Zabawki
Zabawki z tworzyw sztucznych zaczęto produkować w końcu ubiegłego stulecia. Były to lalki, grzechotki, zabawki pływające wykonywane z celuloidu oraz gumowe piłki. Obecnie celuloid ze względu na jego palność zastąpiono octanem celulozy lub polistyrenem. Z celuloidu wytwarza się tylko piłeczki do tenisa stołowego oraz lalki. Tanie piłki dziecięce produkuje się ze zmiękczonego polichlorku winylu, mniejsze metodą żelowania z pasty, bardzo duże przez spawanie z folii.
Najwięcej zabawek produkuje się z tworzyw sztucznych tanich, nietoksycznych i dających się łatwo formować i zdobić, a więc z polistyrenu i polichlorku winylu. Ze zmiękczonego polichlorku winylu oprócz piłek wytwarza się elastyczne lalki i zabawki nadmuchiwane, a także choinki; z polistyrenu meble i sprzęt kuchenny dla lalek, małe modele pojazdów, figurki żołnierzy itp.
Dużym powodzeniem cieszą się zabawki politechniczne, czyli zestawy powtarzalnych elementów, z których buduje się domy, miasta, maszyny, okręty i samoloty. Elementy takie wykonuje się z polistyrenu, polietylenu, polipropylenu, śruby czy wkładki łączące są często z poliamidu, a płytki z polimetakrylanu metylu imitują szklane szyby.
Polistyren jest dość kruchy a zabawki wykonane z niego łatwo się więc łamią, uszkodzone mają ostre krawędzie, dlatego zastępowany jest często octano - maślanem celulozy, polietylenem dużej gęstości lub polipropylenem. Z polietylenu i polipropylenu wykonuje się zabawki duże robione dawniej z drewna lub metalu, jak rowerki, hulajnogi, sanki a także wyposażenie ogródków dziecięcych.
Różnej wielkości klocki z pianki poliuretanowej umożliwiają dzieciom samodzielne budowanie domków, jaskiń, fortec. Z miękkich pianek poliuretanowych robi się zabawki służące jednocześnie jako gąbki.
Zabawki o napędzie mechanicznym lub elektrycznym mają obudowy z polistyrenu wysokoudarowego, czy polipropylenu, a koła zębate, krzywki, śmigła z poliamidu lub poliformaldehydu.
Polietylen (oznaczenie PE) - jest giętki, woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny. Traci elastyczność pod wpływem światła słonecznego i wilgoci. Synteza polietylenu jest przykładem polimeryzacji rodnikowej. Folie z PE charakteryzują się małą przenikalnością dla pary wodnej, łatwo przepuszczają pary substancji organicznych, nie są odporne na węglowodory i jego chloropochodne. Są odporne na działanie roztworów kwasów, zasad i soli oraz niską temperaturę.
Polipropylen (oznaczenie PP) - jest bardziej twardy od polietylenu i nie ugina się pod działaniem paznokcia. Pływa po powierzchni wody. Próbka włożona do płomienia topi się, a po zgaszeniu wyczuwa się zapach podobny do parafiny, lecz z wyczuwalną nutą domieszek aromatycznych. Polipropylen w odróżnieniu od polietylenu nie rozpuszcza się w tetrachlorku węgla. Tworzywo to rozpuszcza się w chlorobenzenie na gorąco.
Polistyren - po zmieszaniu z dodatkami, polistyren stanowi podstawę wielu tworzyw sztucznych, oznaczanych literami (PS). Czysty polistyren jest bezbarwnym, twardym, kruchym termoplastem (tworzywem formowanym przez topienie), o bardzo ograniczonej elastyczności.
Jako tworzywo sztuczne, polistyren może być bezbarwny, słabo przezroczysty, lub może być barwiony na dowolne, żywe kolory. Jego zaletą w stosunku do polietylenu i polipropylenu jest niższa temperatura mięknienia i mniejsza lepkość stopu, dzięki czemu łatwiej jest z niego otrzymywać w procesie formowania wtryskowego niewielkie przedmioty o złożonych kształtach.
Polistyren jako tworzywo lite jest stosowane do produkcji sztucznej biżuterii, szczoteczek do zębów, pudełek do płyt CD, elementów zabawek. Posiada jednak znacznie mniejszą odporność chemiczną od polietylenu i dlatego nie stosuje się go raczej do produkcji opakowań produktów żywnościowych.
