Tworzywa sztuczne

Dziś tworzywa sztuczne odgrywają podstawowa role w życiu ludzkości. Pojawiają się w coraz to nowych dziedzinach naszego życia. Znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach życia, doskonale zastępują metal, drewno. Są niezbędne do rozwoju przemysłu, techniki, medycyny, budownictwa. Z drugiej jednak strony polimery nie ulegają biodegradacji, czyli naturalnemu rozkładowi. To samo dzieje się podczas spalania polimerów.

WYJAŚNIENIE

Tworzywa sztuczne są materiałami, których podstawowym składnikiem są naturalne lub syntetyczne polimery tzn. związki zbudowane z wielu polimerów, czyli pojedynczych ogniw długiego łańcucha. Tworzywa sztuczne moga być otrzymywane z czystego polimeru (np.: polimetakrylan metylu, polistyren, polietylen), z kopolimerów lub z mieszanek polimerów. Zazwyczaj jednak tworzywa sztuczne otrzymywane są z polimerów modyfikowanych metodami chemicznymi (np.: przez hydrolizę), fizycznymi (np.: przez degradacje) lub przez dodatek takich substancji jak: plastyfikatory, napełniacze, pigmenty, barwniki, stabilizatory, antyutleniacze, absorbery, nośniki, środki smarujące, porofory, środki tiksotropujace, środki antystatyczne, środki zmniejszające palność.

RODZAJE POLIMERÓW

Syntetyczne tworzywa sztuczne można podzielić na trzy grupy:

a) Polimery termoplastyczne - miękną pod wpływem podwyższonej temperatury. Dzieje się tak dlatego, że łańcuchy polimerowe mogą poruszać się względem siebie, a efekt ten staje się coraz wyraźniejszy wraz ze wzrostem temperatury. Przykładem może być polistyren lub polichlorek winylu (PVC).

b) Polimery termoutwardzalne – występują tu wiązania porzeczne pomiędzy poszczególnymi łańcuchami polimerowymi, uniemożliwiając ich przesuwanie się względem siebie. Dlatego takie materiały nie stają się plastyczne w wyższych temperaturach. Do tego typu polimerów zaliczyć można bakelit i żywice epoksydowe.

c) Elastomery – tworzywa o dobrych właściwościach sprężystych. W skład tej grupy wchodzą wszystkie związki gumo podobne, w tym guma oraz sztuczny i naturalny kauczuk. Podczas ich produkcji powstaje ściśle określona ilość wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami molekuł. W rezultacie powstają materiały elastyczne, które można mocno rozciągać, używając stosunkowo niewielkich sił i które powracają do pierwotnego kształtu po ustąpieniu siły rozciągającej.

REAKCJE

Otóż powstają one w reakcji polimeryzacji lub reakcji polikondensacji:
a) Reakcja polimeryzacji jest procesem łączenia się cząsteczek monomeru w łańcuch, któremu nie towarzyszy powstawanie żadnych produktów ubocznych. Np. reakcja polimeryzacji etylenu.

b) Reakcja polikondensacji jest procesem w trakcie, którego powstają proste produkty uboczne, jak np. woda. Jest to np. reakcja tworzenia peptydów z aminokwasów.
Często polimery otrzymane w ten sposób poddaje się reakcji sieciowania. Sieciowaniu poddaje się polimery, gdzie w łańcuchu występują reaktywne grupy funkcyjne lub wiązania wielokrotne. W reakcji tej polimer jest ogrzewany z odpowiednimi związkami, zwanymi utwardzaczami. Prowadzi to do połączenia się łańcuchów i powstania gigantycznej cząsteczki.
Za podstawę klasyfikacji tworzyw sztucznych przyjmuje się zachowanie ich pod wpływem ogrzewania. Przy tym podziale wyróżnia się tworzywa termoplastyczne oraz tworzywa termo- i chemoutwardzalne, tzw. duroplasty. Można również zastosować podział oparty na budowie polimeru stanowiącego główny składnik tworzywa.
Do podstawowych tworzyw sztucznych zaliczamy: PCV, CPVC, PMMA, PP, PE, PE, PC, PWAL, PA, PTFE, PVAC, PVAC, PUR, ABS, SP, UP, SAN, SI, PIB, PET, PF, PVB.

POLICHLOREK WINYLU (Przykład)

Polichlorek winylu (PCV) - jest w Polsce, a także w wielu innych krajach najważniejszym pod względem wielkości produkcji tworzywem sztucznym. Poli (chlorek winylu) otrzymuje się z chlorku winylu trzema metodami.
1) Polimeryzacja emulsyjna.
2) Polimeryzacja w zawiesinie.
3) Polimeryzacja w masie.

Każda z tych metod można otrzymać polimer o specyficznych właściwościach i dlatego wszystkie 3 metody są stosowane.
Wyodrębnienie polichlorku winylu emulsyjnego PVC - E z mieszaniny reakcyjnej (emulsji) może odbywać się dwiema metodami.
a) Przez suszenie rozbryzgowe w strumieniu gorącego powietrza.
b) Przez wytracenie emulsji (metoda mokra)

Polichlorek winylu suspensyjny PVC - S jest otrzymywany w postaci granulek o średnicy 15 - 100 m. Polimer ten odznacza się duża jednorodnością i wysoka czystością. Z tego typu PVC możliwe jest uzyskanie wyrobów całkowicie przezroczystych. Ten polichlorek może być przetwarzany tylko po dodaniu stabilizatorów.

Polichlorek winylu blokowy - otrzymuje się w postaci kulek o średnicy 250 - 750 m. Jest on najczystszym polimerem o najlepszych właściwościach fizycznych i chemicznych.

Ogólnie polichlorek winylu jest białym bezpostaciowym proszkiem o gęstości 1,38 g/cm3 . Rozróżnia się dwa podstawowe typy PVC - PVC twardy zawierający do 5% plastyfikatorów i PVC zmiękczony o zawartości 40 - 70% plastyfikatorów. PVC odznacza się szerokim zakresem temperatury mięknienia, którego dolna granica wynosi od 80C. Zakres temperaturowy stosowania czystego PVC wynosi od -10 do +80C. Specjalnie stabilizowany PVC zmiękczony może byc stosowany w zakresie temperaturowym od -30 do +100C. Polichlorek winylu charakteryzuje się mała odpornością na działanie podwyższonych temperatur a także światła już w temp. 135C następuje powolny rozkład polimeru z jednoczesnym wydzieleniem chlorowodoru.

Przewodnictwo cieplne PVC jest bardzo małe nie tylko w stosunku do metali (2770 razy mniejsze niż. dla srebra), lecz również w stosunku do innych tworzyw np. 2,5 razy mniejsze niz. dla polietylenu niskociśnieniowego. PVC twardy źle przepuszcza tlen, natomiast dobrze parę wodna. Dobre właściwości elektryczne PVC pozwalają stosować kable i przewody w izolacji z tego tworzywa do napięcia 10 KV. Odporność chemiczna jest bardzo dobra, przy czym PVC twardy ma ta odporność znacznie większa niz. zmiękczony. Za graniczna odporność PVC na działanie czynników chemicznych przyjęto zmianę właściwości mechanicznych tego tworzywa pod wpływem działaniem wody w temp. 40C.

Polichlorek winylu ma zastosowanie do wyrobu folii, opakowań, odzieży ochronnej, obuwia, wężów, izolacji kabli, zabawek oraz do powlekania tkanin.