowań atomów, które są nazywane merami.

Polimery można otrzymywać na drodze modyfikacji wielkocząsteczkowych substancji pochodzenia naturalnego (np. kauczuk naturalny, kazeina, celuloza), ale obecnie wytwarza się je przede wszystkim syntetycznie.

Polimery modyfikujące
(do kilkudziesięciu % udziału w tworzywie) modyfikujące właściwości mechaniczne, cieplne i inne.

Napełniacze
(do kilkudziesięciu %) i nośniki (napełniacze wzmacniające) dodawane do tworzywa w celu otrzymania tworzywa o żądanych właściwościach wytrzymałościowych i sztywności, odporności cieplnej, odpowiedniego (niskiego lub wysokiego) współczynnika tarcia, rozszerzalności liniowej, przewodnictwa cieplnego, właściwości elektroizolacyjnych lub prądoprzewodzących (napełniacze aktywne), a także obniżenia ceny gotowego wyrobu (napełniacze nieaktywne); napełniacze włókniste w postaci arkuszy lub wstęg, przeznaczone do wytwarzania laminatów, noszą nazwę nośników.

Stabilizatory
(do kilku %) są substancjami przeciwdziałającymi termicznemu rozkładowi polimeru w warunkach przetwórstwa oraz rozkładowi pod wpływem tlenu i promieni ultrafioletowych w czasie użytkowania wyrobów; w zależności od mechanizmu działania rozróżnia się stabilizatory termiczne (pochłaniają chlorowodór wydzielający się wskutek rozkładu polimeru - np. organiczne sole baru, kadmu, wapnia i cynku, związki cynoorganiczne), anty-utleniacze (dezaktywują wolne rodniki powstające pod wpływem promieniowania ultrafioletowego - np. pochodne fenoli i amin aromatyczne), stabilizatory świetlne (działają na zasadzie filtru optycznego, który pochłania szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe; pochłonięta energia jest przetwarzana na energie cieplną lub nieszkodliwe promieniowanie długofalowe - np. pochodne Fenoli estrów kwasu salicylowego, biel tytanowa, sadza).

Plastyfikatory
(zmiękczacze, do kilkudziesięciu %) ułatwiają przetwórstwo oraz modyfikują mechaniczne i cieplne właściwości tworzywa)

Środki barwiące
pigmenty nieorganiczne i organiczne (nadają trwałą barwę, tworzą nieprzezroczyste wybarwienia, od setnych części do kilku %), barwniki (całkowicie rozpuszczalne w tworzywie, umożliwi; ją uzyskanie przezroczystego wybarwienia, do setnych części %) rozjaśniacze lub wybielacze optyczne (fluoryzujące środki rozjaśniające zmieniają promieniowanie ultrafioletowe w błękitne promieniowanie widzialne i zwiększają natężenie światła emitowanego przez tworzywo).

Opóźniacze palenia
(antypireny, do kilkunastu %) - Wywołują efekt samogaśnięcia tworzywa na skutek wydzielania dużej ilości niepalnych gazów, które odcinają dopływ tlenu do palącego się materiału

Porofory
(środki spieniające, do kilku %) - umożliwiają otrzymywanie tworzyw spienionych (porowatych).

Środki smarujące
(do i %) - zmniejszają tarcie wewnętrzne przetwarzanego materiału, obniżają adhezję tworzywa do gorących powierzchni elementów maszyn przetwórczych, wpływają korzystnie na stabilność termiczną polimeru w warunkach przetwórstwa.

Antystatyki
(ułamek %) - modyfikują powierzchniowe właściwości tworzywa lub zmieniającego oporność, eliminując elektryzowanie się tworzywa,

Elastomery - to polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości jego struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów.

Elastomer posiada zdolność zmiany w szerokim zakresie swoich wymiarów w momencie gdy jest poddawany naprężeniom rozciągającym, ścinającym lub ściskającym oraz następnie powrót do poprzednich wymiarów. Np: niektóre rodzaje gum opartych na kauczukach silikonowych można rozciągnąć o 100% pierwotnych wymiarów bez zerwania.

Zdolność elastomerów do zmiany wymiarów wynika z ich specyficznej budowy chemicznej. Elastomery są usieciowanymi polimerami amorficznymi, które posiadają niską temperaturę zeszklenia, grubo poniżej temperatury pokojowej. Materiały polimerowe można sobie wyobrazić jako chaotyczną plątaninę bardzo długich i cienkich cząsteczek, która przypomina nieco ugotowanie spaghetti. Łańcuchy polimerów w temperaturze powyżej zeszklenia posiadają zdolność tzw. ruchów segmentalnych, które polegają na skoordynowanej zmianie konformacji grup 3-5 merów. Dzięki możliwości wykonywania ruchów segmentalnych łańcuchy polimerów mogą pod wpływem zewnętrznych naprężeń ulegać deformacjom (np: "prostować się") co powoduje zmianę wymiarów zbudowanych z nich materiałów.

Ze względu na to, że wymuszone "prostowanie się" łańcuchów polimerów jest związane ze spadkiem entropii wynikającymi ze wzrostu stopnia uporządkowania całego układu, w momencie gdy naprężenie przestaje działać na elastomer, łańcuchy polimerów zaczynają się samorzutnie "skręcać", wykonując potrzebne do tego ruchy segmentalne, tak aby cały układ osiągnął możliwie jak najwyższą entropię. "Prostowanie" łańcuchów polimerów powoduje zmianę wymiarów zbudowanego z nich materiału, zaś "skręcanie" powrót do poprzedniego stanu.

