Tworzywa sztuczne, to materiały oparte na. zwanych polimerami, otrzymywanych drogą syntezy. chemicznej, w wyniku procesów zwanych ogólnie

Transkrypt

1 Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska Tworzywa sztuczne, to materiały oparte na wielkocząsteczkowych związkach organicznych zwanych polimerami, otrzymywanych drogą syntezy chemicznej, w wyniku procesów zwanych ogólnie polireakcjami. 1

2 Podstawowe pojęcia: Mery (monomery) cząsteczki podstawowe, powtarzalne wielokrotnie w budowie polimerów. Polimer jest związkiem wielkocząsteczkowym, zbudowanym z dużej liczby powtarzających się i połączonych za sobą identycznych elementów podstawowych, zwanych merami lub jednostkami strukturalnymi. Polireakcje reakcje chemiczne powstania polimerów, mogą one odbywać się trzema sposobami: polimeryzacji, polikondensacji, poliaddycji. 2

3 Polimeryzacja - proces łączenia ze sobą wielu cząsteczek monomeru. Masa cząsteczkowa stanowi zawsze wielokrotność masy cząsteczkowej monomeru. Jest to reakcja chemiczna bez wydzielania się produktów ubocznych. W wyniku polimeryzacji powstają: Polichlorek winylu (PCV) Polistyren (PS) Polioctan winylu (POW) Polietylen (PE) Polimetakrylan metylu (PMM) Polipropylen (PP) Poliizobutylen (PIB) Policzterofluoroetylen (teflon) 3

4 Polikondensacja reakcja, w wyniku której z dwóch lub więcej monomerów powstaje nowy związek o większej masie cząsteczkowej z jednoczesnym wydzielaniem się produktów ubocznych, jak np.: woda, amoniak, chlorowodór. W wyniku polikondensacji otrzymuje się związki o budowie bezpostaciowej. Do grupy tej należą: Poliestry (PES) Poliamidy (PA) Poliwęglany (PC) Silikony Fenoplasty (np. fenolowo-formaldechydowe) Aminoplasty (np. melaminowe, mocznikowe, itp.) 4

5 Poliaddycja polireakcja stopniowa, w której biorą udział dwa różne monomery. Powstawaniu makrocząsteczki towarzyszy przegrupowanie atomów monomeru bez wydzielania się produktów ubocznych. Produkty poliaddycji mają ten sam skład chemiczny co monomery, różnią się jednak od nich budową. Do grupy tej należą: żywice epoksydowe żywice poliuretanowe Żywice te znajdują zastosowanie w budownictwie jako: kleje, kity chemoodporne, masy posadzkowe chemoodporne, lakiery i emalie. 5

6 Ze względu na sposób powstawania związków wielkocząsteczkowych i charakter procesów chemicznych, wszystkie tworzywa oparte na tych związkach dzieli się na: Naturalne występujące w przyrodzie, Związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z polimerów naturalnych w wyniku modyfikacji, Syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji chemicznych. Naturalne związki wielkocząsteczkowe występujące w przyrodzie (roślinne lub zwierzęce), np.: celuloza, skrobia, lignina, białko, mleczko kauczukowe (lateks) i inne. 6

7 Związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z polimerów naturalnych w wyniku modyfikacji prowadzącej do chemicznej zmiany właściwości polimerów naturalnych, np.: nitroceluloza (celuloid), białka utwardzalne (galalit), guma, ebonit i inne. Syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji chemicznych z małocząsteczkowych związków, zwanych monomerami: polimeryzacyjne, polikondensacyjne, poliaddycyjne. 7

8 Wyróżniamy dwa rodzaje polimerów biorąc pod uwagę ich właściwości użytkowe i technologiczne: Elastomery, Plastomery. Elastomery: tworzywa o wydłużeniu powyżej 100%. są to polimery prawie liniowe, o małej gęstości sieciowania, wiązania sieciowe sprawiają, że materiał powraca do kształtu pierwotnego po zdjęciu obciążenia, np.: kauczuk naturalny, kauczuk syntetyczny oraz produkty ich przeróbki. 8

