m Űanyagok

MŰANYAGOK

ELŐGYÁRTÁSI TECHNOLÓGIÁK

Műanyagok

mesterséges szerves anyagok

eredetüket illetően

Természetes alapúak

Mesterséges alapúak

Kiindulási anyagaik makromolekulák - polimerek

Kiindulási anyagaik kismolekulák - monomerek

polireakciók által makromolekulákká alakítják

A természetes alapú műanyagok főként:

poliszacharid (szénhidrát)

protein (fehérje)

lipid (kaucsuk)

Természetes alapú műanyagok előállítása

alapúak

Cellulózalapú műanyagok előállítása

cellulóz-xantogenátból nyert viszkóz-oldatból: viszkózselyem, viszkóz műszál készül

nitrocellulóz

szívós, ütésálló, átlátszó, hőre lágyuló

acetilcellulóz

nagy-szilárdságú műszálak, „nem gyűrődő” anyag

nehezen gyulladnak meg, víznek, olajoknak,savaknak, lúgoknak ellenállnak

Kaucsukalapú műanyagok előállítása

latex

latexből nyert kaucsukhoz ként adagolnak vulkanizálás során

habosítóanyagok által habszerű keverékállapot jön létre

Fehérjealapú műanyagok előállítása

lefölözött tejből oltóval, savakkal kicsapatva kazeint állítanak elő, majd ebből kazein-formaldehidet (galalit)-szaruszerű műanyag

bőrhulladékokból, csontokból, vérfehérjékből enyvet, zselatinhártyát, filmet készítenek

A természetes alapú műanyagok felosztása

Mesterséges alapú műanyagok előállítása

ALKÁN (paraffin)

Alifás telített szénhidrogén

CnH2n+2CH4 =metán

C2H6 = etán

C3H8 = propán

C4H10 = bután

ALKÉN (olefin)

Alifás telítetlen szénhidrogén

CnH2nCH2 =metilén

C2H4 = etilén

C3H6 = propilén

C4H8 = butilén

ALKIN Alifás telítetlen szénhidrogén

CnH2n-2C2H2 = acetilén

(etin)

Alapvetően szénhidrogén bázisúak, nyersanyaguk: kőolaj, földgáz, kőszén

Kémiai képlet Példák

Alkohol CnH2n+1OH CH3OH = metanol

C2H5OH = etanol

Aldehid CnH2n+1COH CH2O = metanal

(formaldehid)C2H4O = etanal

Karbonsav - COOH CnH2n+1COOH = alkánsav

Keton R – CO –R, CnH2n+2CO

C2H6CO = aceton

Észter O II – O – C –

CnH2n+2COO

A szénhidrogéneken kívül egyéb vegyületek is felhasználhatók műanyaggyártásra, amelyek a szénen és hidrogénen kívül további elemeket is tartalmaznak

A kiinduló nyersanyagokból két szakaszban állítanak elő szintetikus polimereket:

Polimerizálható, kettős vagy többszörös kötéseket tartalmazó

monomerek létrehozása

Monomerek kötéseinek felhasítása (aktív kapcsolódásra képessé tétele),

majd makromolekulák : polimerek létrehozása polireakciók által

Polimerek előállítása

polimerizáció polikondenzáció poliaddíció

1)

2)

polimerizáció

Telítetlen, szerves monomer molekulák aktiválása (felbontása és reakcióképessé tétele) és a szabad vegyértékek telítése (összekötése) melléktermék keletkezése nélkül, exoterm láncreakciókban, kovalens kötések kialakításával. Lehet: homopolimerizáció vagy kopoli-merizáció

Pl. polietilén (PE), polipropilén (PP), polisztirol (PS), PVC stb.

Különböző típusú monomerek egyesítése láncreakcióban makromolekulává kismolekuláris reakciótermékek (H2O, HCl, NH3, NaCl stb.) keletkezése mellett.

Pl. telített (hőre lágyuló) poliészter poliamid (PA), fenoplaszt (PF), telítetlen poliészter (UP) stb.

Reakcióképes funkciós csoportok egyik monomerből egy másikhoz való átrendeződése melléktermék keletkezése nélkül.

Pl. poliuretán (PUR), epoxigyanta (EP), szilikongyanta (SI).

polikondenzáció poliaddíció

A mesterséges alapú műanyagok felosztása

Előnyei:- kis sűrűség (0,9…2,0 · 103 kg/m3)- kis rugalmassági modulus (0,7…4000 MPa, hőre keményedőnél 2500…10000 MPa)- kis szakítószilárdság (5…80 MPa)- általában nagy nyúlás (100…800 %)- jó siklási tulajdonság, kis súrlódási együttható- kis hővezető képesség- jó elektromos szigetelő- jó ellenállás savakkal, lúgokkal - környezeti hőmérsékleten- jó hangszigetelés, rezgés- és zajcsillapítás- könnyű megmunkálhatóság- viszonylag kis gyártási ár

