Tworzywa sztuczne termoplastyczne, czyli poli(chlorek winylu), polietylen polistyren, po ogrzaniu miękną, zaś po oziębieniu ulegają stwardnieniu.

Tworzywa sztuczne chemoutwardzalne (duroplasty). Są twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej. Mogą służyć jako materiały konstrukcyjne (sztuczne metale).

Tworzywa termo- lub chemoutwardzalne nie jesteśmy w stanie przerobić na inne. Tworzywo termoplastyczne możemy przerobić na inne. Często tworzywa sztuczne mogą być wykorzystane jako dobry surowiec wtórny.

Aby przetworzyć tworzywo sztuczne potrzebna jest specjalistyczna aparatura. Tworzywa termoplastyczne są przerabiane metodą wtryskową lub są wytłaczane. Tworzywa termoutwardzalne są przerabiane metodą prasowania w odpowiednich formach, w wysokiej temperaturze.

Własności mechaniczne poszczególnych tworzyw sztucznych ulegają zmianie w szerokich zakresie. Wszystko jest uzależnione od rodzaju polimeru oraz ilości środków wspomagających. Ważną cecha tworzyw sztucznych jest wartość modułu sprężystości poprzecznej lub podłużnej. Tworzywa sztuczne możemy podzielić na:

- tworzywa sztuczne miękkie, których modułu sprężystości wzdłużnej ma wartość mniejszą niż 700 MPa;

- tworzywa sztuczne półsztywne, których modułu sprężystości wzdłużnej ma wartość 700 - 7000 MPa;

- tworzywa sztuczne sztywne, których modułu sprężystości wzdłużnej ma wartość większą niż 7000 MPa.

Charakterystyka kilku tworzyw sztucznych, które powstają w wyniku polimeryzacji

Polietylen to tworzywo będące doskonałym dielektrykiem, charakteryzujące się znaczną elastycznością, dobrymi właściwościami mechanicznymi, duża odpornością na działanie zasad, kwasów, soli.

To biała, termoplastyczna, porowata substancja o gęstości 0,92-0,97 g/cm3, temperaturze topnienia 110-137°C.

Otrzymujemy polietylen w wyniku polimeryzację etylenu. Polimeryzacja etylenu może zachodzić w następujący sposób:

1.Pod wysokim ciśnieniem, tj. 127-245 MPa oraz w temperaturze. 150-250.C. Konieczna jest także obecność tlenu, ewentualnie nadtlenków organicznych (inicjatory polimeryzacji);

2. Pod umiarkowanym ciśnieniem, tj. 2,5-9,8 MPa oraz w temperaturze 75-300.C. Konieczna jest także obecność katalizatorów molibdenowych, ewentualnie chromowych;

3. Pod cieniem ciśnieniem o wartości 1 MPa oraz w temperaturze poniżej 100.C. Konieczna jest także obecność katalizatorów metaloorganicznych Zieglera oraz Natty.

Polietylen jest wykorzystywany do produkcji: folii, rur, węży, pojemników, materiałów elektroizolacyjnych, kijów hokejowych, nart, żagli, lin, kamizelek kuloodpornych, zabawek, opakowań.

Polipropylen ma gęstość równą 0,90-0,91 g/cm3. jest otrzymywany w wyniku polimeryzacji propanu. Jest substancją lżejszą od polietylenu. Wykazuje wyższą temperaturę topnienia oraz większą wytrzymałość.

Wyróżniamy:

- polipropylen izotaktyczny, wykazujący odporność na działanie soli nieorganicznych, zasad, kwasów;

- polipropylen syndiotaktyczny;

- polipropylen taktyczny.

Stosowany jest w procesach produkcyjnych folii, wykładzin, kół zębatych, pojemników oraz rur.

