Wypracowania

Charakterystyka tworzyw syntetycznych oraz syntetycznych

Otaczające nas tworzywa sztuczne pełnią podstawową role w życiu każdego człowieka. Są obecne niemalże w każdej dziedzinie życia człowieka. Tworzywa sztuczne to materiały, zbudowane z polimerów syntetycznych. Tworzywa sztuczne pełnie wiele bardzo istotnych funkcji. Są na szeroką skalę wykorzystywane. Mogą zastępować takie materiały jak: drewno, metal, ceramika, kauczuk naturalny oraz gutaperka Mogą także stanowić zupełnie nowe materiały, mniemających żadnych naturalnych odpowiedników. Tworzywa sztuczne różnią się pomiędzy sobą właściwościami fizycznymi mechanicznymi oraz chemicznymi. Dziedzina naukowa zajmująca się tworzywami sztucznymi tuz po II wojnie światowej rozwijała się w zawrotnym tempie i rozwija się do dziś. Światowa produkcja tworzyw sztucznych, w czasie ostatnich 60 lat zwiększyła się niemal trzydziestokrotnie. Tworzywa sztuczne mogą być wykorzystane w procesie produkcyjnym części maszyn, osłon kabli elektrycznych, przyrządów, aparatury chemicznej oraz artykułów wykorzystywanych w gospodarstwie domowym, galanterii.

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

Otrzymano także w roku 1965 polisulfony, które są odporne w temperaturze 200°C, w roku 1969 poli(siarczek fenylu), który jest odporny w temperaturze 170°C. Później otrzymano polimery aromatyczne oraz metaloorganiczne, wykazujące odporność w temperaturze 400°C.

Tworzywa sztuczne są łatwe do formowania oraz barwienia. Do najczęściej stosowanych metod formowania zaliczamy: wtrysk, wytłaczanie, odlewanie, kalandrowanie. Stosowane są także: spiekanie, obróbkę plastyczną, laminowanie oraz zgrzewanie.

Tworzywa sztuczne mogą być wykorzystane w procesie produkcyjnym części maszyn, osłon kabli elektrycznych, przyrządów, aparatury chemicznej oraz artykułów wykorzystywanych w gospodarstwie domowym, galanterii. Są stosowane w stosowane w przemyśle: samochodowym, lotniczym, elektrotechnicznym, elektronicznym, włókienniczym, budowniczym. Wykorzystywane są wyrobie aparatury, narzędzi oraz sprzętu medycznego, szkieł kontaktowych.

Pierwsze próby chemicznej modyfikacji polimerów w skali przemysłowej rozpoczęto w roku 1850–75. W roku 1872 w Stanach Zjednoczonych uzyskano celuloid, w roku 1897 w Niemczech rozpoczęto produkcję galalitu, zaś w roku 1904 acetylocelulozy. Pierwsze syntetyczne tworzywo sztuczne to żywica fenolowo-formaldehydowa uzyskana w roku 1872 (A. Baeyer). Pierwsze poliamidy wyprodukowano w roku 1937 w Stanach Zjednoczonych, poliestry w roku 1942, poli(chlorku winylidenu) w roku 1942, silikony w roku 1943. Po drugiej wojnie światowej nastąpił gwałtowny rozwój tworzyw sztucznych.

W naszym kraju w roku 1931 rozpoczęła się produkcję folii stosowana w opakowaniach. Rozpoczęto syntezę styrenu według receptury K. Smoleńskiego. Gwałtowny rozwój tworzyw sztucznych miał miejsce w Polsce ł po drugiej wojnie światowej. Wytwarzano wówczas: tłoczywa mocznikowe, tworzywa fenolowo-formaldehydowe, poli(chlorek winylu), poli(metakrylan metylu), polistyren, poliakrylonitryl, polikaprolaktam, poliuretany, żywice epoksydowe, poliestrowe, silikonowe, polipropylen, polietylen, politetrafluoroetylen.