9 Plastomery: polimery o wydłużeniu poniżej 100%, po nałożeniu niewielkiego obciążenia, nieznacznie się odkształcają. Wyróżnia się dwa typy plastomerów ze względu na zachowanie przy ogrzewaniu: Termoplasty (amorficzne i krystaliczne), Duroplasty ( termo- i chemoutwardzalne). Termoplasty: odznaczają się zwykle budową liniową, łatwo miękną podczas ogrzewania i twardnieją po ostygnięciu, nawet używane wiele razy nie ulegają degradacji chemicznej ani zanikowi plastyczności i zdolności do formowania, co daje możliwość przetwarzania odpadów. Do termoplastów zaliczamy: Poliamidy Poliwęglany Polisulfony Odmiany celulozy 9

10 Duroplasty termoutwardzalne odznaczają się budową sieciową, miękną początkowo w procesie ogrzewania, ale podtrzymywane w podwyższonej temperaturze twardnieją. Przemiana jest nieodwracalna. Duroplasty chemoutwardzalne utwardzają się już w temperaturze pokojowej w wyniku reakcji chemicznych z utwardzaczami. Oprócz polimerów na tworzywa sztuczne składają się określone dodatki lub środki pomocnicze, tj.: wypełniacze, nośniki, stabilizatory, zmiękczacze, barwniki, pigmenty, środki smarujące i inne. 10

11 WYPEŁNIACZE - decydują o właściwościach mechanicznych i cieplnych tworzywa. Składniki, które wchodzą w skład tworzyw sztucznych a nie zaliczają się do polimerów mają na celu: Nadanie specjalnych właściwości użytkowych ( np. niepalność, odporność na działanie światła, itd.) Poprawę walorów estetycznych gotowych wyrobów Polepszenie właściwości technologicznych tworzyw dla ułatwienia przetwórstwa Poprawę właściwości mechanicznych, cieplnych, dialektrycznych i innych STABILIZATORY - zapobiegają rozpadowi termicznemu tworzyw sztucznych podczas ich przetwarzania oraz w okresie użytkowania degradacji pod wpływem działania tlenu i promieniowania ultrafioletowego. Dwa rodzaje stabilizatorów: Świetlne Termiczne 11

12 PIGMENTY I BARWNIKI - trzy grupy: Pigmenty organiczne, Pigmenty nieorganiczne, Rozpuszczalne barwniki organiczne. ZMIĘKCZACZE - obniżają niezbędną temperaturę kształtowania wyrobów i poprawiają trwale ich elastyczność, udarność i odporność na niskie temperatury, ale zmniejszają ich wytrzymałość mechaniczną i odporność cieplną. ŚRODKI SMARUJĄCE - ułatwiają przetwórstwo tworzyw sztucznych, zmniejszają tarcie wewnętrzne materiału i powiększają jego płynność, zmniejszają przyczepność tworzywa do gorących części maszyn przetwórczych. Trzy grupy środków smarujących: Węglowodory, Kwasy tłuszczowe i ich pochodne, Alkohole tłuszczowe, estry. 12

13 Przykłady polimerów i tworzyw sztucznych ELASTOMERY poliizopren - produkcja opon samochodowych, polibutadien - produkcja opon samochodowych, polichloropren - produkcja osłon kabli elektrycznych, uszczelek. TERMOPLASTY polietylen (PE) o różnej gęstości: PE LD niskiej gęstości, PE MD średniej gęstości, PE HD wysokiej gęstości; Zastosowanie: produkcja rur do przepływu np.: wody, gazu), 13

14 polichlorek winylu (PVC ): twardy do produkcji rur; miękki na osłony izolacyjne, wykładziny podłogowe, poliwęglany (PC) - elektrotechnika, elektronika, samochody, art. gosp. dom., płyty o przekroju komorowym. DUROPLASTY TERMOUTWARDZALNE fenoplasty (PF) - niemodyfikowane alkoholowe lakiery ochronne do drewna i metali, aminoplasty - art. gosp. dom., elektrotechnika. DUROPLASTY CHEMOUTWARDZALNE żywice poliestrowe - lakiery piecowe i schnące na powietrzu, włókna syntetyczne, żywice epoksydowe (EP) - kleje, tłoczywa. 14

