Przegląd najpopularniejszych tworzyw

Przegląd najpopularniejszych…

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.

Tworzywa sztuczne
Termoplastyczne: Termoutwardzalne:
polietylen (PE) poliurietany (PUR)
polipropylen (PP) nienasycony poliestry
polichlorek winylu (PVC) żywice epoksydowe
politereftalan etylenu (PET) żywice melaminowe
polistyren (PS) żywice fenolowo-formaldehydowe
kopolimer akrylonitrylo-butadienowo-styrenowy (ABS) żywice akrylowe

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.


Właściwość Polietylen
LD LLD HD
stopień krystaliczności [%] 30-55 40-60 55-95

masa molowa [g × mol -1]

od 8,9 × 104

do 4,7 × 10

od 5,0 × 104

do 5,0 × 105

103-107
gęstość  [g x cm -3] 0,915-0,930 0,90-0,94 0,940-0,965
Tm [Cº] 104-120 120-125 125-145
przejrzystość (% transmisji światła) 80 - 80
zamglenie [%] 1,3-27,5 0,8-28 6
palność (indeks tlenowy %) 17-18
palność (UL94) HB
opór właściwy skrośny [Ω×cm]
16-18×1015
stała dielektryczna  2,3
wytrzymałość na rozerwanie [MPa] 10-12 25-45 30-40
wydłużenie przy zerwaniu [%] 200-600 300-900 500-700
wydłużenie na granicy plastyczności [%] 13-17,5 3-16 15
twardość [Shore D] 40-50 55-56 60-70

moduł Younga [GPa]

0,13-0,3 0,266-0,525 0,5-1,1
udarność IZOD w temp. pokojowej [J/m] 999 54-999 20-220

temperatura ugięcia pod obciążeniem [ºC]

HDT @0,46 MPa

HDT @1,8 MPa


40-50

30-40


-

-


60-90

45-60

temperatura zeszklenia [ºC] -110
temperatura topnienia fazy krystalicznej, Tm [Cº] 104-120 120-125 125-145
temperatura mięknienia wg Vicata (met.B) [ºC] 40 88(A) 60-65
min. temperatura pracy [ºC] -110
max. temperatura pracy [ºC]
80-90 90-115 90-120




Reportaże

Forum