Rozwój rynku polimerów w Polsce – gdzie obecnie znajdują zastosowanie polimery?

Polimery, zarówno naturalne, jak i syntetyczne, stanowią nieodłączny element współczesnego świata, znajdując zastosowanie w praktycznie każdym aspekcie naszego życia i w wielu obszarach przemysłu. Są to materiały o unikalnych, charakterystycznych dla każdej grupy właściwościach, dzięki czemu są niezwykle wszechstronne i używane w wielu różnych gałęziach przemysłu. W tym artykule przyjrzymy się różnorodności polimerów, ich właściwościom i zastosowaniom.

Czym są polimery i jakie mają właściwości?

Polimery to substancje chemiczne, które posiadają bardzo dużą masę cząsteczkową. Składają się z wielu fragmentów, które są wielokrotnie powtórzone – nazywane są one merami. Odłączenie jednego meru lub podłączenie kolejnego nie powinno wpływać na znaczącą zmianę właściwości związku (np. temperaturę topnienia).

Każdy z polimerów może mieć charakterystyczne dla siebie właściwości, które determinują jego zastosowanie. Wspólne cechy wszystkich polimerów to:

• duża wytrzymałość i mała masa;
• odporność na działanie środków chemicznych;
• są dobrymi izolatorami, zarówno jeśli chodzi o energię elektryczną, jak i termiczną;
• wysoka plastyczność, która pozwala na łatwą obróbka i tworzenie różnych konstrukcji i materiałów.

Wszystkie te właściwości sprawiają, że polimery znajdują zastosowanie jako różnego rodzaju tworzywa sztuczne używane w różnych obszarach przemysłu.

Podział polimerów

Podstawowy podział polimerów to ich podział ze względu na pochodzenie. Wyróżniamy tu polimery naturalne, syntetyczne i polimery naturalne, które zostały sztucznie zmodyfikowane. Polimery możemy także podzielić ze względu na:

• topologię (skład chemiczny, architekturę i konfigurację cząsteczki oraz sposoby łączenia się ze sobą poszczególnych merów) – wyróżniamy np. polimery liniowe, rozgałęzione, drabinkowe, cykliczne i usieciowane;
• ze względu na jednorodność budowy chemicznej – polimery mogą być zbudowane z takich samych merów (homopolimery) lub z kilku merów o różnej budowie (kopolimery);
• ze względu na strukturę, np. polimery krystaliczne i amorficzne;
• ze względu na budowę – podstawowy podział obejmuje polimery organiczne i nieorganiczne, zależnie od tego, czy w ich głównym łańcuchy występują atomy węgla, czy nie. Ze względu na rodzaj wiązań i cząsteczek występujących w polimerze wyróżniamy takie polimery organiczne, jak: poliolefiny, polimery winylowe, polietery, poliamidy, poliuretany, poliestry, poliwęglany, polipeptydy.

Polimery naturalne

Polimery naturalne, zwane inaczej biopolimerami, wytwarzane są w 100% przez organizmy żywe, stanowiąc ich budulec. Są to takie substancje, jak:

• polisacharydy: celuloza, skrobia, glikogen,
• białka, w tym enzymy,
• kwasy nukleinowe,
• lignina,
• kauczuk naturalny,
• kwas alginowy,
• kolagen,
• żelatyna.

Biopolimery mogą być używane np. do produkcji różnych materiałów (guma, papier), w inżynierii biomedycznej (np. inżynieria tkankowa), przemyśle spożywczym, produkcji enzymatycznej i wielu innych gałęziach przemysłu.

Polimery syntetyczne

Polimery syntetyczne pochodzą w 100% z procesów syntezy chemicznej. Monomery do ich produkcji pozyskuje się bezpośrednio z ropy naftowej lub z innych syntez: opartych na gazie syntezowym, z syntez organicznych, nieorganicznych i metaloorganicznych. Przykładami polimerów syntetycznych są:

• teflon (znany też jako PTFE – politetrafluoroetylen lub tarflen),
• polietylen (PE),
• polipropylen (PP),
• polistyren (PS),
• poliakrylonitryl (PAN, anilana),
• politereftalan etylenu (PET),
• polichlorek winylu (PCW, PVC),
• politlenek etylenu (PEO, “sztuczna stal”),
• nylon,
• kauczuk syntetyczny,
• polilaktyd (PLA),
• polisiloksan,
• polimetakrylan metylu (PMM, szkło organiczne),
• fenoplasty,
• żywice epoksydowe,
• poliamid,
• poliwęglan,

Polimery modyfikowane

Polimery modyfikowane to polimery naturalne, które zostały sztucznie zmodyfikowane chemicznie. Modyfikacja zazwyczaj ma na celu zmianę właściwości użytkowych polimeru. Przykładami polimerów modyfikowanych są:

• octan celulozy,
• białko modyfikowane,
• skrobia modyfikowana.