Aby elastomer pozostawał ciałem stałym w temperaturze pokojowej i posiadał odpowiednio wysoką odporność na zerwanie, między jego cząsteczkami muszą występować odpowiednio silne, ale nie za silne oddziaływania, które zapewniają jego ciągłość w trakcie zmian wymiarów pod wpływem naprężeń mechanicznych. Gdy oddziaływania między cząsteczkami są za słabe materiał będzie rozciągliwy, ale nie będzie posiadał zdolności powrotu do poprzednich rozmiarów, będzie więc przypominał swoim własnościami plastelinę. Gdy oddziaływania te są za silne, materiał traci zdolność do zmiany wymiarów z zachowaniem własnej ciągłości.

Odpowiednio silne oddziaływania między cząsteczkami elastomerów osiąga się poprzez:

> niezbyt gęste usieciowane chemicznie, zwane wulkanizacją - w wyniku czego otrzymuje się materiały elastyczne, ale nietopliwe i nierozpuszczalne - czyli gumy

> tworzenie warunków do powstania odpowiednio silnych oddziaływań międzycząsteczkowych, takich jak słabe wiązania wodorowe lub siły Van Der Waalsa - materiały takie są topliwe i rozpuszczalne - nazywane są one elastomerami lanymi lub elastoplastami.

Tworzywa chemoutwardzalne - polimery (także otrzymywane z nich tworzywa sztuczne) przechodzące nieodwracalnie ze stanu plastycznego w stan utwardzony pod wpływem czynników chem., np. żywice epoksydowe; zaliczane do duroplastów.

Charakteryzująsię podobnymi właściwościami jak tworzywa termoutwardzalne, z tą jednak różnicą, że proces twardnienia przebiega nie pod wpływem podwyższonej temperatury, lecz substancji chemicznych zwanych utwardzaczami. I w tym przypadku jest to proces nieodwracalny, a raz utwardzone tworzywo nie może już przejść z powrotem w stan plastyczny.

Tworzywo termoplastyczne - tworzywo sztuczne, które w określonej temperaturze i ciśnieniu zaczyna mieć własności lepkiego płynu. Tworzywa termoplastyczne można kształtować przez tłoczenie i wtryskiwanie w podwyższonej temperaturze a następnie szybkie schłodzenie do temperatury użytkowej.

Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie w przeciwieństwie do duroplastów, jednak po każdym przetworzeniu zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe i mechaniczne na skutek zjawiska depolimeryzacji oraz degradacji tworzących te tworzywa polimerów lub żywic.

Dzięki zjawisku termoplatyczności tworzyw sztucznych, można je kształtować w jednym, względnie prostym i szybkim procesie technologicznym. Umożliwia to tworzenie z nich przedmiotów o bardzo złożonym kształcie, który nie mógłby być osiągnięty przy pomocy technik skrawania, stosowanych dla metali czy technik spiekania stosowanych dla materiałów ceramicznych. Oprócz masowej produkcji z tworzyw termoplastycznych za pomocą technologii wtrysku skomplikowanych kształtek wykorzystywanych jako naczynia domowego użytku, elementy zabawek, mebli czy karoserii samochodów, można z nich także otrzymywać rury i folie w procesach ciągłego tłoczenia i wytłaczania. Wydmuchiwanie tworzyw termoplastycznych jest z kolei stosowane masowo do produkcji plastikowych butelek.

Do najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych można zaliczyć:

> polietylen (PE)
> polipropylen (PP)
> polistyren (PS) oraz wersja wysokoudarowa (HIPS)
> polichlorek winylu (PVC)
> poli(tlenek metylenu) (PMO)
> poli(tereftalan etylenu) (PET)
> polimetakrylan metylu (PMMA)
i wiele innych.

Tworzywa termoutwardzalne - polimery (także otrzymywane z nich tworzywa sztuczne) przechodzące nieodwracalnie ze stanu plastycznego w stan utwardzony pod wpływem podwyższonej temp., np. fenoloplasty, aminoplasty, żywice epoksydowe; zaliczane do duroplastów.

Inaczej mówiąc, podczas ogrzewania początkowo miękną, lecz poddane działaniu podwyższonej temperatury przez jakiś czas utwardzają się w sposób nieodwracalny, co oznacza, że ponowne ogrzewanie nie spowoduje już zmiękczenia tworzywa, a proces kształtowania może być przeprowadzony jednokrotnie.

Klasyfikacja tłoczyw termoutwardzalnych

Pierwsza technologia produkcji tworzyw termoutwardzalnych opracowana została przez Baekelanda w 1909 r. Od tego czasu materiały te w ciagły sposób były udoskonalane i obecnie istnieja ich dziesiatki odmian.

Zgodnie z rodzajem zastosowanej do produkcji żywicy, tłoczywa dzieli sie na:

> fenolowe
> mocznikowe
> melaminowe
> melaminowo-fenolowe
> poliestrowe
> allilowe
> epoksydowe

Klasyfikacja poszczególnych typów oparta jest na normach miedzynarodowych i krajowych.

