Tworzywa sztuczne – jak powstają i do czego służą?

Tworzywa sztuczne to filar współczesnego przemysłu: od opakowań i sprzętu AGD po elementy motoryzacyjne, urządzenia medyczne i komponenty spożywcze. Ich znaczenie nieustannie rośnie dzięki połączeniu niskich kosztów produkcji, wysokiej wydajności oraz ogromnego spektrum właściwości. Dowiedz się, jak powstają tworzywa sztuczne i w jaki sposób można je wykorzystać w różnych zastosowaniach przemysłowych.

Czym są tworzywa sztuczne?

Tworzywa sztuczne to materiały polimerowe otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej. Ich podstawą są polimery, czyli wielkocząsteczkowe związki zbudowane z powtarzalnych jednostek – monomerów. Są to związki syntetyczne lub zmodyfikowane polimery naturalne. Tworzywa sztuczne mogą zawierać także dodatki, takie jak stabilizatory UV czy barwniki. Pod względem właściwości materiały te mogą być elastyczne, twarde, odporne na temperaturę albo łatwe w formowaniu.

Główne surowce do tworzyw sztucznych stanowią:

• ropa naftowa (najważniejsze źródło etylenu, propylenu i innych monomerów),
• gaz ziemny,
• biomasa (w przypadku biotworzyw),
• surowce wtórne pochodzące z recyklingu.

Proces produkcji tworzyw sztucznych

Produkcja tworzyw sztucznych to wieloetapowy proces petrochemiczny. W jego wyniku powstaje plastikowy granulat, który może być dalej przetwarzany. Omówmy po kolei wszystkie etapy procesu.

Destylacja ropy naftowej

Produkcja rozpoczyna się od destylacji ropy. Proces ten zachodzi w piecu rafineryjnym, a w jego wyniku powstają frakcje ropy o różnej temperaturze wrzenia i wadze. W wyniku ogrzewania każda frakcja odparowuje, a następnie skrapla się w odpowiednim przedziale temperaturowym, dzięki czemu możliwe jest ich rozdzielenie.

Wydzielenie frakcji nafty ciężkiej

Jedną z najcenniejszych dla przemysłu polimerowego frakcji jest nafta ciężka. Nafta trafia do dalszej obróbki, gdzie separowane są odpowiednie składniki do produkcji monomerów – głównie węglowodorów nienasyconych, takich jak etylen i propylen.

Krakowanie

Krakowanie (termiczne lub katalityczne) służy rozbijaniu cięższych frakcji na lżejsze związki – monomery. To z nich powstają najbardziej rozpowszechnione polimery: polietylen (PE), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC), polistyren (PS), poliester (PET) i wiele innych.

Polimeryzacja – kondensacja lub addycja

Kolejnym etapem jest łączenie monomerów w długie łańcuchy polimerowe. Proces ten, zwany polimeryzacją, zachodzi w reaktorach pod ściśle kontrolowaną temperaturą i ciśnieniem oraz w obecności właściwych dla danego tworzywa katalizatora. W zależności od typu monomerów stosuje się polimeryzację addycyjną lub kondensacyjną.

Dodatki i granulacja

Do polimeru dodawane są następnie ewentualne dodatki modyfikujące, jak: stabilizatory, plastyfikatory czy barwniki, które zmieniają właściwości danego tworzywa. Następnie polimer jest granulowany, a powstały granulat trafia do zakładów przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Proces tworzenia bioplastików może natomiast wykorzystywać procesy fermentacji, a produkcja tworzyw sztucznych wykorzystująca odpady plastikowe z recyklingu wymaga wcześniejszej ich obróbki do regranulatu.

Metody przetwórstwa tworzyw

Różnorodność zastosowań tworzyw sztucznych wymaga wielu technik formowania granulatu. Przetwórstwo tworzyw sztucznych obejmuje przede wszystkim metody wymienione poniżej.

Wtrysk

To najczęściej stosowana technologia, która polega na wtłoczeniu stopionego polimeru do formy pod wysokim ciśnieniem. Po ostygnięciu polimer przyjmuje kształt formy. Technika ta jest stosowana w produkcji opakowań, a także elementów o skomplikowanych formach (części elektroniczne, obudowy urządzeń).

Wytłaczanie

Inaczej ekstruzja; jest to proces ciągły, w którym polimer jest przepychany przez dyszę o odpowiednim przekroju. W rezultacie można stworzyć długie elementy, jak profile, folie, rury, włókna czy granulaty, które charakteryzuje stały przekrój.