Produkcja polimerów

Polimery syntetyczne produkowane są poprzez procesy syntezy chemicznej. Otrzymuje się je zazwyczaj poprzez przeprowadzenie reakcji polimeryzacji na monomerach, czyli cząsteczkach tego samego lub różnych związków chemicznych, które są zdolne do stworzenia polimerów. Do rozpoczęcia reakcji konieczna jest obecność inicjatora, a szybkość procesu kontrolowana jest przez obecność katalizatora, a także panujące ciśnienie i temperaturę. Polimeryzacja może zachodzić stopniowo lub łańcuchowo (lawinowo). Techniczny sposób przeprowadzania polimeryzacji może zachodzić w różnych mediach: w roztworze, micelach, zawiesinie, fazie gazowej, na granicy faz, w bloku powstającym na skutek bezpośredniego dodania inicjatora do ciekłego monomeru. Polimeryzacja może być także radiacyjna – inicjowana promieniowaniem jonizującym. Drogą polimeryzacji można otrzymać takie polimery, jak polietylen, polichlorek winylu, polipropylen i polistyren.

Drugi sposób produkcji polimerów to polikondensacja, w trakcie której poza polimerem powstaje inna substancja, np. woda, amoniak lub chlorowodór. Jest to proces stopniowy. W ten sposób produkuje się poliamidy, żywice fenolowo-aldehydowe i epoksydowe, a także niektóre poliestry.

Z polimerów otrzymanych drogą polimeryzacji lub polikondensacji produkuje się następnie tworzywa sztuczne. Do tego procesu konieczne jest wykorzystanie różnego rodzaju stabilizatorów, modyfikatorów, plastyfikatorów czy wypełniaczy, umożliwiających produkcję materiałów o pożądanych właściwościach. Znanym producentem takich dodatków jest Foodcom S.A., w którego ofercie znajdziemy na przykład tlenek cynku stosowany jako stabilizator w produkcji gumy, glicerynę używaną jako plastyfikator czy octan izopropylu, który jest rozpuszczalnikiem używanym w produkcji tworzyw sztucznych.

Zastosowania polimerów

Polimery mogą mieć różne właściwości, które determinują ich zastosowanie. Najczęściej polimery spotykamy w postaci różnego rodzaju tworzyw sztucznych. Mogą one być wykorzystywane w takich obszarach, jak:

• medycyna (np. inżynieria tkankowa, sprzęty jednorazowe, implanty, druk 3D),
• opakowania (np. folie, butelki plastikowe, zbiorniki, kartony na mleko, reklamówki),
• budownictwo (np. materiały termoizolacyjne, folie, materiały uszczelniające, izolacje przeciwwilgociowe, okładziny i wykładziny, płyty, np. poliwęglanowe, profile okienne, rynny i rury, farby, smary i lakiery, kleje, materiały stolarskie),
• elektronika (np. produkcja okablowania),
• transport (do produkcji części maszyn, kół zębatych, tapicerki samochodowej, szyb, lakierów antykorozyjnych, spoiw),
• kosmetyka (np. polietylen stosowany w produkcji zmywacza do paznokci),
• gospodarstwo domowe (np. pojemniki, zabawki, przezroczyste szyby),
• włókiennictwo i tapicerstwo (np. produkcja sztucznych włókien, np. nylonowych, lin, sztucznego jedwabiu, tkaniny Gore-Tex),
• sport (produkcja lin i żyłek stosowanych we wspinaczce, wędkarstwie, żeglarstwie, produkcja nart i żagli).

Polimery – rynek w Polsce

Handel polimerami w Polsce już od lat prowadzony jest przez wielu producentów związków chemicznych, takich jak: Grupa Azoty, Synthos, Anwil, Lerg, Ciech Sarzyna, BOPS. Grupa Azoty to czołowy przedstawiciel produkcji substancji chemicznych w Polsce, oferujący szeroki asortyment polimerów, w tym poliamidy, polipropyleny i kompozyty specjalistyczne. Synthos specjalizuje się w produkcji kauczuku, styrenu i polistyrenu, natomiast Anwil – PVC. Lerg i Ciech Sarzyna produkują głównie żywice.