W Polsce najczesciej stosowany jest podział oparty na n

Szybki rozwój produkcji i stosowania tworzyw sztucznych w różnych dziedzinach techniki i życia codziennego jest uzasadniony względami technicznymi i ekonomicznymi. Względy techniczne to łatwość formowania wyrobów i zróżnicowane ich właściwości.

Istnieje przy tym możliwość modyfikacji właściwości tworzywa w pożądanym kierunku poprzez odpowiedni dobór polimeru i składników dodatkowych.

W porównaniu z materiałami klasycznymi przetwórstwo tworzyw sztucznych jest z. reguły tańsze i mniej pracochłonne. Straty materiału w procesie produkcji nie przekraczają zwykle 1 ÷ 5%, co wynika, między innymi, ze stosowania do wytwarzania wyrobów metod obróbki plastycznej.

Korzystne cechy tworzyw sztucznych to między innymi:

• łatwość formowania przedmiotów o skomplikowanych kształtach,
• mała gęstość, wynosząca dla większości tworzyw 0,8÷1,5 g/cm3, a dla tworzyw o budowie komórkowej - poniżej 0,15 g/cm3,
• korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru właściwego, jest to tzw. wytrzymałość właściwa,
• dobre właściwości mechaniczne i często bardzo dobre - elektroizolacyjne,
• dobra lub bardzo dobra odporność chemiczna oraz wysoka odporność na działanie wody,
• dobry wygląd otrzymanych przedmiotów (barwa, połysk, faktura powierzchni)
• duża żywotność bez konieczności konserwacji

Cechy niekorzystne:

• wytrzymałość mechaniczna gorsza niż metali (ale kompozyty szklane lub węglowe mają ją zbliżoną) - w porównaniu ze stalami: wytrzymałość 20÷30 razy mniejsza, udarność 20÷50 razy mniejsza,
• duże pełzanie - większe niż metali,
• mała stabilność właściwości wytrzymałościowych oraz skłonność do przechodzenia w stan kruchości podczas dłuższego oddziaływania zmiennych temperatur,
• mała stabilność kształtu wynikająca z małej sztywności (20 ÷ 200 razy mniejszej niż sztywność stali),
• duża rozszerzalność cieplna - 5 ÷ 20 razy większa niż stali,
• mała twardość (w porównaniu ze stalami 10 ÷ 100 razy mniejsza),
• mała odporność cieplna - zwykle 60 ÷ 150 °C, wyjątkowo 200 ÷ 300 °C (tworzywa fluorowe, poliamidy), są również tworzywa sztuczne odporne na temperaturę powyżej 300 °C.

Przetwórstwem tworzyw sztucznych określa się działania mające na celu przekształcenie tych materiałów w wyroby gotowe lub półprodukty o żądanych właściwościach użytkowych. Pojęcie półproduktów, zwanych także półfabrykatami, odnosi się tu do wyrobów, które są poddawane dalszej obróbce w celu nadania im wymaganego kształtu. Tworzywa przeznaczone do przetwórstwa mogą mieć postać stałą (tłoczywa) lub płynną (żywice ciekłe, roztwory, dyspersje, emulsje). Przedmioty z tworzyw sztucznych są otrzymywane różnymi metodami obróbki, zależnie od postaci tworzywa i rodzaju wyrobu.

Celem przetwórstwa tworzyw jest otrzymywanie w określonych warunkach gotowych do użytków wytworów o żądanej jakości wymaganej strukturze kształcie i właściwościach. Wytwory te otrzymuje się w bardzo wydajnych i prawie bezodpadowych procesach technologicznych np. otrzymywanie podczas wtryskiwania ,gotowych przedmiotów (krzesła plastikowe ,ogrodowe). Tworzywo można przetwarzać we wszystkich stanach jego skupienia więc tworzywo wejściowe w stanie stałym może mieć kształt ziaren o bardzo dużych rozmiarach (tzw. tabletki-wymiar tabletki2-3mm).

Tworzywo może mieć kształt taśmy, pręta, płyty, arkusza. Tworzywo wejściowe w stanie plastycznym to różnego rodzaju pasty . Tworzywo wejściowe w stanie płynnym to różnego rodzaju żywice. Tworzywo wejściowe może mieć również różny stany-plastyczny , stały lub ciekły. Tworzywa można obrabiać.

Przetwórstwo tworzyw sztucznych można podzielić na trzy kolejno po sobie następujące fazy technologiczne:

- obróbkę wstępną,
- formującą,
- wykończeniową.

O zachowaniu się tworzyw podczas przetwórstwa decydują ich właściwości technologiczne. Znajomość tych właściwości jest niezbędna w celu ustalanie optymalnych parametrów procesy przetwórstwa. Ich znajomość istotna jest również podczas konstruowania form i maszyn przetwórczych. Podstawowymi właściwościami technologicznymi tworzyw sztucznych są: płynność (zdolność płynięcia), skurcz i czas utwardzania.

Obróbka wstępna nadaje tworzywom postać, która jest potrzebna do ich dalszego przetwórstwa. Na tym etapie na ogół łączy się polimer z wypełniaczami, plastyfikatorami oraz innymi środkami dodatkowymi, modyfikującymi jego właściwości.

