Universitatea Politehnica din BucurestiFacultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice

PROIECT

Proprietatile mecanice si termice ale ambalajelorMase plastice

Student: Burcea Denis NicoletaGrupa: Master I TAIA

1. Introducere

Materialele plastice au aprut n prima jumtate a secolului al XIX-lea, odat cu descoperirea vulcanizrii cauciucului.

ncepnd cu secolul al XX-lea au fost descoperite materialele plastice din polimeri naturali modificai (celuloidul rezultat din plastifierea nitrocelulozei, ca i galalitul, produs obinut din cazein modificat chimic).

n ultimile dou decenii, materialele plastice au luat o astfel de dezvoltare nct s-a ajuns la clasificarea lor n cadrul materialelor clasice. n comparaie cu produsele neferoase, materialele plastice au atins un stadiu avansat din punct de vedere al utilizrii.

n ultimii ani, materialele plastice au nceput s ocupe un loc din ce n ce mai important, acoperind domenii de aplicaie tot mai numeroase: pielrie i nclminte, textile, ambalaje, bunuri de larg consum etc. Acest proces se explic prin urmtoarele avantaje:

aspect plcut; posibiliti de prelucrare uoar i utilaje relativ simple, productive; rezisten la uzur i purtabilitate ridicat; baze de materii prime accesibile; preuri relativ sczute.

Dup cantitatea n care se produc masele plastice ocup primul loc printre materialele polimere. Avantajele pe care le prezint au determinat utilizarea lor n diverse ramuri ale economiei naionale, tehnicii i n viaa de zi cu zi.

Pe plan mondial, industria maselor plastice se dezvolt avnd asigurate piee de desfacere pe cele cinci continente.

n China aceast industrie a depit producia din Europa i America de Nord, fiind n acest moment partener comercial pentru Japonia, Coreea de Sud i Taiwan, Uniunea Europeana situndu-se pe locul al doilea. Necesarul de mase plastice al Chinei se prevede ca se va ridica n anul 2015 la 25% din consumul mondial.

n diferite prti ale lumii, produsele de mase plastice dobndesc o importan deosebit ca urmare a creterii nivelului de trai al populaiei. Pentru a face fa necesarului utilizrii de produse ale industriei de mase plastice, n domeniul ambalaje, electronic i IT se prevede o cretere anual de cel puin 10%, potrivit prognozei Asociaiei Europene a Productorilor (Plastics Europe).

n anul 2005 au fost produse n ntreaga lume 230 milioane tone de mase plastice, din care aproximativ 87% (200 milioane tone) de mase plastice destinate procesrii ulterioare. Cantitatea total (de 230 mil. tone) corespunde unei creteri cumulate a produciei de 9,9% (pe an) din anul 1950 i pna n 2005.

Din datele preliminare pentru 2006 s-a putut observa o tendin cresctoare a produciei mondiale de mase plastice. De la sfritul anului 2001, preurile maselor plastice standard (PE, PP, PVC, PS i PET) comunicate de organizaia german abilitat aproape s-au dublat.

n ultimul timp domeniul maselor plastice colorate i-a extins tot mai mult aria de utilizare. Colorarea maselor plastice, nu este realizat numai n scopuri decorative, dar i pentru identificarea, sigurana, evidenierea brand-ului unui produs. Colorarea maselor plastice poate fi realizat folosind pigmeni organici i anorganici i colorani. n ultimul timp pigmenii cu efecte speciale (pulberi de aluminiu i bronz, pigmeni perlai i pigmeni fosforesceni) sunt tot mai des utilizai pentru a mbunti proprietile optice ale materialelor plastice. Scopul acestui material este de a caracteriza masele plastice cele mai utilizate i pigmenii de ultim generaie folosii pentru colorarea acestora.

2. Caracteristici generale ale maselor plastic

Masele plastice sunt materiale produse pe baz de polimeri, capabile de a cpta la nclzire forma ce li se d i de a o pstra dup rcire.

Se caracterizeaza printr-o rezisten mecanic mare, densitate mic, stabilitate chimic nalt, proprieti termoizolante i electroizolante.

Masele plastice se fabric din materii prime accesibile, din ele pot fi confecionate uor diferite tipuri de articole.

Aproape toate masele plastice conin, n afar de polimeri, componeni care le confer anumite caliti.

Un material plastic este constituit din materialul de umplutur care i reduc costul i i mbuntesc proprietile mecanice, plastifiani (de exemplu esteri cu punct de fierbere ridicat), care le sporesc elasticitatea, le reduc fragilitatea, stabilizatori (antioxidani, fotostabilizatori), care contribuie la pstrarea proprietilor maselor plastice n timpul proceselor de prelucrare i n timpul utilizrii, colorani, care le dau culoarea necesar i alte substane [1-2].

Proprietile care caracterizeaz materialele plastice depind de structura i forma moleculelor, de forele intramoleculare i capacitatea lor de formare.

Utilizarea pe scar larg a maselor plastice i cucerirea diferitelor domenii de utilizare se datoreaza multiplelor proprieti: densitate mic, stabilitate chimic, conductibilitate termic etc.

Densitatea maselor plastice variaz ntre 0,9 i 2,2 g/cm3, n comparaie cu metalele uzuale, masele plastice sunt mult mai uoare i au o rezisten mrit. Datorit acestor avantaje, se realizeaz mari economii de energie i de material n construcia avioanelor, navelor, autovehiculelor etc.

n comparaie cu metalele care trebuie protejate mpotriva coroziunii chimice, unele materiale plastice prezint o stabilitate chimic complet fa de aciunea acizilor i alcaliilor. n construcia unor aparate chimice supuse procesului de coroziune, se ntrebuineaz cu succes urmtoarele materiale plastice: polietilena, poliizobutilena, polistirenul i policlorura de vinil.Toate materialele plastice prezint proprieti dielectrice; unele dintre ele prezint proprieti speciale, legate de curenii cu frecvene nalte i se utilizeaz n radiocomunicaii, televiziune, radiolocaie etc. Astfel de materiale sunt cele pe baz de polietilen, polistiren.

n electrotehnic se utilizeaz ca mase plastice fenoplastele, melaminoplastele etc.