Właściwości polipropylenu zależą ciężaru cząsteczkowego, metod otrzymywania, stopnia polidyspersji oraz krystaliczności i faktyczności. Charakteryzuje się wyższą temperatura topnienia i wrzenia, mniejszą odpornością na niską temperaturę oraz odpornością na proces utleniania niż polietylen. Jest niepolarny. Wykazuje dosyć dobra odporność na kwasy (pomijając kwasy utleniające), zasady, alkohole oraz różnego rodzaju rozpuszczalniki. Nie wykazuje odporności w stosunku do węglowodorów aromatycznych, może rozpuścić się w ciepłym ksylenie.

Poli(chlorek winylu) to:

- termoplastyczna biała substancja o konsystencji proszku i gęstości 1,35-1,46 g/m3;

- substancja o ciężarze cząsteczkowym wynoszącym 30 - 150 tyś g/mol;

- substancja o małym udziale fazy krystalicznej;

- substancja o wysokiej sztywności i dobrych właściwościach wytrzymałościowych;

- substancja nierozpuszczalna w wielu niepolarnych rozpuszczalnikach;

- substancja odporna na działanie wody oraz stężonych, ale i także rozcieńczonych kwasów i zasad, olejów mineralnych;

- substancja o małej odporności na działanie promieni słonecznych;

- substancja o wysokiej sztywności.

Polichlorek winylu wykazuje odporność na kwas solny, siarkowy, rozcieńczony azotowy, NaOH, KOH, amoniak, roztwór sody, alkohol, benzynę. Może rozpuszczać się w acetonie, cykloheksanonie, estrach, dioksanie, toluenie, pirydynie, ksylenie, dwusiarczku węgla, chlorku etylenu, dimetyloformamidzie.

Wykorzystanie polichlorku winylu:

- branża budownicza (płytki oraz wykładziny, rury, kształtki);

- branża elektro oraz radiotechniczna;

- produkcja celulozy oraz papieru;

- produkcja elastomerów oraz włókien;

- produkcja odzieży oraz obuwia;

- produkcja opakowań;

- w energetyce, jako materiał elektroizolacyjny;

- w medycynie, jako dreny, sondy, cewniki, strzykawki;

- pokrywanie boisk piłki siatkowej, koszykowej, ręcznej.

Polichlorek winylu twardy jest obrabiany mechanicznie. W czasie obróbki wydzielają się pewne ilości chlorowodoru, które mogą powodować korozję narzędzi.

W czasie ogrzewania polichlorek winylu mięknie w temperaturze 60-70°C, topi się zaś w temperaturze 140-170°C. Gdy jest wprowadzany do płomienia natychmiast się zapala na żółty, trochę zielonkawy płomień. Wydziela się także chlorowodór. Gdy wyjmiemy polichlorek winylu z płomienia to od razu gaśnie Chlorowodór jednak wydziela się przez pewien okres. Polichlorek winylu twardy może być wykorzystany w produkcji rur wykorzystywanych w przemyśle chemicznym, przewodach wodociągowych, kanalizacyjnych, przyborach kreślarskie, opakowaniach, instalacjach wentylacyjnych, pompach, zbiornikach.

Polichlorek winylu miękki może być wykorzystany w produkcji węży ogrodniczych, do przemysłu chemicznego oraz do izolacji elektrycznej, do różnego rodzaju okładzin, uszczelek, płyt dachowych, folii, sztucznej skóry.

Poli(octan winylu) powstaje w wyniku polimeryzacji octanu winylu. To tworzywo termoplastyczne. Własności polioctanu winylu są uzależnione od jego masy cząsteczkowej. Ten rodzaj tworzywa jest nietoksyczny bezbarwny, palny, dobrze się rozpuszcza w metanolu, estrach, ketonach, węglowodorach aromatycznych. Nazwa handlowa tego tworzywa to: winacet.

Polimetakrylan metylu, czyli szkło organiczne-pleksiglas, to przezroczysty materiał o gęstości 1,18 g/cm3.

Łatwo się formuje. Wykazuje odporność na działanie kwasów oraz zasad, benzyny i terpentyny. Nie jest odporny na działanie: węglowodorów aromatycznych, estrów. Ketonów. To tworzywo nie jest odporne na działanie wysokich temperatur.