Hátrányai:- nagy hőtágulási együttható- kisebb szilárdság és merevség- elektrosztatikus feltöltődés- kúszási hajlam már 20oC-on is- nagyobb öregedési hajlam - normál környezeti hatásokra- kis kifáradási határ- nagyobb gyúlékonyság

Polimerek jellemző tulajdonságai

Polimerek jellemző hőmérsékletei

Üvegesedési hőmérséklet ,Tg

Kristályolvadási hőmérséklet, Tkr

Olvadási hőmérséklet, To

Degradálódási hőmérséklet, Td

POLIMEREK Molekula-közi erők

Jellemző

hőmérsékletek

Példa

Hőre lágyuló

polimerekplasztomerek

Van der Waals

poláros

H - híd

amorf:

Tg, To, Td

amorf:

PS, PVC,PMMA,PC

részben kristályos:

Tg, Tkr, To, Td

részben kristályos:

PE,PP,PTFE,POM,PA

Hőre keményedő polimerekduromerek, duroplasztok

kovalens (sok)

amorf:

Tg, Td

fenol-formaldehid gyanták

(fenoplasztok, bakelitok)

amin-formaldehid gyanták

(aminoplasztok, lágy bakelitok)

telítetlen poliészterek

epoxi gyanták

Elasztomerek kovalens (kevés)

amorf:

Tg, Td

természetes kaucsuk

mesterséges kaucsuk

Polimerek jellemző kötéstípusai és hőmérsékletei

Tg Tkr To Td

Amorf plasztomer Részben krist. plasztomer

Elasztomer Duromer

Néhány polimer termoállapota

Műanyagok feldolgozó eljárásai

Kiinduló anyagok:

Granulátumok – hőre lágyuló műanyagok

Gumimasszák – vulkanizálás által dolgozzák fel

Duromer-komponensek – készrepolimerizálásra alkalmas állapot

Félkész gyártmányok

vagy

Késztermékek

készíthetők

- Nyílt terű alakítás, szál- és lemezanyagok gyártása

- Zárt üregű alakítás, formadarabok és alakos termékek gyártása

- Habok és kompozitok előállítása

Az eljárások csoportosítása:

Nyílt terű alakítás, szál- és lemezanyagok gyártása

EXTRUDÁLÁS

(csigapréselés): végtelen hosszú szálas anyagok (rúd, cső, profilok) gyártása.Forgó fémcsiga nyomja át a granulátumból létrejött lágy masszát a megfelelően kiképezett szerszámnyíláson.

Belépő szakasz (nagyítva)

FÓLIAFÚVÁS

Vastag falú extrudált csőből fólia cső készítése légfúvással. A fóliafúvás folyamatos, az előállított fóliacsövet feltekercselő hengerrel tekercselik fel.

KALANDEREZÉS

Vékony lemezek, szalagok, fóliák előállítási technológiája. Az extruderből kilépő vastag, képlékeny masszát elősajtoló hengerek között vékonyítják, majd különféle elrendezésű, fűtött hengerek közé vezetik, ahol a fólia a végleges vastagságát eléri. A kalanderezés gumilemez és szövetgumi előállításának is fontos eljárása.

Vákuumformázás

Hőre lágyuló lemezek alakítási technológiája, amelynek során a lemezt felmelegítik és a meglágyult lemezt vákuum segítségével formálják. Alkalmazható negatív (vagy szívó) eljárás, továbbá pozitív (vagy nyújtó) eljárás.

levegő

elszívás

Lemez negatív vákuumformázása

Extruder- préslégformázás

Üreges testek (flakonok, palackok, tartályok) gyártását teszi lehetővé. Extrudálással előállított csövet még képlékeny állapotban levegő fúvással tágítanak,amelynek következtében a cső rányomódik a forma hűtött belső falára és megszilárdul.

Zárt üregű alakítás, formadarabok és alakos termékek gyártása

Fröccsöntés

A megolvasztott képlékeny masszát extrudercsigával (egy fúvókán keresztül) a szerszám formázóterébe nyomják. Az olvadék felveszi a szerszám üregének alakját és gyorsan megszilárdul. Az alakítószerszám szétnyitása után az alakos termék eltávolítható.

Prés-sajtolás

Gumirugalmas és hőre keményedő műanyag présmasszák feldolgozó eljárása. A hő és a nyomás hatására a sajtolandó anyag meglágyul, kitölti a szerszámteret, térhálós szerkezet képződése kötben kikeményedik.

Műanyag habok előállítása: habképződés

A bekevert adalékok kémiai bomlása vagy gázosodása következtében apró buborékok keletkeznek, amelyek habosodást idéznek elő. Különböző sűrűség állítható be ( 5 – 200 kg.m-3), vátoztatható továbbá a hővezetési tényező, a hőállóság, a rugalmasság, a nyomószilárdság, a vegyi ellenálló-képessg is.

