Ciekawe, jak chemikalia stają się tworzywami sztucznymi?
To magia.
Żartując … Właściwie to nauka w działaniu. A konkretnie chemia. Tworzywa sztuczne są wynikiem bardzo realnego połączenia surowców, inżynierii i energii – a wszystko to dzięki chemii.
Oto krótkie wprowadzenie do tego, jak chemicy sprawiają, że nowoczesne tworzywa sztuczne są możliwe. Nie martw się, jeśli nie zdałeś egzaminu z chemii. Podczas gdy tworzywa sztuczne mogą być zaawansowanymi technologicznie materiałami, zrozumienie ich podstawowej budowy jest proste. Cóż, przynajmniej dla mnie…
Chemia tworzyw sztucznych: How Plastic are Made
Aby stworzyć dzisiejsze plastiki, chemicy zaczynają od różnych elementów (atomów takich jak węgiel, wodór, tlen i tak dalej) pochodzących z zasobów naturalnych. Pamiętasz ten wspaniały, elegancki układ okresowy pierwiastków chemicznych, który wymienia elementy budulcowe wszystkiego na Ziemi? To jest właśnie lista składników.
Chemicy łączą różne atomy, aby stworzyć cząsteczki, które są po prostu dwoma lub więcej atomami połączonymi wiązaniami chemicznymi. W przypadku tworzyw sztucznych, cząsteczki te nazywane są monomerami. Monomery te są następnie łączone wiązaniami chemicznymi w łańcuchy lub sieci – nazywa się to polimeryzacją. Powstałe w ten sposób materiały nazywane są polimerami. Lub tworzywami sztucznymi.
(Jak widzisz, wiązania chemiczne są dość ważne – i to nie tylko po to, aby umożliwić powstanie nowoczesnych tworzyw sztucznych. Organizują one również wszystkie te elementy, które łączą się, aby stworzyć wszystko we wszechświecie – w tym nas, ludzi. Bez wiązań chemicznych, życie byłoby po prostu chaotycznym kłębowiskiem elementów. Niewiele z życia, tak naprawdę…)
Read More: Kiedy wynaleziono plastik?
Nauka o tworzywach sztucznych: Thermoplastics and Thermosets
Jeśli monomery łączą się w łańcuchy (jak sznur pereł), polimer jest nazywany termoplastycznym. Ten plastik zachowuje się podobnie jak kostka lodu: topi się po podgrzaniu i krzepnie po ochłodzeniu… jak woda, w kółko. Polipropylen (materiał, z którego często wykonane są wanny z masłem) jest przykładem termoplastu.
Jeśli monomery łączą się w trójwymiarową sieć, polimer nazywany jest termoutwardzalnym. Takie tworzywo zachowuje się trochę jak jajko: po zastygnięciu i „utwardzeniu” (lub w przypadku jajka, po ugotowaniu), nie może powrócić do swojego lepkiego, płynnego stanu. Epoksyd ze sklepu z artykułami żelaznymi, który twardnieje i utwardza się po nałożeniu, jest przykładem tworzywa termoutwardzalnego.
Ponieważ tworzywa termoutwardzalne są trójwymiarową siecią monomerów, mogą być bardzo wytrzymałe. Na przykład opony samochodowe są wykonane z tworzyw termoutwardzalnych (często nazywanych kauczukiem syntetycznym).
Termoplastyki również są wytrzymałe, ale często są używane w mniej intensywnych warunkach, takich jak lekkie butelki do napojów bezalkoholowych, które nie są narażone na ogromne ciepło i tarcie, jak opony.
Read More: Gęstość polietylenu
Plastics Chemistry: Always Evolving
Chemicy (wraz z innymi mądrymi ludźmi) z czasem wymyślili wiele sposobów łączenia składników w celu stworzenia nowych polimerów … a nawet łączenia polimerów. Cząsteczki mogą być tworzone z różnymi właściwościami w zależności od tego, czego potrzebujemy: lepkie lub śliskie, lekkie, miękkie lub twarde, pieniące się lub rozciągliwe lub … cóż, rozumiecie o co chodzi. To dlatego tworzywa sztuczne są używane w tak wielu pomocnych produktach codziennego użytku, od szpatułek do zderzaków samochodowych i od implantów medycznych do tkanin na ubrania.
A to dopiero początek, ponieważ chemicy ciągle opracowują nowe innowacyjne tworzywa sztuczne, które pomagają uczynić samoloty lżejszymi, serca dłużej pompują, żywność pozostaje świeższa, domy bardziej energooszczędne i tak dalej.
Tak kończy się lekcja chemii. Widzisz, to było łatwe.
Dalsza lektura: Biodegradowalne tworzywa sztuczne