Tworzywa sztuczne charakteryzują się mała masą (gęstość ma wartość 1 g/cm³), małą przewodnością cieplną, małą wytrzymałością na rozciąganie, małym modułem elastyczności, są dielektrykami, tylko po dodaniu (ok. 50%) materiałów przewodzących (sadza, pył metaliczny) są w stanie, przewodzić prąd elektryczny. Są przezroczyste, ale także całkowicie nietransparentne. Łatwo formowalne. Tworzywa sztuczne wykazują odporność na substancje chemiczne, wilgoć. Mogą być stosowane w różnorodnej postaci, jako: tworzywa konstrukcyjne, spoiwa, materiały powłokowe, kleje oraz kity, włókna syntetyczne.

Tworzywa sztuczne, w skład których wchodzą polimery zarówno syntetyczne, jak i naturalne, są otrzymywane z polimeru (za przykład możemy wziąć poli(metakrylan metylu), ale także polistyren, oraz polietylen), kopolimerów oraz mieszanek polimerów. Czasami polimery są modyfikowane chemicznie (hydroliza), fizykochemicznie (degradacja), ewentualnie w wyniku dodawania: plastyfikatorów, wypełniaczy, stabilizatorów, barwników oraz pigmentów. Tworzywa sztuczne to plastiki lub masy plastyczne.

Barwniki to barwne substancje pochodzenia organicznego, które są rozpuszczalne w polimerze. Są stosowane w celu otrzymania barwnych oraz przezroczystych tworzyw (tkanin, skór, papieru, drewna, żywności oraz kosmetyków). Barwniki zawierają ugrupowania chromoforowe. To dzięki nim możliwa jest selektywna absorpcja promieniowania elektromagnetycznego w widzialnym zakresie. Zawierają także auksochromy, które nadają barwnikom powinowactwo do określonych materiałów barwionych. Barwniki dzielimy na: barwniki bezpośrednie, barwniki kwasowe, barwniki zasadowe, barwniki lodowe, barwniki kadziowe, barwniki zaprawowe. Ze względu na rodzaju grupy chromoforowej barwniki dzielimy na: barwniki azowe, barwniki chinoidowe, barwniki dwufenylometanowe, barwniki iminochinoidowe, barwniki azynowe, indygoidy, barwniki nitrowe, barwniki nitrozowe, barwniki polienowe, barwniki pironowe, barwniki trójfenylometanowe.

Pigmenty to barwne substancje, które nie rozpuszczają się w polimerze. Nadają barwę powstałemu polimerowi oraz czynią go nietransparentnym.Pigmenty nieorganiczne (mineralne) dzielimy na: naturalne oraz sztuczne. Pigmenty organiczne dzielimy na: naturalne oraz syntetyczne. Naturalne są obecne w organizmach żywych (sepia, chlorofil, hemina, indygo. Syntetyczne pigmenty to najbardziej liczna i najważniejsza grupa pigmentów (barwniki azowe, antrachinowe, laki barwne). Najważniejsze pigmenty nieorganiczne to: pigmenty białe (biel ołowiana, biel cynkowa (ZnO), biel tytanowa), pigmenty żółte (żółcień chromowa, żółcień kadmowa, żółcień cynkowa), pigmenty czarne (sadza), pigmenty czerwone (cynober, czerwień kadmowa, glejta ołowiana, czerwień żelazowa, minia ołowiana), pigmenty zielone (zieleń szwajnfurcka, zieleń chromowa), pigmenty brunatne (umbra, ochra), pigmenty błękitne (lazur miedziowy ultramaryna). Występują także pigmenty świecące (luminofory), pigmenty termoczułe.

Stabilizatory to substancje, które po wprowadzeniu do tworzywa powodują zwiększenie jego odporności na temperaturę, promienie ultrafioletowe. Tworzywa takie cechuje zwiększona odporność na starzenie.

Napełniacze to związki chemiczne pochodzenia nieorganicznego (ziemia okrzemkowa, talk, kreda, proszki metali), ale także pochodzenia organicznego (mączka drzewna, celuloza, tkaniny). Gdy związki te zmieszamy z polimerem poprawie ulegają jego właściwości użytkowe.