Rezistena mecanic este variat n funcie de de structura materialului plastic, domeniul de utilizare etc. Astfel masele plastice pot fi rigide, flexibile i extensibile.

Cele rigide statificate prezint rezistene mecanice excepionale. Cele flexibile i extensibile prezint proprieti mecanice bune, n funcie de temperatura de utilizare. La temperaturi joase, unele materiale plastice devin casante; la temperaturi nalte (peste temperatura de curgere), materialele flexibile i extensibile devin plastice. Unele materiale plastice cu structur microcristalin (polietilena, policlorura de viniliden etc.) prezint proprieti asemntoare cu cele ale maselor plastice rigide i ale maselor plastice moi. Ele sunt stabile temperaturi nalte i joase. Materialele plastice cum sunt fenoplastele stratificate pe suport textil din lemn, azbest i esturi din fibre de sticl, prezint proprieti de friciune redus.

ntruct aceste amteriale se caracterizeaz printr- un coeficient de frecare redus i printr-o uzur nensemnat, sunt utilizate la construcia de lagre i suveici, la fabricarea de roi dinate i role, ca materiale pentru frne etc.

Unele mase plastice, numite i sticle organice, prezint proprieti optice mult superioare sticlelor obinuite. Ele se ntrebuineaz pe scar larg n optic i la construcia aparatelor; deoarece au grad de transparen mrit i sunt incolore, se pot colora variat i pot prezenta un indice de refracie corespunztor diferitelor utilizri.

Sticla organic se caracterizeaz printr-o mare transparen la razele din zona ultraviolet a spectrului i printr-o mare rezisten mecanic, din aceast cauz fiind ntrebuinat la confecionarea parbrizelor. Materialele plastice care formeaz pelicule elastice i flexibile se utilizeaz la lipit, la fabricarea geamurilor de siguran din sticl obinuit i n alte domenii.

n afar de proprietile menionate, materialele plastice mai prezint i alte caracteristici care au contribuit, de asemenea la lrgirea domeniului de utilizare. Astfel se pot meniona:

aspectul exterior plcut care nu se modific n mediul ambiant de utilizare; faptul c nu se vopsesc, nu se lcuiesc i nu se lustruiesc;

n procesul de fabricaie se coloreaz uor, iar produsele din materiale plastice sunt finisate n culori diferite prin galvanizare.

Procedeele de prelucrare prin plastifiere au permis prelucrarea pe scar larg a materialelor plastice, n forme variate, cu economii de materii prime. La fabricarea produselor din mase plastice se obin deeuri recuperabile.

Din punt de vedere al materialelor utilizate, aceste produse prelucrate pot fi cu umplutur, stratificate i cu umplutur stratificat.

Ca substane de umplutur se utilizeaz talcul, ardezia mica, azbestul, dioxidul de titan, cojile de nuc, htia, bumbacul sau alte tipuri de fibre. Substanele de umplutur trebuie s fie susceptibile de a se lega cu polimerii nali, astfel nct s formeze un ansamblu unitar i cu influene favorabile asupra produsului finit.n afara produselor de umplutur, n fabricarea produselor din material plastic se mai ntrebuineaz:

plastifiani, care pot fi esteri fosforici i esteri ai acidului propionic i ai acizilor grai; pigmeni i colorani, care nu trebuie s prezinte toxicitate; stabilizatori care s asigure conservarea proprietilor sau nlturarea eventualei descompuneri a materialelor plastice n timpul prelucrrii sau al exploatrii, n domeniul de utilizare a produsului finit; ca stabilizatori, se por folosi spunurile metalice, srurile de plump, cadmiu, bariu, stroniu, srurile acizilor grai etc. lubrifiani sub form de acizi grai sau srurile lor, care s favorizeze modelarea; catalizatori, ca acceleratori sau inhibitori ale unor reacii de polimerizare sau policondensare.

3. Clasificarea maselor plastic

Pe plan mondial nu exist o clasificare univoc a acestor produse, care s fie unanim recunoscut; n mod obinuit, sunt sistematizate n mase plastice de polimerizare i materiale plastice de policondensare. De asemenea, se mai folosete clasificarea materialelor plastice n termoplaste i termorigide.

Polimerii sintetici termoplastici se modifica reversibil, nmuindu-se prin nclzire i ntrindu-se prin rcire. Dup rcire, produsul fasonat poate fi adus din nou n stare plastic prin nclzire, fiind modelat din nou. Din polimerii termoplastici pot fi formate prin incalzire si presiune diferite articole care in caz de necessitate pot fi din nou supuse aceluiasi mod de prelucrare.

Polimerii termoreactivi la nclzire devin plastici, apoi i pierd plasticitatea devenind nefuzibili i insolubili, deoarece ntre macromoleculele lor liniare au loc interactiuni chimice, formandu-se o structur tridimensional (ca n cazul vulcanizrii cauciucului). Un astfel de material nu mai poate fi supus prelucrarii a doua oar: el a cptat o structur spaial i i-a pierdut plasticitatea proprietate necesar pentru acest scop.

Materialele plastice rigide sau cu plasticitate redus se mai numesc i plastomeri; cele flexibile extensibile se numesc elastomeri (de tipul cauciucului).

3.1. Materiale plastic obtinute prin polimerizare

Principalele materiale plastice care se obin prin polimerizare sunt: polietilena, polistirenul, polibutadiena, copolimerii butadienici precum stirenul i nitrilul acrilic etc.

