Wykład: Technologia Tworzyw Sztucznych

1. Wykład: Technologia Tworzyw Sztucznych Dr inż. Paweł Parzuchowski Gmach Technologii Chemicznej, pok. 247 Godziny konsultacji: Poniedziałek 10-12 Wycieczka Egzamin pisemny http://www.ch.pw.edu.pl/~pparzuch

2. Literatura do wykładu • J. Pielichowski, A Puszyński „Technologia Tworzyw Sztucznych” WNT • W. Szlezyngier „Tworzywa Sztuczne” WO FOSZE • W.W. Korszak „Technologia Tworzyw Sztucznych” WNT • Z. Floriańczyk , S. Penczek „ Chemia Polimerów” OW PW • W. Kuran, „Procesy Polimeryzacji Koordynacyjnej”

3. Wymagania: • Podstawowe pojęcia: • Polimeryzacja addycyjna • A) Mechanizm rodnikowy: Inicjowanie, podstawowe inicjatory i mechanizmy rozpadu, (rozpad termolityczny, rozpad fotolityczny, redox, rozpad w wyniku promieniowania o wysokiej energii), Propagacja łańcucha (addycja, eliminacja, podstawienie, przegrupowanie), Terminacja łańcucha (rekombinacja, dysproporcjonowanie, przeniesienie elektronu), Inhibitory i mechanizmy ich działania, • B) Mechanizm anionowy: Inicjowanie i najczęściej stosowane inicjatory, Budowa centrów aktywnych, Polimeryzacja żyjąca, Najczęściej stosowane monomery, Wady i zalety polimeryzacji wg mechanizmu anionowego, szczególne wymagania metody. • C) Mechanizm kationowy:Inicjowanie i najczęściej stosowane inicjatory, Budowa centrów aktywnych, Najczęściej stosowane monomery, Wady i zalety polimeryzacji wg mechanizmu kationowego. • D) Mechanizm koordynacyjny: Mechanizm polimeryzacji, katalizatory i mechanizm ich działania, najczęściej stosowane monomery • Polimeryzacja kondensacyjna • Modyfikacja polimerów naturalnych

4. Wstęp: Historia Polimerów: Do XIX wieku: Bitumin Asfalt syryjski Bursztyn Szelak Gutaperka Kauczuk XIX wiek: Guma Ebonit Azotan celulozy XX wiek 1907 żywice fenolowo-formaldyhydowe 1918 żywice mocznikowo-formaldehydowe, octan celulozy 1930-1940 polistyren, poli(chlorek winylu), polietylen, poli(metakrylan metylu) 1930 poliamidy i poliestry 1940 epoksydy 1940 opony z syntetycznego kauczuku 1941 poliamid 6 1943 PTFE 1950 katalizatory Zieglera Natty 1960 polisulfony, poliestry aromatyczne, poliamidy, PPO, włókna aramidowe, elastomery termoplastyczne 1987 poli(uretano-amidy) 1990 katalizatory metalocenowe do produkcji UHMWPE i taktycznych polimerów: PP i PS

5. Surowce do produkcji tworzyw sztucznych: Źródła: do lat 50’ węgiel węgiel Destrukcyjna destylacja smoła węglowa koks gaz węglowy amoniak Benzen, toluen, fenol, naftalen Kwas adypinowy heksametylenodiamina kaprolaktam bezwodnik ftalowy Żywice fenolowe, PS, nylony

6. Surowce do produkcji tworzyw sztucznych: Źródła: obecnie: przemysł naftowy Trzy drogi produkcji półproduktów z ropy naftowej: 1. Wyodrębnienie poszczególnych nasyconych węglowodorów z frakcji destylacyjnych i konwersja w bardziej użyteczne produkty (n-butan > butadien, cykloheksan > substraty do produkcji nylonów) 2. Wyodrębnienie olefin z produktów krakingu 3. Synteza struktur aromatycznych (benzen i homologi) przez “platforming” i inne procesy Dalsze modyfikacje półproduktów obejmują: utlenianie halogenowanie alkilowanie uwodarnianie karbonylowanie telomeryzacja

7. Produkcja światowa tworzyw sztucznych: 1939 300tys. ton 1951 2 mln ton 1957 4,6 mln ton 1960 6,2 mln ton 1963 8,5 mln ton 1967 18 mln ton 1980 50 mln ton 1992 91 mln ton 2000 150 mln ton 2003 176 mln ton 2010 250 mln ton Najważniejsze tworzywa: PE 32,5% PP 20% PCW 16,5% PS 8,5% (+3,5% kopolimery ABS, ASA, SAN) PU 5,5% poliestry (PET) 5% żywice fenolowe aminoplasty poliamidy p. akrylowe poliwęglany ż. epoksydowe Zużycie (2003): Azja Wsch. 38% Europa 25,5% Ameryka Płn. 25% Ameryka Łacińska 5,5%

8. Zastowosania tworzyw sztucznych: 36% Opakowania: butelki, folie 20% Przemysł dóbr konsumpcyjnych: filmy fotograficzne, obudowy sprzętu, taśmy magnetyczne, płyty CD, sprzęt sportowy, zabawki, gry... Przemysł meblarski: fotele, tapicerka, szuflady, materiały, dywany, wykładziny, kompozyty ...Ubrania i buty 19% Przemysł budowlany: rury, podłogi, farby, izolacje, ramy okienne, sidingi, dachy, izolacje termiczne 9% Elektrotechnika i elektronika: izolatory, gniazdka , wtyczki... 8% Przemysł samochodowy: baterie, przełączniki, nakrętki, przewody, oprawy lamp, tapicerka, wykończenie wnętrz, wentylatory, przewody paliwowe, zbiorniki na płyny, zderzaki ... 2% Rolnictwo:folie, rury nawadniające, zbiorniki na wodę Sprzęt przemysłowy: rury, pompy, zawory wzierniki, taśmy transportowe, pasy transmisyjne ... Medycyna i ochrona zdrowia:”części zamienne” w chirurgii (sztuczne stawy, zastawki, implanty) cewniki, strzykawki, sprzęt do sterylizacji)

9. Właściwości tworzyw sztucznych sprzyjające rozwojowi ich produkcji: 1. niskie koszty energetyczne syntezy, przetwórstwa, transportu i innych operacji 2. dzięki metodzie wtrysku, możliwość wykonywania bardzo skomplikowanych kształtów w jednej operacji bez skomplikowanej obróbki, monażu i odpadów 3. kolor nie ogranicza się tylko do powierzchni, (barwiona cała masa, nie widać zarysowań) 4.wiele możliwości wykończenia powierzchni (można symulować materiały naturalnevluz uzyskiwać nowe efekty) 5. bardzo dobre właściwości termoizolacyjne (szczególnie pianki) 6. doskonałe izolatory elektryczności 7. są dostępne w całej gamie wytrzymałości, niektóre kompozyty posiadają paraqmetry zbliżone do wytrzymałości metali 8. są dostępne w całej gamie właściwości chemicznych

10. Spadek cen tworzyw sztucznych: 1. rozwój przemysłu petrochemicznego 2. większa skala produkcji 3. lepsze metody syntezy polimerów i materiałów do ich syntezy 4. konkurencja na rynku