Page 1

Tworzywa sztuczne 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 sobąwłaściwościami fizycznymi mechanicznymi oraz chemicznymi. Otrzymywanie oraz budowa tworzyw sztucznych Tworzywa sztuczne wielocząsteczkowe są otrzymywane w wyniku reakcji polimeryzacji. 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. Proces polimeryzacji uzależniony jest od panującego ciśnienia, temperatury, ilości oraz rodzaju stosowanego inicjatora i katalizatora. Polimerto związek składający się z mniejszych elementów, które powtarzają się, co pewien czas (grupy atomów, mery). 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. chemicznych.

Reakcja

polimeryzacji

polega

na wielokrotnych

prostych

reakcjach

Od masy cząsteczkowej zależą właściwości polimerów. W czasie polimeryzacji powstają łańcuchy charakteryzujące się różną długością, a co za tym idzie różnym ciężarem cząsteczkowym. Do obliczenia ciężaru cząsteczkowego konieczny jego średnia wartość [g/mol]. Im większa masa cząsteczkowa tym większa jest wytrzymałość tworzywa, temperatura mięknięcia, przewodnictwo, odporność cieplna. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej wzrasta lepkość tworzywa. Niestety pogorszeniu ulegają warunki przetwórcze. Sposoby otrzymywania tworzyw sztucznych Tworzywa sztuczne jesteśmy w stanie otrzymać z czystego homopolimeru, z kopolimeru, ewentualnie z mieszanki polimerów. Podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych są polimery. Reakcja polimeryzacji uważane jest podstawę technologiczną uzyskiwania tworzyw sztucznych. Gdy wzrostpolimeru 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. 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. 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. Polimeryzacja blokowostrąceniowa ma miejsce, gdy polimer nie jest w stanie rozpuścić się w monomerze. Polimeryzacja w rozpuszczalniku. 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. Polimeryzacja w zawiesinie. 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 10:1jednostek 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. Polimeryzacja w emulsji. Emulsję tworzą dwie rozproszone ciecze, które nie mieszają się. 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. Charakterystyka wybranych tworzyw sztucznych Polistyren to 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. Polistyren charakteryzuje się kruchością i małym przewodnictwem cieplnym. Polistyren możemy polerować. Polistyren to tworzywo termoplastyczne, mięknie od 70°C, natomiast w temperaturze 100- 110°C jest formowany. 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. Styropian to polistyren spieniony powstaje w wyniku zmieszania polistyrenu emulsyjnego z proforem w niskiej temperaturze. Polistyren jest wykorzystywany do produkcji elektroizolacyjnych, części lodówek, naczyń, pojemników, zabawek, galanterii.

materiałów

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. Na proces wytwarzania polietylenu wpływa: temperatura, czas reakcji, ciśnienie, rodzaj stosowanego reaktora, typ oraz ilość użytego inicjatora. Podwyższona temperatura powoduje wzrost szybkości reakcji polimeryzacji oraz zmniejszenie masy cząsteczkowej. Wzrasta także liczba reakcji ubocznych tzn. ilość rozgałęzień powstałych w wyniku przenoszenia łańcucha kinetycznego na polimer. 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. 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. Charakteryzuje się duża odpornością na zarysowania oraz uszkodzenia. Polipropylen stosowany jest w przemyśle do produkcji: wałków drukarskich, kół zębatych, naczyń.


Poliamid to substancja krystaliczna, bezbarwna, ulęgająca łatwo zabarwieniu. Zawiera w swojej budowie ugrupowanie -CO - NH -. Poliamidy typowe polimery krystaliczne. Poliamidy wytwarza się z gazu ziemnego, pochodnych węgla oraz ropy naftowej. Dają się łatwo barwić, trudno się ścierają, są wytrzymałe mechanicznie. Mogą ulec wydłużeniu nawet o 50% nim ulegną zerwaniu. Zaleta tych związków jest to, że dosyć łatwo mogą ulec obróbce mechanicznej. Wszystkie poliamidy to termoplasty. Charakteryzują się wysoką temperatura topnienia, tj.180270°C. Obszar mięknięcia, który poprzedza topnienie wynosi tylko 5°C. Podczas spalania związki te wydzielają specyficzny zapach, który przypomina zapach spalonego rogu lub spalonych włosów. Podczas palenia płomień ma barwę niebieskawą. Poliamidy topią się podczas palenia oraz gasną, gdy są wyjęte z płomienia. Poliamidy wykazują odporność na działanie rozpuszczalników organicznych, tj.: węglowodorów, chloroformu, alkoholi, ketonów, eterów, estrów. Poliamidy nie wykazują odporności na zasad oraz kwasów. Poliamidów są wykorzystywane w produkcji: kół zębatych, łożysk, rur ciśnieniowych, folii, żyłek wędkarskich, sztucznych kości, włókien.

