Pobierz TWORZYWA SZTUCZNE i więcej Notatki w PDF z Transport tylko na Docsity! TWORZYWA SZTUCZNE Tworzywa sztuczne mają aktualnie powszechne zastosowanie. Opanowały bowiem niemal wszystkie dziedziny gospodarki i życia codziennego. Stało się to możliwe przede wszystkim dzięki takim zaletom tworzyw sztucznych jak: mały ciężar właściwy (lekkość tworzywa) wysoka odporność na działanie czynników chemicznych łatwość przetwórstwa i barwienia możliwość otrzymania wyrobów przeźroczystych estetyczny wygląd odporność na korozję Istnieją oczywiście wady tworzyw sztucznych: niska odporność na podwyższoną temperaturę łatwopalność uciążliwość dla środowiska Jednak to zalety tworzyw sztucznych spowodowały, że są one szeroko stosowane szczególnie w takich dziedzinach jak: budowa maszyn i urządzeń, transport, budownictwo, medycyna, elektrotechnika, elektronika, meblarstwo, zabawkarstwo, galanteria użytkowa i ozdobna. Zabawki Biżuteria wykonana z plastiku WAŻNE ODKRYCIA Ważne odkrycia w historii tworzyw sztucznych przedstawione są w poniższej tabeli. Rok Nazwa tworzywa Wynalazca Uwagi 1839 polistyren E. Simon Metodę otrzymywania opracowali w 1845 r. A. Hofmann i J. Blyth. Produkcję przemysłową rozpoczęto w Niemczech w 1930 r. 1845 nitroceluloza Ch. F. Schönbein Duża palność, ale łatwość formowania różnego rodzaju przedmiotów. Wykorzystano ją do produkcji cienkiej, elastycznej błony stosowanej do opatrywania ran. 1862 parkesina A. Parkes A. Parkes na wystawie w Londynie po raz pierwszy przedstawił wyroby codziennego użytku wykonane z parkesiny. Wśród nich znalazły się: grzebienie, guziki, pudełka itd. Produkcja parkesiny była bardzo kosztowna, dlatego jej wytwarzanie przerwano w 1868 r. 1870 celuloid J. Hyatt J. Haytt był drukarzem z Alabamy i uważa się go za "ojca" tworzyw sztucznych. 1879 polietylen A. Balsun Wysokociśnieniową metodę produkcji rozpoczęto w Anglii w 1939 r., a niskociśnieniową 1956 r. w RFN. 1885 galalit W. Krische, A. Spitteler Galalit jest pierwszym tworzywem kazeinowym (otrzymany z mleka). Ponieważ z wyglądu przypomina masę rogową o barwie żółtej, zwie się go często sztucznym rogiem. Stosowany jest do wyrobu galanterii. Na skalę przemysłowa produkuje się go od 1904 r. 1892 celofan Ch. Cros, E. Bevan Przeźroczysta bezbarwna folia otrzymywana z surowców roślinych, którą można barwić. Produkcję celofanu rozpoczęto w 1911 r. 1901 silikon F. S. Kipping W 1943 r. w USA powstała pierwsza fabryka silikonu. Po przeprowadzonych badaniach zdobył wysoką i trwałą pozycję na rynku tworzyw sztucznych. 1905 octan celulozy G. W. Miles Surowcami do jego otrzymania była celuloza i bezwodnik kwasu octowego. Octan celulozy w Polsce nosi nazwę tomofanu. Produkcja przemysłowa ruszyła od 1910 r. 1909 bakelit L. Baekeland Należy on do grupy tzw. fenoplastów i jest jej najstarszym przedstawicielem. 1912 polichlorek winylu I. Ostromyslenski Do produkcji został wprowadzony w 1931 r. przez zakłady I. G. Fabren. 