Z czego powstają tworzywa sztuczne?

Trudno wyobrazić sobie świat takim, jakim znamy go dziś, bez tworzyw sztucznych. Takie materiały, jak politereftalan etylenu (PET), polietylen (PE), czy polichlorek winylu (PVC) zapoczątkowały prawdziwą rewolucję technologiczną, której pozytywne i negatywne skutki obserwujemy do dziś. Choć często określane zbiorczo jako plastik, w rzeczywistości różnią się właściwościami, składem chemicznym i zastosowaniem. Są jednak relatywnie trwałe, lekkie i odporne na wilgoć, co w połączeniu z niskimi kosztami produkcji sprawia, że cieszą się popularnością we wszystkich gałęziach przemysłu. Z jakich surowców powstają tworzywa sztuczne? Jak wygląda ich produkcja? Odpowiadamy!

Z jakich surowców i jak powstają tworzywa sztuczne? 

Tworzywa sztuczne to materiały składające się z polimerów, które w zależności od danego surowca mogą być całkowicie syntetyczne, półsyntetyczne (pochodzące z modyfikacji naturalnych polimerów) lub, w niektórych przypadkach, organiczne (biopolimery). Są wielkocząsteczkowymi związkami chemicznymi zbudowanymi z mniejszych, bardzo złożonych cząsteczek, czyli merów. Poszczególne surowce tworzyw sztucznych oferują zróżnicowane właściwości i parametry. Z tego powodu znajdują powszechne zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki: od przemysłu elektronicznego, przez branżę budowlaną, aż po produkcję opakowań. 

Z czego powstaje plastik? Tworzywa sztuczne są produkowane głównie z materiałów kopalnianych i surowców pochodzenia naturalnego, takich jak ropa naftowa, celuloza, gaz ziemny, czy węgiel. Choć prosty na pierwszy rzut oka, proces ten jest nieco bardziej skomplikowany. W szczególności dotyczy to ropy naftowej. W jej skład wchodzą zróżnicowane substancje, w tym gazy rafineryjne, olej napędowy, czy benzyna. To właśnie ta ostatnia należy do grona surowców wykorzystywanych do produkcji tworzyw sztucznych. W celu pozyskania pożądanych składników, ropę naftową poddaje się przetwarzaniu, czyli destylacji w rafinerii. 

Jak przebiega ten proces? Ropę podgrzewa się w piecu rafineryjnym, co pozwala na wyodrębnienie substancji o podobnej wadze i temperaturze wrzenia. Tworzą one tzw. frakcje, a benzyna ciężka, czyli nafta, jest jedną z nich. Na skutek destylacji poszczególne frakcje odparowują, a potem skraplają się w swoim przedziale temperaturowym. Następnie są one przekształcane w monomery, które łączą się ze sobą w procesie polimeryzacji, tworząc długie łańcuchy polimerowe. Z pozyskanych w ten sposób polimerów: termoutwardzalnych, termoplastów, elastomerów i kompozytów powstają popularne tworzywa sztuczne towarzyszące nam na co dzień. 

Dodatki chemiczne stosowane w produkcji plastiku

Uzyskanie produktu o pożądanych właściwościach i konkretnym przeznaczeniu byłoby niemożliwe bez dodatków chemicznych. Substancje te mają znaczący wpływ na takie parametry, jak miękkość, trwałość, odporność na zabrudzenia czy wytrzymałość mechaniczna tworzyw sztucznych. Czasami są dodawane również po to, aby ułatwić produkcję i przetwarzanie surowców oraz nadać im atrakcyjną estetykę. Jakie dodatki chemiczne biorą udział w tym procesie? 

• plastyfikatory - sprawiają, że tworzywo staje się miększe i łatwiejsze w formowaniu.
• barwniki - mają postać proszku, który stosuje się w celu nadania produktom pożądanej barwy, co ma duże znaczenie np. podczas produkcji artykułów dziecięcych, opakowań i tekstyliów.
• stabilizatory - podnoszą trwałość i odporność tworzywa na wpływ czynników środowiskowych, m.in. wysokiej temperatury.
• antyutleniacze – hamują procesy utleniania, zapobiegając niszczeniu oraz utracie koloru i wytrzymałości danego tworzywa.
• środki spieniające - są wykorzystywane do tworzenia pianki i pęcherzyków powietrza, które redukują gęstość i masę plastiku bez szkody dla jego wytrzymałości mechanicznej. 
• wypełniacze - służą do zwiększenia wytrzymałości tworzywa i zapewnienia jego stabilności wymiarowej.
• uniepalniacze - obniżają palność plastiku bez większego wpływu na jego właściwości.
• środki smarujące - są wykorzystywane w celu ułatwienia przetwarzania polimerów; pomagają obniżyć lepkość i przyczepność materiału bazowego w trakcie formowania oraz niwelują tarcie: zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne.

Jakie wyróżniamy etapy produkcji tworzyw sztucznych? 

Jak powstają tworzywa sztuczne? Proces produkcji materiałów dzieli się na kilka etapów. Pierwszym z nich jest polimeryzacja. Możemy wyróżnić jej dwa typy: łańcuchową lub addycyjną. W przypadku polimeryzacji łańcuchowej występujące w monomerach wiązania podwójne lub potrójne ulegają rozpadowi pod wpływem katalizatora. Następnie wchodzą w reakcję z innymi monomerami, tworząc nowy łańcuch chemiczny. Natomiast polimeryzację addycyjną wykorzystuje się u monomerów, które nie zawierają podwójnych lub potrójnych wiązań, w wyniku czego łączą się ze sobą bezpośrednio. 

Następnie w procesie formowania każdemu tworzywu nadawane są określony kształt i postać. Najczęściej stosuje się tutaj metody wtrysku, wytłaczania, odlewu lub formowania próżniowego. Czym się one różnią? W dużym skrócie, wtrysk polega na wprowadzaniu płynnego tworzywa do formy pod wysokim ciśnieniem, a wytłaczanie - na przepuszczaniu materiału prosto przez rozgrzane formy. Nieco inaczej wygląda to w przypadku innych metod. Proces odlewu opiera się głównie na wlewie ciekłego lub proszkowanego plastiku do formy, natomiast podczas formowania próżniowego materiał zostaje rozgrzany i rozciągnięty za pomocą próżni. 

Na samym końcu tworzywo poddaje się procesowi ekstruzji, podczas której jest ono przetłaczane przez odpowiednio skrojone otwory matrycy. Umożliwia to wytwarzanie długich produktów o stałej i niezmiennej formie. W ten sposób uzyskuje się m.in. rury o różnych średnicach i wymiarach, cienkie arkusze papieru o identycznej grubości oraz profile plastikowe dla stolarki otworowej. 

Surowce tworzyw sztucznych - wybór dostawcy i dystrybutora ma znaczenie!

Niezależnie od potrzeb produkcyjnych i specyfiki danej branży, surowce tworzyw sztucznych warto sprowadzać od dostawcy lub dystrybutora, który dba o wysoką jakość materiałów oraz zapewnia ich zgodność z normami i specyfikacjami branżowymi. Współpraca z odpowiedzialnymi partnerami gwarantuje przedsiębiorcom ogrom korzyści w postaci łatwego dostępu do nowinek technologicznych, korzystnych warunków cenowych oraz realizacji zamówienia w ustalonym terminie. Dzięki temu produkcja tworzyw sztucznych będzie przebiegała w sposób efektywny, sprawny i zgodny z najwyższymi standardami, co utoruje firmie drogę do sukcesu na rynku.