Tworzywa sztuczne

Polietylen lub polieten - polimer etenu. Symbol przemysłowy: (PE).

Polietylen jest giętki, woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny. Traci elastyczność pod wpływem światła słonecznego i wilgoci. Synteza polietylenu jest przykładem polimeryzacji rodnikowej. Z polietylenu wytwarza się: protezy, izolacje elektryczne, folie, rury, węże, pojemniki, materiały elektroizolacyjne, kije hokejowe, narty, żagle, liny, kamizelki kuloodporne, zabawki, opakowania. Właściwości zależą od warunków przeprowadzenia reakcji (ciśnienia, temperatury, katalizatora). Wyróżnia się 4 rodzaje polietylenu:
· HDPE (high density PE) - o dużej gęstości (nierozgałęzione łańcuchy zapewniają wysoką gęstość i duże siły oddziaływania międzycząsteczkowego)
· MDPE (medium density PE) - o średniej gęstości
· LDPE (low density PE) - o niskiej gęstości (rozgałęzione łańcuchy poletylenu "nie pasują" do siebie, co powoduje mniejszą gęstość)
· LLDPE (linear low density PE) - liniowy o niskiej gęstości (krótkie, nierozgałęzione łańcuchy powstają w wyniku kopolimeryzacji etenu z alkenami o dłuższych łańcucha
Polipropylen jest to polimer z grupy poliolefin, który zbudowany jest z merów o wzorze: -[-CH2CH(CH3)-]-. Otrzymuje się go w wyniku niskociśnieniowej polimeryzacji propylenu. Polipropylen jest jednym z dwóch (obok polietylenów) najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Na przedmiotach produkowanych z tego tworzywa umieszcza się zwykle symbol PP. Polipropylen PP jest węglowodorowym polimerem termoplastycznym, tzn. daje się wprowadzić w stan ciekły pod wpływem zwiększenia temperatury, oraz z powrotem zestalić po jej obniżeniu bez zmian własności chemicznych. PP jest tworzywem o najmniejszej gęstości spośród stosowanych szeroko polimerów. Wykazuje on dużą odporność chemiczną, zwłaszcza w temperaturze pokojowej, w której jest prawie całkowicie odporny na działanie kwasów, zasad i soli oraz rozpuszczalników organicznych. Jedynie silne utleniacze, jak dymiący kwas siarkowy lub azotowy, zasady bielące oraz ciecze niepolarne (benzen, czterochlorek węgla, chlorek metylu) atakują go w tej temperaturze. W podwyższonych temperaturach PP rozpuszcza się w węglowodorach aromatycznych (np. benzen), estrach i ketonach. Charakteryzuje się dobrą przepuszczalnością powietrza oraz niewielką przepuszczalnością pary. Jest materiałem obojętnym fizjologicznie oraz łatwym do przetwórstwa, ale należy unikać przekroczenia temperatury 270 C, ponieważ powyżej następuje szybki proces degradacji (rozpadania się cząstek) polimeru. PP jest materiałem palnym, bezbarwnym, bezwonnym i niewrażliwym na działanie wody (absorpcja wody wynosi od 0,01 do 0,03 %). Jest on materiałem masowego użytku i dość dobrym materiałem konstrukcyjnym, zwłaszcza z dodatkiem napełniaczy włóknistych. W tym przypadku na ogół niektóre właściwości uzyskanego materiału ulegają poprawie w stosunku do czystego PP. PP i jego kompozyty przetwarza się głównie metodami wtryskiwania, wytłaczania, wytłaczania z rozdmuchiwaniem i formowania próżniowego. Elementy i wytwory z tego tworzywa można spawać i zgrzewać oraz metalizować i drukować. PP i jego kompozyty, podobnie jak inne tworzywa wielkocząsteczkowe, wykazują również wady. Ważniejsze z nich to niezadowalające niektóre własności w porównaniu z materiałami metalowymi, a zwłaszcza zbyt mała temperatura użytkowania. Wytwory z PP mogą być użytkowane w temperaturze –5 do +100 C. Kopolimery propylenowo-etylenowe mogą pracować w niższych temperaturach. Ponadto PP jest mało odporny na działanie tlenu (konieczność stosowania przeciwutleniaczy) oraz promieniowania ultrafioletowego (konieczność stosowania stabilizatorów).