1939 teflon R. J. Plunkett Jedno z najdroższych tworzyw, którego produkcję rozpoczęto w USA w 1946 r. 1954 polipropylen G. Natta Produkt polimeryzacji propylenu wytwarzany fabrycznie od 1931 r. Szczególnie intensywny wzrost produkcji tworzyw sztucznych przypada na drugą połowę dwudziestego wieku. W stosunku do tworzyw sztucznych często używa się nazwy plastik, która wywodzi się z angielskiej nazwy plastics lub francuskiej les plastiques. Rzadziej używana jest nazwa masy plastyczne, będąca z kolei dosłownym tłumaczeniem rosyjskich płastmass. Ale przecież plastyczne są również glina, ciasto, plastelina, które można dowolnie ukształtować ręcznie, w prasie lub formie. TWORZYWA SZTUCZNE - BUDOWA Tworzywa sztuczne (zwane także plastomerami) - są to materiały, które nie występują w przyrodzie, lecz są dziełem człowieka. Człowiek przetwarza surowce naturalne występujące w przyrodzie (węgiel, woda, ropa naftowa itd.), łączy je z określonymi dodatkami: wypełniaczami, pigmentami, barwnikami, zmiękczaczami, stabilizatorami, antystatykami i środkami zmniejszającymi palność. Projektuje i wytwarza tworzywa według swoich określonych potrzeb. Wypełniacze - związki chemiczne zarówno nieorganiczne (talk, kreda, ziemia okrzemkowa, proszki metali i inne), jak i organiczne (celuloza, mączka drzewna, tkaniny itp.), które zmieszane z określonym polimerem poprawiają jego właściwości użytkowe. Pigmenty - barwne substancje chemiczne, nierozpuszczalne w polimerze, które nadają barwę otrzymanemu tworzywu, a równocześnie czynią go nieprzeźroczystym. Barwniki - barwne substancje organiczne, rozpuszczalne w danym polimerze z przeznaczeniem do otrzymania barwnych, przezroczystych tworzyw. Plastyfikatory - substancje (zmiękczacze), które rozpuszczają częściowo polimer z utworzeniem roztworu koloidalnego, który przechodzi w stały żel charakteryzujący się dobrymi właściwościami elastoplastycznymi. Stabilizatory - substancje, które wprowadzone do tworzywa zwiększają jego odporność na temperaturę, oddziaływanie promieni ultrafioletowych i inne. Stosowany do produkcji: naczyń, pojemników, zabawek, galanterii, folii elektroizolacyjnych. PCW (PVC) – Winidur – Igelit- Polichlorek winylu Właściwości Bardzo wytrzymały, odporny na działanie kwasów, zasad, olejów mineralnych i wody, ma właściwości elektroizolacyjne, termoplastyczny. Zastosowanie Stosowany do produkcji: płyt, rur, prętów, folii winidurowych, butów, wykładzin podłogowych, tapet, tkanin, sztucznej skóry, zamszu. Kazenit, sztuczny róg - Galalit Właściwości Łatwy do obróbki, lekki, giętki. Zastosowanie Stosowany do produkcji: guzików, grzebieni, szczotek, noży, sztucznej biżuterii, galanterii. Nylon, Stylon, Kapron, Perlon – Poliamid Właściwości Łatwy do obróbki, mięknie po ogrzaniu, ulega działaniu kwasów, silnych zasad, odporny na działanie olejów, tłuszczów, paliw i smarów. Zastosowanie Stosowany do produkcji: folii, żyłek, włókien, kół zębatych, łożysk, wyciskaczy do owoców, tarek do jarzyn, uszczelek. Szkło organiczne, Metapleks - Polimetakrylan metylu Właściwości Duża odporność na chemikalia, oleje, czynniki atmosferyczne, mała twardość, łatwo się rysuje, można go łatwo obrabiać (polerować, piłować, wiercić, toczyć). Zastosowanie Stosowany do produkcji: szyb, prętów, rur. Bakelit: żywica rezolowa Właściwości Pod wpływem ogrzewania ulega utwardzeniu, można ją obrobić mechanicznie, nie nadaje