Tworzywa sztuczne



Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych
(wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub
zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich
jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory
promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające,
barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często
stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej
poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny
składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy
naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".



Tworzywa polimerowe stanowią osobną grupę materiałów obok materiałów
ceramicznych, metali i ich stopów oraz drewna, które, ze względu na budowę
cząsteczek celulozy, również należy zaliczyć do naturalnych materiałów
polimerowych.



Zaletami tworzyw polimerowych są: mała gęstość, odporność na korozję oraz
łatwość przetwórstwa (niskie koszty wykonywania dużych serii gotowych
wyrobów w porównaniu do innych grup materiałów). Ta ostatnia cecha głównie
zadecydowała o wielkim rozwoju przemysłu tworzyw polimerowych w XX wieku i
ich obecną wielką powszechnością w życiu codziennym człowieka.



POWRÓT



Wadami tworzyw polimerowych są: mała odporność na wysokie temperatury i
mniejsze właściwości mechaniczne (np. twardość, podatność na pełzanie) w
porównaniu do np. metali lub ceramiki. Pomimo że właściwości mechaniczne
większości tworzyw polimerowych są mniejsze w stosunku do metali, to włókna z
niektórych tworzyw polimerowych (np. aromatyczne poliamidy - Kevlar) mogą
wykazywać większą wytrzymałość na rozciąganie (powyżej 3500 MPa) nawet w
stosunku do wysokogatunkowych stali. Podobnie bardzo wysoką wytrzymałością
charakteryzują się kompozyty polimerowe.



Do wad tworzyw polimerowych zalicza się bardzo długi czas rozkładu, jeśli człowiek
dokonuje zaśmiecania nimi środowiska naturalnego, czy też podczas składowania ich
na składowiskach odpadów. Tymczasem tworzywa polimerowe stanowią doskonałe
materiały wtórne do ponownego przerobu w technologiach recyklingu, gdzie na
samym końcu powinny one kończyć "swoje życie" jako materiał opałowy, ze względu
na wysoką wartość opałową, często porównywalną do węgla. Pomimo
zaawansowanych technologii w spalarniach odpadów, które eliminują emisję
szkodliwych związków do środowiska, wciąż obserwuje się wysoki opór społeczny
podczas wyboru lokalizacji spalarni odpadów. Spalanie tworzyw polimerowych w
gospodarstwach domowych jest zabronione, gdyż, m.in. ze względu na za niską
temperaturę spalania, może powodować to emisję do atmosfery silnie trujących
związków.



W latach 1988 - 2010 światowa roczna produkcja wzrosła z 75 mln do 245 mln ton.
Zaobserwowano, że drobne odpady tworzyw sztucznych unoszą się na powierzchni
północnego Oceanu Atlantyckiego i północnego Oceanu Spokojnego. W latach 1988 -
2010 nie zaobserwowano wzrostu ilości tych odpadów. Badania na Morzu
Sargassowym sugerują, że morskie mikroorganizmy są zdolne do rozkładania tworzyw
sztucznych.

POWRÓT

-"tłusty" w dotyku, giętki, bezbarwny lub

mlecznobiały, topliwy w temperaturze około

60°C, palny, produkt polimeryzacji etylenu,

odporny na działanie niskich temperatur,

stężonych kwasów i zasad oraz większości

rozpuszczalników organicznych, z wyjątkiem

tłuszczów i węglowodorów. Stosuje się go do

wyrobu folii opakowaniowych, artykułów

gospodarstwa domowego, poje

mników,

butelek zabawek, rur, powłok kablowych, itp.

POWRÓT

- jest tworzywem otrzymywanym poprzez

polimeryzację propenu. Jest to biało żółtawa,
przejrzysta masa, twarda, o bardzo dobrych
właściwościach mechanicznych i
dielektrycznych, odporna na działanie
czynników chemicznych. Polipropylen jest
palny, ma dość dobrą odporność cieplną (do
ok. 130°C). Ma zastosowanie w produkcji
elementów, osłon i obudów maszyn,
wykładzin, opakowań, pojemników na
chemikalia, rur, folii, włókien, itp.

POWRÓT

- produkt polimeryzacji styrenu, bezbarwne,

przezroczyste ciało stałe, kruche, odporne

na działanie kwasów (z wyjątkiem kwasu

azotowego HNO3), zasad, alkoholi, olejów,

rozpuszcza się w węglowodorach

aromatycznych, ma dobre właściwości

dielektryczne, małą odporność cieplną, jest

palny. Zastosowanie: do wyrobu materiałów

elektroizolacyjnych, części samochodów,

rowerów, lodówek, naczyń, pojemników,

zabawek, galanterii. Z polistyrenu można

otrzymać styropian - doskonały, lekki

materiał izolacyjny.

POWRÓT

- produkt polimeryzacji chlorku winylu

(chloroetenu). Czysty PVC jest twardy,

niepalny, odporny na działanie rozcieńczonych

kwasów i zasad, alkoholi, benzyny, rozpuszcza

się w wielu rozpuszczalnikach organicznych, ma

dobre właściwości dielektryczne, małą

odporność cieplną, ulega rozkładowi pod

wpływem ciepła i światła. Znajduje

zastosowanie w produkcji rur, armatury

sanitarnej, elementów budowlanych, przyborów

kreślarskich, opakowań, uszczelek, wykładzin

podłogowych i tapicerskich, powłok

ochronnych, folii ubraniowych i galanteryjnych,

sztucznej skóry, cewników, drenów.

