Tworzywa sztuczne.pdf

TWORZYWA SZTUCZNE

(TWORZYWA POLIMEROWE)

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.

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.

Zaletą tworzyw polimerowych:

mała gęstość, odporności na korozję oraz łatwością 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.

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 gorsze w stosunku do

metali, to włókna z niektórych tworzyw polimerowych (np. aromatyczne poliamidy -

Kevlar) mogą wykazywać większą wytrzymałość na rozciąganie (powyżej 3500 MPa)

Tworzywa sztuczne

Strona 1

nawet

stosunku

wysokogatunkowych

stali.

Podobnie

bardzo

wysoką

wytrzymałością charakteryzują się kompozyty polimerowe.

Polimery [ gr.], organiczne. (rzadziej nieorganiczne) związki wielkocząsteczkowe

zbudowane z regularnie lub nieregularnie powtarzających się ugrupowań atomów

o jednakowej budowie, zw. merami, połączonych kowalencyjnymi wiązaniami

chemicznymi. Stopień polimeryzacji polimeru określa średnia statystyczna liczba merów

w cząsteczce polimeru;

Związki zbudowane z kilku merów i mające niezbyt wielką masę cząsteczkową są

nazywane oligomerami, zaś zbudowane z dużej liczby merów, mające dużą masę

cząsteczkową — polimerami wielkocząsteczkowymi .

Jeżeli w cząsteczce polimeru występują jedynie mery jednego rodzaju (wywodzące się

z jednego monomeru), polimer jest zw. homopolimerem, zaś w przypadku występowania

w cząsteczce polimeru więcej niż jednego rodzaju merów, polimer jest zw. kopolimerem.

Polimery są otrzymywane w wyniku polimeryzacji. Cząsteczki wchodzące w skład

polimeru mogą mieć różną budowę i kształt — zależy to w znacznej mierze od

właściwości użytych do ich syntezy monomerów. W najprostszym przypadku

rozróżnia się polimery o cząsteczkach liniowych, liniowych rozgałęzionych i o

cząsteczkach usieciowanych. Polimery liniowe (zwane też łańcuchowymi) oraz liniowe

rozgałęzione (które charakteryzuje rozgałęzienie łańcucha głównego, tj. obecność

łańcuchów bocznych) mają zazwyczaj właściwości termoplastastyczne, tzn. miękną pod

wpływem ogrzewania oraz dają się formować i są zwane termoplastami, np. polistyren,

polichlorek winylu. Polimery usieciowane, których cząsteczki tworzą sieć przestrzenną,

pod wpływem ogrzewania nie miękną (nie stają się plastyczne); tego rodzaju polimery

otrzymuje się z wielofunkcyjnych monomerów liniowych lub oligomerów w wyniku

sieciowania spowodowanego ogrzewaniem lub działaniem środków chemicznych albo

promieniowania (widzialnego, nadfioletowego); polimery takie są zwane odpowiednio

termo- lub chemoutwardzalnymi albo polimerami promienioczułymi (fotopolimerami);

należą do nich np. żywice fenolowo-formaldehydowe, żywice poliestrowe.

Tworzywa sztuczne

Strona 2

Wiele polimerów występuje w organizmach żywych; odgrywają one ważną rolę

w procesach przemiany materii (np. białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe),

a niektóre z nich mogą być wykorzystywane do celów technicznych, np. cis -1,4-

poliizopren (kauczuk naturalny).

Obecnie produkuje się na dużą skalę polimery syntetyczne, które przetwarza się głównie

na tworzywa sztuczne, włókna syntetyczne, gumę, kleje, lakiery. Polimery stanowią

ważny surowiec współczesnego przemysłu, wiele z nich odznacza się bowiem m.in. dużą

wytrzymałością mech. (dorównującą wytrzymałości stali), lekkością (kilkakrotnie lżejsze

od metali), odpornością chemiczną, dobrymi właściwościami

termoizolacyjnymi

i elektroizolacyjnymi. Polimery mają duże znaczenie w medycynie, a ostatnio zostały

zastosowane

w ochronie środowiska (oczyszczanie wód i powietrza). Najczęściej

stosowanymi syntetycznymi polimerami organicznymi są np.: polichlorek winylu,

polietylen, polipropylen, poliamidy, poliestry, fenoplasty, silikony oraz żywice

mocznikowe; są też znane polimery nieorganiczne, np. polikrzemiany, polifosforany.

Kopolimer [ łac.-gr.], polimery, w skład których wchodzą co najmniej 2 różne mery ;

właściwości fizyczne, mechaniczne i użytkowe kopolimerów zależą głównie od stosunków

ilościowych i uporządkowania merów w makrocząsteczce (kopolimery bezładne,

przemienne, blokowe, szczepione); ze względu na możliwość otrzymywania kopolimerów

o określonych właściwościach mają one duże znaczenie praktyczne; do powszechnie

produkowanych kopolimerów należą: kauczuki syntetyczne, kopolimery chlorku

winylu, kopolimery alkenów (np. etenu) oraz kopolimery styrenu.