Właściwość Jednostka Zakres wartości
Gęstość kg/m3 od 900 do 910
Temperatura topnienia krystalitów C od 160 do 170
Temperatura zeszklenia C od -25 do -35
Temperatura mięknienia (Vicata) C od 120 do 155
Wytrzymałość na rozciąganie MPa od 20 do 38
Moduł Younga MPa od 1500 do 2500
Wydłużenie przy zerwaniu % od 400 do 700
Wytrzymałość na ściskanie MPa od 70 do 100
Wytrzymałość na zginanie MPa od 40 do 60
Udarność bez karbu metodą Charpy kJ/m2 nie pęka
Twardość N/mm2 od 25 do 50
Rezystywność skrośna Ω·m od 1017 do 1019
Przenikalność elektryczna względna (wartość bezwymiarowa) 2,1
Współczynnik strat dielektrycznych tgδ (przy 50 Hz) (wartość bezwymiarowa) od 0,0003 do 0,002
Wskaźnik tlenowy % od 17,0 do 18,0
Ciepło spalania J/kg 46,5
Pojemność cieplna właściwa J/(kg·K) 1700
Współczynnik przewodzenia ciepła W/(m·K) od 0,30 do 0,40
Współczynnik rozszerzalności liniowej K -1 1,8
Chłonność wody po 24 h % 0,03
Główne zastosowania są następujące:
· przemysł chemiczny i farmaceutyczny: przewody do wody i cieczy agresywnych, zbiorniki, wykładziny, naczynia laboratoryjne, tkaniny filtracyjne, sprzęt medyczny, naczynia dla chorych, strzykawki jednorazowego użytku, opakowania leków, itp.
· przemysł włókienniczy: oprzyrządowanie narażone na działanie chemikaliów (cewki, skrętarki, snowarki), zbiorniki do aparatów barwiących, włókna dywany, tkaniny techniczne, itp.; włókna polipropylenowe stanowią około 12% ogólnej ilości włókien syntetycznych
· przemysł elektrotechniczny i elektroniczny: obudowy i części różnych produktów tego przemysłu, izolacje, w tym kabli i przewodów
· przemysł samochodowy: wiele elementów samochodów, jak np. zderzaki, przednie części karoserii oraz elementy wyposażenia wnętrza
· budownictwo i meblarstwo: izolacje piankowe, wykładziny, wyposażenie łazienek, sprzęt pralniczy, przewody gazowe i centralnego ogrzewania oraz klimatyzacji, niektóre meble i ich elementy
· przemysł spożywczy i opakowania: wykładziny cystern do mleka, napełniane na gorąco puszki, słoje i butelki, pojemniki i różne opakowania, w tym również z folii
· artykuły gospodarstwa domowego i zabawki
Polistyren (-[CH2CH(C6H5)]n-) polimer z grupy poliolefin otrzymywany w procesie polimeryzacji styrenu, pochodzącym zwykle z rafinacji ropy naftowej. Po zmieszaniu z dodatkami, polistyren stanowi podstawę wielu tworzyw sztucznych, oznaczanych literami (PS). Czysty polistyren, jest bezbarwnym, twardym, kruchym termoplastem (tworzywem formowanym przez topienie), o bardzo ograniczonej elastyczności. Jako tworzywo sztuczne, polistyren może być bezbarwny, słabo przezroczysty, lub może być barwiony na dowolne, żywe kolory. Jego zaletą w stosunku do polietylenu i polipropylenu jest niższa temperatura mięknienia i mniejsza lepkość stopu, dzięki czemu łatwiej jest z niego otrzymywać w procesie formowania wtryskowego niewielkie przedmioty o złożonych kształtach. Polistyren jako tworzywo lite jest stosowane do produkcji sztucznej biżuterii, szczoteczek do zębów, pudełek do płyt CD, elementów zabawek. Posiada jednak znacznie mniejszą odporność chemiczną od polietylenu i dlatego nie stosuje się go raczej do produkcji opakowań produktów żywnościowych. Najbardziej masowym zastosowaniem polistyrenu jest produkcja jego formy spienionej, nazywanej styropianem. Styropian otrzymuje się w wyniku gwałtownego ogrzewania parą wodną polistyrenu w formie granulek, wewnątrz których znajduje się niewielka ilość lekkiej benzyny (tzw. eteru naftowego). Styropian jest masowo stosowany jako wypełniacz opakowań tekturowych i jako płyty izolacyjne w budownictwie.
Kauczuk syntetyczny - ogólna nazwa wszystkich kauczuków, otrzymywanych na drodze sztucznej syntezy chemicznej. Stanową podstawowy składnik sztucznej gumy. Spotyka się je także w elastycznych żelach, sztucznych piankach, niektórych rodzajach farb lateksowych, wykorzystuje się je do produkcji elastycznych tkanin, lin i wielu innych zastosowań.
Rodzaje syntetycznych kauczuków:
· kauczuki poliolefinowe:
o polibutadien - podstawa gumy typu BuNa, najbardziej masowo stosowany kauczuk syntetyczny
o poliizopren - kosztowniejszy od polibutadienu, ale posiadający lepsze własności - zbliżone do kauczuku naturalnego
o kopolimery poli(butadien-co-styren) - podstawa tzw. gum styrenowych, twardszych, ale też bardziej kruchych od BuNy
· kauczuki poliwinylowe:
o polichloropren - z którego produkuje się m.in. pianki dla nurków.
o kopolimer poli(butadien-co-akrylonitryl)
o ABS - kopolimer akrylonitryl-butadien-styren - stosowany masowo w przemyśle samochodowym
· kauczuki inne:
o poliuretany - z którego produkuje się pianki elastyczne, stosowane w meblarstwie, przemyśle samochodowym i obuwnicznym
o poliestry - z których wiele posiada własności elastyczne i jest stosowane jako pianki zamiennie z poliureatanami
o poliamidy elastyczne
o kauczuki silikonowe - stosowane w medycynie, przemyśle elektronicznym, motoryzacyjnym i wielu innych.
Z praktycznego punktu widzenia kauczuki syntetyczne dzieli się na:
· wulkanizowane na gorąco (HTV) - które przekształca się w gumę z użyciem środków sieciujących w wysokiej temperaturze, często z zastosowaniem kalandrów - są one zwykle stosowane do produkcji gumy wielkotonażowej
· wulkanizowane na zimno (RTV) - które przekształca się w gumę poprzez proste zmieszanie ciekłego kauczuku z środkiem sieciującym - co umożliwia formowanie przedmiotów w warunkach niemal domowych
· formowane przez reaktywny wtrysk (RIM) - w których prepolimer, który właściwie nie jest jeszcze kauczukiem jest mieszany w trakcie formowania z innym prepolimerem i środkiem sieciującym - w wyniku czego w samej formie zachodzi jednocześnie wulkanizacja i polimeryzacja co umożliwia produkcję elastycznych kształtek o bardzo dużych rozmiarach i złożonych kształtach - tego rodzaju kauczuki są stosowane zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym.

Teflon - nazwa handlowa polimeru o nazwie systematycznej: politetrafluoroetylen -[-CF2-CF2-]n- (PTFE). Ten sam polimer znany jest w Polsce również pod nazwą tarflen, którą stosują Zakłady Azotowe w Tarnowie-Mościcach S.A.. Inna nazwa handlowa to fluon. Tworzywo to wynalazł w 1938 roku Roy J. Plunkett w laboratorium DuPonta, w Jackson w USA. Synteza teflonu została opatentowana przez firmę DuPont w 1956 r. Patent ten już dawno wygasł, jednak nazwa "teflon" jest wciąż znakiem towarowym tej firmy i inni producenci tego polimeru nie mają prawa się tą nazwą posługiwać. Firma DuPont opatruje tą nazwą nie tylko politetrafluoroetylen lecz także inne polimery i kopolimery poliolefinowe z dużą zawartością merów -[CF2CF2]-, które łącznie tworzą rodzinę kilkuset różnych produktów.