Zmiękczacze (plastyfikatory) to substancje, które rozpuszczają się w pewnym stopniu i polimer i tworzą roztwór koloidalny. Roztwór ten przechodzi następnie w stan żelu i charakteryzuje się właściwościami elastoplastycznymi. Dodatek zmiękczaczy powoduje mięknienia, obniżenie kruchości oraz zwiększenie sprężystości. Zmiękczacze dzielimy na: zmiękczacze pierwszorzędowe, zmiękczacze drugorzędowe. Biorąc pod uwagę pochodzenie zmiękczacze możemy podzielić na: pochodzenia naturalnego (olej słonecznikowy) oraz pochodzenia syntetycznego (estry, ketony). Najczęściej stosowanymi zmiękczaczami są: estry kwasu ftalowego, zmiękczacze fosforanowe (fosforan trikretylowy), stearyniany epoksydowe roślinne oleje, zmiękczacze pochodzące z estrów kalafonii.

Polimer to związek składający się z mniejszych elementów, które powtarzają się, co pewien czas (grupy atomów, mery). Reakcja polimeryzacji to reakcja cząstek zwanych monomerami. Monomer to związek chemiczny o prostej budowie, w skład którego wchodzi grupę funkcyjna, która może reagować. Posiadają wiązanie podwójne CH₂=CH₂. W wyniku tej reakcji chemicznej powstają związki zwane polimerami. Już w pierwszej połowie XX wieku proces polimeryzacji był wykorzystywany w przemyśle. Proces polimeryzacji uzależniony jest od panującego ciśnienia, temperatury, ilości oraz rodzaju stosowanego inicjatora i katalizatora. Tworzywa sztuczne to polimery zawierające substancje dodatkowe, które modyfikują właściwości użytkowe oraz przetwórcze. Są to: środki spieniające, zmiękczacze, stabilizatory UV oraz antyutleniacze, napełniacze w formie proszkowej lub włóknistej, utwardzacze, substancje smarujące, barwniki oraz pigmenty. Reakcja polimeryzacji między monomerami dwufunkcyjnymi powoduje powstanie tworzywa charakteryzującego się strukturą liniową (łańcuchową), zaś między monomerami więcej niż dwufunkcyjnymi powoduje powstanie tworzywa charakteryzującego się strukturą rozgałęzioną lub usieciowaną. Reakcja polimeryzacji polega na wielokrotnych prostych reakcjach chemicznych.

Do przetwarzania dostarcza się tworzywa sztuczne pod postacią żywic, tłoczyw lub półfabrykatów. Sztuczne żywice występują jako żywice techniczne. Stanowią surowiec wyjściowy do uzyskiwania tłoczyw, laminatów, lakierów, farb, klejów, kitów, past.

Żywice techniczne mogą być dostarczane użytkownikom jako w ciecze o różnorodnej konsystencji. W ich skład wchodzą: napełniacze, pigmenty, zmiękczacze, barwniki. Biorąc pod uwagę przeznaczenie rozróżniamy następujące typy żywic technicznych:

- żywice wykorzystywane w produkcji gotowych już wyrobów ze wzmocnionych tworzyw;

- żywice lane, wykorzystywane do uzyskiwania odlewów;

- żywice wykorzystywane do wytwarzania powłok na metalach;

- żywice wykorzystywane do klejenia materiałów;

- żywice wykorzystywane do wykonawstwa rdzeni w odlewnictwie;

- żywice wykorzystywane do impregnacji materiałów.

Półfabrykaty (półwyroby) uzyskują postać gotową w wyniku obróbki wykończeniowej. Proces ten nadaje im finalny kształt użytkowy (formowanie próżniowe, zgrzewanie, obróbka wiórowa. Mogą być dostarczane w postaci płyt, folii, bloków, prętów, rur, węży. rur i prętów.

Folie to elastyczne wyroby o grubości 0,5 mm (tworzywa twarde) i 1 - 2 mm (tworzywa miękkie). Dostarczane są jako ciągłe taśmy lub jako pocięte arkusze. Folie są otrzymywane metodą kalandrowania, wytłaczania, odlewania. Przetwarzane są w wyniku formowania próżniowego oraz przez zgrzewanie.