A habképződés folyamata (térfogatváltozás a habosodás során)

Műanyag habok előállítása:expandált polisztirol hab (EPS)

Habosító adalékot tartalmazó polisztirol granulátumot expandáltatnak, (a granulátumok 20-50 szeres térfogatra felfúvódnak), ismételt elgőzölögtetés során összetapadnak. Az EPS habok nehezen éghetők, nem rothadnak, nem gombásodnak, könnyen megmunkálhatól.

Műanyag habok előállítása: egyéb habok

• Extrudált polisztirol hab (XPS):polisztirol granulátumot extruderbe visznek, a képlékeny zónában adják hozzá a habosító adalékot, és a nyíláson kiengedve hozzák végső méretre

• Polietilén lágy hab (polifoam):polietilén + habosító adalékból lágy, alakítható hab nyerhető

• Poliuretán habok (PUR):poliizoacetát és poliol kis vízzel összekeverve, CO2 fejlődés mellett habosodik

Természetes alapú műanyagokból készült termékek

Általános rendeltetésű műanyagokból készült termékek

poli(vinil-klorid)

Különleges tulajdonságú műanyagokból készült termékek

Gumirugalmas műanyagokból készült termékek

Hőre keményedő műanyagokból készült termékekfenoplasztok-

bakelitek

A jövő polimergyártásának néhány útja…

1. Természetes úton lebomló műanyagok

2. A szervezetben lebomló és szövetbarát műanyagok

3. Nagyteljesítményű kompozitok és különleges tulajdonságú polimerek

Természetes úton lebomló műanyagok

- műanyag kukoricakeményítőből, hőre lágyulnak, nagy szakítószilárdság, jó színezhetőség, formálhatóság, természetes úton lebomló, emészthető. Pl.: talajban elbomló virágcserepek.

- műanyag tejsavból, a búzából, kukoricából és burgonyából kivont keményítőt hidrolizálják glükózzá, majd bioreaktorban erjesztik, ahol a tejsavbaktériumok tejsavvá alakítják. A tejsavmolekulák kondenzálódnak majd polomerizálódásuk következik.

- műanyag narancsból, összetétele: narancshéjból kivont limonén, szén-dioxid, katalizátorok, adalékanyagok. Tulajdonságai megegyeznek a polisztiroléval, hőre lágyuló, szénláncú polimer, természetes úton lebomlik. Pl.: eldobható műanyag termékek (pohár).

Az emberi szervezetben lebomló és szövetbarát műanyagok

- sebvarró cérna, Vicryl, 90% poliglikolsav, 10% L-tejsav kopolimere, amely elveszíti szakítószilárdságát, majd hidrolízissel alkotórészeire bomlik szét (5-10 hét).

- késleltetett oldódású tabletták, A hatóanyag a bélcső megfelelő helyén kerülhet ki. A külső szilikon bevonat csak a gyomorban oldódik le,

a belső hatóanyag-tartalom a lúgos vékonybélben képes felszívódni (pl. Kreon tabletta)

- testrészek pótlására, szilikonok (orr, fül, mell, arc, szem, kontaktlencse).

- gerincgyógyászat, poliuretánok ( Bryan-protézis). A csigolyák közti porckorongok elkopásakor, alul-felül titán bevonat, porózus – csontos benövés.

- fogtömő anyagok, önkötő akrilátok, kompozíciós kötőanyagok, fényre polimerizálódó kompozitok.

Néhány érdekesség …

• 1. A világon 1950-ben évente 5 millió tonna, ma már 80 millió tonna műanyagot állítanak elő.

• 2. A szennyeződések miatt az eldobható palackok anyagát nem lehet élelmiszerek csomagolására használni.

• 3. A PET palackokból műszálakat készítenek, 5 palack elegendő egy trikóhoz, 25 egy hálózsák béléséhez.

• 4. Az egyes anyagok előállításának energiaszükséglete összehasonlítva: műanyag : alumínium : acél = 1 : 3 : 8

• 5. A PET palackok cimkéje is PET műanyag, a kupakja azonban PE (ez jól zár), így azt külön kell válogatni.

• 6. Egy palack újrahasznosításával annyi energia takarítható meg, amivel egy 60 W-os izzó 6 órán át működtethető!

• 7. Az EU követelménye szerint a műanyagok 25%-át kell újra hasznosítani, ma Magyarországon még csak 7,4 %-a kerül újrafelhasználásra.

Felhasznált irodalom

[1] Bagyinszki Gyula, Kovács Mihály: Gépipari alapanyagok és félkész gyártmányok – gyártásismeret, Tankönyvmester kiadó, Budapest, 2003[2] Bagyinszki Gyula: Termelési folyamatok-szerkezeti anyagok választéka és jellemzői, BMF-BGK, Budapest, oktatási segédlet (Power Point bemutatók), 2007 [3] Czinege Imre: Gyártási folyamatok-műanyagok, SZE, Győr, oktatási segédlet (Power Point bemutatók), 2002 [4] Réger Mihály: Anyagtudomány I – polimeri I, polimerek II, BMF-BGK, Budapest, oktatási segédlet (Power Point bemutatók), 2006 [5] Albert Attila: Modern műanyagok, Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, Budapest, 2006