3.1.1. Polietilena

n drumul mereu ascendent al materialelor plastice, o deosebit importan a avut-o descoperirea fcut de Karl Ziegler, n anul 1954, i anume ca amestecul de combinaii organo-aluminice i tetraclorura de titan catalizeaz polimerizarea etilenei la presiuni joase. Pn la acea dat, polietilena se obinea numai prin polimerizarea radicalic la presiuni de ordinul ctorva mii sau chiar zeci de mii de atmosfere (5000-20.000), conducnd la aa numita polietilen de presiune nalt i foarte nalt sau polietilena de densitate joas (0,92 g/cm3). Macro moleculele acestui polimer prezint numeroase ramificaii, ceea ce face ca materialul plastic s aib o cristalinitate de numai 40-50%.

Ca urmare, polietilena de densitate joas se caracterizeaz prin rezisten termic i mecanic relativ sczute (polietilena moale).

Procedeul Ziegler a revoluionat tehnologia de obinere a polietilenei, permind obinerea industrial a acesteia la presiuni de numai cteva atmosfere. Aceast polietilen este format n principal din macromolecule liniare, cu foarte puine ramificaii, ceea ce permite mpachetarea uoar a macromoleculelor. Drept urmare, crete coninutul n faz cristalin pn la 94%, iar proprietile termomecanice ale acestui material plastic sunt considerabil mbuntite.

Polietilena obinut prin procedeul Ziegler este cunoscut sub numele de polietilen de mare densitate, (0,97 g/cm3) sau polietilena dur. Pe lng utilizrile clasice n domeniul ambalajelor, ea are i alte ntrebuinri, cum ar fi: conducte de presiune, izolaii electrice, rezervoare foarte mari, ambarcaiuni uoare sau chiar roi dinate.

Descoperirea lui Karl Ziegler a fost dezvoltat cu succes de lucrrile lui Giulio Natta i ale colii sale. n anul 1955 Giulio Natta pune bazele polimerizrii stereospecifice care permite obinerea polimerilor stereoregulai, folosind drept catalizator de polimerizare produii de reacie ai combinaiilor organo- aluminice cu compuii materialelor tradiionale (aa numiii catalizatori Ziegler-Natta). Cu aceti catalizatori au fost polimerizai cei mai diveri momomeri, obinndu-se materiale plastice cu proprieti noi.

Una din proprietile de baz este aceea c sunt apte de a cristaliza, datorit aranjamentului spaial regulat al monomerilor i ai substituenilor acestora, faptul acesta conferindu-le o rezisten mecanic i termic superioar celor ale materialelor plastice atactice (nestereoregulate). n acest sens o mare realizare a constituit-o obinerea polipropilenei izotactice cu structura cristalin a carei temperatur de topire este de circa 165C, pe cnd polipropilena atactic, amorf are intervalul de nmuiere la 100-120C. Deosebit de interesant este obinerea unor polimeri de propilen stereobloc. Sinteza decurge astfel nct n macromolecule se gsesc blocuri cristaline i amorfe. Un asemenea material plastic se topete ntr- un interval larg de temperatur, (100-170C) ceea ce i faciliteaz prelucrarea.

Pentru a mbunti calitile maselor plastice se recurge i la alte procedee. Materialele plastice izotactice se utilizeaz att ca atare, ct i sub forma compoziiilor lor ranforsate (cu fibre de sticl, grafit, fibre de azbest etc). Ranforsarea materialelor plastice mrete mult rezistena mecanic i greutatea specific, dar n acelai timp crete i preul lor.

Alte ci de modificare a proprietilor materialelor plastice constau n formarea de aliaje ntre ele, grefri de macromolecule pe un material dat etc. ( CH2CH2)n este o substan solid, de culoare alb, termoplastic, asemntoare cu parafina. Acest asemnare poate fi ineleas dac vom lua n consideraie faptul c acest polimer prezint prin structura sa o hidrocarbur saturat cu o mas molecular mare. De aci se poate trage concluzia despre inflamabilitatea polietilenei i despre stabilitatea ei chimic fa de agenii chimici. Polietilena arde cu o flacr albstruie luminoas. Soluiile de acizi, baze i oxidani (permanganat de caliu) asupra ei nu influeneaz. Acidul azotic concentrat o distruge.

Formele de prezentare a polietilenei sunt variate, n funcie de viscozitatea materialului n stare topit la temperatura de 190C.

n general, din polietilen se obin: materiale plastice tari i moi, cear, paste, unsori, uleiuri lubrifiante, diferite alte produse lichide i gazoase.

Polietilena utilizat n stare solid pentru fabricarea diferitelor materiale sau obiecte are culoarea alba - sidefie; ea este transparent pentru razele vizibile i invizibile ale spectrului solar, atunci cnd se prezint n folii subiri.

Fiind compatibil cu cauciucul natural, cu unele sorturi de cauciuc sintetic, cu parafina i cu rinile cumaronice, se pot obine prin amestec produse cu caracteristici speciale.

Polietilena se ntrebuineaz la fabricarea izolatoarelor de cabluri electrice de nalt tensiune, a cablurilor submarine, n radiotehnic, televiziune, n industria chimic etc.

Din polietilen se pot fabrica ambalaje pentru industria alimentar i cosmetic, ntruct este inodor i stabil fa de muli solveni sau compui chimici. Se ntrebuineaz de asemenea, la fabricarea unor instrumente medicale, a protezelor, la fabricarea recipientelor care prin simpl apsare devin flexibile, a butoaielor de benzin care dup utilizare pot fi strnse ntr-un volum mic, util pentru transport.

Polietilena poate fi folosit la acoperirea metalelor, a lemnului, a hrtiei i la impregnarea esturilor.

3.1.2. Polipropilena

(CH2CH CH3)n este foarte asemntoare cu polietilena. Ea de asemenea este un material solid, de culoare alb, termoplastic.