się do odlewania ani barwienia. Zastosowanie Stosowany do: nasycania papieru i tkanin, produkcji kitów, klejów, lakierów, gniazdek, wyłączników. Celuloid (azotan celulozy) - Octan celulozy Właściwości Łatwopalny, nieodporny na działanie czynników mechanicznych (ścieranie, zadrapanie, rysowanie). Zastosowanie Stosowany do produkcji: folii (błony filmowe), wtyczek, gałek, przyborów kreślarskich, drobnych przedmiotów gospodarstwa domowego, płyt gramofonowych, okularów ochronnych. OBRÓBKA TWORZYW SZTUCZNYCH WYCISKANIE Metoda ta polega na wyciskaniu uplastycznionego tworzywa przez dyszę wyciskarki, nadającej gotowy kształt przekroju. Dla uzyskania różnych przekrojów elementów stosuje się różne głowice: do produkcji rur, płyt, folii, węży oraz różnorodnych kształtek. Wyciskarki można również stosować do nakładania izolacji na liny, przewody elektryczne. WTRYSKIWANIE Polega na wprowadzaniu pod dużym ciśnieniem podgrzanego tworzywa do formy. Typowe formy wtryskowe są stalowe, jedynie dla tworzyw wywołujących korozję są chromowane lub niklowane. Jest to metoda o wiele szybsza od tłoczenia, umożliwia produkcję bardziej skomplikowanych wzorów. PRASOWANIE Metoda ta polega na kształtowaniu tworzywa sztucznego pod wpływem ciepła i ciśnienia. Wykorzystuje się ją do produkcji np. naczyń, misek. ŁĄCZENIE TWORZYW SZTUCZNYCH Metoda powtórnego wykorzystania odpadów z tworzyw sztucznych jest bardzo mało wykorzystywana. W Polsce aż 99,8% śmieci trafia na wysypisko. Z odpadów tworzyw sztucznych można produkować wyroby użytkowe, materiały budowlane itp. Największym problemem, jest tanie pozyskanie wyselekcjonowanych odpadów. Odpady można selekcjonować w zakładach zajmujących się ich utylizacją, ale jest to metoda kosztowna i mało dokładna. Znacznie lepszą metodą jest selekcja odpadów w miejscu ich powstawania, a więc w gospodarstwach domowych, zakładach pracy itp. Tak selekcjonowane odpady, składowane w odpowiednio oznaczonych pojemnikach, są źródłem najtańszych surowców wtórnych. Istnieją opracowane metody przetwórstwa odpadów tworzyw sztucznych ponownie w granulat lub proszek możliwy do wykorzystania w zakładach produkujących wyroby z tworzyw sztucznych. CIEKAWOSTKI Plastik to popularne określenie termoplastycznych tworzyw sztucznych. Aby naprawić wgniecioną piłeczkę pingpongową (nie pękniętą), wystarczy wrzucić ją do gotującej się wody i przytrzymać łyżką pod powierzchnią wody. Jeżeli tylko piłeczka jest szczelna, wytworzone wewnątrz ciśnienie powietrza, dzięki plastyczności celuloidu, wyprostuje wgniecioną ściankę. Tworzywa sztuczne w odróżnieniu od metali nie przewodzą prądu - używa się ich jako izolację drutów miedzianych w zwykłych kablach i przewodach elektrycznych. Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii zostali w 2002 r. wyróżnieni za rewolucyjne odkrycie, że tworzywa sztuczne, dzięki pewnym modyfikacjom, mogą przewodzić elektryczność. Przewodzące tworzywa sztuczne mogą być stosowane przy produkcji antystatycznych materiałów fotograficznych i filmów, jako ochrona przed promieniowaniem ekranów komputerowych i jako okna, które będą potrafiły blokować latem promienie słoneczne. W 1993 roku japońska korporacja Kai wypuściła na rynek nożyk do golenia, który całkowicie rozkłada się na wodę i dwutlenek węgla w ciągu dwóch lat od chwili zakopania go w ziemi lub zatopienia w oceanie. Tradycyjny plastik rozkłada się od 50 do 100 lat. W pewnej miejscowości ułożono z polietylenu wodociąg. Wykop zasypano ziemią. Gdy po jakimś czasie przestał dobrze funkcjonować, odkopano go by zobaczyć co się stało. Okazało się, że były w nim powygryzane dziury. Zostały one wygryzione przez szczury, które polietylen uważają za swój przysmak. Ponieważ polipropylen im nie smakuje, więc wodociągi robi się z polipropylenu. Bardzo długo nie potrafiono otrzymać polichlorku winylu metodą opłacalną na skalę przemysłową. Problem tkwił w otrzymywaniu monomeru - chlorku winylu. Pomógł przypadek. Pewien chemik przez wiele miesięcy pracował nad otrzymaniem chlorku winylu z acetylenu i chlorowodoru. Pewnego dnia, gdy chemik ten mieszał zawartość naczynia z zawiesiną chlorowodoru i acetylenu, stłukł mu się termometr. Chemik machnął na to ręką i poszedł do domu. Następnego dnia z wielkim zdziwieniem stwierdził, że w naczyniu tym powstał chlorek winylu. W ten sposób odkryto katalityczne działanie związków rtęci i otworzyła się szeroka droga do taniej produkcji polichlorku winylu. Polscy naukowcy pod kierunkiem prof. dr hab. Wacława Leszczyńskiego z Akademii Rolniczej we Wrocławiu uzyskali sztuczne tworzywo podlegające naturalnemu rozkładowi. Uzyskali rozkład tworzywa na bazie skrobi ziemniaczanej. Dzięki skrobi wzrasta w tworzywie wytrzymałość na rozciąganie, rozpuszczalność w wodzie i wodochłonność. Mimo to pozostaje odporne na działanie rozpuszczalników organicznych oraz farb, olejów i środków chemicznych stosowanych w gospodarstwach domowych. Może być ono zastosowane do wytwarzania opakowań. TEFLON jest najbardziej śliskim tworzywem sztucznym. Ma współczynnik tarcia prawie taki jak lód. Gdyby pokryć ulice i drogi teflonem, nie dałoby się po nich chodzić ani jeździć. Dzięki warstwie teflonu podczas obróbki termicznej produkty spożywcze nie przywierają do patelni. TWORZYWA SZTUCZNE Tworzywa sztuczne mają aktualnie powszechne zastosowanie. Opanowały bowiem niemal wszystkie dziedziny gospodarki i życia codziennego. Stało się to możliwe przede wszystkim dzięki takim zaletom tworzyw sztucznych jak: mały ciężar właściwy (lekkość tworzywa) Przedmioty codziennego użytku wykonane z plastiku. Okna plastikowe wyglądem imitujące drewno.
m O GIA
STEROW OOO
Rynny wykonane z PCV nie ulegają korozji.
Biżuteria wykonana z plastiku WAŻNE ODKRYCIA Ważne odkrycia w historii tworzyw sztucznych przedstawione są w poniższej tabeli. Rok Nazwa tworzywa Wynalazca Uwagi 1839 polistyren E. Simon Metodę otrzymywania opracowali w 1845 r. A. Hofmann i J. Blyth. Produkcję przemysłową rozpoczęto w Niemczech w 1930 r. 1845 nitroceluloza Ch. F. Schönbein Duża palność, ale łatwość formowania różnego rodzaju przedmiotów. Wykorzystano ją do produkcji cienkiej, elastycznej błony stosowanej do opatrywania ran. 1862 parkesina A. Parkes A. Parkes na wystawie w Londynie po raz pierwszy przedstawił wyroby codziennego użytku wykonane z parkesiny. Wśród nich znalazły się: grzebienie, guziki, pudełka itd. Produkcja parkesiny była bardzo kosztowna, dlatego jej wytwarzanie przerwano w 1868 r. Antystatyki - substancje, których dodatek zapobiega elektryzowaniu się powierzchni tworzywa. TWORZYWA SZTUCZNE - PODZIAŁ Tworzywa sztuczne w zależności od swego przeznaczenia dzieli się na: konstrukcyjne - do wytwarzania określonych wyrobów; elastoplastyczne - folie; adhezyjne – kleje; powłokowe - farby i lakiery; włóknotwórcze; porowate - pianki i gąbki; specjalne - wymieniacze jonowe. Inny podział tworzyw sztucznych: a. elastomery b. plastomery o b.1. termoplasty o b.2. duroplasty b.2.1 termoutwardzalne b.2.2 chemoutwardzalne Elastomery - są to tworzywa, które zachowują swoją elastyczność w temperaturze pokojowej. Plastomery - są to tworzywa, które w temperaturze pokojowej nie mogą być poddawane dużym odkształceniom. Termoplasty - są to tworzywa, mające trwałą zdolność przechodzenia w stan plastyczny w podwyższonej temperaturze (ogrzane miękną i pozostają w tej samej postaci, aż do chwili ochłodzenia). Tworzywa te można rozpuszczać. Mogą być wielokrotnie podgrzewane i formowane. Duroplasty - zwane też żywicami utwardzalnymi, są to tworzywa, które utwardzają się pod wpływem podwyższonej temperatury - tworzywa termoutwardzalne, albo pod wpływem czynników chemicznych - tworzywa chemoutwardzalne. Jeżeli duroplasty zostaną uformowane nie miękną ponownie i nie dają się już formować. TWORZYWA SZTUCZNE - WŁAŚCIWOŚCI Polietylen (symbol – nazwa handlowa PE) Właściwości Bardzo lekki, duża wytrzymałość, odporny na działanie wody i wielu związków chemicznych ( kwasów, zasad i soli), łatwy do obróbki (termoplastyczność), giętki, elastyczny. Zastosowanie Stosowany do produkcji: butelek, korali, kubeczków do mycia zębów, mydelniczek, miseczek, rurek, folii, torebek i zabawek. Polistyren - Strypol - Styropian Właściwości Twardy, kruchy, nieodporny na ogrzewanie, łatwo się rysuje. Zastosowanie Stosowany do produkcji: naczyń, pojemników, zabawek, galanterii, folii elektroizolacyjnych. PCW (PVC) – Winidur – Igelit- Polichlorek winylu Właściwości Bardzo wytrzymały, odporny na działanie kwasów, zasad, olejów mineralnych i wody, ma właściwości elektroizolacyjne, termoplastyczny. Zastosowanie Stosowany do produkcji: płyt, rur, prętów, folii winidurowych, butów, wykładzin podłogowych, tapet, tkanin, sztucznej skóry, zamszu. Kazenit, sztuczny róg - Galalit Właściwości Łatwy do obróbki, lekki, giętki. Zastosowanie Stosowany do produkcji: guzików, grzebieni, szczotek, noży, sztucznej biżuterii, galanterii. Nylon, Stylon, Kapron, Perlon – Poliamid Właściwości Łatwy do obróbki, mięknie po ogrzaniu, ulega działaniu kwasów, silnych zasad, odporny na działanie olejów, tłuszczów, paliw i smarów. Zastosowanie ZGRZEWANIE Jest to łączenie dwóch lub więcej elementów bez pośrednictwa obcego materiału (elektrody). Tworzywo sztuczne zostaje miejscowo rozgrzane i dociśnięte do elementu, z którym ma być połączone. Zgrzewanie tworzyw sztucznych jest bardzo wydajne i może być stosowane do dużej liczby gatunków plastomerów. SPAWANIE Spawanie polega na połączeniu dwóch tworzyw sztucznych za pomocą dodatkowego materiału (elektrody). Elektroda musi być wykonana z takiego samego lub bardzo zbliżonego pod względem właściwości materiału, jak materiał, który ma być spawany. Elektrodę rozgrzewa się i umieszcza w miejscu połączenia tworzyw, nie stosuje się już docisku. KLEJENIE Polega na łączeniu tworzyw sztucznych za pomocą kleju. Powierzchnie klejone musza być odtłuszczone i oczyszczone. Warstwę kleju należy docisnąć i pozostawić do wyschnięcia. METODY ZAGOSPODAROWANIA ODPADÓW TWORZYW SZTUCZNYCH Większość tworzyw sztucznych nie rozkłada się i pozostaje w postaci odpadów na wysypiskach, śmietnikach, a także w ziemi przez kilkadziesiąt a nawet kilkaset lat. Istnieją cztery sposoby radzenia sobie z odpadami: 1. Składowanie odpadów tworzyw sztucznych Tworzywa sztuczne umieszczane są na specjalnych składowiskach. Mogą to być składowiska: tradycyjne - dokonuje się na nich ubijania odpadów; sprasowane - odpady są prasowane; rozdrobnionych odpadów; Ważne jest, aby miejsce składowania odpadów było dobrze przygotowane (nieprzepuszczalne podłoże oraz sieć urządzeń odwadniających). Po zapełnieniu składowisko zostaje zasypane ziemią i obsadzone drzewami. 2. Spalanie odpadów tworzyw sztucznych w spalarniach W Szwajcarii w ten sposób utylizowanych jest 90% śmieci. Zaletą tego sposobu jest to, iż po jedno lub dwugodzinnym spalaniu masa odpadów maleje o 40 - 60%. Powstałe w czasie spalania ciepło wykorzystane jest do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej. 3. Koksowanie odpadów tworzyw sztucznych Rozdrobnione tworzywa sztuczne dodawane są do węgla, który poddawany jest procesowi koksowania czyli ogrzania do temperatury 1000°C stopni bez dostępu powietrza. W ten sposób otrzymuje się gaz koksowniczy i koks. Dodawanie odpadów tworzyw sztucznych do węgla koksowanego nie ma wpływu na obniżenie jakości koksu. Zaletą tej metody jest także to, że odpady nie muszą być segregowane ani oczyszczane. 4. Powtórne wykorzystanie odpadów tworzyw sztucznych Metoda powtórnego wykorzystania odpadów z tworzyw sztucznych jest bardzo mało wykorzystywana. W Polsce aż 99,8% śmieci trafia na wysypisko. Z odpadów tworzyw sztucznych można produkować wyroby użytkowe, materiały budowlane itp. Największym problemem, jest tanie pozyskanie wyselekcjonowanych odpadów. Odpady można selekcjonować w zakładach zajmujących się ich utylizacją, ale jest to metoda kosztowna i mało dokładna. Znacznie lepszą metodą jest selekcja odpadów w miejscu ich powstawania, a więc w gospodarstwach domowych, zakładach pracy itp. Tak selekcjonowane odpady, składowane w odpowiednio oznaczonych pojemnikach, są źródłem najtańszych surowców wtórnych. Istnieją opracowane metody przetwórstwa odpadów tworzyw sztucznych ponownie w granulat lub proszek możliwy do wykorzystania w zakładach produkujących wyroby z tworzyw sztucznych. CIEKAWOSTKI Plastik to popularne określenie termoplastycznych tworzyw sztucznych. Aby naprawić wgniecioną piłeczkę pingpongową (nie pękniętą), wystarczy wrzucić ją do gotującej się wody i przytrzymać łyżką pod powierzchnią wody. Jeżeli tylko piłeczka jest szczelna, wytworzone wewnątrz ciśnienie powietrza, dzięki plastyczności celuloidu, wyprostuje wgniecioną ściankę.