ELŐGYÁRTÁSI TECHNOLÓGIÁK MŰANYAGOK

mesterséges szerves anyagok Műanyagok mesterséges szerves anyagok eredetüket illetően Természetes alapúak Mesterséges alapúak Kiindulási anyagaik makromolekulák - polimerek Kiindulási anyagaik kismolekulák - monomerek polireakciók által makromolekulákká alakítják

Természetes alapú műanyagok előállítása A természetes alapú műanyagok főként: poliszacharid (szénhidrát) protein (fehérje) lipid (kaucsuk) alapúak

Cellulózalapú műanyagok előállítása nitrocellulóz szívós, ütésálló, átlátszó, hőre lágyuló cellulóz-xantogenátból nyert viszkóz-oldatból: viszkózselyem, viszkóz műszál készül acetilcellulóz nagy-szilárdságú műszálak, „nem gyűrődő” anyag nehezen gyulladnak meg, víznek, olajoknak,savaknak, lúgoknak ellenállnak

Kaucsukalapú műanyagok előállítása habosítóanyagok által habszerű keverékállapot jön létre latexből nyert kaucsukhoz ként adagolnak vulkanizálás során latex

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 Alapvetően szénhidrogén bázisúak, nyersanyaguk: kőolaj, földgáz, kőszén ALKÁN (paraffin) Alifás telített szénhidrogén CnH2n+2 CH4 =metán C2H6 = etán C3H8 = propán C4H10 = bután ALKÉN (olefin) Alifás telítetlen szénhidrogén CnH2n CH2 =metilén C2H4 = etilén C3H6 = propilén C4H8 = butilén ALKIN CnH2n-2 C2H2 = acetilén (etin)

CnH2n+1OH CnH2n+1COH - COOH R – CO –R, A szénhidrogéneken kívül egyéb vegyületek is felhasználhatók műanyaggyártásra, amelyek a szénen és hidrogénen kívül további elemeket is tartalmaznak 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

Polimerek előállítása 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 1) 2) Polimerek előállítása polimerizáció polikondenzáció poliaddíció

polimerizáció polikondenzáció poliaddíció 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).

A mesterséges alapú műanyagok felosztása

Polimerek jellemző tulajdonságai 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 hőmérsékletei Üvegesedési hőmérséklet ,Tg Kristályolvadási hőmérséklet, Tkr Olvadási hőmérséklet, To Degradálódási hőmérséklet, Td

Polimerek jellemző kötéstípusai és hőmérsékletei Molekula-közi erők Jellemző hőmérsékletek Példa Hőre lágyuló polimerek plasztomerek Van der Waals poláros H - híd amorf: Tg, To, Td PS, PVC,PMMA,PC részben kristályos: Tg, Tkr, To, Td PE,PP,PTFE,POM,PA Hőre keményedő polimerek duromerek, duroplasztok kovalens (sok) Tg, Td fenol-formaldehid gyanták (fenoplasztok, bakelitok) amin-formaldehid gyanták (aminoplasztok, lágy bakelitok) telítetlen poliészterek epoxi gyanták Elasztomerek kovalens (kevés) természetes kaucsuk mesterséges kaucsuk Polimerek jellemző kötéstípusai és hőmérsékletei

Részben krist. plasztomer Amorf plasztomer Részben krist. plasztomer Tg Tkr To Td 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 Az eljárások csoportosítása: Nyílt terű alakítás, szál- és lemezanyagok gyártása Zárt üregű alakítás, formadarabok és alakos termékek gyártása Habok és kompozitok előállítása

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. Belépő szakasz (nagyítva)

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.

Lemez negatív vákuumformázása 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

Zárt üregű alakítás, formadarabok és alakos termékek gyártása 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.

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) Általános rendeltetésű műanyagokból készült termékek

Különleges tulajdonságú műanyagokból készült termékek

Gumirugalmas műanyagokból készült termékek

Hőre keményedő műanyagokból készült termékek fenoplasztok-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