Ca i polietilena ea poate fi considerat hidrocarbur macromolecular saturat (masa molecular 80 000 200 000). Este un polimer stabil la mediile agresive.

Spre deosebire de polietilena, ea devine moale la o temperatur mai nalt ( de 160-170 C) i are o rezisten mai mare. La prima vedere aceasta pare de neneles. Prezena n prolipropilen a numeroase grupe laterale - CH3 ar fi trebuit s impiedice la alipirea macromoleculelor una de alta. Rezistena polimerului i temperatura lui de topire n acest caz ar fi trebuit nu s creasc, ci s descreasc.

3.1.3. Materiale plastic vinilice

Clorura de polivinil (CH2=CHCl)n este un polimer termoplastic, ale crui macromolecule au o structur de tipul cap-coad (masa molecular variaz ntre 10 000 i 150 000).

Ea se obine prin polimerizarea prin radicali a clorurii de vinil. n prezena de iniiatori, din a cror dezintegrare rezult radicali liberi pentru nceputul creterii catenei.

Dup poziia i structura sa clorura de polivinil poate fi considerat un clor-derivat al poilietilenei. Atomii de clor, care substituie o parte din atomii de hidrogen, sunt legai trainic de atomii de carbon, de aceea clorura de polivinil este stabil la aciunea acizilor i a bazelor, are proprieti dielectrice bune, o rezisten mecanic mare. Ea de fapt nu arde, dar se descompune uor la nclzire, eliminnd clorura de hidrogen.

Pe baz de clorur de polivinil se obin mase plastice de dou tipuri: viniplast, care are o regiditate considerabil, i plasticat, care e un material ceva mai moale. Pentru a preveni descompunerea acestui polimer, n masele plastice fabricate pe baza lui se introduc stabilizatori, iar pentru a obine plasticate moi se introduc i plastifiani. Din viniplast se fabric evi rezistente la aciunea agenilor chimici, piese pentru aparatajul chimic, cutii de acumulator i multe altele.

Polimerizarea clorurii de vinil se poate efectua n bloc, n emulsie sau n suspensie.

La polimerizarea n bloc, se obine o pulbere alb, solubil n clorur de vinil monomer. La polimerizarea n emulsie se formeaz un latex care n urma polimerizrii i precipitrii cu electrolii sau alcooli formeaz o pulbere dur ce poate fi prelucrat fr emulgatori. La polimerizarea n suspensie se obin arje, n mod discontinuu, iar prelucrarea polimerului n arje continue. Produsele polimerizrii nu conin emulgatori i sruri. Cel mai bun mediu de polimerizare este acetona.

Pastele de policlorur de vinil se pot aplica pe esturi, obinndu-se muama pentru mese, scaune etc. Aceste paste se numesc plastisoli. Policlorura de vinil se prezint n comerul internaional sub diferite denumiri: PCV n suspensie, PCV n emulsie, Clorur de vinil clorurat, Policlorura de viniliden.

Policlorura de viniliden se utilizeaz la fabricarea tuburilor pentru instalaii de ap i sanitare. Aceste tuburi prezint rezisten la ndoiri repetate i posibiliti de a fi sudate la 177C. De asemenea, din policlorura de viniliden se fabric piei i talp artificial (superioare celor produse din policlorura de vinil), injectoare, piese de cuplare, de ghidare, cilindri i garnituri rezistente la aciunea corosiv a agenilor chimici.

Prin reglarea procesului de polimerizare se obin produse flexibile, dure sau rigide.

Din copolimerizarea clorurii de viniliden cu clorura de vinil se obine un produs numit Saran, care nu arde, are stabilitate chimic fa de ap i proprieti mecanice i dielectrice corespunztoare. La un grad de vscozitate mic, acest produs se n- trebuineaz la fabricarea lacurilor, adezivilor, fibrelor; la un grad de viscozitate mare, se ntrebuineaz la fabricarea obiectelor dure.

Poliacetatul de vinil se obine din polimerizarea acetatului de vinil, format din adiia acidului acetic la acetilen, n prezena unor catalizatori. Polimerizarea acetatului de vinil se poate efectua n bloc, n soluie sau n emulsie, n prezena iniiatorilor (peroxizi organici sau anorganici). Polimerul este transparent, incolor, solubil ntr-un numr mare de solveni (alcooli, esteri, hidrocarburi aromatice etc.) i stabil fa de aciunea produselor petroliere.

La 150C, se depolimerizeaz, produsul descompunerii fiind acidul acetic.

Poliacetatul de vinil se ntrebuineaz la fabri-carea alcoolului polivinilic i al acetailor lui; se mai utilizeaz n amestec cu lacurile nitrocelulozice la fabricarea lacurilor, ntruct peliculele acestora prezint proprieti superioare (adeziune, elasticitate i stabilitate fa de lumin). Se folosete i la fabricarea adezivilor pentru sticl, piele, lemn, a foliilor de metal pe hrtie, pe esturi etc. i ca liant pentru producerea pietrelor abrazive i a nlocuitorilor de piele.

n general, poliacetatul de vinil nu poate fi utilizat la fabricarea de obiecte ntruct prezint stabilitate sczut fa de ap i ageni chimici. n acest scop, se ntrebuineaz copolimerii poliacetatului de vinil.

3.1.4. Polistirenul

Polistirenul (C8H8)n este o mbinare de hidrocarburi nesaturate cu hidrocarburi saturate, ca i cum ar fi etilena, n a crui molecul un atom de hidrogen este substituit cu un radical de fenil C6H5, sau benzen, n a crui molecul atomul de hidrogen este substituit cu un radical de vinil.

Polistirenul are o structur liniar, mas molecular de la 50 000 pn la 300 000. Se obine prin polimerizarea monomerului n prezena de iniiatori.

Spre deosebire de polimerii examinai mai nainte, polistirenul la nclzire se depolimerizeaz foarte uor, adic se dezintegreaz, formnd monomerul iniial.