HISTORIA

Pierwsze w skali przemysłowej próby chemicznego modyfikowania naturalnych

związków wielkocząsteczkowych rozpoczęto 1850–75. W 1872 w USA otrzymano

celuloid, w Niemczech — 1897 uruchomiono produkcję galalitu, a 1904 acetylocelulozy.

Pierwszymi syntetycznymi tworzywami sztucznymi były żywice fenolowo-

formaldehydowe otrzymane 1872 (A. Baeyer), jednak produkcję ich podjęto dopiero

1909 na podstawie patentu belgijskiego chemika H. Baekelanda. W 1928–31 rozpoczęto

produkcję większości tworzyw poliwinylowych. Pierwsze tworzywa poliamidowe

wyprodukowano 1937 w USA, polietylen wysokociśnieniowy 1939 w W. Brytanii, w USA

rozpoczęto produkcję tworzyw poliestrowych 1942, polichlorku winylidenu 1942,

silikonów 1943. Dalszy rozwój tworzyw sztucznych był związany z wyprodukowaniem

żywic epoksydowych w Szwajcarii, poliformaldehydu 1946 w USA, w RFN polietylenu

niskociśnieniowego 1956 i poliwęglanów 1957, polipropylenu 1957 we Włoszech.

Tworzywa sztuczne

Strona 3

W Polsce początek przetwórstwa tworzyw sztucznych nastąpił w latach 20. XX w. W

1931 rozpoczęto produkcję folii na opakowania — tomofanu z regenerowanej celulozy,

1934 tworzyw fenolowo-formaldehydowych, galalitu; podjęto próby syntezy styrenu na

podstawie opracowania K. Smoleńskiego. Szybki rozwój produkcji tworzyw sztucznych

w Polsce nastąpił po II wojnie światowej. Są produkowane m.in. tworzywa fenolowo-

formaldehydowe, tłoczywa mocznikowe i melaminowe,

polimetakrylan

metylu,

polichlorek winylu, polistyren, polikaprolaktam, poliakrylonitryl, poliuretany, żywice

poliestrowe,

epoksydowe,

silikonowe,

polietylen,

polipropylen,

i na małą skalę,

politetrafluoroetylen (Tarflen).

KLASYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH.

Za podstawę klasyfikacji tworzyw sztucznych przyjmuje się zachowanie tworzywa

pod wpływem ogrzewania; rozróżnia się tworzywa termoplastyczne oraz tworzywa

termo- i chemoutwardzalne, tzw. duroplasty.

Można również zastosować podział wg głównego składnika. W podziale tym

rozróżnia się np. tworzywa, w których podstawowym składnikiem są polialkeny

polietylen, polipropylen, polistyren, żywice winylowe polioctan winylu, polialkohol

winylowy, polichlorek winylu, polichlorek winylidenu, polimery fluorowe, żywice

akrylowe,

fenoplasty,

aminoplasty,

poliamidy,

poliuretany,

poliformaldehyd,

poliwęglany, pochodne celulozy (np. acetyloceluloza ).

POLIREAKCJE

Tworzywa sztuczne

Strona 4

Procesy prowadzące do powstania wielkocząsteczkowych związków noszą nazwę

polireakcji. Rozróżniamy następujące typy polireakcji:

1.polikondensacja ,

2.polimeryzacja addycyjna lub właściwa,

3.poliaddycja (polimeryzacja wędrowna lub kondensacyjna).

Ad1. Polikondensacją nazywamy reakcję między wieloma małymi cząstkami,

prowadzącą do powstania jednej wielkocząsteczki i szeregu niewielkich cząstek

odpadowych. Wskutek wydzielania tych ostatnich skład chemiczny monomeru i

polikondensatu jest różny, np.:

Fenol + formaldehyd + (katalizator)

nC6H5OH + nCH2O →n HO-C6H5-CH2-O-CH2-C6H5-OH + (n-2)H2O

monomer monomer mer

Zasadnicza różnica między polikondensacją a polimeryzacją kryje się nie w odmiennych

schematach reakcji, lecz w kinetyce procesów. polikondensacja jest reakcją stopniową,

podczas której mamy do czynienia z cząsteczkami o rosnącym ciężarze cząsteczkowym.

Reakcję polikondensacji można w dowolnej chwili przerwać i ponownie uruchomić

dodając katalizatora, podwyższając temperaturę itp., można też z łatwością wyodrębnić

kolejne produkty przejściowe poczynając od dimerów.

Ad2. Polimeryzacja właściwa polega na powstawaniu dużej cząsteczki ze znacznej ilości

mniejszych cząsteczek, posiadających wiązania nienasycone. Nie powstają przy tym

żadne cząsteczki odpadowe ani nie zmienia się rozmieszczenie atomów w merze w

porównaniu z cząsteczką podstawową. Zmienia się tylko stopień nienasycenia:

 aktywacja * CH 2 -CH 2 * monomeryczny rodnik podwójny

CH 2 =CH 2





(

 )

)(

* CH 2 -CH 2 * + CH 2 =CH 2  * CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 *





(CH 2 ) 2n

Tworzywa sztuczne

Strona 5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: