Z jakich surowców uzyskuje się tworzywa sztuczne?

Tworzywa sztuczne powstają głównie z surowców kopalnych, przede wszystkim z ropy naftowej i gazu ziemnego. Wykorzystuje się także węgiel oraz surowce pochodzenia roślinnego, takie jak biomasa i celuloza. Surowiec jest najpierw przetwarzany na mniejsze związki chemiczne, czyli monomery, a następnie łączony w długie łańcuchy polimerowe.

Z jakich surowców produkuje się tworzywa sztuczne?

Największe znaczenie w produkcji popularnych tworzyw, takich jak polietylen (PE), politereftalan etylenu (PET) czy polichlorek winylu (PVC), mają surowce kopalne. Dostarczają one związków węgla potrzebnych do otrzymywania wielu syntetycznych polimerów.

Do głównych surowców należą:

• Ropa naftowa – najważniejsze źródło surowców dla przemysłu tworzyw sztucznych. Z jej frakcji otrzymuje się między innymi związki wykorzystywane do produkcji PE, PET i PVC.
• Gaz ziemny – dostarcza węglowodorów, z których można uzyskać monomery do produkcji różnych polimerów.
• Węgiel – może być źródłem związków chemicznych stosowanych w syntezie tworzyw, choć obecnie najczęściej wskazuje się ropę i gaz.
• Biomasa i celuloza – surowce pochodzenia roślinnego wykorzystywane do otrzymywania biotworzyw oraz materiałów na bazie naturalnych polimerów.

Nie każdy surowiec staje się tworzywem bezpośrednio. Ropa naftowa, gaz czy biomasa muszą zostać poddane obróbce chemicznej, w wyniku której powstają związki zdolne do dalszego łączenia.

Jak surowiec staje się tworzywem sztucznym?

Droga od surowca do gotowego wyrobu obejmuje kilka etapów. Najprościej można ją przedstawić jako ciąg: surowiec, frakcje chemiczne, monomery, polimer i uformowany produkt.

1. Rozdzielenie surowca – ropę naftową poddaje się w rafinerii destylacji. Jej podgrzewanie pozwala rozdzielić ją na frakcje, czyli grupy substancji o podobnych temperaturach wrzenia. Jedną z wykorzystywanych frakcji jest benzyna ciężka, nazywana także naftą.
2. Otrzymanie monomerów – wybrane frakcje i inne surowce są przekształcane w mniejsze cząsteczki. Monomer to związek, który może połączyć się z innymi cząsteczkami tego samego lub podobnego rodzaju.
3. Polimeryzacja – monomery łączą się w długie łańcuchy. Ten proces chemiczny prowadzi do powstania polimeru, czyli podstawowego składnika wielu tworzyw sztucznych.
4. Formowanie wyrobu – polimer zostaje przetworzony w konkretny przedmiot, na przykład folię, rurę, butelkę lub element obudowy. Stosuje się między innymi wtrysk, wytłaczanie, odlewanie i formowanie próżniowe.

Warto rozróżnić te pojęcia: monomer jest pojedynczą cząsteczką wyjściową, polimeryzacja to proces ich łączenia, a polimer jest uzyskanym łańcuchem. Dopiero polimer po odpowiednim przetworzeniu staje się bazą gotowego tworzywa.

Jakie tworzywa powstają z poszczególnych surowców?

Podany związek między surowcem a tworzywem jest uproszczeniem. W produkcji przemysłowej wykorzystuje się wiele etapów syntezy, a ostateczny skład materiału zależy także od technologii oraz dodatków.

Co nadaje tworzywu konkretne właściwości?

Sam polimer jest szkieletem materiału, ale nie zawsze zapewnia wszystkie cechy potrzebne w gotowym wyrobie. Producenci dodają więc substancje modyfikujące jego zachowanie podczas przetwarzania i użytkowania.

Plastyfikatory zwiększają elastyczność i miękkość, barwniki nadają kolor, stabilizatory poprawiają odporność na temperaturę, wilgoć lub promieniowanie UV, a wypełniacze mogą zwiększać wytrzymałość i stabilność wymiarową. Stosuje się także środki spieniające, uniepalniacze, antyutleniacze oraz środki ułatwiające formowanie.

Dlatego dwa wyroby wykonane z podobnego polimeru mogą różnić się twardością, kolorem, odpornością i sposobem zastosowania. Produkcja tworzywa sztucznego nie jest tym samym co recykling. W tym procesie surowiec pierwotny zostaje przekształcony chemicznie w nowy materiał, natomiast recykling dotyczy ponownego przetwarzania już istniejących wyrobów lub odpadów.