Unul din dezavantajele polistirenului este rezistena relativ mic la lovire, ceea ce-i reduce domeniile de utilizare. n prezent datorit cauciucului la sintetizarea polimerului se obine polistiren rezistent la lovire. Acest polistiren este acum cel mai rspndit.

O varietate de polimer este penopolistirenul. El se obine, adugnd n timpul preparrii materialului a unei substane de spumare. Ca rezultat polistirenul capt o structur asemntoare cu o spum solidificat cu porii nchii. Acesta este un material foarte uor. Penopolistirenul se utilizeaz n calitate de material termo - i fonoizolator, la construcii, n tehnica frigorific, industria mobilei.

Polistirenul este electroizolant, are o flexibilitate i o stabilitate mai bune dect polietilena. Polistirenul se prelucreaz prin injectare, sub form de produse rigide (pentru instalaiile electronice) blocuri (pentru conservarea pieselor anatomice), vase, piese de rcitor, echipament medical, tacmuri, perii etc.

Se deosebesc urmtoarele tipuri de polistiren:

de uz general rezistent la ocurile produse prin copolimerizarea stirenului cu 15% butadien, caracterizat prin flexibilitate mare, transparen redus, punct de inmuiere la 75C (tipul cel mai larg ntrebuinat, datorit faptului c are o rigiditate redus); termostabil, produs prin polimerizare n condiii particulare sau prin copolimerizare cu ali monomeri (metilstiren, clorstiren etc.) avnd o comportare mai puin corespunztoare la presare, fa de tipul de polistiren de uz general; rezistent fa de solveni, produs prin copolimerizarea sistemului cu nitrilul acrilic; are proprieti mecanice superioare (fa de alte tipuri de mase plastice) i proprieti electrice i absorbante, inferioare; cu cea mai mare rezisten la oc mecanic, produs prin copolimerizarea stirenului cu butadiena i nitrilul acrilic, caracterizat prin rezisten la oc mecanic, prin proprieti mecanice superioare (fa de alte tipuri) i proprieti electrice i absorbante inferioare.

3.1.5. Materiale plastic acrilice

Acidul acrilic este un lichid incolor, cu miros neptor puternic, care se polimerizeaz n prezena peroxizilor organici sau anorganici; polimerizarea are loc la temperatura de 100C i se poate efectua n bloc, n soluie sau n emulsie.

n industrie, se folosesc mai ales polimerii acidului acrilic sub form de esteri i compui nitrici.

Pentru obinerea derivailor acrilici se poate porni fie de la etilen, fie de la acetilen.

Nitrilul acrilic rezult prin deshidratarea etilen- cianhidrinei sau prin sintez (din acetilen i acid cianhidric); se utilizeaz mult la sinteza cauciucului prin copolimerizare cu butadien. De asemenea, nitrilul acrilic este folosit ca plastifiant pentru unele materiale plastic.

Prin polimerizare se obine rin poliacrilic. Aceasta, copolimerizat cu nc unu sau doi monomeri, poate fi filat din soluie cu dimetilformamid, rezultnd fibre chimice sintetice utilizate n industria textil.

Esterii acrilici formeaz pelicule clare, cu adeziune bun, fapt pentru care se utilizeaz n industria lacurilor. Emulsiile de esteri acrilici se ntrebuineaz ca liani la fabricarea tlpii artificiale din deeuri de piele. Polimetacrilatul de metil sau sticla organic se obine prin polimerizarea acidului metacrilic. Se fabric sub form de foi, care se pot comprima pentru a fi transformate n diferite obiecte.

Din polimtacrilatul de metil se confecioneaza obiecte cu forme diferite ce pot fi realizate prin nclzire. Densitatea mic, duritatea bun i rezistenele mari la oc, traciune i alungire, permit ca polimetacrilatul de metil s fie un material pentru industria chimic, construcia de avioane, de maini etc.

Polimetacrilatul de metil se ntrebuineaz mult la fabricarea gamurilor i n optic, ntruct transmite 91-92% din lumina spectrului vizibil (n timp ce cristalul cel mai bun transmite 90-91-%), este rezistent la mbtrnire, la temperaturi (100-120C) i la lumin.Ca domenii de ntrebuinare speciale se menioneaz: confecionarea protezelor dentare, aplicarea plombelor pentru dini (la care polimerizarea se produce n dini), nlocuirea oaselor distruse n urma accidentelor, realizarea unor obiecte decorative, de uz casnic i de toalet etc. Polimetacrilatul de metil este folosit, de asemenea, la fabricarea ambalajelor pentru parfumerie i industria alimentar.

3.2. Materiale plastic obtinute prin policondensare

Produsele obinute prin policondensare se caracterizeaz printr-o compoziie cu totul deosebit de cea a monomerilor de la care se pornete, ntruct ele din combinri cu eliminare de substane secundare cum sunt apa, produse halogenate, amoniacul etc., n funcie de natura monomerilor care reacioneaz.

O alt caracteristic a produselor de policondensare este faptul c ele rezult printr-o succesiune de reacii de condensare intermoleculare. Catena macromolecular se formeaz prin reacia dintre dou molecule, formnd un dimer care acioneaz cu alt molecul. n timpul raciilor se produc descompuneri ale produselor macromoleculare, iar produsele de descompunere pot intra n procesul de policondensare.

Materialele plastice de acest fel pot fi obinute n diferite stadii de policondensare. Produsele pot reaciona ulterior (cu sau fr nclzire) n prezena catalizatorilor; din acest motiv se numesc termoreactive. Unele pot trece i ntr-o ultim faz, cnd sunt infuzibile i nu mai pot reaciona sub nici o form; n acest caz, produsele sunt termorigide. Produsele care corespund fazelor diferite de realizare posed proprieti distincte.