Najbardziej masowym zastosowaniem polistyrenu jest produkcja jego formy spienionej, nazywanej styropianem. Styropian otrzymuje się w wyniku gwałtownego ogrzewania parą wodną polistyrenu w formie granulek, wewnątrz których znajduje się niewielka ilość czynnika spieniającego. Jest nim mieszanina n - pentanu i izo - pentanu. Styropian jest masowo stosowany do produkcji styropianowych płyt izolacyjnych dla budownictwa, do produkcji opakowań w tym również do żywności.
Poli (chlorek winylu)
Poli (chlorek winylu) - polichloreketenylu , polichloroeten (PCW,PVC) - tworzywo sztuczne otrzymywane w wyniku polimeryzacji monomeru - chlorku winylu ; chlorku etenylu ; chloroetenu. Posiada właściwości termoplastyczne, dużą wytrzymałość mechaniczną, odporność na działanie wielu rozpuszczalników.
Zastosowania
- w budownictwie - do produkcji wykładzin podłogowych, stolarki okiennej i drzwiowej, akcesoriów w postaci różnych listew wykończeniowych; rur i kształtek do wykonywania instalacji w budynkach itp.
- w medycynie - dreny, sondy, cewniki, strzykawki
- w energetyce - materiał elektroizolacyjny
- do wyrobu przedmiotów używanych w gospodarstwie domowym (np. miski, wiadra, obudowy sprzętu zmechanizowanego itp.)
jako igelit - stosowany do pokrywania nawierzchni skoczni narciarskich, stoków zjazdowych, peronów kolejek linowych i wyciągów narciarskich
- w sporcie - do pokrywania boisk piłki siatkowej, koszykowej, ręcznej , halowej piłki nożnej
Nylon
Nylon - syntetyczny polimer, rodzaj poliamidu służący do wytwarzania włókna o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie i łatwo dającego się barwić. Stosowany przede wszystkim do produkcji dzianin, tkanin, lin i żyłek.
Zastosowania: do produkcji:
- rajstop
- pończoch
- szczoteczek do zębów
- sieci
- poduszek powietrznych
- spadochronów
- wykładzin dywanowych
- piłek do koszykówki
- lin
Kauczuk syntetyczny
Kauczuk syntetyczny - ogólna nazwa wszystkich kauczuków, otrzymywanych na drodze sztucznej syntezy chemicznej. Stanowi podstawowy składnik sztucznej gumy. Spotyka się je także w elastycznych żelach, sztucznych piankach, niektórych rodzajach farb lateksowych, wykorzystuje się je do produkcji elastycznych tkanin, lin i wielu innych zastosowań
Zastosowania:
- przemysł motoryzacyjny
- obuwnictwo
- wędkarstwo
- medycyna
- elektronika
Szkło akrylowe (organiczne)
Szkło akrylowe (organiczne) inaczej pleksiglas lub metapleks to przezroczyste tworzywo sztuczne, którego głównym składnikiem jest polimer - poli(metakrylan metylu) (PMMA). Niektóre rodzaje pleksiglasu zawierają też pewne ilości innych polimerów i kopolimerów poliakrylowych. Pleksiglas to nazwa handlowa płyt akrylowych produkowanych przez jedną z firm. Często w języku potocznym tak określa się każdą płyte akrylową.
Zastosowania:
- motoryzacja
- szklarstwo
- sztuczna biżuteria
- instalacje sanitarne
- artykuły gospodarstwa domowego
Ogólne informacje na temat tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne – materiały oparte na polimerach syntetycznych, zastępujące tradycyjne materiały takie jak drewno, ceramika, metal, kauczuk naturalny, gutaperka oraz stanowiące grupę zupełnie nowych materiałów, które nie mają swoich naturalnych odpowiedników.
W skład tworzyw sztucznych wchodzą oprócz polimerów także plastyfikatory (zmiękczacze), wypełniacze (zmieniające właściwości mechaniczne oraz potaniające produkt końcowy) oraz substancje barwiące.
Tworzywa sztuczne od strony użytkowej można podzielić na:
• duromery – twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne – inaczej nazywane sztucznymi metalami. Niektóre duromery zastępują też materiały ceramiczne
• plastomery – mniej sztywne od duromerów ale łatwotopliwe i rozpuszczalne – dzięki ich topliwości można je przetwarzać poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie, dzięki czemu można z nich uzyskać bardzo skomplikowane kształty. Stosowane są zamiast drewna i niekiedy zamiast metalu, np. jako obudowy do maszyn i urządzeń, elementy wyposażenia domowego
• elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają znacznie swój kształt ale po odjęciu siły wracają do poprzednich wymiarów. Elastomery zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny, ale znalazły też szereg nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.