części

maszyn,

Polichlorek winylu jest tworzywem sztucznym. To termoplastyczna biała substancja o konsystencji proszku i gęstości 1,35-1,46 g/m3, o ciężarze cząsteczkowym wynoszącym 30 150 tyś g/mol, substancja o małym udziale fazy krystalicznej, o wysokiej sztywności i dobrych właściwościach wytrzymałościowych. Nie rozpuszcza się w wielu niepolarnych rozpuszczalnikach, odporna na działanie wody oraz stężonych, ale i także rozcieńczonych kwasów i zasad, olejów mineralnych; Jego monomerem jest chlorek winylu o wzorze -CH2-CHCl-. Jeden z najważniejszych oraz wytwarzanych w największych ilościach termoplastów. 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 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. W sklepach można kupić gotowe kleje PCV. 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. Poliuretany to tworzywa sztuczne powstałe w wyniku reakcji polimeryzacji addycyjnej między diolem i dwuizocyjanianem.. Jesteśmy w stanie otrzymać tworzywa charakteryzujące się różnorodnymi właściwościami w wyniku określonego dobierania substratów (tworzywa piankowe oraz włókna sztuczne, kleje oraz lakierów). Część poliuretanów wykazuje właściwości termoplastyczne, część termoutwardzalne. Tworzywa te nie są w stanie chłonąć wody.


Charakteryzują się dobrymi właściwościami dielektrycznymi. Tworzywa te palą się dosyć powoli, płomieniem o barwie żółtej. Nie gasną, gdy są usunięte z płomienia Podczas spalania wydzielany jest charakterystyczny zapach izocyjanianu. Poliuretany są wykorzystywane w produkcji: włókien odzieżowych, zabawek, lakierów, gum do opon, podeszwy do trzewików, materiałów spienionych (izolacje cieplne oraz akustyczne), elementów nadwozi w samochodzie. Polioctan winylu otrzymywany jest z otrzymuje się z ropy naftowej, acetylenu oraz gazu ziemnego. Tworzywo to może przyjmować konsystencję oleistą, kleistą lub twardą. Wykorzystywane jest w produkcji: farb, lakierów, klejów. Poliwęglan to bezpostaciowe, termoplastyczne, techniczne tworzywo sztuczne, charakteryzujące się wysoką przezroczystością. Tworzywa sztuczne tego rodzaju wykorzystywane są w procesach produkcyjnych różnorodnych maszyn oraz pojazdów, elementów wykorzystywanych w gospodarstwie budownictwie.

domowym,

technice

transporcie,

mechanice,

technice

medycznej,

Octan celulozy otrzymujemy w wyniku modyfikacji kwasu octowego oraz bezwodnika octowego. Jest polarny, doskonale pochłania wodę. Octan celulozy ma zastosowanie w branży fotograficznej fotograficznym, w przemyśle narzędziowym oraz maszynowym, lakierniczym i odzieżowym. Azotan celulozy (celuloid) ciało stałe, bardzo elastyczne, przezroczyste. Ulega zżółknięciu w wyniku działania światła. Nie wykazuje odporności na ścieranie. To tworzywo łatwo palne, nieodporne na działanie temperatury i czynników chemicznych (rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach. łatwo ulega zadrapaniu i zarysowaniu. Należy zachować ostrożność w czasie obróbki mechanicznej. Celuloid może być polerowany woskiem, ale także może być zanurzony w acetonie. Temperatura jego kształtowania w formy ma wartość 70-110°C. Tworzywo to po wprowadzeniu do płomienia spala się jasnym płomieniem wydzielając przy tym brunatny dym tlenków azotu. Celuloid wykazuje odporność na działanie kwasów oraz zasad, ale tylko rozcieńczonych, gdyż stężone roztwory powodują jego rozkład. Może rozpuszczać się w ketonach oraz estrach. W alkoholu pęcznieje. Celuloid może być wykorzystywany: w produkcji zabawek, w produkcji galanterii, jako przyrząd pomiarowy, jako przybory kreślarskie, jako szkło bezodpryskowe. Poliizobutylen powstaje w wyniku pirolizy ropy naftowej, ewentualnie lub węgla. Tworzywa to może charakteryzować się różnymi właściwościami. Niskocząsteczkowe materiał są wykorzystywane w procesach produkcyjnych: smarów, klejów, folii, płyt, węży. Ma także zastosowanie w elektrotechnice, w budownictwie, w branży spożywczej. http://www.bryk.pl/teksty/chemia/chemia_organiczna/12727-referat_z_tworzyw_sztucznych.html

Tworzywa sztuczne