Skład tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne są materiałami, w których najbardziej istotny składnik stanowią związki wielkocząsteczkowe, syntetyczne lub pochodzenia naturalnego. Oprócz związku wielkocząsteczkowego tworzywo sztuczne zawiera zwykle składniki dodatkowe, które nadają mu korzystne właściwości użytkowe. Składnikami tymi mogą być napełniacze, nośniki, zmiękczacze, pigmenty i barwniki, stabilizatory i wiele innych.

Większość związków wielkocząsteczkowych jest zbudowana z wielkiej liczby powtarzających się i połączonych między sobą identycznych elementów podstawowych, nazywanych merami. Dlatego też związki wielkocząsteczkowe noszą również nazwę polimerów (poli - wiele). Ze względu na pochodzenie można je najogólniej podzielić na trzy podstawowe grupy:

1)    naturalne związki wielkocząsteczkowe występujące w przyrodzie (celuloza, białko, kauczuk).
2)    związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z polimerów pochodzenia naturalnego w wyniku modyfikacji polegającej na chemicznej zmianie właściwości polimerów naturalnych,
3)    syntetyczne związki wielkocząsteczkowe wytwarzane na podstawie reakcji chemicznej ze związków małocząsteczkowych. Związki małocząsteczkowe, które stanowią substancje wyjściowe do otrzymywania syntetycznych związków wielkocząsteczkowych, składają się z niewielkiej liczby atomów (nie przekraczającej zwykle kilkunastu) i noszą nazwę monomerów (mono - jeden).

Otrzymywanie syntetycznych związków wielkocząsteczkowych polega na łączeniu się między sobą cząsteczek monomerów z wytworzeniem wielkich cząsteczek (polimerów), czyli tzw. makrocząsteczek. Jako substancje małocząsteczkowe stosowane w charakterze monomerów można wymienić np. etylen, styren, chlorek winylu, fenol, formaldehyd. Z monomerów tych otrzymuje się odpowiednie polimery: polietylen, polistyren, polichlorek winylu, fenoplasty.

Polimery odznaczają się wysoką masą cząsteczkową (ciężarem cząsteczkowym). Masa cząsteczkowa jest liczbą umowną wyrażającą stosunek masy cząsteczki danej substancji do 1/12 masy atomu węgla. Ponieważ masę atomową danego atomu określa się również stosunkiem jego masy do 1/12 masy atomu węgla, tak więc masa cząsteczkowa substancji jest zarazem sumą mas atomowych wszystkich atomów wchodzących w skład jej cząsteczki.

Związki wielkocząsteczkowe zawierają najczęściej atomy takich pierwiastków, jak wodór o masie atomowej 1, węgiel o masie atomowej - 12, tlen - 16, azot - 14.

Aby jedna makrocząsteczka związku wielkocząsteczkowego mogła mieć masę cząsteczkową 10000, w skład jej musi wchodzić wiele atomów wymienionych pierwiastków. Jest to liczba większa od 1000.

Właściwości polimerów w zasadniczy sposób różnią się od właściwości monomerów. Dotyczy to przede wszystkim wytrzymałości mechanicznej, elastyczności, plastyczności oraz zachowania się w roztworach.

Pojęcie masy cząsteczkowej związków wielkocząsteczkowych nie jest jednak tak proste i jednoznaczne, jak w przypadku związków małocząsteczkowych. W odróżnieniu od tych ostatnich polimery nie stanowią bowiem jednego indywidualnego związku chemicznego o ściśle określonych właściwościach fizykochemicznych, lecz są mieszaniną makrocząsteczek w różnej wielkości, czyli o różnej masie cząsteczkowej. Tak więc w odniesieniu do polimerów pojęcie masy cząsteczkowej powinno być w zasadzie zastąpione pojęciem średniej masy cząsteczkowej.