POWRÓT

- cechuje go wyjątkowa odporność

chemiczna i cieplna, doskonałe właściwości
ślizgowe, dobre właściwości mechaniczne i
dielektryczne, niepalność. Zastosowanie:
do wyrobu urządzeń i aparatury
chemicznej, w elektronice i
elektrotechnice, w przemyśle
maszynowym, samochodowym,
papierniczym, włókienniczym.

POWRÓT



Współcześnie paleta dostępnych tworzyw sztucznych umożliwia w praktyce zastąpienie
nimi niemal każde tworzywo naturalne. Tworzywa sztuczne nie mają jednak zwykle
własności identycznych z tworzywami naturalnymi. Zwykle tworzywa sztuczne mają takie
same a nawet lepsze te własności, które są najbardziej istotne dla danego zastosowania,
może mieć jednak gorsze mniej istotne własności.



Np: zastosowanie tworzywa PET zamiast szkła do produkcji butelek ma następujące zalety:



butelki z PET są lżejsze (znacznie mniejsze zużycie surowca i energii potrzebnej do
produkcji, transportu, recyklingu),



PET się nie tłucze (zastosowanie w miejscach gdzie nie jest dopuszczalne szkło: stadion,
basen itp.),



łatwiej jest uformować je w niemal dowolny kształt (wysokie walory estetyczne opakowań),



ale ma też wady:



PET w temperaturze pow 70 °C traci swoje własności mechaniczne (butelki nie nadają się
do pasteryzacji w wysokiej temperaturze bez stosowania dodatkowych technik
uszlachetniających np. dodatek PEN)



niska barierowość butelki (bez dodatkowych technologii zwiększających barierowość (np.
butelki wielowarstwowe) nie nadaje się do długoterminowego pakowania piwa, soków,
mleka)



Podobne wady i zalety posiada wiele innych tworzyw sztucznych

POWRÓT

tworzywa termoplastyczne - uplastyczniające ("topiące")
się pod wpływem temperatury np. polietylen, polipropylen,
poli(chlorek winylu) itp.

tworzywa reaktywne - ulegające reakcji chemicznej
sieciowania np. żywice epoksydowe, żywice poliestrowe,
kauczuk

POWRÓT



konstrukcyjne,



elastoplastyczne,



porowate,



powłokotwórcze,



adhezyjne,



włóknotwórcze,



specjalne (wymieniacze jonowe,
polimery biomedyczne itp).

POWRÓT



Duromery – twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności

mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne.

Niektóre duromery zastępują materiały ceramiczne.



Plastomery – popularnie zwane termoplastami mniej

sztywne od duromerów ale łatwotopliwe – dzięki ich

topliwości można je przetwarzać poprzez topienie i

wtryskiwanie do form lub wytłaczanie, dzięki czemu można

z nich uzyskać bardzo skomplikowane kształty.



Elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w

wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają

znacznie swój kształt ale po odjęciu siły wracają do

poprzednich kształtów. Elastomery zastąpiły prawie

całkowicie kauczuk naturalny, ale znalazły też szereg

nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.



Ze względów ekologicznych trwają prace nad biologicznie

rozkładającymi się tworzywami sztucznymi, produkowanymi

na bazie roślinnej czy zwierzęcej.

POWRÓT

W skład tworzyw sztucznych oprócz polimerów wchodzą

różnego rodzaju dodatki nadające im określone

właściwości fizyczne. Mogą to być:

Napełniacze

są dodawane w celu zwiększenia

wytrzymałości polimerów, głównie przez ograniczenie

zdolności do przemieszczeń cząstek liniowych. Zwiększają

one również stabilność wymiarów i obniżają koszt

wytwarzania. Napełniaczami (wypełniaczami) są względnie

obojętne materiały jak: krótkowłóknista celuloza, skrawki

tkanin, krzemionka, mika, proszki metali, sadza.

Zmiękczacze

(plastyfikatory) dodaje się w celu obniżenia

temperatury zeszklenia, a przez to zwiększenie

plastyczności polimerów w określonym przedziale

temperatur. Często stosowanymi zmiękczaczami są

polimery o cząsteczkach liniowych z niezbyt dużą masą

cząsteczkową

POWRÓT

Stabilizatory

zapobiegają rozkładowi polimeru pod wpływem

utleniania, promieniowania nadfioletowego lub podwyższonej
temperatury. Mogą to być: sadza, związki ołowiu, organiczne
sole metali.

Środki smarujące

są dodawane w celu ułatwienia

przetwórstwa polimerów. Ich zadaniem jest zmniejszenie
lepkości polimeru podczas formowania i zmniejszenie
przyczepności polimeru do gorących powierzchni maszyn
przetwórczych. Najczęściej stosowanymi środkami smarującymi
są parafiny i woski.

Środki zmniejszające palność- Większość polimerów, ze

względu na to, że są one materiałami organicznymi, po
zainicjowaniu palenia płonie aż do całkowitego spalenia. Przez
wprowadzenie do polimerów substancji wydzielających podczas
spiekania duże ilości niepalnych gazów odcinających dopływ
Tlenu do płonącego materiału, można wywołać efekt
samogaśnięcia. Podstawowymi składnikami dodatków
zmniejszających palność są: chlor, brom, fosfor, antymon.
Dodatkami są np. chloroparafiny cztero lub pięciobromobenzen.

POWRÓT

Środki barwiące

nadają polimerom żądane zabarwienie.

Pigmenty są nierozpuszczalnymi materiałami barwiącymi,
dodawanymi do polimeru w postaci proszku. Typowymi
pigmentami są niektóre ceramiki krystaliczne np. tlenek
tytanu, tlenki żelaza, pigmenty organiczne. Barwniki są
rozpuszczalnymi związkami organicznymi mogącymi
powodować zabarwienie materiału z zachowaniem jego
przeźroczystości.

POWRÓT