Ogólne informacje na temat polimerów.

Tworzywa sztuczne Są to materiały oparte na polimerach syntetycznych, lub zmodyfikowanych naturalnych, zastępujące tradycyjne tworzywa takie jak drewno, ceramika, metal, kauczuk naturalny, gutaperka i inne. Ponadto, wiele tworzyw sztucznych posiada własności niemożliwe do uzyskania z zastosowaniem surowców naturalnych.

W skład tworzyw sztucznych oprócz polimerów wchodzą różnego rodzaju dodatki nadające im określone właściwości fizyczne. Mogą to być: napełniacze plastyfikatory stabilizatory [antyozonanty, dodatki zmniejszające palność] antystatyki barwniki dodatki przeciwścierne Tworzywa sztuczne znajdują się w wielu dziedzinach gospodarki. Do najczęściej spotykanych należą: termoplastyczne [polietylen, polistyren, polichlorek winylu, polimetakrylan metylu] termoutwardzalne [bakelit] chemoutwardzalne [żywice epoksydowe]

Historia tworzyw sztucznych: Pierwsze w skali przemysłowej próby chemiczne modyfikowania związków wielkocząsteczkowych rozpoczęto 1850–75. W 1872 w USA otrzymano celuloid, w Niemczech — 1897 uruchomiono produkcję galalitu, a 1904 acetylocelulozy. Pierwszymi syntetycznymi tworzywami sztucznymi były żywice fenolowo-formaldehydowe otrzymane 1872 (A. Baeyer), jednak produkcję ich podjęto dopiero 1909 na podstawie patentu belg. chemika H. Baekelanda. W 1928–31 rozpoczęto produkcję większości tworzyw poliwinylowych. Pierwsze tworzywa poliamidowe wyprodukowano 1937 w USA, polietylen wysokociśnieniowy w 1939 w Wielkiej Brytanii, w USA rozpoczęto produkcję tworzyw poliestrowych w 1942 r, polichlorku winylidenu w 1942 r, silikonów w 1943 r. Dalszy rozwój tworzyw sztucznych był związany z wyprodukowaniem żywic epoksydowych w Szwajcarii, poliformaldehydu w 1946 w USA, w RFN polietylenu niskociśnieniowego w 1956 i poliwęglanów w 1957, polipropylenu w 1957 we Włoszech.

Termoplasty Tworzywo termoplastyczne jest to tworzywo sztuczne, które w określonej temperaturze i ciśnieniu zaczyna mieć własności lepkiego płynu. Tworzywa termoplastyczne można kształtować przez tłoczenie i wtryskiwanie w podwyższonej temperaturze a następnie szybkie schłodzenie do temperatury użytkowej. Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie w przeciwieństwie do duroplastów, jednak po każdym przetworzeniu zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe i mechaniczne na skutek zjawiska depolimeryzacji oraz degradacji tworzących te tworzywa polimerów lub żywic. Dzięki zjawisku termoplastyczności tworzyw sztucznych, można je kształtować w jednym, względnie prostym i szybkim procesie technologicznym. Umożliwia to tworzenie z nich przedmiotów o bardzo złożonym kształcie, który nie mógłby być osiągnięty przy pomocy technik skrawania, stosowanych dla metali czy technik spiekania stosowanych dla materiałów ceramicznych. Oprócz masowej produkcji z tworzyw termoplastycznych za pomocą technologii wtrysku skomplikowanych kształtek wykorzystywanych jako naczynia domowego użytku, elementy zabawek, mebli czy karoserii samochodów, można z nich także otrzymywać rury i folie w procesach ciągłego tłoczenia i wytłaczania. Wydmuchiwanie tworzyw termoplastycznych jest z kolei stosowane masowo do produkcji plastikowych butelek.

POLIMERY Substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami. Przez "bardzo dużą masę cząsteczkową" rozumie się zwykle taką sytuację, gdy odjęcie lub przyłączenie jednego meru nie zmienia w zasadniczym stopniu ogólnych własności chemicznych i fizycznych związku chemicznego. Odróżnia to polimery od oligomerów, które mają jeszcze na tyle małą masę cząsteczkową, że dodanie do nich lub odjęcie jednego meru skutkuje zauważalną zmianą np. ich temperatury topnienia. Polimery naturalne są jednym z podstawowych budulców organizmów żywych, a syntetyczne tworzyw sztucznych oraz wielu innych powszechnie wykorzystywanych produktów chemicznych takich jak: farby, lakiery, oleje przemysłowe, środki smarujące, kleje itp. Otrzymuje się je w wyniku łańcuchowych lub sekwencyjnych reakcji polimeryzacji ze związków posiadających minimum dwie grupy funkcyjne zwanych monomerami.

Mer Mer to najprostszy, jaki da się wyróżnić, stale powtarzający się fragment cząsteczek polimerów.

Monomery Monomery to proste cząsteczki tego samego związku chemicznego, z których w wyniku polimeryzacji powstaje polimer. Monomery stosowane do syntezy polimerów syntetycznych można podzielić na: monomery winylowe są to związki posiadające wiązania wielokrotne węgiel-węgiel, (jak np. etylen CH2=CH2), które pękając w trakcie reakcji polimeryzacji prowadzą do powstawania poliolefin monomery cykliczne są to związki posiadające naprężone układy cykliczne (np. cyklobutan), które mogą pękać w trakcie polimeryzacji - otrzymuje się w ten sposób wiele polimerów np. poliamidy. monomery funkcyjne są to związki, które posiadają minimum dwie reaktywne grupy funkcyjne, które reagując ze sobą w wyniku reakcji polikondensacji lub poliaddycji prowadzą do otrzymania polimerów posiadających charakterystyczne układy wiązań np. poliueratanów. Monomerami ulegającymi polimeryzacji są przede wszystkim związki zawierające wiązania wielokrotne (podwójne lub potrójne) czyli węglowodory nienasycone.

Węglowodory nienasycone Węglowodory nienasycone są to związki, w cząsteczkach których znajdują się atomy węgla powiązane ze sobą wiązaniami podwójnymi i potrójnymi. Nazywa się je tak dlatego, ponieważ ich cząsteczki mają mniejszą liczbę atomów wodoru niż związki nasycone, wiązania wielokrotne (podwójne i potrójne) są mniej trwałe, niż pojedyncze i  dlatego stosunkowo łatwo pękają w czasie reakcji chemicznych.

Podział węglowodorów nienasyconych: alkeny (olefiny) - zawierające wiązania podwójne (np. etylen) dieny - zawierające dwa wiązania podwójne alleny - w których występują skumulowane układy wiązań podwójnych (C=C=C) dieny sprzężone - w których występują dwa wiązania podwójne przedzielone jednym pojedynczym: (C=C-C=C) (np. butadien) polieny- w których występuje więcej niż dwa wiązania podwójne. alkiny - w których występują wiązania potrójne węgiel-węgiel (np. acetylen)

Podział polimerów: Ze względu na pochodzenie: polimery syntetyczne są to polimery pochodzące w 100% z syntezy chemicznej zaczynającej się od prostych monomerów polimery naturalne są to polimery wytwarzane w 100% przez organizmy żywe; są to m.in. celuloza, białka, kwasy nukleinowe. polimery modyfikowane są to polimery naturalne, które jednak zostały sztucznie zmodyfikowane chemicznie, zwykle w celu zmiany ich własności użytkowych np.: octan celulozy, białko modyfikowane, skrobia modyfikowana.

Zastosowanie polimerów tworzywa sztuczne farby i lakiery kleje i podobne środki powierzchniowo czynne polimery ciekłokrystaliczne membrany i inne materiały o zdolnościach rozdzielczych mikrosfery polimerowe

Polimeryzacja Polimeryzacja to reakcja, w wyniku której związek chemiczny o małej masie cząsteczkowej zwany monomerem lub mieszanina kilku takich związków reagują same z sobą, aż do wyczerpania wolnych grup funkcyjnych, w wyniku czego powstają cząsteczki o wielokrotnie większej masie cząsteczkowej od substratów, tworząc polimer. Począwszy od lat 30. XX w. wiele reakcji polimeryzacji wykorzystanych jest w przemyśle. Szybkość polimeryzacji uzależniona jest od: temperatury, ciśnienia, ilości, rodzaju inicjatora lub katalizatora.