Termoformowanie

Polega na nagrzaniu arkusza tworzywa do określonej temperatury i odkształceniu go w formie, by uzyskać pożądany kształt. Proces jest szybki, stosunkowo niedrogi i umożliwia tworzenie produktów o cienkich ściankach. W ten sposób produkuje się przede wszystkim opakowania (kubki, tacki, pojemniki, blistry) i elementy dużych gabarytów (np. karoserie lekkich pojazdów, deski rozdzielcze, wykładziny lodówek czy palety z plastiku).

Rodzaje tworzyw sztucznych i ich zastosowania w różnych branżach

Ze względu na właściwości możemy podzielić tworzywa sztuczne m.in. na:

• tworzywa termoplastyczne – miękną i topnieją pod wpływem ciepła, nadają się do recyklingu (np. PE, PP, PVC);
• tworzywa termoutwardzalne – są nietopliwe i nierozpuszczalne (np. żywice);
• elastomery – wykazują bardzo dużą podatność na odkształcenia w temperaturze pokojowej, dzięki czemu można nadawać im pożądany kształt;
• plastomery – wykazują małe odkształcenia.

Tworzywa sztuczne charakteryzują się szerokim przekrojem właściwości, w związku z czym mogą być wykorzystywane do różnych zastosowań, w zgoła odmiennych branżach.

Branża spożywcza

Tworzywa dla przemysłu spożywczego wyróżnia wysoka czystość, stabilność, odporność chemiczna i zgodność z regulacjami, które określają zasady ich kontaktu z żywnością. Najpopularniejsze to:

• PET – wykonuje się z niego butelki i pojemniki,
• PE i PP (polietylen i polipropylen) – tworzą folie, zakrętki czy opakowania,
• PA – stosowane do produkcji folii barierowych,
• PS – wykonuje się z nich jednorazowe kubki i tacki na żywność.

Branża opakowaniowa

Branża opakowaniowa to największy odbiorca tworzyw sztucznych na świecie. Stosowane są tu materiały o różnych parametrach mechanicznych, barierowych i wizualnych, z których produkuje się:

• LDPE – folie i worki,
• HDPE – kanistry, butelki,
• PP – pojemniki na żywność i kosmetyki,
• PET – przezroczyste butelki, tacki.

Branża chemiczna

W tej branży liczy się odporność na korozję i substancje chemiczne. Powstające produkty używane są m.in. w przemyśle budowlanym czy motoryzacyjnym. Wykorzystuje się m.in. takie tworzywa, jak:

• PVC – instalacje rurowe, zbiorniki,
• PP – elementy pomp czy armatury chemicznej,
• PTFE – uszczelnienia, powłoki nienasiąkliwe.

Jeśli interesują Cię wymienione branże, sprawdź ofertę Foodcom, gdzie prowadzony jest handel tworzywami sztucznymi i surowcami do ich produkcji.

Trendy i innowacje w produkcji tworzyw sztucznych

Najważniejsze trendy rynkowe, innowacje w tworzywach i nowoczesne technologie w ich przetwórstwie to m.in.:

• biopolimery i bioplastiki – alternatywa wobec klasycznych tworzyw na bazie ropy;
• modyfikacje polimerów poprawiające odporność, elastyczność i właściwości barierowe;
• chemiczny recykling tworzyw pozwalający odzyskać pełnowartościowe monomery;
• zrównoważone tworzywa sztuczne.

Ekologia i odpady: wyzwania i rozwiązania dla zrównoważonego rozwoju

Rosnący problem odpadów plastikowych wymusza zmiany w sektorze tworzyw sztucznych. Konieczny jest przede wszystkim rozwój recyklingu oraz stosowanie surowców odnawialnych i biodegradowalnych. Odpowiedzią mogą być:

• regranulaty powstałe z materiałów wtórnie przetworzonych,
• tworzywa biodegradowalne,
• projektowanie opakowań przeznaczonych do recyklingu,
• redukcja masy materiałowej,
• rozwój recyklingu chemicznego,
• technologie sortowania i identyfikacji polimerów,
• produkowanie produktów długowiecznych.

Rola tworzyw sztucznych w łańcuchu dostaw i możliwości współpracy z Foodcom

Tworzywa sztuczne B2B stanowią fundament zakładów produkcyjnych należących do wielu branż. Dostęp do stabilnych dostaw monomerów, polimerów i dodatków jest kluczowy dla przemysłu spożywczego, chemicznego, opakowaniowego, budowlanego czy motoryzacyjnego.

Jako doświadczony dostawca surowców plastikowych, Foodcom oferuje szeroką gamę produktów z kategorii chemii przemysłowej i polimerów, obejmującą zarówno podstawowe tworzywa, jak i specjalistyczne surowce. Współpraca z firmą pozwala na dostęp do sprawdzonych surowców, wsparcie w zakresie wyboru materiałów, a przede wszystkim – stabilność dostaw w dynamicznie zmieniającej się sytuacji na rynku.