Laminaty są uzyskiwane z wielu warstewek nośnika, które są złączone w całość przy pomocy żywicy pod zwiększonym ciśnieniem. Nośnikami są tkaniny ze szklanego włókna, tkaniny bawełniane, papier. W celu nasycenia tego rodzaju nośników wykorzystuje się głownie żywice epoksydowe, poliestrowe, fenolowe, aminowe.

Podział tworzyw sztucznych

Podstawą klasyfikacji tworzyw sztucznych są właściwości użytkowe oraz technologiczne (sposoby przetwarzania) tworzyw sztucznych.

Wyróżniamy:

- 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).

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.

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.

- elastomery, które są można w dowolny sposób rozciągać oraz ściskać. Podczas takiego procesu polimery te zmieniają swój kształt, jednakże po usunięciu siły, z powrotem wracają do pierwotnych wymiarów. Elastomery wyparły w dużym stopniu kauczuk naturalny. Są także wykorzystywane w dziedzinach obcych dla zwykłego kauczuku.

Tworzywa sztuczne możemy podzielić także ze względu na rodzaj głównego składnika. Wyróżniamy:

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są polialkeny, czyli polietylen, polipropylen;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem jest polistyren;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są żywice winylowe, czyli poli(octan winylu), poli(chlorek winylu), poli(alkohol winylowy), poli(chlorek winylidenu);

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są polimery fluorowe;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są fenoplasty;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są aminoplasty;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są poliamidy;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są poliuretany;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem jest poliformaldehyd;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są poliwęglany;

- tworzywa sztuczne, których głównym składnikiem są pochodne celulozy, czyli acetylocelulozy.

Ze względu na metodę otrzymywania tworzywa sztuczne dzielimy na:

- polimery otrzymywane w wyniku reakcji polimeryzacji Reakcja polimeryzacji to reakcja cząstek zwanych monomerami. W wyniku tej reakcji chemicznej powstają związki zwane polimerami. Proces polimeryzacji uzależniony jest od panującego ciśnienia, temperatury, ilości oraz rodzaju stosowanego inicjatora i katalizatora.

Kopolimeryzacja to proces polimeryzacji mieszaniny dwóch, ewentualnie więcej, monomerów. Na skutek tego procesu otrzymywane są substancje nazywane kopolimerami. Charakteryzują się różną struktura: mogą być przemienne, blokowe, szczepione lub statystyczne. Własności otrzymanego produktu w wyniku zajścia procesu kopolimeryzacji są uzależnione od typu łączonych merów oraz ich wzajemnych stosunków molowych.

- polimery otrzymywane w wyniku reakcji polikondensacji Polikondensacja to reakcja funkcyjnych grup monomerów. W trakcie tego procesu wydziela się pewna ilość substancji (chlorowodór, woda, amoniak) oraz tworzy makrocząsteczka. Wzrastanie nowo powstałej cząsteczki następuje stopniowo. W czasie homopolikondensacji cząsteczki jednego monomeru wchodzą w reakcję z innymi cząsteczkami tego samego polimeru (polimeryzacja kwasu aminoenantowego). W czasie heteropolikondensacji cząsteczki jednego monomeru wchodzą w reakcję z innymi cząsteczkami innego monomeru ( polimeryzacja diaminy z kwasem dikarboksylowym).

- polimery otrzymywane w wyniku reakcji poliaddycji. Poliaddycja umiejscowiona jest pomiędzy polimeryzacją i polikondensacją. Poliaddycja to reakcja, która przebiega stopniowo, ale jest odwracalna. Przyłączanie cząsteczek monomeru przebiega dość szybko. Nie wydzielane są żadne produkty uboczne. Polimery uzyskiwane podczas poliaddycji cechuje identyczny skład chemiczny co monomery, ale mają inną budowę.

Otrzymywanie polimerów

Surowcem wyjściowym wykorzystywanym w otrzymywaniu monomerów jest ropa naftowa oraz gaz ziemny, ale także węgiel kamienny.

Tworzywa sztuczne jesteśmy w stanie otrzymać z czystego homopolimeru, z kopolimeru, ewentualnie z mieszanki polimerów.

