Przegląd najpopularniejszych tworzyw

Od czasu wynalezienia pierwszego polimeru - celuloidu - przez braci Hyatt w 1969 r., przemysł związany z syntezą i przetwórstwem związków wielkocząsteczkowych stale się rozwija. Na przestrzeni ostatnich 50-70 lat - czy nam się to podoba, czy nie - polimery stały się istotną częścią na-szego życia. Ich światowa produkcja w 2018 r. osiągnęła 359 mln ton.

W tym miejscu należy się słowo wyjaśnienia. Na co dzień mylnie używamy w odniesieniu do polimerów terminu ''tworzywa sztuczne''. Tworzywa sztuczne są jednak bardziej złożonymi materiałami. Ich podstawowym składnikiem są naturalne lub syntetyczne związki wielkocząsteczkowe, lecz zawierają one też szereg dodatków - napełniaczy, zmiękczaczy, stabilizatorów i barwników, które wpływają na ostateczne właściwości przetwórcze (mimo wszystko podstawowe właściwości chemiczne i mechaniczne determinuje polimer).

Zwyczajowo, przy opisywaniu polimerów posługujemy się także terminem ''plastik'', który niestety również nie oddaje istoty rzeczy. Wywodzi się on z greckiego plastós (''ulepiony'') i odnosi się jedynie do części materiałów polimerowych - tych, które można przetwarzać i kształtować w podwyższonej temperaturze, a więc do termoplastów. Istnieje wszakże inna grupa substancji - tworzywa termoutwardzalne, które pod wpływem ogrzewania nieodwracalnie przyjmują nadany im kształt.

Światowa produkcja polimerów zdominowana jest przez poliolefiny - polietylen i polipropylen; na dalszych miejscach znajdują się kolejno: polichlorek winylu, politereftalan etylenu, poliuretany, polistyren. Grupa tych materiałów zajmuje ok. 80% rynku. Znaczący udział w produkcji światowej mają jeszcze kopolimery akrylonitrylo-butadienowo-styrenowe i poliwęglan.

Na temat otrzymywania polimerów, ich właściwości i zastosowań napisano już niezliczone artykuły (w jednej tylko bazie pod hasłem ''polymer'' znaleźć ich można ponad milion). Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, aby w tym miejscu jeszcze raz zestawić najistotniejsze informacje.

Polietylen

W zależności od sposobu otrzymywania rozróżnia się kilka rodzajów polietylenu o odmiennych właściwościach. Największy udział w rynku mają jednak 3 z nich:

• polietylen o niskiej gęstości LDPE (low-density polyethylene),
• polietylen linowy o niskiej gęstości LLDPE (linear low-density polyethylene),
• polietylen o wysokiej gęstości HDPE (high-density polyethylene).

LDPE otrzymuje się w wyniku reakcji rodnikowej prowadzonej zazwyczaj w reaktorach rurowych (150-350 MPa, 140-180°C). HDPE wytwarzany jest w reakcji katalitycznej, którymi są związki metaloorganiczne (katalizatory Zieglera-Natty, 0,1 MPa, 80°C). LLDPE to produkt kopolimeryzacji etylenu z wyższymi homologami - butenem, heksenem, czy oktenem (katalizatory Ziegle-ra-Natty lub Philipsa, ok. 2 MPa, 60-100°C).

LDPE ma zupełnie inną strukturę niż HDPE - znacznie mniej merów w cząsteczkach i więcej bocznych rozgałęzień (15-30 do 0,5-3 łańcuchów bocznych na 500 jednostek monomeru). Tym samym LDPE cechuje się niższym stopniem krystaliczności i niższą gęstością w porównaniu z HDPE.

LLDPE pod względem struktury i właściwości można umieścić pomiędzy LDPE i HDPE. Cząsteczki LLDPE mają budowę liniową, z wieloma krótkimi odgałęzieniami pochodzącymi od ko-polimerów zastosowanych w reakcji (znacznie krótsze niż w przypadku LDPE).

Podstawowe właściwości polietylenów LDPE, LLDPE i HDPE najlepiej jest porównać w tabeli.