Stosowany do wyrobu: szyb, soczewek, szkieł, reflektorów. Szkło organiczne stosowane jest także w konstrukcyjnej oraz w budownictwie (przeszklenia poziome oraz pionowe, pokrycia dachowe, balkony, okna, kabiny prysznicowe. Tworzywo to wykorzystywane także jest w procesach produkcyjnych materiałów reklamowych (stojaki, materiały dekoracyjne, włączniki, tablice, wyświetlacze. Może być wykorzystany w protetyce dentystycznej.

Polistyren to polimer polimer termoplastyczny o gęstości równej 1,05 g/cm3. tworzywo dosyć twarde, bezbarwne oraz kruche, charakteryzujące się niską temperaturą topnienia. Otrzymujemy z niego styropian- bardzo lekkie tworzywo izolacyjne. Polistyren jest także wykorzystywany w produkcji pojemników, zabawek, opakowań, sztucznej biżuterii, szczoteczek do zębów, pudełek do płyt CD. Monomerem polistyrenu jest styren, powstający przez odwodornienie etylobenzenu. Polistyren charakteryzuje się kruchością i małym przewodnictwem cieplnym. Polistyren możemy polerować.

Polistyren wykazuje odporność na działanie kwasów, zasad, alkoholi, węglowodorów nasyconych, olejów mineralnych oraz roślinnych. Może rozpuszczać się w styrenie, benzenie, toluenie, dwusiarczku węgla, dioksanie, cykloheksanie. Polistyren, gdy jest wprowadzony w płomień palnika, to zapala się szybko i może palić się jeszcze nawet po usunięciu źródła ciepła. Pali się żółtopomarańczowym kopcącym płomieniem.

Polistyren jest wykorzystywany do produkcji materiałów elektroizolacyjnych, części lodówek, naczyń, pojemników, zabawek, galanterii.

Politetrafluoroetylen jest bardzo interesującym tworzywem sztucznym. Wykazuje odporność na bardzo ekstremalne temperatury (bardzo wysokie oraz bardzo niskie). Jest chemicznie obojętny, jest także dobrym izolatorem. Powstaje w wyniku polimeryzacji tetrafluoroetylenu. Politetrafluoroetylen jest tworzywem sztucznym bardzo odpornym na organiczne oraz nieorganiczne substancje chemiczne (kwasy oraz zasady). Podczas pracy w środowisku promieniowania UV możemy zastosować go w zamkniętych pomieszczeniach oraz na zewnątrz. Te właściwości zmniejszają ilość konserwacji.

Politetrafluoroetylen nie ulega rozpuszczeniu w wyniku wody królewskiej. Reaguje tylko z ciekłym wapieniem ciekłym sodem oraz gorącym fluorem.

Nie oddziałuje na substancje pochodzenia organicznego. Jest wykorzystywany w transplantacjach oraz chirurgii odtwórczej. Może być stosowany w rekonstrukcji kości twarzy.

Nie przewodzi prądu, dlatego też bardzo dobrym izolatorem kabli. Zachowuje plastyczność w temperaturach -270*C-260*C.

Jest stosowany w przewodach na statkach kosmicznych, gdyż jest odporny na ekstremalne temperatury. W promieniach słońca panuje bardzo wysoka temperatura, zaś w strefie ziemskiej bardzo niska.

Polipropylen ma gęstość równą 0,90-0,91 g/cm3. jest otrzymywany w wyniku polimeryzacji propanu. Jest substancją lżejszą od polietylenu. Wykazuje wyższą temperaturę topnienia oraz większą wytrzymałość.

Wyróżniamy:

- polipropylen izotaktyczny, wykazujący odporność na działanie soli nieorganicznych, zasad, kwasów;

- polipropylen syndiotaktyczny;

- polipropylen taktyczny.

Stosowany jest w procesach produkcyjnych folii, wykładzin, kół zębatych, pojemników oraz rur.