W zależności od tego, do jakiej metody przetwórstwa tworzywo jest przygotowywane, obróbka wstępna może polegać na uzyskiwaniu go w postaci: płynnej lub stałej (jako granulat, proszek, tabletki), w postaci warstwy laminatu o częściowo spolimeryzowanej żywicy lub w stanie uplastycznionym do przetwórstwa między innymi w kalandrach. Pomimo ogromnej różnorodności metod przetwórstwa niemal wszystkie charakteryzują się wspólną cechą - z tworzywa kształtowane są wyroby w stanie płynnym lub uplastycznionym, to znaczy powyżej temperatury mięknięcia lub płynięcia. Doprowadza się tworzywo do takiego stanu poprzez podwyższenie temperatury w układach uplastyczniających. Powodują one uzyskanie homogenizacji, czyli ujednorodnienia struktury i właściwości tworzywa, wytworzenie odpowiedniego sprężenia poprzez działanie ciśnienia oraz umożliwienie transportu tworzywa z żądaną prędkością i natężeniem.

Tworzywa sztuczne w postaci handlowej zawierają na ogół niezbędne składniki dodatkowe. Jednak zwykle konieczne jest w warunkach produkcyjnych dodatkowe wymieszanie dostarczonego w postaci proszku lub granuulatu tworzywa z kolejnymi środkami pomocniczymi. W czasie mieszania składników tworzyw następuje rozprowadzenie w całej jego masie środków barwiących, stabilizatorów, środków smarujących itp. Oprócz tego następuje homogenizacja (ujednorodnienie) składu mieszaniny i nadanie jej regularnego kształtu. Homogenizacja składników tworzywa prowadzona jest najczęściej metodą wytłaczania, głównie w wytłaczarkach dwuślimakowych.

Rodzaj tworzywa	Dopuszczalna zawartość wilgoci [%]	Temperatura suszenia [°C]
Polietylen	0,05	60 ÷ 70
Polipropylen	0,05	80 ÷ 90
Polistyren	0,05 ÷ 0,1	65 ÷ 75
Polichlorek winylu	0,05 ÷ 0,3	60 ÷ 65
Poliwęglan	0,015	100 ÷ 120
Poliamid 6	0,05 ÷ 0,2	70 ÷ 80
Poliestry termoplastyczne	0,2	80 ÷ 100

Dopuszczalne zawartości wilgoci i temperatury suszenia dla wybranych tworzyw sztucznych

Kolejną fazą obróbki wstępnej jest suszenie wykonywane bezpośrednio przed przetwórstwem. Usuwanie nadmiaru wilgoci jest konieczne ze względów technologicznych, gdyż wilgoć może się ujawnić w gotowym wyrobie w postaci smug na powierzchni i pęcherzy w masie wyrobów, osłabiając ich właściwości użytkowe. Ponadto w niektórych tworzywach podatnych na hydrolizę w wysokiej temperaturze może nastąpić degradacja polimeru. Suszenie prowadzone jest głównie metodą przeciwprądową, polegającą na ciągłym przepuszczaniu przez granulat od dołu powietrza suszącego, a od góry wilgotnego granulatu. W miarę suszenia granulat jest odbierany od dołu. Podczas łączenia tworzywa ze środkami dodatkowymi otrzymuje się mieszankę o nietrwałej jednorodności.

Najważniejszymi metodami przetwórstwa tworzyw sztucznych są następujące: odlewanie, prasowanie, spiekanie, wytłaczanie, kalandrowanie, tłoczenie. Materiałem do odlewania są monomery w stanie płynnym lub masy płynne stanowiące mieszaniny monomerów z katalizatorem polimeryzacji i barwnikiem albo polimerów z plastyfikatorem. Materiałem wyjściowym do pozostałych metod przetwarzania jest tłoczywo w postaci tabletek, ziaren lub proszku. W skład tłoczywa wchodzą polimery, wypełniacze, plastyfikatory, stabilizatory i barwniki, a niekiedy dodatkowe środki smarne ułatwiające proces przetwórstwa.

Niedoskonałość przetwórstwa:

- właściwości układu roboczego,
- wpływ otaczającego środowiska,
- wpływ warunków przetwórstwa.

Pierwsze tworzywa sztuczne uzyskano ponad 100 lat temu, a od co najmniej 60 są szeroko stosowane w różnych gałęziach gospodarki. Z dobrodziejstw nowych materiałów korzysta obecnie zarówno nauka, jak i technika. Początkowo tworzywa sztuczne jedynie w nielicznych przypadkach zastępowały tradycyjne materiały. Z czasem zaczęto doceniać ich zalety i co raz chętnej były wykorzystywane. Odkryto, że niektóre z nich wykazują nieznane dotąd właściwości , które umożliwiły zastosowanie ich w wielu dziedzinach życia codziennego. Współcześnie są one wszechobecne w naszym życiu. Jesteśmy otoczeni przez przedmioty wykonane z tworzyw sztucznych. Dzieje się tak głównie dlatego, iż posiadają one wiele zalet. Wiele z nich jest stosunkowo tania oraz mogą spełniać funkcję, którym nie sprostałyby tradycyjne materiały. Z tego względu warto poznać, chociaż w skrócie, historię tworzyw sztucznych.