Homopolimer to polimer, w skład którego wchodzi jeden typ monomeru.

Kopolimer to polimer, w skład którego wchodzą dwa typy monomerów.

Podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych są polimery. Reakcja polimeryzacji uważane jest podstawę technologiczną uzyskiwania tworzyw sztucznych. Gdy wzrost polimeru następuje stopniowo w czasie reakcji chemicznej grup funkcyjnych, to mamy do czynienia z polimeryzacją stopniową, jeżeli zaś wzrost następuje bardzo szybko, to mamy do czynienia z polimeryzacją łańcuchową. W czasie polimeryzacji łańcuchowej łańcuch makrocząsteczki rośnie w czasie powtarzalnych reakcji monomeru z reaktywnym centrum. Ilość monomeru stopniowo maleje, ale jest obecny w czasie całego procesu. Konwersja (wydajność) jest uzależniona od zachodzenia reakcji. Własności chemiczne polimerów są uzależnione od ich budowy chemicznej merów oraz rodzaju wiązań występujących pomiędzy nimi. Polimery o budowie łańcuchowej charakteryzują się zdolnością do rozpadu na proste. Mamy do czynienia z depolimeryzacją. Proces ten ma miejsce w wysokiej temperaturze, pod wpływem promieniowania jonizującego, substancji chemicznych powodujących rozkład łańcucha.

Typy reakcji polimeryzacji

Reakcja polimeryzacji to reakcja cząstek zwanych monomerami. W wyniku tej reakcji chemicznej powstają związki zwane polimerami. Już w pierwszej połowie XX wieku proces polimeryzacji był wykorzystywany w przemyśle. Proces polimeryzacji uzależniony jest od panującego ciśnienia, temperatury, ilości oraz rodzaju stosowanego inicjatora i katalizatora.

Polikondensacja to reakcja funkcyjnych grup monomerów. W trakcie tego procesu wydziela się pewna ilość substancji (chlorowodór, woda, amoniak) oraz tworzy makrocząsteczka. Wzrastanie nowo powstałej cząsteczki następuje stopniowo. W czasie homopolikondensacji cząsteczki jednego monomeru wchodzą w reakcję z innymi cząsteczkami tego samego polimeru (polimeryzacja kwasu aminoenantowego). W czasie heteropolikondensacji cząsteczki jednego monomeru wchodzą w reakcję z innymi cząsteczkami innego monomeru ( polimeryzacja diaminy z kwasem dikarboksylowym).

Poliaddycja umiejscowiona jest pomiędzy polimeryzacją i polikondensacją. Poliaddycja to reakcja, która przebiega stopniowo, ale jest odwracalna. Przyłączanie cząsteczek monomeru przebiega dość szybko. Nie wydzielane są żadne produkty uboczne. Polimery uzyskiwane podczas poliaddycji cechuje identyczny skład chemiczny co monomery, ale mają inną budowę.

Sposoby przeprowadzenia polimeryzacji

Mechanizm polimeryzacji łańcuchowej- w czasie reakcji polimeryzacji mamy do czynienia z następującymi etapami: inicjacja, wzrost łańcucha, zakończenie łańcucha (dysproporcjonowanie lub rekombinacja). W czasie trwania reakcji jesteśmy w stanie przenieść łańcuch kinetyczny na monomer, rozpuszczalnik, polimer, inicjator, regulatory wielkości łańcucha oraz zanieczyszczenia.

Metody polimeryzacji dzielimy na polimeryzację: w fazie stałej, w fazie gazowej, w fazie ciekłej, w fazie ciekło-gazowej, w masie, w dyspersji (suspensyjna oraz emulsyjna), w procesie przetwórczym.

1. Polimeryzacja w fazie ciekłej jest prowadzona w wysokiej temperaturze. Jest główne zalety to: otrzymujemy czysty polimer oraz reakcja zachodzie bez rozpuszczalnika. Jest główne wady to: pewna pozostałość polimeru, problemy z odprowadzaniem ciepła, możliwość przegrzania oraz duża lepkość.