Principalii polimeri obinui prin policondensare sunt: produsele rezultate prin reacii ireversibile (cum sunt cele din fenolformaldehid, anilinform- aldehid. Ureoformaldehid i melaminformaldehid; compuii de poliadiie (poliuretanii).

3.2.1. Poliamide

Principalele poliamide se obin din lactame (polimerul de tip relon sau polimerul 6) sau din policondensarea diaminelor cu acizi bibazici.

Nailonul este un produs reprezentativ pentru aceast grup de materiale plastice, avnd propreti excepionale, cum sunt elasticitatea, rezistena la rupere, rezistena la umflare; punctul de topire al poliamidelor depinde de natura substanelor supuse condensrii, n aceste sens variind ntre 150 i 278C.

Poliamidele se dizolv n fenol, crezol, acid formic, hidrat de coral i n acid sulfuric concentrat. Stabilitatea lor poate fi mbuntit prin folosirea unor substane cu catene ramificate.

Cea mai mare cantitate din producia de poliamide este folosit la fabricarea fibrelor chimice sintetice. Totui, n ultimul timp, poliamidele, n afar de acoperirea necesarului textil, sunt utilizate la fabricarea peliculelor, benzilor i a diferitelor articole (perii, cord pentru anvelope i ambalaje).

3.2.2. Poliesteri

Din punct de vedere chimic, poliesterii pot fi lineari, modificai i alchidali. Poliesterii liniari rezult din esterul acidului tereftalic cu glicoli i mai ales cu etilenglicol.

Poliesterii liniari rezult din esterul acidului tereftalic cu glicol i mai ales cu etilenglicol. Produsul obinut poate fi filat din topitur sau adaos sub form de folii. De asemenea, n urma ntinderii, produsul primete o orientare structural care-i confer o rezisten deosebit la ifonare i rupere.

Poliesterii pot fi utilizai i ca plastifiani, plastomeri (cauciuc poliesteric), superpolimeri (care se pot vulcaniza). Aceste ntrebuinri depind de proprietile fizice, imprimate de greutatea molecular i de natura componentelor. Poliesterii liniari modificai rezult din acizii dicarboxilici nesaturai i polialcooli, obinndu-se poliesteri nesaturai. Produsul se dizolv n derivai vinilici (stiren), dup care este supus polimerizrii. Poliesterii liniari modificai sunt folosii n electrotehnic (la umplerea condensatoarelor), pentru impregnarea esturilor de sticl (la fabricarea bcilor de salvare i caroserii).

Alchidalii sunt poliesteri neliniari i ramificai, utilizai ca materii prime pentru lacuri. Ca materii prime, se ntrebuineaz acizii carboxilici (acidul ftalic, acidul succinic, acidul adipic acidul maleic) i alcoolii (glicolii, glicerina etc.).

3.2.3. Masele plastic fenolformaldehidice

Rina fenol-formaldehidic este o substan macromolecular care constituie baza maselor plastice i se sintetizeaz nu prin polimerizare, ci prin reacia de policondensare i dup proprieti nu e termoplastic, ci termoreactiv.

n fenol se produc uor reacii la atomii de hidrogen din poziiile 2, 4, 6. n acest caz policondensarea are loc acolo unde se gsesc atomii de hidrogen din poziia 2 i 6 n prezena unei cantiti suficiente de aldehid formic la reacie particip i atomi de oxigen din poziia 4, i atunci moleculele liniare se unesc prin intermediul grupelor CH2, formnd un compus macromolecular cu o structur spaial. Acest proces secundar, n timpul caruia se manifest caracterul reactiv al polimerului, are loc de acum n timpul procesului de prelucrare n scopul obinerii articolului necesar. Rinele fenolformaldehidice se utilizeaz, de regul, ca pri componente ale diferitelor materiale artificiale. n afar de polimeri care joac rolul de liani, n compoziia lor intr materiale de umplutur, substane de solidificare, colorani i altele. n procesul de prelucrare la executarea articolelor din ele, de exemplu n timpul presrii la cald, o astfel de mas plastic la nceput e termoplastic, umple bine forma, apoi n timpul nclzirii i sub aciunea presiunii n ea se formeaz structura spaial i ea devine articol solid monolit.

Articolele produse pe baz de mase plastice fenolformaldehidice se caracterizeaz printr-o rezisten mecanic, rezisten termic i stabilitate mare la aciunea acizilor, prin proprieti dielectrice bune. Din masele plastice fenolformaldehidice, la care n calitate de material de umplutur servete fina de lemn, se prepar pulberi de presare, iar din acestea prin presare la cald un larg asortiment de articole electrotehnice.

3.2.4. Rasini ureoformaldehidice

Sunt numite i rini carbamidice, se obin prin condensarea ureei cu formaldehid n mediu alcalin sau acid.

Rinile ureoformaldehidice se utilizeaz (cu material de umplutur) la confecionarea diferitelor obiecte; n soluie apoas, se utilizeaz la obinerea unui adeziv pentru placaj; de asemenea, se ntrebuineaz ca material de umplutur sau ca material izolant.

Rinile melaminice se obin prin condensarea formolului cu melamina, o substan care trece de la carbur de calciu la ciamid de calciu, apoi la di- ciandiamid.

Rinile melaminice sunt incolore i transparente. Sub aciunea cldurii sau a unor substane de umplutur mineral sau organice, se pot turna sau presa.

Avnd o mare rezisten fa de cldur, foc i arc electric, se ntrebuineaz la aparatele electrice i la ntreruptoarele de curent electric.

Din aceste rini se fabric cleiuri, cu mare adezivitate aplicate frecvent n industria lemnului i a aeronavelor, nefiind atacate de microorganisme.