Politetrafluoroetylen jest najczęściej produkowany w procesie emulsyjnej polimeryzacji tetrafluoroetylenu: (CF2=CF2):


synteza teflonu
która prowadzi do otrzymania ściśle liniowych cząsteczek o masach cząsteczkowych rzędu 1 000 000 (jeden milion) g/mol. W wyniku tego procesu otrzymuje się emulsję tego polimeru w benzynie lub eterze naftowym, którą można przerabiać na granulat lub stosować po zatężeniu jako środek do pokrywania powierzchni lub dodawania do np: smarów. Czysty politetrafluoroetylen jest całkowicie nietopliwy i zaczyna rozkładać się w temperaturze 327C. W temperaturze ok. 260C przechodzi z fazy krystalicznej do fazy condis, w której staje się przezroczysty i dość miękki - ale nie płynny. Jedną z najważniejszych cech PTFE jest jego wyjątkowo mała energia powierzchniowa, dzięki czemu ma on dobre własności smarujące, oraz nie przywierają do niego żadne zanieczyszczenia. Inną ważną własnością PTFE jest jego wysoka odporność chemiczna. Praktycznie nie reaguje on ani nie rozpuszcza się w niczym oprócz stężonego kwasu fluorowodorowego. Ze względu na nietopliwość PTFE nie można go obrabiać w typowy dla tworzyw sztucznych sposób (np: przez wytłaczanie lub wtrysk) lecz trzeba stosować techniki spiekania proszku - podobne do stosowanych w materiałach ceramicznych. Inne odmiany teflonu, zawierające obok merów -[-CF2-CF2-]n także mery zawierające atomy wodoru, są topliwe i dzięki temu można je przerabiać tradycyjnymi metodami, ale mają one gorsze własności termiczne, chemiczne i powierzchniowe od czystego PTFE.
· Składnik smarów
· Wyściełanie aparatury chemicznej
· Produkcja materiałów dla ubrań CUG używanych w straży pożarnej oraz zakładach przemysłowych
posiadających kontakt ze środkami chemicznymi
· Produkcja rur i kształtek urządzeń pracujących w ekstremalnych warunkach
· Powłoki zapobiegające przywieraniu w sprzętach gospodarstwa domowego i innym
· Materiały uszczelniające w postaci nici, taśm.
Polichlorek winylu (-CH2-CHCl-)n. Otrzymywany jest przez polimeryzację chlorku winylu.

Tworzywa sztuczne wytwarzane z polichlorku winylu spotykane są w handlu w dwu zasadniczych postaciach jako
· PCW twardy (zwany winidurem)
· PCW miękki
PCW zmiękczony stosuje się do produkcji obrusów, ubrań ochronnych, rękawiczek, węży do wody i płynów, różnych opakowań przemysłowych i spożywczych.
Polichlorek winylu twardy stosuje się do produkcji opakowań grubościennych, jak sztywne balony, beczki, pudła i pudełka, słoiki, butelki itp. Ponadto z tworzyw tych wyrabia się różne rury, wykładziny podłogowe, zabawki itp. Nylon - syntetyczny polimer, rodzaj poliamidu służący do wytwarzania włókna o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie i łatwo dającego się barwić. Stosowany przede wszystkim do produkcji dzianin, tkanin, lin i żyłek.Nylon został wynaleziony 28 lutego 1935 roku przez Wallace'a Carothersa w E.I. du Pont de Nemours and Company w Wilmington w USA. Wiadomość o jego odkryciu podano do publicznej wiadomości w roku 1938 i w tym roku wprowadzono na rynek pierwsze produkty z nylonu: szczoteczkę do zębów z włosiem nylonowym oraz co odbiło się większym echem nylonowe pończochy. Włókna nylonowe są obecnie używane do wytwarzania wielu rodzajów sztucznych tkanin, a nylon jako tworzywo sztuczne jest używany w wielu gałęziach przemysłu.Często można spotkać się z oznaczeniami cyfrowymi przy słowie nylon (np. nylon-66). Jest to informacja o strukturze polimeru. Cyfry oznaczają liczbę atomów węgla w monomerach. Pojedyncza liczba (np. nylon-12) oznacza włókno otrzymane z laktamu o 12 atomach węgla. Dla laktamu o sześciu atomach węgla synteza wygląda w ten sposób:
· UŻYWANY DO:
· rajstop
· pończoch
· szczoteczek do zębów
· sieci
· poduszek powietrznych
· spadochronów
· wykładzin dywanowych
· piłek do koszykówki
· lin