2. Polimeryzacja blokowo- strąceniowa ma miejsce, gdy polimer nie jest w stanie rozpuścić się w monomerze. Zachodzi w wyniku ogrzewania monomeru w stałej fazie, ewentualnie w fazie gazowej lub ciekłej z odpowiednia ilością inicjatora lub katalizatora w odpowiednich reaktorach chemicznych. Końcowym produktem tego typu polimeryzacji jest polimer w stanie stałym (blok, pręt lub taśma) charakteryzujący się znaczną czystością oraz dużą masą cząsteczkową. Proces polimeryzacji prowadzony jest w sposób periodyczny lub ciągły.

3. Polimeryzacja w rozpuszczalniku jest bardzo istotna. Główne warunki, które muszą być spełnione, aby zaszła polimeryzacja to: monomer musi być rozpuszczalny w rozpuszczalniku obojętnym, obecność inicjatora, wysoka temperatura. Polimer także powinien być rozpuszczalny w rozpuszczalniku. Jeżeli tylko monomer wykazuje rozpuszczalność w rozpuszczalniku, to mamy do czynienia z polimeryzacją strąceniowa -rozpuszczalnikową. Rozpuszczalnik może uczestniczyć podczas przenoszenia łańcucha kinetycznego. Zmniejsza się wówczas ciężar cząsteczkowy. Zalety tego rodzaju polimeryzacji to: nie trzeba usuwać rozpuszczalnika, nie występują problemy z odprowadzaniem ciepła, małą lepkość. Wady tego sposobu polimeryzacji to: słaba wydajność, rozpuszczalnik organiczny, konieczność regeneracji rozpuszczalnika, duże objętości, mały ciężar cząsteczkowy powstającego polimeru, konieczność suszenia polimeru, niebezpieczeństwo podczas zachodzenia reakcji, szkodliwa dla środowiska.

4. Polimeryzacja w zawiesinie jest kolejnym rodzajem polimeryzacji. Skład środowiska reakcyjnego: inicjator, monomer, koloid ochronny, woda (ośrodek dyspergujący). Warunki do zajścia reakcji: wysoka temperatura, mieszadła szybkoobrotowe, nierozpuszczalny w wodzie monomer, nierozpuszczalny w wodzie inicjator, ale rozpuszczalny w monomerze, rozpuszczalność koloidu jest bez znaczenia, stosunek woda/monomer 5:1 do 10:1 jednostek wagowych. Inicjatorem może być AIBN, nadkwasy organiczne, nadtlenek benzoilu, woda zdemineralizowana. Koloidem ochronnym może agar, żelatyna, agar, PSA, talk, stearynian, krzemionka. Jego ilość powinna wynosić około 1% ilości monomeru. Ten typ polimeryzacji zachodzi w kropelkach monomeru. Na ich wielkość wpływ ma: lepkość, typ mieszadła, ilość fazy zdyspergowanej, napięcie powierzchniowe. Wielkość tą możemy kontrolować poprzez: stosując różne szybkości mieszania, zmieniając stężenie monomeru, zmieniając pH środowiska reakcyjnego, stosując różne ilości stabilizatora suspensji.

5. Polimeryzacja w emulsji jest coraz bardziej popularna ostatnimi czasy. Emulsję tworzą dwie niemieszające się wzajemnie, rozproszone ciecze. Polimeryzacja przebiega wewnątrz miceli. Skład środowiska reakcyjnego: regulator pH, emulgator, monomer, woda (ośrodek dyspergujący), inicjator, stabilizator emulsji. Warunki do zajścia reakcji: temperatura pokojowa, rozpuszczalny w wodzie inicjator, nierozpuszczalny w wodzie monomer, stosunek fazy wodnej do monomeru powinien wynosić 2:1 lub 1:1, bufory jako regulatory pH, emulgatory (środki powierzchniowo czynny) mogą być kationowe, anionowe, niejonowe, a ich powinna stanowić około 0,2%- 1% wagowych, inicjator musi być rozpuszczalny w wodzie (jego ilość powinna stanowić około 0,1 - 1% w stosunku do masy monomeru, stabilizatory emulsji w ilości 2 - 5% wagowych, środki powodujące zagęszczenie dyspersji. Główne wady tej metody to: trudności w oddzielaniu nieprzereagowanego monomeru, zanieczyszczenia. Główne zalety tej metody to: mała lepkość, duży ciężar cząsteczkowy polimeru, brak problemu z odprowadzaniem ciepła, możliwość prowadzenia procesu w sposób ciągły z zachowaniem bezpieczeństwa.

