W artykule omawiam genezę tworzyw sztucznych, które przerabiam poprzez skrawanie (frezowanie, toczenie) i wytwarzam z nich detale.
Znakomitą większość tworzyw sztucznych (polimerów) powszechnego użytku otrzymuje się z olefin lub molekuł powstałych w wyniku chemicznych modyfikacji olefin : PE, PP, PVC, PAN, PS, ABS, PVAc, PVA, poliestry, poliuretany, polibeten-1, PiB, PMMA i wiele innych. Do podstawowych olefin zaliczamy eten (etylen), propen (propylen), n-buteny, izobutylen, butadieny.
Głównym procesem chemicznym w wyniku którego powstają olefiny jest piroliza olefinowa. Proces ten polega na przepuszczeniu węglowodorów przez reaktor rurowy w bardzo wysokiej temperaturze. od 700C do 930C. Obok olefin produktem pirolizy olefinowej jest wodór (H2) i frakcja aromatyczna (głównie benzen). Dokładny skład mieszaniny poreakcyjnej zależy od użytych węglowodorów na wsadzie, od temperatury i czasu przebywania w reaktorze. Po rozdzieleniu produktów pirolizy , olefiny wykorzystuje się w dalszych procesach chemicznych. Zobaczmy jaką rolę odgrywają w przemyśle tworzyw sztucznych.
Z etenu (etylenu) otrzymuje się różne gatunki polietylenu (LDPE, HDPE, MDPE, LLDPE, PEX, UHMWPE):
Z propenu otrzymuje się różne gatunki polipropylenu (PP):
Z 1,3-butadienu otrzymuje się polietyleny (HDPE, LDPE):
Z 1-butenu otrzymuje się polibuten-1 (PB-1):
Z izobutylenu otrzymuje się poliizobutylen (PiB):
Wyżej wymienione polimery otrzymuje się bezpośrednio z olefin. Te olefiny można poddać chemicznym przekształceniom otrzymując monomery do kolejnych popularnych tworzyw sztucznych.
Eten poddaje się reakcji z chlorem w wyniku czego powstaje 1,2-dichloroetan:
z niego eliminuje się cząsteczkę chlorowodoru (HCl) otrzymując 1-chloroeten (chlorek winylu)
a ten jest monomerem w syntezie polichlorku winylu (PVC; PCW):
Eten można utlenić otrzymując tlenek etylenu:
Ten poddaje się reakcji z cyjanowodorem otrzymując akrylonitryl:
Z niego wytwarza się poliakrylonitryl (PAN):
Z tlenku etylenu w wyniku reakcji z wodą (H2O) można otrzymać glikol etylenowy, a z niego bogatą liczbę poliestrów.
Eten można poddać reakcji z innym produktem pirolizy olefinowej – benzenem. W tej reakcji otrzymuje się etylobenzen:
Etylobenzen poddaje się odwodornieniu otrzymując styren:
Ze styrenu robi się polistyren (PS):
Styren można poddać reakcji z innym produktem pirolizy olefinowej 1,3-butadienem i otrzymać kauczuki syntetyczne.Eten można poddać reakcji z kwasem octowym i tlenem wobec katalizatora paladowego otrzymując octan winylu:
Z niego otrzymuje się polioctan winylu (PVAc, PVA):
Łącząc akrylonitryl (wywodzi się z etenu), 1,3-butadien i styren otrzymuje się terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS):
Propen można poddać reakcji z tlenem i amoniakiem otrzymując akrylonitryl, surowiec do syntezy poliakrylonitrylu (PAN):
Propen można poddać reakcji z chlorem (Cl2) i wodą (H2O) otrzymując chlorohydrynę:
Z niej się eliminuje cząsteczkę chlorowodoru (HCl) otrzymując tlenek propylenu:
Tlenek propylenu można również otrzymać przez bezpośrednie utlenianie propenu.Z tlenku propylenu poprzez hydratację (reakcję z wodą) otrzymuje się glikol propylenowy. Z tego glikolu otrzymuje się poliestry i tworzywa poliuretanowe.
Z 1,3-butadienu otrzymuje się PE (HDPE, LDPE)Z 1,3-butadienów w reakcji ze styrenem otrzymuje się kauczuki syntetyczne.Z izobutylenu otrzymuje się kwas metakrylowy, który się estryfikuje otrzymując metakrylan metylu, a z niego polimetakrylan metylu (PMMA). Istnieje znacznie więcej polimetakrylanów.Izobutylen wykorzystuje się również w produkcji kauczuków.
Wiele innych polimerów z których detale produkujemy w firmie mają swój początek w pirolizie. O tym będzie w kolejnych materiałach filmowych.