Odkrycie tych tworzyw sztucznych było następstwem rozpoczętych w połowie XIX wieku badań nad związkami wielkocząsteczkowymi. Naukowców wówczas szczególnie interesowała możliwość ich modyfikacji. Efektem ich pracy było uzyskanie w roku 1872 pierwszego na świecie tworzywa sztucznego - celuloidu. Dokonali tego pionierskiego odkrycia Amerykanie. Wkrótce, także w Europie widoczne były skutki wieloletnich wysiłków naukowców. W roku 1897 udało się uruchomić pierwszą linie produkcyjną. W Niemczech wytwarzano galalit, a od roku 1904 także acetylocelulozę.

Inaczej sprawa wyglądała z syntetycznymi tworzywami sztucznymi. Pierwszym taki tworzywem była żywica fenolowo - formaldehydowa. Uzyskał ją w roku 1872 A. Baeyer. Jednak uruchomienie linii produkcyjnej dla tego tworzywa możliwe było dopiero w roku 1909, gdy została opatentowana przemysłowa metoda je otrzymywania. Udało się tego dokonać belgijskiemu chemikowi H. Baekelandowi.

Lata 30. XX wieku to intensywna produkcja różnorodnych tworzyw na bazie poliwinylu. W latach następnych rozpoczęto produkcję: poliamidów (1937, USA), poliestrów (1942, USA), wysokociśnieniowego polietylenu (1939, Wielka Brytania) i silikonów (1943) oraz polichlorku winylu (1942).

Kolejnym przełomowym momentem w historii tworzyw sztucznych było otrzymanie żywic epoksydowych. Po raz pierwszy uzyskano je w Szwajcarii. Po tym wydarzeniu otrzymywano kolejne: poliwęglany (1957, RFN), polietylen niskociśnieniowy (1956, RFN), poliformaldehydy (USA, 1946), polipropyleny (1957, Włochy).

Polski przemysł tworzyw sztucznych wystartował z pewnym opóźnieniem. Pierwsze tworzywa sztuczne wyprodukowane dopiero w latach 20. XX wieku. W latach 30. uzyskiwano już tomofan (1931) oraz galalit (1934). Jednak intensywny rozwój tej gałęzi przemysłu nastąpił w Polsce dopiero po II wojnie światowej. Wtedy dopiero wytwarzano takie tworzywa, jak: polistyren (według metody opracowanej przez K. Smoleńskiego), polikaprolaktam, poliakrylonitryl, poliuretany, żywice poliestrowe, epoksydowe, silikonowe, polietylen, polipropylen, a także tworzywa mocznikowe, melaminowe i formaldehydowe.

Recykling (ang. recycling) - jedna z kompleksowych metod ochrony środowiska naturalnego. Jej celem jest ograniczenie zużycia surowców naturalnych oraz zmniejszenie ilości odpadów.
Według ustawy o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 roku (Dz.U. 2001 nr 62 poz. 628) pod pojęciem recyklingu "rozumie się taki odzysk, który polega na powtórnym przetwarzaniu substancji lub materiałów zawartych w odpadach w procesie produkcyjnym w celu uzyskania substancji lub materiału o przeznaczeniu pierwotnym lub o innym przeznaczeniu, w tym też recykling organiczny, z wyjątkiem odzysku energii."

Zasadą działania recyklingu jest maksymalizacja ponownego wykorzystania tych samych materiałów, z uwzględnieniem minimalizacji nakładów na ich przetworzenie, przez co chronione są surowce naturalne, które służą do ich wytworzenia oraz surowce służące do ich późniejszego przetworzenia.

Recykling odbywa się w dwóch obszarach: produkowania dóbr oraz późniejszego powstawania z nich odpadów. Założenia recyklingu zakładają wymuszanie odpowiednich postaw producentów dóbr, sprzyjających produkcji materiałów jak najbardziej odzyskiwalnych oraz tworzenie odpowiednich zachowań u odbiorców tych dóbr.

Recykling jest systemem organizacji obiegu materiałów, które mogą być wielokrotnie przetwarzane. W skład systemu wchodzą elementy:

• Właściwa polityka ustawodawcza państwa sprzyjająca recyklingowi,

• Rozwój technologii przetwarzania odpadów, przede wszystkim w celu wykorzystania jak największej ich części,

• Projektowanie dóbr z możliwie najszerszym wykorzystaniem w nich materiałów podatnych na recykling,

• Projektowanie dóbr możliwie jednorodnych materiałowo, co upraszcza ich późniejszy demontaż i segregację odpadów.

• Projektowanie dóbr będących połączeniem różnych materiałów w taki sposób, aby ich późniejsze rozdzielenie na elementy zbudowane z jednorodnych materiałów było maksymalnie ułatwione,

• Projektowanie dóbr w taki sposób, aby jak najwięcej ich części składowych nadawało się do powtórnego wykorzystania bez przetwarzania lub przy minimalnych nakładach na doprowadzenie do postaci pełnowartościowej,

• System oznaczania zarówno opakowań produktów, jak i elementów składowych tych produktów, w celu ułatwienia rozpoznawania i segregacji odpadów.

• Edukacja proekologiczna społeczeństwa oraz promowanie i organizacja zachowań proekologicznych,

• Logistyka sortowania, gromadzenia i odbioru zużytych dóbr oraz ich elementów składowych,

• Przetwarzanie (uprzednio przygotowanych) odpadów i odzyskiwanie z nich surowców.

Materiały, które nadają się do ponownego wykorzystania bywają opatrzone kodem recyklingu.