6. Polimeryzacją w fazie gazowej. Substancjami monomerycznymi są gazy charakteryzujące się niską temperaturą krytyczną. Polimeryzacja zachodzi w adiabatycznych rurowych reaktorach, ewentualnie lub autoklawach przy zwiększonym ciśnieniu.

Własności tworzyw sztucznych

- własności mechaniczne (moduł sprężystości, wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na wydłużenie, zginanie i ściskanie, twardość, udarność, ścieralność);

- własności fizyczne (temperatura płynięcia, gęstość, chłonność wody);

- własności cieplne (temperatura Vicata, temperatura ugięcia, wytrzymałość cieplna Martensa);

- własności elektryczne (oporność właściwa, wytrzymałość dielektryczna);

- własności optyczne (współczynnik załamania oraz przepuszczalność światła);

- własności chemiczne (odporność na substancje chemiczne, odporność na proces starzenia).

Wybrane tworzywa sztuczne

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/cm³;

- substancja o ciężarze cząsteczkowym wynoszącym 30 - 150 tys. 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.

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.

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.

Fenyloplasty to żywice syntetyczne, które powstają podczas polikondensacji fenoli i aldehydów. Własności żywic mogą zmieniać się w szerokich granicach. Uzależnione to jest od dodatków. Fenoloplasty dzielimy na:

- żywice wykorzystywane w odlewach;

- żywice wykorzystywane w tłoczywach;

- żywice wykorzystywane w impregnacji;

- tworzywa piankowe.

Tłoczywa to półprodukty wykorzystywane do formowania produktów pod ciśnieniem oraz w podwyższonej temperaturze. Są otrzymywane ze sztucznych żywic z niewielkim dodatkiem napełniaczy. Mają postać proszku, krajanki, granulek. Wyroby uzyskiwane z tłoczywo wypraski. Odporne są na działanie kwasów. Są trudnopalne. Są wykorzystywane w produkcji aparatów fotograficznych, telefonów, zegarków, maszyn.

Żywice wykorzystywane w impregnacji mogą być także wykorzystywane do produkcji laminatów. Występują pod postacią płyt (grubość 1 - 30 mm), rur, kształtek. Wykorzystywane są w urządzeniach elektrotechnicznych.

Piankowe tworzywa charakteryzują się dużą twardość oraz kruchością. Są wykorzystywane jako produkty termoizolacyjne, ewentualnie mogą być wykorzystane w produkcji opakowań oraz elementów dekoracyjnych.

Aminoplasty to tworzywa sztuczne termoutwardzalne, które są otrzymywane podczas polikondensacji amin i formaldehydu. Tworzywa te charakteryzują się duża twardością, sztywnością, odpornością na ciepło, odpornością na wodę oraz inne i rozpuszczalniki, bezwonnością, bezbarwnością, możliwością dowolnego barwienia. Mogą być stosowane jako laminaty, tworzywa piankowe, kleje do drewna, lakiery, żywice techniczne. Żywice mocznikowe charakteryzują się podobnymi własnościami co żywice fenolowe. Poza tym są bezbarwne oraz odporne na światło, bez smaku oraz zapachu. Nie są odporne na temperaturę oraz wilgoć. Żywice mocznikowe możemy barwić na bardzo jasne kolory (jasne aparaty telefoniczne, kolorowe sedesy. Aminoplastem jest także żywica melaminowa. Melamina jest uzyskiwana z wapna, azotu, węgla. Melamina wykazuje większą odporność na wodę, temperaturę oraz światło niż fenoloplasty. Z tego względu żywica melaminowa wykorzystywana jest w produkcji artykułów gospodarstwa domowego, laminatów, klei, części izolacyjnych, instalacyjnych.

Charakterystyka tworzyw syntetycznych oraz syntetycznych

Zobacz podobne