Duromer - polimerowe tworzywo sztuczne posiadające cechy metalu lub ceramiki - twarde, nieeleastyczne, z wysoką wytrzymałością mechaniczną na rozciąganie i ściskanie, ale zazwyczaj nietopliwe lub trudnotopliwe i często kruche. Trudnotopliwe duromery są też nazywane duroplastami.
Polimery posiadają własności duromeru jeśli:
- są usieciowane w wysokim stopniu
lub
- posiadają bardzo wysoką masę cząsteczkową i jednocześnie sztywne, polarne łańcuchy główne, które silnie oddziałują między sobą tworząc np.:sieć wiązań wodorowych.
Do najbardziej znanych duromerów należą:
- usieciowane:
- bakelit i inne fenoplasty
- usieciowane żywice poliestrowe
- usieciowane żywice epoksydowe
- nieusieciowane
- poli(tlenek etylenu)
- poliacetylen
- poli(octan winylu)
- poliakrylonitryl niektóre rodzaje poliamidów np. kevlar
- polibenzimidazol
- karbon
Elastomer - to polimerowe tworzywo sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości jego struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów.
Elastomer posiada zdolność zmiany w szerokim zakresie swoich wymiarów w momencie gdy jest poddawany naprężeniom rozciągającym, ścinającym lub ściskającym, a następnie powrót do poprzednich wymiarów. Np: niektóre rodzaje gum opartych na kauczukach silikonowych można rozciągnąć do 100 razy w stosunku do ich pierwotnych wymiarów bez zerwania.
Zdolność elastomerów do zmiany wymiarów wynika z ich specyficznej budowy chemicznej. Elastomery są usieciowanymi polimerami amorficznymi, które posiadają niską temperaturę zeszklenia, grubo poniżej temperatury pokojowej. Materiały polimerowe można sobie wyobrazić jako chaotyczną plątaninę bardzo długich i cienkich cząsteczek, która przypomina nieco ugotowanie spaghetti. Łańcuchy polimerów w temperaturze powyżej zeszklenia posiadają zdolność tzw. ruchów segmentalnych, które polegają na skoordynowanej zmianie konformacji grup 3 - 5 merów. Dzięki możliwości wykonywania ruchów segmentalnych łańcuchy polimerów mogą pod wpływem zewnętrznych naprężeń ulegać deformacjom (np: "prostować się") co powoduje zmianę wymiarów zbudowanych z nich materiałów. Ze względu na to, że wymuszone "prostowanie się" łańcuchów polimerów jest związane ze spadkiem entropii wynikającymi ze wzrostu stopnia uporządkowania całego układu, w momencie gdy naprężenie przestaje działać na elastomer, łańcuchy polimerów zaczynają się samorzutnie "skręcać", wykonując potrzebne do tego ruchy segmentalne, tak aby cały układ osiągnął możliwie jak najwyższą entropię. "Prostowanie" łańcuchów polimerów powoduje zmianę wymiarów zbudowanego z nich materiału, zaś "skręcanie" powrót do poprzedniego stanu.
Aby elastomer pozostawał ciałem stałym w temperaturze pokojowej i posiadał odpowiednio wysoką odporność na zerwanie, między jego cząsteczkami muszą występować odpowiednio silne, ale nie za silne oddziaływania, które zapewniają jego ciągłość w trakcie zmian wymiarów pod wpływem naprężeń mechanicznych. Gdy oddziaływania między cząsteczkami są za słabe materiał będzie rozciągliwy, ale nie będzie posiadał zdolności powrotu do poprzednich rozmiarów, będzie więc przypominał swoim własnościami plastelinę. Gdy oddziaływania te są za silne, materiał traci zdolność do zmiany wymiarów z zachowaniem własnej ciągłości.
Odpowiednio silne oddziaływania między cząsteczkami elastomerów osiąga się poprzez:
- niezbyt gęste usieciowane chemicznie, zwane wulkanizacją - w wyniku czego otrzymuje się materiały elastyczne, ale nietopliwe i nierozpuszczalne - czyli gumy
- tworzenie warunków do powstania odpowiednio silnych oddziaływań międzycząsteczkowych, takich jak słabe wiązania wodorowe lub siły Van Der Waalsa - materiały takie są topliwe i rozpuszczalne - nazywane są one elastomerami lanymi lub elastoplastami.
Plastomer jest to tworzywo sztuczne mniej sztywne od duromerów ale łatwotopliwe i rozpuszczalne – dzięki jego topliwości można jego przetwarzać poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie, dzięki czemu można z nich uzyskać bardzo skomplikowane kształty. Stosowane są zamiast drewna i niekiedy zamiast metalu, np. jako obudowy do maszyn i urządzeń, elementy wyposażenia domowego itp.