Z masą cząsteczkową polimerów jest związane bezpośrednio pojęcie stopnia polimeryzacji (n lub P). Jest to niemianowana liczba wskazująca, ile razy dany element podstawowy (mer) powtarza się w ugrupowaniu związku wielkocząsteczkowego. Stopień polimeryzacji określa ułamek:

       masa cząsteczkowa polimeru
n = ------------------------------
       masa cząsteczkowa meru

Właściwości związków wielkocząsteczkowych zależą w znacznym stopniu od ich masy cząsteczkowej. Ten sam polimer w zależności od masy cząsteczkowej może mieć na tyle różne właściwości, że wymaga stosowania odrębnych metod przetwórczych. Tak na przykład poliwęglan o niższej masie cząsteczkowej (25000-70000) jest przeznaczony do przetwórstwa metodą wtrysku, natomiast o wyższej masie (75000 -95000) - do formowania folii z roztworu.

Postacie handlowe tworzyw sztucznych

Do przetwórstwa na wyroby gotowe dostarcza się zwykle tworzywa sztuczne w postaci żywic, tłoczyw lub półwyrobów (półfabrykatów). Żywice sztuczne mogą występować jako tzw. żywice techniczne do bezpośredniego przetwórstwa lub stanowić surowiec wyjściowy do wytwarzania tłoczyw, laminatów, farb i lakierów, klejów i kitów, past lub kompozycji proszkowych do otrzymywania powłok itp.

Żywice techniczne są dostarczane użytkownikom w postaci cieczy o różnej konsystencji, najczęściej gęstopłynnej. W skład ich mogą wchodzić niekiedy różne środki pomocnicze, jak napełniacze, zmiękczacze, pigmenty lub barwniki itp. W zależności od przeznaczenia rozróżnia się następujące rodzaje żywic technicznych:

a)    żywice lane (odlewnicze) do wytwarzania odlewów,
b)    żywice do produkcji gotowych wyrobów z tworzyw wzmocnionych włóknem szklanym (laminatów) metodą formowania niskociśnieniowego,
c)    żywice do bezpośredniego wytwarzania powłok ochronnych na metalach,
d)    żywice do klejenia różnych materiałów,
e)    żywice do wykonawstwa rdzeni w przemyśle odlewniczym,
f)    żywice do impregnacji różnych materiałów.

Tłoczywa są to półprodukty do formowania wyrobów z tworzyw sztucznych pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze. Otrzymuje się je z żywic sztucznych z dodatkiem napełniaczy i innych środków pomocniczych. Mogą one mieć postać proszku, granulek, krajanki lub skrawków tekstylnych nasyconych żywicą. Tłoczywa z tworzyw termoplastycznych (np. z polietylenu) są nazywane zwyczajowo granulatem i przetwarza się je przede wszystkim metodą wtrysku lub wytłaczania. Przetwórstwo tłoczyw z tworzyw termoutwardzalnych (np. tłoczyw fenolowych) prowadzi się głównie metodą prasowania tłocznego lub przetłocznego. Wyroby otrzymywane z tłoczyw noszą nazwę wyprasek.

Półfabrykaty (półwyroby) z tworzyw sztucznych uzyskują postać wyrobu gotowego po odpowiedniej obróbce wykańczającej, która nadaje im ostateczny kształt użytkowy, na przykład w wyniku: formowania próżniowego, zgrzewania, obróbki wiórowej. Są one dostarczane w postaci folii, płyt, bloków, rur, prętów, węży itp. Do półwyrobów z tworzyw sztucznych zalicza się również laminaty wytwarzane w postaci płyt, rur i prętów.

Folie są to elastyczne (w temperaturze pokojowej) wyroby o ograniczonej grubości, około 0,5 mm dla tworzyw twardych i około 1 mm dla tworzyw miękkich. Dostarcza się je zwykle w postaci ciągłych taśm lub pociętych arkuszy. Folie otrzymuje się metodą wytłaczania, kalandrowania lub odlewania, natomiast przetwarza najczęściej przez formowanie próżniowe i łączy przez zgrzewanie.

Laminaty (wyroby warstwowe)

Laminaty (wyroby warstwowe) są utworzone z wielu warstw nośnika, złączonych w całość za pomocą żywicy - zazwyczaj pod zwiększonym ciśnieniem. W charakterze nośników stosuje się najczęściej tkaniny z włókna szklanego, tkaniny bawełniane lub azbestowe i papier. Do nasycenia tych nośników używane są przede wszystkim żywice poliestrowe, epoksydowe, fenolowe, aminowe. Półwyroby z laminatów są materiałami sztywnymi i można obrabiać je mechanicznie.