| Műanyagok 1839-től |
 |
 |
 |
| 2009. november |
| 2009. november 13. péntek, 15:50 |
 A civilizált világ elképzelhetetlen műanyagok nélkül, mára már életünk nélkülözhetetlen részévé váltak. Ez a mesterségesen előállított anyag polimer(eke)t, valamint különféle adalékokat és társítókat tartalmaz. Sikerük titka a sokoldalúságukban és a viszonylagos olcsóságuk.
       A műanyagok története nem tekint vissza hosszú időre: az első műanyagot Charles Goodyear amerikai vegyész (1800–1860) állította elő 1839-ben. Ez tulajdonképpen vulkanizált gumi volt, amely nyers kaucsukot (mint természetes polimert) és ként (mint adalékot) tartalmazott. Azóta hatalmasat fejlődött – és napjainkban is erőteljesen fejlődik – a műanyagipar mára sokféle műanyagot állít elő, rendkívül nagy mennyiségben és sokféle alkalmazási területre. Legfontosabb nyersanyagai a kőolaj, a földgáz és a kőszén, tehát az iparág szorosan kötődik a petrolkémiai és földgáziparhoz. A műanyagok általánosságban a következő fontosabb előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek: kis sűrűség, kiváló kopási és siklási tulajdonságok, kitűnő korrózió- és vegyszerállóság, rezgésszigetelő és zajcsillapító hatás, valamint kiváló villamos-, hő- és hangszigetelő képesség. Főbb hátránya a rossz hővezető képesség (bizonyos esetekben) és hőbírás. Hazánkban az egy főre eső műanyag-felhasználás ~65 kg, ez kevesebb, mint a fele a fejlett ipari országokénak. A legnagyobb felhasználó a csomagolóipar (~40%), az építőipar (~25%), valamint a háztartások (~10%), illetve a villamos ipar (~10%).  Polimerek, műanyagok Gyakran egymás szinonimáiként használjuk a polimer és a műanyag kifejezéseket, ez azonban nem pontos. A polimerek ismétlődő egységekből (monomerekből) álló nagyméretű molekulák, amelyek a polimerizáció során jönnek létre, és amelyekben az egyes egységeket kémiai kötések kapcsolják össze. A polimereket "tisztán" nem használják fel, hanem különféle adalékokat és társítóanyagokat adnak hozzájuk, hogy a tulajdonságaikat javítsák: az így létrejött anyagot nevezzük már műanyagnak. Adalékanyagok például a stabilizátorok, lágyítók, égésgátlók, színezékek; társítóanyagok például a töltő-, erősítőanyagok, az ütésálló adalékok vagy a vezetőképességet biztosítók. Az adalékok és társítók aránya néhány tized és 50 százalék között lehet. A kereskedelmi forgalomban számos műanyag kapható, különösen, ha azt vesszük, hogy azonos polimer esetén is többféle mennyiségű és fajtájú adalék- és társítóanyagot is tartalmazhatnak. Az egyes műanyagoknál a következők adhatnak némi "kapaszkodót" a főbb jellemzők és lehetséges felhasználás tekintetében: a polimer alapanyagául szolgáló monomer; az előállítás módja; a polimer mikroszerkezete (amorf vagy kristályos), valamint az üvegesedési és/vagy olvadási hőmérséklete. A műanyagok csoportosítási módja lehet még a következő: hőre lágyulók, térhálós gyanták és gumik. Hőre lágyul Jellemzőjük, hogy hevítés hatására meglágyulnak és nehezen folyó ömledéket alkotnak. Ez a csoport adja a legnagyobb mennyiségben gyártott és alkalmazott, általában olcsó műanyagokat. Legismertebb fajtája a polietilén (PE), amelyet főleg a csomagolástechnikában használnak, de találkozhatunk vele kábelszigetelésként, víz- és gázcsövek, valamint padlófűtő csövek anyagaként is. Másik ismertebb fajtája a polisztirol (PS), amelyet a műszer- és járműiparban, valamint a háztartási gépek gyártásában használnak. A habosított változatát a csomagolástechnikában és az épületek utólagos homlokzati hőszigetelésében alkalmazzák. Az ugyancsak jól ismert poli(vinil-klorid) (PVC) szintén hőre lágyuló műanyag: padlóburkolatot, kü lönféle csöveket, profilokat (műanyag nyílászárók) illetve kábelszigetelést készítenek belőle – sok más (mint például cipőtalp), mellett. Ebbe a csoportba tartozik még a polipropilén (PP, például autóipari műanyagok, csomagolóanyagok és ipari textíliák anyaga), a poliamid (PA, szálak, bevonatok készülnek belőle); polikarbonát (PC, gépés műszeripar); poli(etilén-tereftalát) (PET, fóliák, italospalackok); poli(metilmetakrilát) (PMMA, átlátszó világítótestek – plexi, műszerburkolatok). Térhálós gyanták Ezek a műanyagok hő hatására megkeményednek. A felhasználási területük sokkal kisebb, mint a hőre lágyuló műanyagoké, azonban műszaki jelentőségük nagy. Hátrányuk, hogy feldolgozásuk nehézkesebb. Legelső ipari jelentőségű képviselője