3.2.5. Poliuretani

Poliuretanii sunt compui de poliadiie, formai din glicol i hexametildiizocianat. Topitura obinut servete la fabricarea pieselor turnate, a lacurilor neinflamabile i insolubile. Poliuretanii au stabilitate mare fa de aciunea aerului, acizilor, alcaliilor, iar prin topire culoarea nu se nchide.

Lacurile de poliuretani se pot ntri la temperatura camerei i au o adeziune mare fa de textile, hrtie, piele, cauciuc etc. Lacurile se pot colora, au luciu puternic, sunt rezistente la aciunea agenilor atmosferici, la frig i impermeabilitate fa de gaze.

De asemenea aceste lacuri se ntrebuineaz i la acoperirea cablurilor electrice, ntruct au proprieti dielectrice bune.

3.3. Alte materiale plastic

Galalitul este un material plastic pe baza unui polimer de cazein. Pentru obinerea galalitului, cazeina se amestec cu apa i se malaxeaz. n timpul malaxrii, se adaug pigmeni i plastifiani. Dup omogenizare, se fabric diferite obiecte; pentru ntrire, obiectele se introduc ntr-o soluie de 5% formaldehid, dup care sunt supuse uscrii.

Celuloidul se obine din nitrat de celuloz, malaxat cu alcool, la care se adaug soluie alcoolic de camfor, stabilizatori i colorani. Produsul este trecut prin valuri, obinndu-se foi. Materialele plastice poroase sunt produse uoare, cu structur spongioas care nu permite mbibarea cu ap n calitate mare. Porozitatea produselor se poate obine fie prin spumarea materialului plastic nainte de formarea obiectelor, fie cu ajutorul unor substane numite porofori, care produc gaze sub temperatura de formare a obiectelor. Ca porofori, se pot utiliza: carbonatul de sodiu, carbonatul de amoniu sau substane organice de tipul azoderivailor, care prin descompunere degajeaz N2.

Conductibilitatea termic i rezistena acestor materiale variaz n funcie de greutatea specific, de dimensiunile celulei i de compoziia chimic a polimerului. Astfel dac greutatea specific, dimensiunile celulei variaz, conductibilitatea termic i rezistena se modific. Dac greutatea specific ete mai mic, iar materialul are pori mai mici, conductibilitatea termic este i mai redus. De asemenea, rezistena este cu att mai mic, cu ct greutatea specific scade.

Matrialele plastice se mai caracterizeaz printr-o absorbie mic fa de ap, prin stabilitate chimic i neimflamabilitate sau imflamabilitate redus, n funcie de natura polimerului.

Materialele plastice poroase se ntrebuineaz n domenii variate: n construcia de locuine, la confecionarea de tapiserii pentru mobil, n construcia de maini, vase maritime i fluviale, la frigidere i instalaii frigorifice industriale, pentru izolarea cazanelor i autoclavelor, la izolri fonite i termice. Materialele polistirenice se utilizeaz i la electroizolaii.

Materialele plastice poroase se pot fabrica din polistiren, policlorur de vinil, ureoformaldehid, fenolformaldehid, poliuretan, poliester, rini alcoolice etc.

Produsele obinute pe baz de polistiren prezint proprieti superioare.

Copolimerii grefai reprezint o categorie de mase plastice cu largi posibiliti de utilizare.

Copolimerul grefat rezult, n general, ca urmare a unor reacii chimice speciale, care au loc ntre un polimer sintetic i o macromolecul natural, n special celuloz. Copolimerul grefat are proprietile specifice celor doi polimeri. mbinarea proprietilor produselor macromoleculare naturale cu cele ale polimerilor sintetici ofer posibiliti nsemnate pentru obinerea unor materiale cu proprieti speciale.

4. Domenii de utilizare a maselor plastic

Dintre cele mai interesante domenii de aplicare a maselor plastice se numr urmatoarele:

Industria de ambalaje este i va rmne i n viitor, la nivel mondial, principalul consumator de materiale plastice. Se estimeaz c rata de dezvoltare a ambalajelor din plastic va fi n continuare n medie de 10% anual n lume, iar pe ri o dezvoltare proporional cu produsul naional brut. Materialele plastice au ptruns adnc n domeniile de utilizare ale sticlei, tablelor i foliilor metalice, extinderea i perfecionarea sistemelor de ambalaje. n domeniul materialelor de construcii, masele plastice i vor continua de asemenea ascensiunea, pe plan mondial atingndu-se ritmuri de cretere a produciei i consumului de 10-15%. Principalele categorii de produse sunt profilele din masele plastice ca nlocuitor ai tablelor ondulate i profilelor metalice, panourile stratificate, elementele prefabricate cu izolaie termic i fonic din spume poliuretanice, reele sanitare i electice cuprinznd evi din policlorur de vinil i poliolefine, instalaii sanitare din poliesteri armai, polimeri acrilici sau aliaje din diferite materiale plastice cum ar fi acrilonitrilul, butadiena i stirenul (ABS). Industria construciilor de maini i autovehicule a nregistrat cel mai nalt ritm de asimilare a materialelor plastice: n medie, pe plan mondial, 44% anual. Principalele tipuri de polimeri folosii sunt policlorura de vinil, poli- olefinele i polimerii stirenici. Direciile de utilizare a maselor plastice n construcia de maini se diversific i se multiplic continuu.

Electrotehnica i electronica, beneficiare tradiionale ale materialelor polimere, au cunoscut o ptrundere relativ important a maselor plastice, n special polmerii tradiionali ca policlorura de vinil, polietilena, polistirenul dar i unele mase plastice speciale cum sunt policarbonaii, poliacetalii, polifenilen oxidul etc.

n agricultur ponderea cea mai mare o dein filmele de polietilen de joas presiune, folosite pentru meninerea umiditii solului, protejarea culturilor n sere i solarii, impermeabilizarea rezervoarelor i canalelor.