W celu uproszczenia recyklingu tworzyw sztucznych został wprowadzony przez Society of the Plastics Industry Inc (USA)' w 1988 specjalny 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.

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

Poli(tereftalan etylenu)	Polietylen (wysokiej gęstości)	Polichlorek winylu
Polietylen (niskiej gęstości)	Polipropylen	Polistyren

/Źródło: Wikipedia.org/

Maszyny i urządzenia do recyklingu tworzyw sztucznych:

Najczęściej stosowanym urządzeniem do recyklingu tworzyw sztucznych są różnego rodzaju młyny do mielenia głównie odpadów foliowych czy odpadów powstałych z rozbiórki sprzętu RTV i AGD. Powstały w wyniku rozdrabniania surowiec (aglomerat) przeważnie jest już surowcem końcowym i jest wykorzystywany w takiej postaci do dalszego przetwórstwa (np. wytłaczanie profili okiennych). Wadą takiego przetwórstwa są różnego rodzaju pozostałe "dodatki" w postaci piasku czy różnego rodzaju elementów matalowych, co powoduje szybkie zużywanie się układu ślimak - cylinder oraz niejednorodności w wyrobie końcowym.

Kolejną grupą maszyn są wytłaczarki jednoślimakowe i dwuślimakowe. Produkt w postaci aglomeratu otrzymanego z młyna poddawany jest dalszym procesom przetwarzania w wyniku którego otrzymuje się regranulaty tworzyw sztucznych. Maszyny takie posiadają bardzo rozbudowany układ plastyfikujący (np. ślimaki barierowe, z dodatkowymi elementami ścinająco - mieszającymi oraz odgazowaniami). Na końcu układu przeważnie jest głowica z układem cięcia i chłodzenia (gdy produktem końcowym ma być granulat) lub głowica do wytłaczania folii lub profili. Jedna z najlepszych firm produkujących tego typu maszyny jest austriacka firma EREMA.

Wytłaczanie jest w istocie metodą prasowania wtryskowego przystosowaną do produkcji kształtowników, prętów i rur. Tłoczywo doprowadzane w sposób ciągły z zasobnika zostaje stopione w ogrzewanym cylindrze. Określone ciśnienie wywierane przez tłok w prasowaniu wtryskowym zastępuje ciągły ruch przenośnika ślimakowego, spełniającego dodatkowo funkcję mieszania masy i jej transportu na długość cylindra. Przenośnik przetłacza masę przez kształtujący otwór matrycy, zamykający cylinder. Za wylotem matrycy tworzywo twardnieje i zachowuje nadany kształt przekroju wyrobu, teoretycznie nieograniczonej długości. Metodę stosuje się do produkcji kształtowników z polistyrenu, polietylenu, polichlorku winylu, polimetakrylanu, celuloidu i innych tworzyw. Osiąga się przy tym wydajności powyżej 1000 kg/h.

Jako materiał wyjściowy stosuje się tworzywa w postaci granulatu, proszku lub mieszanin otrzymanych według różnych receptur, gdyż wiele urządzeń do wytłaczania tworzyw ma również możliwość przejęcia funkcji mieszania. W celu przetworzenia stopu i wytworzenia ciśnienia masy stopu wykorzystuje się różne procesy. Urządzenia są już wyposażane z reguły w takie czujniki i mikroprocesory, które za pomocą odpowiedniej regulacji potrafią tak sterować procesem, aby zapewnić powtarzalną jakość produktu.

Wytłaczarki jednoślimakowe są używane najczęściej. Masa tworzywa jest dostarczana lejem zasypowym do ślimaka, który obraca się w strefowo grzanym cylindrze. Tam tworzywo topi się, głównie przez tarcie, a w mniejszym stopniu przez dopływ ciepła, ewentualnie odgazowuje, ulega ujednorodnieniu przez ścinanie oraz spręża się. Działanie transportujące zachodzi wskutek występowania sił tarcia tworzywa względem ścian cylindra i ślimaka. Wymiary ślimaka dopasowuje się do wymogów wytłaczanego tworzywa najczęściej wtedy, kiedy ma być osiągnięta optymalna wydajność.

Wytłaczarka jednoślimakowa składa się z:

 układu napędowego (pasowa, zębata)

 układu uplastyczniającego

 na końcu układu znajduje się głowica wytłaczarka która nadaje wytłoczeniu kształt i wymiary. Ważnym elementem głowicy jest filtr tworzywa.

Wytłaczarki z odgazowaniem umożliwiają ominięcie wstępnego suszenia granulatu tworzywa, które jest wrażliwe na wilgoć. W tych wytłaczarkach mniej więcej w połowie długości ślimaka profil rdzenia jest tak pogłębiony, że ciśnienie stopu spada do ciśnienia atmosferycznego, a para wodna i inne lotne części składowe mogą uchodzić przez otwory odgazowujące w cylindrze.

Wytłaczarki kaskadowe lub tandemowe są różnymi wariantami ślimaka odgazowującego. Składają się one z szeregowego połączenia wytłaczarki uplastyczniającej, która przygotowuje wstępnie stop tworzywa i wytłaczarki stopowej, która homogenizuje go i wywołuje ciśnienie masy stopu. Ponieważ obie wytłaczarki mają osobny napęd, wydajności obu ślimaków daje się łatwo dopasować, jednakże koszt zbudowania takiej maszyny jest większy.