Właściwości polipropylenu zależą ciężaru cząsteczkowego, metod otrzymywania, stopnia polidyspersji oraz krystaliczności i faktyczności. Charakteryzuje się wyższą temperatura topnienia i wrzenia, mniejszą odpornością na niską temperaturę oraz odpornością na proces utleniania niż polietylen. Jest niepolarny. Wykazuje dosyć dobra odporność na kwasy (pomijając kwasy utleniające), zasady, alkohole oraz różnego rodzaju rozpuszczalniki. Nie wykazuje odporności w stosunku do węglowodorów aromatycznych, może rozpuścić się w ciepłym ksylenie.

Skrótowe oznaczenie tworzyw sztucznych:

PET - politereftalan etylenu

HDPE - (PE-HD) sztywny polietylen

PVC - polichlorek winylu

LDPE (PE-LD) miękki polietylen

PP - polipropylen

PS - polistyren

Tworzywa sztuczne produkowane są na duża skale.

Są stosowane m.in.:

- w produkowaniu części maszyn, osłon kabli, przyrządów, opakowań, elementów aparatury fizyko-chemicznej, galanterii, artykułów wykorzystywanych w gospodarstwie domowym;

- w przemyśle: samochodowym, elektrotechnicznym, lotniczym, elektronicznym, budowniczym, włókienniczym;

Zalety tworzyw sztucznych:

- niewielki ciężar właściwy;

- brak smaku oraz zapachu;

- odporność na korozję oraz na kwasy oraz zasady;

- znakomite własności izolacyjne, elektryczne oraz cieplne.

Charakterystyka teflonu

Teflon jest polimerem- politetrafluoroetylen -[-CF2-CF2-]n- (PTFE). Jest tworzywem sztucznym, z którego wyrabiane są różnego rodzaju garnki. Jest bardzo śliskim (woskowatym) tworzywem. Współczynnik tarcia teflonu ma wartość zbliżona do lodu. Gdyby kiedyś komuś przyszło do głowy pokrycie drogi tym związkiem, to nie możliwe byłoby normalne chodzenie oraz jeżdżenie po takiej nawierzchni. Doprowadziłoby to do wielu wypadków, a co za tym idzie wielu ofiar w ludziach i szkód materialnych.

Dzięki pokryciu garnków warstwą teflonu, mycie oraz czyszczenie jest prostsze, gdyż produkty spożywcze nie przywierają do ścianek oraz dna. Poza tym przygotowane jedzenie jest smaczniejsze i mniej się przypala. Politetrafluoroetylen może być także stosowany do pokrywania powierzchni części maszyn, w których ruch wymaga bardzo małego tarcia.

Politetrafluoroetylen jest bardzo interesującym tworzywem sztucznym. Wykazuje odporność na bardzo ekstremalne temperatury (bardzo wysokie oraz bardzo niskie). Jest chemicznie obojętny, jest także dobrym izolatorem.

PTFE został odkryty przez amerykańskiego naukowca Roya Plunketta roku 1938. Tak jak w większości odkryć, był to czysty przypadek. Badacz ten prowadził badania nad substancjami, które mogą być wykorzystane w chłodzeniu lodówek. Pracował wówczas dla firmy DuPont. Firma ta nadała nowemu związkowi nazwę handlową Teflon. Choć patent na ten produkt już dawno wygasł, nazwa "teflon" nadal jest znakiem towarowym firmy DuPont i inni producenci tego związku nie mają żadnych praw, aby tą nazwą się posługiwać.

Związek ten jest dosyć trudny w obróbce, ale początkowo był stosowany w produkcji specjalnej (przemysł zbrojeniowy). Zastosowanie w gospodarstwie domowym odkrył po raz pierwszy francuski badacz Mark Gregoire. Patelnie teflonowe, które otrzymał z tej substancji w latach pięćdziesiątych nazwano Tefal. Kilka lat później wiele innych firm zaczęło produkować kuchenne naczynia wykorzystywane w gotowaniu oraz pieczeniu. Wszystkie były pokryte warstwa politetrafluoroetylen.