Industria aerospaial. Condiiile principale impuse materialelor plastice utilizate n acest domeniu sunt: s reziste la temperaturi ridicate i sczute, s nu ard, iar dac ard s nu produc fum. Pentru cabinele de pasageri se fosesc laminate din rini epoxidic sau fenolic ranforsate cu fibre de sticl i acoperite cu un strat metalic subire pentru o ct mai bun rezisten la foc. La construcia navelor spaiale se utilizeaz plci cu structura sandwich de grafit rin epoxidic-bor- aluminiu care rezist la temperaturi ridicate.

Industria nuclear. Politetrafluoretilena i politriclorfluoretilena, care rezist la compuii fluorurai agresivi cum este i hexaflurura de uraniu, se utilizeaz la instalaiile industriale destinate separrii izotopice a uraniului, ca elemente de legtur pentru pompe i compresoare, conducte, clape de vane etc. Pentru mbuntirea rezistenei fa de radiaiile beta sau de amestecurile de radiaii i neutroni provenite de la pilele nucleare se utilizeaz polimeri fluorurai (fluoroplaste) grefati radiochimic cu monomeri de stiren, metil-metacrilat etc.

Industria chimic. n acest domeniu, materialele plastice ii gsesc cele mai diverse aplicaii, ncepnd de la conducte pn la piese component ale pompelor i compresoarelor care lucreaz n medii corozive, graie greutii sczute i rezistenei chimice i mecanice ridicate al acestor materiale.

Dar materialele plastice cunosc utilizri importante chiar n construcia unor aparate i utilaje la care cu greu i-ar fi putut nchipui cineva c se poate renuna la metal. S-au executat astfel reactoare chimice din polipropilen izotactic i poliester armat cu fibre de sticl avnd o capacitate de nu mai puin de 48 t, diametrul reactorului fiind de 3m, iar nlimea de 7,5 m.Schimbrile cele mai spectaculoase nu au loc ns n domeniul aa numiilor polimeri clasici. Anii 80 au marcat dezvoltarea unui sector deosebit de important al sintezei materialelor plastice cel al polimerilor speciali. Produi n cantiti mici, n condiii speciale, ei sunt capabili s ofere utilizatorilor performane ridicate. Simpla aditivare, de exemplu, a cunoscutelor rini epoxi cu fibre de carbon, duce la apariia unui material al crui modul de elasticitate specific este de 10 ori mai mare dect al celor mai bune oeluri produse n acea vreme.

Alte modificri, de data aceasta n nsi structura polimerilor, pot aduce caliti spectaculoase n comportamentul acestora. De exemplu dac lanurile hidrocarbonate ale polimerilor nu sunt lsate s se plieze la ntmplare ci sunt ntinse prin etirare, ia natere o structur semicristalin a masei de material plastic care este caracterizat de o mare rezisten mecanic. Un alt exemplu l constituie articulaiile din plipropilen etirat, care datorit structurii cristaline rezist la milioane de ndoiri.

O alt posibilitate de a modifica structura masei de polimeri o constituie legarea chimic a lanurilor hidrocarbonate ntre ele. Rezult aa-numiii polimeri reticulai, care se aseamn cu o reea tridimensional. Caracteristice pentru aceast structur sunt infuzibilitatea, o rigiditate neobinuit, insolubilitate n orice dizolvant.

Materialele plastice speciale se impun tot mai mult i prin calitile lor optice. Cele mai spectaculoase realizri le consemneaz fibrele optice din polimeri acrilici sau poliamidici, care au o ductibilitate, o rezisten i o elasicitate mult superioare fibrelor din sticla mineral. n acelai domeniu sunt de menionat polimerii cu structura tridimensional de foarte mare regularitate, cilindric sau n lamele echidistante. Ei sunt foarte asemntori cristalelor lichide. Dac distanele dintre cilindri sau lamele sunt de ordinul lungimilor de und ale radiaiilor luminoase, are loc un proces de difracie a acestora.

n sfrit, cea mai interesant caracteristic a materialelor plastice, pare s devin n viitor, biocompatibilitatea. Prin grefarea pe lanul polimerului a unor grupri chimice adecvate se sper ca acesta nu va mai fi considerat strin de organismul uman. Ct de util ar fi o asemenea proprietate pe lng medicina viitorului este uor de imaginat, la nivelul actual de cunotine de care dispunem [3-5].

Bibliografie

[1] Mihail R., Goldenberg N., Prelucrarea materialelor plastice, Editura Tehnica Bucuresti, 1963.[2] C. Vasile, E. Calugaru, A. Stoleriu, V. Stabliovschi, E. Mihai, Comportarea termic a polimerilor, Editura Academiei R.S.R. Bucureti 1980.[3] M. Rusu, D.L. Rusu, Tehnologii de prelucrare a polimerilor, vol. I, Ed.Dosoftei, Iai,1995.[4] Plastics and Composites Welding Handbook, Editors: Avraham Benatar David A. Grewell Joon B. Park, 2003.[5] Keith O'Brien Natti Rao, Design Data for Plastics Engineers, 1998.[6] Richard C. Neuman, Experimental Strategies for Polymer Scientists and Plastics Engineers, 1997.[7] Gunter Menning Klaus Stoeckhert, Mold-Making Handbook for the Plastics Engineer, 2nd Edition, 1998. [8] Plastics Compounding, David B Todd, Published: 1998.[9] Ruben Hernandez Susan E. M. Selke John Culter Plastics Packaging: Properties, Processing, Applications, Regulations, 2000.[10] Alberto Naranjo C. Maria del Pilar Noriega E. Juan Diego Sierra M. Juan Rodrigo Sanz, Extrusion Processing Data: Plastics Pocket Power Series, 2001.[11] John M. Dealy Peter C. Saucier, Rheology in Plastics Quality Control, 2000[12] Nelson Castao Mauricio de Greiff Alberto Naranjo C., Applied Rubber Technology: Plastics Pocket Power Series, 2001.