a fenol-formaldehid gyanta (közismertebb nevén: bakelit) volt. Jellegzetesen sötét színe, és esetenként kellemetlen szaga van (ez utóbbi a formaldehid miatt). Felhasználják például burkolóelemként, ragasztóanyagként, farostlemezek előállításánál. A telítetlen poliészter gyantákat főleg üvegszál-erősítésű anyagok, kompozitok mátrixaként alkalmazzák: például tartályokat, gépjármű karosszériaelemeket, sporteszközöket (kenu, kajak, gördeszka stb.) készítenek belőlük. Jól ismert hőre keményedő műanyagok az epoxigyanták, amelyeket kétkomponensű ragasztóként, öntőgyantaként és kompozitanyagok mátrixaként alkalmaznak. Szintén ebbe a csoportba tartoznak a poliuretánok is, amelyeket főleg hab formájában használnak fel a jármű-, cipő- és bútoriparban (ülések, matracok), valamint szigetelőanyagként az építőiparban (például szendvicspanelekben). Gumik Bár térhálós szerkezetűek, azonban a térhálósodás eltérő módja és az eltérő anyagjellemzőik miatt nem soroljuk a térhálós gyanták közé. A gumik felhasználása rendkívül széles körű: tömítések, szigetelőanyagok, tömlők, valamint természetesen a gépjárművek abroncsai készülnek belőle. A gumiipar legfontosabb nyersanyaga a "kaucsuktej" vagy latex, amelyet bizonyos trópusi növényekből nyernek. A természetes kaucsuk izoprén molekulákból áll (poliizoprén), és ez a gumiabroncsok jelentős részének alapanyaga még napjainkban is. A természetes kaucsuk korlátozott mennyisége (és hozzáférhetősége) miatt az első világháború után Németországban kezdték előállítani az első szintetikus kaucsukot (polibutadién), majd később az 1930-as években az Egyesült Államokban egy másik fajtáját (polikloroprén),. A természetes kaucsukot teljes mértékben helyettesítő műkaucsukot csak az 1950-es évek közepére sikerült előállítani. Ezek az anyagok mára a természetes kaucsuk szilárdsági és kopásállósági jellemzőit már megközelítik, egyes tulajdonságait pedig messze meghaladják (mint például a fagy-, hő-, vegyszer-, olaj-, öregedés-, fény-, ózonállóság). Magasabb áruk miatt azonban elsősorban különleges felhasználási területeken alkalmazzák őket. Környezetvédelem A műanyagokkal kapcsolatban feltétlenül szólni kell azok környezetvédelmi vonatkozásairól, hiszen a különféle műanyag hulladékok a környezetvédők kampányainak gyakori célpontjai. A legtöbb gondot a háztartási csomagolóanyagok okozzák, amelyek sokszor nagyon nagy (és látványos) mennyiségben halmozódnak fel: gondoljunk például a Csendes-óceán áramlatai által "összegyűjtött" többtonnányi műanyag hulladékból álló "Nagy-Csendes-óceáni Szemétszigetre", amelynek területe a különböző becslések szerint 700 ezer és 15 millió km2 között van. Több országban is elvégzett vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy a dolog ennél jóval árnyaltabb. A vizsgálatok szerint a keletkező összes hulladék tömegének csak néhány százalékát alkotják a háztartási hulladékok (a legtöbb az építőipari, egyéb ipari és a mezőgazdasági hulladék), amelyeken belül a műanyag hulladékok tömege általában nem éri el a 10 százalékot. Az igaz, hogy kisebb sűrűségük miatt jóval nagyobb térfogatot foglalnak el, viszont tömörített lerakásnál még mindig a szemét teljes térfogatának kevesebb mint tíz százalékát teszik ki. A műanyag hulladékok mennyiségének csökkentésére a következő lehetőségek kínálkoznak: égetés, kémiai lebontás és az újrafeldolgozás. Az égetés viszonylag egyszerű és hatékony módja a műanyag hulladékok megsemmisítésének, és rendszerint energia is kinyerhető a folyamatból (egyes polimerek fűtőértéke az olajénál is nagyobb). Hátránya, hogy az égés során veszélyes anyagok, mint például sósav és dioxin szabadulnak fel. A kémiai lebontás azt jelenti, hogy kémiai módszerekkel a polimerekből kis(ebb) moltömegű összetevőket hoznak létre, amelyeket később felhasználnak: ipari méretekben egyelőre nem megoldott az alkalmazása. A műanyag hulladékok újrafeldolgozásának "szűk keresztmetszete" a gyűjtés, válogatás és tisztítás (különösen a háztartási hulladékok esetén – azok sokfélesége miatt), ezért inkább az ipari (gyártási) és mezőgazdasági műanyag hulladékok újrafeldolgozása megoldott. Dr. Berecz Tibor Ajánlott és felhasznált irodalom Pukánszky Béla: Műanyagok; BME műanyag- és gumiipari tanszék, Budapest, 2003. Moser Miklós–Szebényi Imre: Műszaki kémia; Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1993. |
Szeptember-októberi lap
Hozzászólások