Wytłaczarki szybkobieżne (wytłaczarki adiabatyczne) pracują z szybkościami obwodowymi większymi niż zwykłe maszyny (do 1,2 m/s). Ślimaki są tak skonstruowane, że topienie tworzywa następuje wyłącznie za pomocą energii ścinania. Są one proste w budowie i nadają się dla tworzyw niewrażliwych na działanie temperatury, jak np. PE, PS lub PA.

Wytłaczarki planetarne mają cechy uplastyczniania zachowawczego, zapewniają dobrą homogenizację oraz zdyspergowanie i z tego względu nadają się szczególnie do tworzyw wrażliwych na działanie temperatury, jak PCW.

Inaczej zwane prasowaniem wtryskowym, polega na uplastycznieniu porcji tłoczywa w ogrzewanym cylindrze wtryskowym. Plastyczna masa jest okresowo wtryskiwana do zimnej formy, w której następuje utwardzenie wyrobu. Wtryskiwanie termoplastów można przeprowadzić w maszynach ślimakowych lub tłokowych.

Etapy wtryskiwania:

 wtrysk (zamknięcie formy, przesuwanie ślimaka lub tłoka do przodu),

 uplastycznianie (dozowanie i dociśnięcie ślimakiem lub tłokiem tworzywa umieszczonego w formie),

 wyrzucanie (otwarcie formy, usunięcie wypraski z formy)
Metoda jest stosowana w produkcji różnorodnych elementów i wyrobów z takich tworzyw termoplastycznych, jak poliamid, polistyren, polietylen, polichlorek winylu. Dla tworzyw termoplastycznych wtryskiwanie jest najważniejszą metodą otrzymywania elementów formowanych, tj. gotowych kształtek wtryskowych, o masie od mniej niż 1 mg do ponad 10 kg, w cyklach roboczych od kilku sekund do wielu minut, z minimalnym nakładem pracy na obróbkę końcową.

W przypadku wtryskarki ślimakowej (ze ślimakowym układem uplastyczniającym) proces przebiega następująco. Materiał w postaci granulatu lub rzadziej proszku zostaje doprowadzony do gorącego, obracającego się ślimaka przez lej zasilający. Formowana masa jest przesuwana do końca ślimaka i w trakcie tego stapiana przez dopływ ciepła od cylindra i przez tarcie. Przed końcem ślimaka tworzy się poduszka stopionej masy, która przesuwa ślimak do tyłu. Jeżeli ilość tej masy wystarcza do wytworzenia kształtki, to ślimak przestaje się obracać i jest przesuwany, najczęściej hydraulicznie, do przodu, a stop jest wciskany do formy, którą z reguły utrzymuje się w odpowiedniej temperaturze. Tworzące się przy tym ciśnienie osiąga wartość powyżej 10 MPa i jest utrzymywane na tym poziomie do momentu zestalenia się masy tworzywa w formie lub do momentu zestalenia się tworzywa w punkcie wlewowym. Tak otrzymana kształtka wtryskowa zostaje usunięta z otwartej formy lub wyrzucona przez pręty lub płyty wyrzutnikowe.

Odmiany wtryskiwania:

Wtryskiwanie tworzyw utwardzalnych

Towarzyszą tu dwa przeciwstawne zjawiska: uplastycznienie oraz polimeryzacja której skutkiem jest utwardzenie tego tworzywa.

Wtryskiwanie wieloskładnikowe

Definiuje się je jako wtryskiwanie pozwalające na otrzymanie wypraski składającej się z co najmniej dwóch części integralnie związanych ze sobą różniących się kolorem, właściwościami, strukturą w jednym gnieździe. Wtryskiwanie te można podzielić na:

 otwarte - gdy części wyprasek łączą się tak że każda z nich jest widoczna nazywane inaczej wielokolorowe

 zamknięte jeśli części wyprasek łączą się tak że widoczna jest tylko jedna z nich zamykająca inne wewnątrz siebie
Istota wtryskiwania wielokolorowego
polega na wtryśnięciu do formy zamocowanej do płyty obrotowej bądź przesuwnej z kilku układów uplastyczniających jednocześnie tworzyw - z każdego układu tworzywa o innym kolorze.

Wtryskiwanie dwukolorowe do jednej formy dwugniazdowej:

 równoległe symetryczne

 równoległe niesymetryczne

 prostopadłe

 mieszane
W pierwszej fazie tego procesu następuje jednoczesny wtrysk z dwóch układów uplastyczniających do gniazda górnego tworzyw o różnych kolorach. Następnie forma się otwiera i obraca że gniazdo górne zajmuje położenie gniazda dolnego i odwrotnie. Z gniazda dolnego następuje wypchnięcie gotowej wypraski.

