Elementy chemii tworzyw sztucznych

Mianem „tworzyw sztucznych” nazywa się bardzo obszerną grupę materiałów, które nie mają swoich odpowiedników w naturze – wytwarzane są w różnych procesach syntezy. Powszechnie znane z przedmiotów codziennego użytku, tworzywa sztuczne odgrywają bardzo istotną rolę we współczesnym przemyśle. W tym wpisie dowiemy się nieco więcej na ich temat od strony chemicznej.

Nieco historii

Choć do powszechnego użytku tworzywa sztuczne weszły dopiero w połowie XX wieku, to znane były już kilka dekad wcześniej. Wszystko zaczęło się w połowie XIX wieku, kiedy to wielu naukowców rozpoczęło prace nad związkami wielocząsteczkowymi – ich efektem było wyprodukowanie w 1872 roku pierwszego tworzywa sztucznego, czyli celuloidu. Również w 1872 roku udało się uzyskać pierwsze syntetyczne tworzywo sztuczne czyli żywicę fenolowo-formaldehydową. W latach późniejszych grupa tworzyw sztucznych powiększyła się między innymi o galalit oraz acetylocelulozę. Na początku XX wieku rozpoczęła się przemysłowa produkcja tych materiałów, jednak dopiero w latach 30-tych na rynku pojawiły się polietyleny, a w latach 50-tych, poliwęglany i polipropyleny. Z początku tworzywa sztuczne wykorzystywane były stricte w produkcji dla przemysłu – dopiero z czasem zaczęły one pojawia się w codziennym użytku, np. pod postacią opakowań dla żywności.

Jak produkuje się tworzywa sztuczne?

Choć tworzywa sztuczne uzyskiwane są w procesach przemysłowych i nie występują naturalnie, to surowce do ich produkcji są jak najbardziej naturalnego pochodzenia. Najczęściej są to materiały kopalne, takie jak gaz ziemny, węgiel, a nawet sól – najczęściej jednak używa się ropy naftowej, która w rafineriach przechodzi przez proces destylacji. W wyniku tego z ropy wydzielają się grupy cząsteczek, nazywane frakcjami. Frakcje różnią się między sobą temperaturą wrzenia. Następnie przy użyciu odpowiednich katalizatorów dokonuje się proces polimeryzacji frakcji  - polega ona na łączeniu się krótkich cząsteczek (tzw. monomerów) w długie łańcuchy polimerowe. Przykładem może być etylen, który w procesie polimeryzacji zostaje przekształcony w polietylen.

Podział tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne można podzielić na kilka kategorii, biorąc pod uwagę to, jak zachowują się pod wpływem wysokiej temperatury i w jaki sposób mogą być kształtowane:

• plastomery – to wszystkie tworzywa, które w wysokiej temperaturze tracą swoją twardość, stają się plastyczne, co umożliwia ich formowanie,
• duroplasty – są odporne na działanie wysokich temperatur, można je formować na przykład poprzez obróbkę skrawaniem,
• elastomery – odznaczają się wysoką plastycznością i rozciągliwością. Mogą być używane jako zastępstwo dla materiałów produkowanych z kauczuku.

Innym kryterium podziału jest skład chemiczny tworzyw. Wyróżniamy między innymi:

• poliolefiny – to polimery zawierające tylko węgiel i wodór. Przykładem są polietyleny i polipropyleny,
• poliamidy,
• fluoropolimery – na przykład teflon,
• poliestry – na przykład poliwęglan.

Poszczególne gatunki tworzyw sztucznych różnią się oczywiście nie tylko składem, ale również parametrami technicznymi – od gęstości, przez wytrzymałość mechaniczną, kończąc na odporności na czynniki zewnętrzne. Co więcej, w ramach jednego gatunku można wyróżnić kilka odmian, każda z nieco innymi właściwościami. Przykładowo, polietylen występuje w trzech odmianach – 300, 500 i 1000 – z czego każda ma inną gęstość i trwałość.

Odporność na czynniki zewnętrzne

Większość tworzyw sztucznych łączy wysoka odporność na wpływ środowiska zewnętrznego. Nie ulegają one uszkodzeniu w kontakcie z takimi substancjami jak oleje, benzyna, rozpuszczalniki. Niektóre z nich, na przykład teflon, są w stanie wytrzymać wpływ nawet bardzo silnych kwasów. Doskonale radzą sobie również w środowisku wodnym. To wszystko sprawia, że w agresywnym środowisku chemicznych i wodnym tworzywa sztuczne mogą z powodzeniem zastępować metale, które w takich warunkach są podatne na rozwój korozji.

Recykling tworzyw sztucznych

Dzięki swoim właściwościom, elementy z niektórych termoplastycznych tworzyw sztucznych – takich jak polietyleny czy polipropylen – mogą być odzyskiwane i przetwarzane w procesie recyklingu. W efekcie surowiec może zostać wykorzystany ponownie w produkcji. To ważna zalety tych tworzyw, które pozostawione same sobie z czasem ulegają rozpadowi i zanieczyszczają środowisko naturalne. Recykling pozwala ograniczyć ich ilość w obiegu naturalnym i dodatkowo obniżyć koszty produkcji.

Szukasz tworzyw sztucznych dla Twojej działalności? Skontaktuj się z nami – nasi doświadczeni fachowcy z pewnością znajdą odpowiednie rozwiązanie.