15 TWORZYWA SZTUCZNE SPECJALNE silikony (różne postacie - oleje, pasty, smary, lakiery, żywice, kauczuki, pianki, kleje) - materiały elektroizolacyjne, emalie ochronne, środki przeciwpieniące, poliamidy - nowoczesna technika rakietowa i lotnicza, urządzenia nuklearne, elektronika. Podział tworzyw sztucznych ze względu na cechy użytkowe: Tworzywa konstrukcyjne, Tworzywa zmiękczone, Tworzywa porowate, Tworzywa adhezyjne, Tworzywa powłokowe, Tworzywa włóknotwórcze. 15

16 Tworzywa konstrukcyjne (nie w dosłownym znaczeniu budowlanym), które posiadają dostateczną twardość i wytrzymałość mechaniczną zachowując nadane im kształty, np.: polikrylany, PCV, poliestry, Tworzywa zmiękczone nie posiadają trwałości kształtów lecz zachowują trwałość wymiarów i dostateczną wytrzymałość na rozciąganie, np. folie, sztuczne skóry, itp., Tworzywa porowate dzielą się na miękkie (elastyczne) i twarde (sztywne), przeznaczone do izolacji cieplnych i akustycznych, Tworzywa adhezyjne kleje i kity, Tworzywa powłokowe wyroby lakierowe lub wyroby przeznaczone do powłok specjalnych, Tworzywa włóknotwórcze przeznaczone do wyrobu włókien syntetycznych. 16

17 Właściwości tworzyw sztucznych Gęstość objętościowa: tworzywa lite kg/m 3 tworzywa porowate kg/m 3 Nasiąkliwość tworzywa szczelne bliska 0 % tworzywa porowate 1 50 % (w zależności od stopnia porowatości) Współczynnik przewodzenia ciepła Tworzywa szczelne λ= 0,14 0,40 W/mK Tworzywa porowate λ= 0,035 0,058 W/mK (w zależności od stopnia porowatości) Palność wszystkie tworzywa sztuczne ulegają rozkładowi już w temp o C 17

18 Odporność cieplna górna granica (70 150) o C (wysoka temperatura powoduje zmniejszenie wytrzymałości, wzrost zdolności do odkształceń plastycznych) dolna granica (-100) (- 40) o C (w niskiej temp. tworzywa stają się bardziej sztywne i kruche) Tworzywa mają najlepsze właściwości w temp. 20 o C Wytrzymałość mechaniczna wytrzymałość na zginanie od 7 MPa dla PE wysokociśnieniowych do kilkuset - dla laminatów poliestrowo- lub epoksydowo szklanych wytrzymałość na rozciąganie od 9 MPa dla PE wysokociśnieniowych do 800 MPa dla laminatów wytrzymałość na ściskanie od kilku MPa do 490 MPa dla laminatów epoksydowo-szklanych. 18

19 Poważną wadą tworzyw sztucznych jest ich starzenie: obniżenie wytrzymałości mechanicznej, obniżenie elastyczności, po upływie określonego czasu użytkowania. W wyniku starzenia tworzywo: pęka i staje się kruche zmniejsza odporność na działanie czynników atmosferycznych. Główną przyczyna starzenia tworzyw sztucznych jest: działanie promieniowania ultrafioletowego (UV), tlenu, wody, temperatury. Powodują one proces degradacji polimeru. 19

20 Ogólnie można powiedzieć, że na właściwości mechaniczne tworzyw sztucznych mają wpływ: rodzaj obciążenia, temperatura, czas użytkowania, czynniki atmosferyczne, światło słoneczne. Własności chemiczne tworzyw sztucznych wiążą się z: działaniem na nie wody, rozpuszczaniem się w pewnych określonych substancjach chemicznych, odpornością na szereg agresywnych związków chemicznych. 20

21 WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Rynny z PCV WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Rynny z PCV 21

22 WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Kanalizacja wewnętrzna Z PCV WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Instalacje sanitarne i grzewcze z PE 22

23 WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Instalacje wody pitnej, centralnego ogrzewania oraz ogrzewania podłogowego z PB WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH SIDING z PCV 23

24 WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH Podsufitki z PCV WYROBY Z TWORZYW SZTUCZNYCH TERMOIZOLACJE 24

25 wg Raportu o europejskim rynku tworzyw sztucznych stan na

26 wg Raportu o europejskim rynku tworzyw sztucznych stan na 2006 wg Raportu o europejskim rynku tworzyw sztucznych stan na

27 27