Wtryskiwanie trójkolorowe do formy dwu gniazdowej

Do gniazda górnego z dwóch układów wtryskiwane są tworzywa jednocześnie. Następnie forma się otwiera i obraca o 180. Forma się zamyka i do gniazda dolnego następuje wtrysk tworzywa z układu trzeciego do gniazda górnego wtrysk tworzyw z dwóch układów. Forma otwiera się z gniazda dolnego wypychana jest wypraska trójkolorowa, forma się obraca i zamyka. Zastosowanie:

 kierunkowskazy

 klawisze do klawiatur

Wtryskiwanie wielokolorowe ma wady takie jak:

 duże koszty zakupu wtryskarek

 znaczne jej rozmiary

 dość skomplikowana konstrukcja formy

 duże koszty wykonania formy

 długie czasy cyklu całego procesu

Wtryskiwanie wielotworzywowe

Istotą tego procesu jest wtryskiwanie w pewnej kolejności z kilku układów uplastyczniających tworzywa przez wspólną tulejkę wtryskową. Stosunkowo proste jest wtryskiwanie tworzywa dwu tworzywowe zaworowe do formy jedno gniazdowej. Pozwala ona na uzyskanie wyprasek dużych. Wtryskiwanie wielot. pozwala na otrzymywanie wypustek dużych. Każda warstwa spełnia inną rolę. Warstwa zewn. tworzywa o dobrych właściwościach (tworz. drogie) tworz. wewn. - tanie spełniające role napełniacza.

Wtryskiwanie porujące

a) nisko ciśnieniowe - objętość wtrysk. tworzywa z rozpuszczonym w nim gazem pochodzącym z rozkładu poroforu jest mniejsza od objętości gniazda. W warunkach niskiego ciśnienia jakie panuje w gnieździe gaz wydziela się i formuje w masie tworzywa drobne pęcherzyki, które powodują wzrost objętości i całkowitym wypełnianiem formy. Stopień porowatości reguluje się ilością tworzywa wprowadzanego do formy. Wada: powierzchnia nieco chropowata.

b) wysoko ciśnieniowe - istota polega na tym że po całkowitym wypełnieniu gniazda tworzywem i wytworzeniu się litego naskórka następuje częściowe otwarcie formy. Gazy jakie znajdują się w masie tworzywa ulegają gwałtownemu rozprężeniu powodując powstanie struktury porowatej. Wypraska ma warstwę litą. Inny sposobem zwiększenia objętości gniazda po całkowitym wypełnieniu jest wycofanie ruchomych wkładek znajdujących się w gnieździe.

Wtryskiwanie z rozdmuchiwaniem

Tą metodą można otrzymać różnego rodzaju pojemniki, preformy, butelki, kanistry. Odbywa się na stanowiskach technologicznych i dzieli się na:

a) bezpośrednie - w tym procesie otrzymuje się w formie wypraskę będącą kształtką wstępną. Po niezbędnym ochłodzeniu kształtki przemieszcza się ją do formy rozdmuchowej, kształtkę stabilizuje się cieplnie i rozdmuchuje uzyskując żądany pojemnik. Wadą tego jest mała orientacja dwuosiowa. Dla zwiększenia wydajności stosuje się formy wielo gniazdowe np. trójgniazdowe.

b) sekwencyjne - w tym procesie wtryskiwania. z rozdmuchem na początku postępuje się podobnie ale wypraskę kształtkę wstępną ochładza się do temp. otoczenia lub wstępnie rozdmuchuje po to aby otrzymać prepojemnik. Następnie stabilizuje się cieplnie rozdmuchuje wspomagając rozciąganiem mechanicznym.

Wtryskarki do duroplastów

 Najogólniej wtryskarki do duroplastów można podzielić na dwie grupy: maszyny skonstruowane specjalnie do formowania wtryskowego tworzyw termoutwardzalnych,

 oraz urządzenia uniwersalne, w których można przetwarzać zarówno tworzywa termoplastyczne, jak i termoutwardzalne.
Oprócz typowych wtryskarek poziomych do przetwórstwa duroplastów stosowane są również wtryskarki pionowe, szczególnie do wyrobów z zapraskami metalowymi.

Ze względu na przebywanie tłoczywa utwardzalnego w cylindrze wtryskarki przez długi czas w ściśle określonej temperaturze wymagane jest stosowanie odmiennego sposobu ogrzewania materiału w porównaniu z termoplastami.

Cylinder jest podzielony przeważnie na trzy strefy grzejne, a jako medium grzewcze stosuje się olej lub wodę, a rzadziej elektryczne grzejniki oporowe z powodu dużej bezwładności cieplnej. Pociąga to za sobą konieczność stosowania wysokiej jakości uszczelnień i dodatkowego wyposażenia termoregulującego, aie pozwala za to na szybkie wyrównanie temperatury.

Ślimak do formowania wtryskowego duroplastów charakteryzuje się stopniem sprężania 1:1 lub nawet 1 : 0,8. Uzyskuje się to w wyniku wykonywanie ślimaków ze stalą głębokością zwoju na całej długości. Taki kształt oraz tępe zakończenie ślimaka zapobiega wzrostowi temperatury, spowodowanemu oporami tarcia tworzywa podczas jego przemieszczania się w cylindrze. Długość ślimaka wynosi 10 ÷ 14D. Cała ilość uplastycznionego materiału powinna być przetłoczona w czasie każdego cyklu wtrysku.

W celu ułatwienia usuwania „korka" powstałego z przegrzanego lub utwardzonego tworzywa czoło cylindra wykonuje się osobno wraz z dyszą, a następnie wkręca w cylinder. Pozwala to na szybkie oczyszczenie ślimaka bez konieczności jego demontażu, Aby zapewnić jednakową temperaturę całej masy tworzywa w cylindrze dużych wtryskarek, stosuje się również regulację temperatury ślimaka.

---