W reakcji polimeryzacji wiązanie podwójne ulega przekształceniu w wiązanie pojedyncze pod wpływem inicjatora. W czasie przekształcania ulega rozerwaniu jedno z wiązań w wiązaniu podwójnym a do uwolnionych końców dołącza się druga cząsteczka również z tak samo przekształconym wiązaniem – etap 1. Następuje proces dalszej syntezy (etap 2), wzrost łańcucha węglowego a cząsteczka olbrzym stopniowo się rozrasta, dopóki w środowisku reakcji nie zniknie inicjator. Cząsteczki które powstają mają masę cząsteczkową rzędu 100 000 i więcej.

Reakcje polimeryzacji można podzielić na: stopniowe - w których reakcja następuje "krok po kroku", tj. najpierw reagują z sobą dwa monomery tworząc dimer, a następnie dimery reagują z sobą tworząc tetramery itd. ; w stopniowej polimeryzacji masa cząsteczkowa produktu bardzo silnie zależy od stopnia przereagowania monomerów zgodnie z równaniem Carothersa; aby uzyskać polimer o dużej masie cząsteczkowej należy osiągnąć wysoki stopień przereagowania monomerów łańcuchowe - w których reakcja następuje "lawinowo", zaczyna się ona od reakcji inicjowania aktywnej formy monomeru, która jest w stanie przyłączać do siebie kolejne monomery w reakcji propagacji pozostając aktywna aż do momentu "śmierci" w wyniku reakcji terminacji; reakcje terminacji i inicjacji przebiegają stosunkowo wolno, natomiast reakcja propagacji przebiega błyskawicznie, dzięki czemu można w tym procesie uzyskać polimery o dużych masach cząsteczkowych; w polimeryzacji łańcuchowej nie potrzeba osiągać wysokiego stopnia przereagowania monomerów; masa cząsteczkowa uzyskiwanego polimeru zależy głównie od stosunku szybkości reakcji inicjacji i terminacji do szybkości reakcji propagacji; szczególnym przypadkiem polimeryzacji łańcuchowej jest polimeryzacja żyjąca.

Ze względów technologicznych rozróżnia się: Polimeryzację blokową Polimeryzację w roztworze Polimeryzację emulsyjną Polimeryzację w zawiesinie Polimeryzację w fazie gazowej

Polikondensacja Polikondensacja jest to proces syntezy polimeru polegający na reakcji cząsteczek związków chemicznych ze sobą, zawierających reaktywne grupy, przy czym wydzielają się małocząsteczkowe produkty uboczne, jak np. woda. Reakcja polikondensacji w przeciwieństwie do reakcji polimeryzacji jest reakcją stopniową przebiegającą wolniej, a często prowadzącą do ustalenia się stanu równowagi, który można przesunąć na korzyść powstawania polimeru przez usuwanie ze środowiska reakcji powstającego małocząsteczkowego produktu ubocznego. Klasycznym przykładem reakcji polikondensacji jest reakcja poliestryfikacji. W wyniku reakcji kwasów dikarboksylowych z alkoholami diwodorotlenowymi (glikolami) powstają odpowiednie poliestry oraz woda. n HOOC-R-COOH + n HO-R'-OH --> (n-1)H-[OOC-R-COO-R']n-OH +(n-1) H2O Użycie do reakcji kwasu organicznego o większej liczbie grup karboksylowych lub alkoholu o większej liczbie grup hydroksylowych (wodorotlenowych) prowadzi do powstania produktu o budowie usieciowanej. Metoda polikondensacji znalazła duże zastosowanie do syntezy poliestrów, poliamidów, polisulfonów, fenoplastów, aminoplastów i silikonów.

Wykonawcy: Katarzyna Woś Aleksandra Mazepa Anna Podporska Kamila Pelikan Dawid Świacki