- Definicja:
Nazwą tworzywa sztuczne określa się materiały, które nie posiadają swoich odpowiedników w świecie naturalnym. Ich głównym składnikiem są syntetyczne polimery. Stanowią alternatywę dla tradycyjnych tworzyw, powszechnie stosowanych, takich jak metale i ich stopy, drewno, materiały ceramiczne, kauczuki.
- Metody otrzymywania tworzyw sztucznych:
Istnieje kilka metod otrzymywania tworzyw sztucznych w zależności od rodzaju substratów. Najważniejsze z nich to:
- z użyciem czystego polimeru, takiego jak np. polietylen, polistyren
- tworzenie różnych mieszanek polimerów lub stosowanie kopolimerów
- można także do polimerów dodać inne składniki np.: barwniki, plastyfikatory, substancje stabilizujące lub wypełniające.
- modyfikowanie polimerów na drodze chemicznej (np. hydrolizy) lub na drodze przemian fizycznych.
- Sposoby klasyfikacji tworzyw sztucznych:
Tworzywa sztuczne można klasyfikować na wiele sposobów. Poniżej przedstawiono kilka z nich, najczęściej stosowanych:
- Podział ze względu na właściwości termiczne:
- tworzywa termoplastyczne - pod wpływem wysokiej temperatury łatwo topią się
- tworzywa termoutwardzalne i chemoutwardzalne - są odporne na ogrzewanie.
- Podział ze względu na skład chemiczny, czyli rodzaj substancji dominującej w danym tworzywie sztucznym:
- poliolefiny - wśród nich można wymienić znany polietylen i polipropylen
- żywice winylowe - np. polioctan winylu i polichlorek winylu (PCV)
- żywice akrylowe
- poliwęglany -
- polistyreny
- poliuretany
- polialdehydy
- związki będące pochodnymi celulozy (np. acetyloceluloza)
- aminoplasty
- fenoplasty
- poliamidy
- polimery fluorowe
- Podział ze względu na zastosowanie:
- durometry
Durometry to tworzywa sztuczne wykazujące się znaczną odpornością mechaniczną oraz wytrzymujące wysokie temperatury (trudno się topią). Są wykorzystywane jako materiały budowlane i konstrukcyjne; często zastępują dotychczas wykorzystywane metale i materiały ceramiczne.
- plastomery
Plastomery charakteryzują się wysoką łatwością topienia. Z tego względu są używane do produkcji przedmiotów o skomplikowanych kształtach, gdyż łatwo można z nich odlewać dowolne formy. W życiu codziennym można je spotkać jako obudowy sprzętu elektronicznego.
- elastomery
Elastomerami nazywa się tworzywa o dużej plastyczności i zdolności do rozciągania. Łatwo zmieniają swój kształt, właściwościami przypominają kauczuk. Często też zastępują go.
- Właściwości fizyczne i chemiczne tworzyw sztucznych:
- Charakteryzują się niskimi wartościami gęstości. Są wyjątkowo lekkimi tworzywami.
- Słabo przewodzą ciepło.
- W większości posiadają właściwości dielektryczne. Można jednak modyfikować ich zdolność do przewodzenia elektryczności poprzez dodatek większej ilości pyłu metalicznego lub węgla.
- Są ciałami przezroczystymi lub nieprzezroczystymi.
- W większości są czułe na wysoką temperaturę. Ulegają topieniu nawet przy 100 ºC.
- Wykazują odporność na działanie czynników chemicznych (z wyjątkiem silnych utleniaczy) oraz na wpływ wody.
- Dla tworzyw niemodyfikowanych charakterystyczna jest niska elastyczność oraz odporność na rozciąganie.
- Stosunkowo wysoką elastycznością wykazują się tworzywa, które są zbrojone włóknami szklanymi (np. kompozyty).
- Zastosowanie tworzyw sztucznych:
- Najczęściej tworzywa sztuczne stosuje się do wyrobu elementów maszyn oraz osłon. Są używane w produkcji artykułów gospodarstwa domowego. Wyrabia się z nich różnorodne opakowania i ozdoby.
- Ze względu na ich lekkość i wytrzymałość są chętnie wykorzystywane w lotnictwie, budownictwie, przemyśle samochodowym, elektrotechnice i elektronice.
- Coraz częściej stosuje się tworzywa sztuczne w medycynie. Służą do wyrobu protez, szkieł kontaktowych, a także sprzętu jednorazowego użytku (m.in. cewników, strzykawek, drenów, nici chirurgicznych).
- O historii powstania tworzyw sztucznych:
W połowie XIX wieku rozpoczęto badania nad związkami wielkocząsteczkowymi. Naukowców szczególnie interesowała możliwość ich modyfikacji. Efektem ich pracy było uzyskanie w roku 1872 pierwszego na świecie tworzywa sztucznego - celuloidu. Dokonali tego 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.