Po II wojnie światowe teflon znalazł bardzo szerokie zastosowanie w branży przemysłowej. Pokrywano nim trzpienie, które utrzymują walce obrotowe.

Teflon posiada najmniejszy współczynnik ślizgowy wśród wszystkich tworzyw technicznych. Charakteryzuje się niską przyczepnością oraz najniższym współczynnikiem tarcia na wszystkich ciałach stałych. Dzięki równości statycznego oraz dynamicznego współczynnika tarcia nie ma miejsca zjawisko "drgań ciernych". Te właściwości zmniejszają konieczną moc napędową, redukując tym samym zużycie energii. Teflon jest szczególnie polecany do wszelkiego rodzaju uszczelnień, łożysk oraz listew ślizgowych, gniazd zaworów i wirników pomp. Teflon może być wzmacniany innym tworzywem (włókno szklane lub grafit). Tego typu związki są używane w pompach do przetłaczania kwasów.

Wyjątkowa cechą politetrafluoroetylen jest mała energia powierzchniowa, dlatego też teflon ma dobre właściwości smarujące i nie przywierają do niego żadne substancje.

Politetrafluoroetylen może być także stosowany przy obciążeniach uderzeniowych oraz zderzeniowych bez niepotrzebnych konstrukcji ochronnych. Mogą panować ekstremalne niskie temperatury. Stosowanie Politetrafluoroetylen redukuje hałas oraz tłumi uderzenia.

Politetrafluoroetylen jest tworzywem sztucznym bardzo odpornym na organiczne oraz nieorganiczne substancje chemiczne (kwasy oraz zasady). Podczas pracy w środowisku promieniowania UV możemy zastosować go w zamkniętych pomieszczeniach oraz na zewnątrz. Te właściwości zmniejszają ilość konserwacji.

Politetrafluoroetylen nie ulega rozpuszczeniu w wyniku wody królewskiej. Reaguje tylko z ciekłym wapieniem ciekłym sodem oraz gorącym fluorem.

Nie oddziałuje na substancje pochodzenia organicznego. Jest wykorzystywany w transplantacjach oraz chirurgii odtwórczej. Może być stosowany w rekonstrukcji kości twarzy.

Nie przewodzi prądu, dlatego też bardzo dobrym izolatorem kabli. Zachowuje plastyczność w temperaturach -270*C-260*C.

Jest stosowany w przewodach na statkach kosmicznych, gdyż jest odporny na ekstremalne temperatury. W promieniach słońca panuje bardzo wysoka temperatura, zaś w strefie ziemskiej bardzo niska

Wyjątkowe własności chemiczne teflonu biorą się z jego budowy chemicznej. Wiązanie chemiczne pomiędzy atomami fluoru oraz węgla fluoru są bardzo silne, w skutek czego politetrafluoroetylen nie reaguje z większością związków. Cząsteczki teflonu są połączone wiązaniami fluoro-węglowymi. Wiązanie to jest niesłychanie mocne. Tak silne wiązania pomiędzy cząsteczkami powodują, że politetrafluoroetylen nie topi się w bardzo wysokich temperaturach.

Politetrafluoroetylen powstaje z chlorodifluorometanu (czynnik chłodzący). Amerykański naukowiec udowodnił, że podgrzewając freon 22 wydzielimy gaz- tetrafluoroetan.

Tetrafluoroetan przy ciśnieniu 40-59 atmosfer oraz obecności nadtlenku użytego jako katalizatora, przechodzi w sypki proszek. Tak powstaje PTFE. Do teflonu dodawane jest specjalne spoiwo, a następnie wkłada do odpowiedniej formy. Gdy proszek poddany jest bardzo wysokiemu ciśnieniu oraz wysokiej temperaturze ulega stopieniu w jednolitą masę. Aby wyprodukować naczynia teflonowe, konieczne jest rozpylenie zawiesiny sproszkowanego politetrafluoroetylenu w wodzie na powierzchni odpowiedniego naczynia oraz jego wypalenie.