Voivat olla: - täysin synteettisiä - osaksi synteettisiä - luonnon tuotteisiin pohjautuvia (selluloosa, tärkkelys)

Transkriptio

1 MUOVIT JA ELASTOMEERIT Muovit ovat suurimolekyylisistä orgaanisista yhdisteistä l. polymeereista ja erilaisista lisäaineista valmistettuja materiaaleja, joita voidaan muovata lämmön ja paineen avulla Voivat olla: - täysin synteettisiä - osaksi synteettisiä - luonnon tuotteisiin pohjautuvia (selluloosa, tärkkelys) Petrokemian teollisuuden jatkojalostustuotteita Lähtöaineet (= monomeerit) ovat yksinkertaisia tyydyttymättömiä hiilivetyjä tai sopivia funktionaalisia ryhmiä sisältäviä yhdisteitä Elastomeerit ovat kumimaisia polymeerejä Suomessa valmistetaan neljää ns. perus- eli suurkulutusmuovia: Korkeapainepolyeteeni (LDPE) Matalapainepolyeteeni (HDPE) Polypropeeni (PP) Polystyreeni (PS) 1

2 Jako: Kertamuovit (kovamuovit) verkkorakenteisia ei voida muovata uudelleen Esim. polyesteri-, fenoli-, polyuretaanija epoksimuovit kertamuovi Kestomuovit (termoplastit) Voidaan muovata lämmön avulla useaan kertaan (ja kierrättää) Esim. PE, PP, PVC, PS, PET, PA, PMMA, PTFE Elastomeerit (kumit) kumi kestomuovi Polyeteenin polymeroitumisasteen vaikutus ominaisuuksiin 2

3 MUOVIEN OMINAISUUKSIA Tiheys Keveitä ( = 0,9 1,5 kg/dm 3 ) esim. PE 0,92 0,96 (laadusta riippuen) PVC n. 1,3 Mekaaniset ominaisuudet Kerta- ja kestomuovit eroavat: Kertamuovit hauraita (jäykkä rakenne) Kestomuovit sitkeitä (muodostuneet pitkistä molekyyliketjuista) Täyteaineet vaikuttavat mekaanisiin ominaisuuksiin Esim. lasikuituvahvisteisen polyesterimuovin vetolujuus ~ teräksen Yleensä muovien lujuusarvot % pienemmät kuin teräksellä ns. vaimenemisilmiö huomattava metalleihin verrattuna Ł muovit vaimentavat nopeasti mekaanisten iskujen aiheuttamat värähtelyt Ł laakerit, hammaspyörät Pehmeys heikko puoli (kovuus ~ kipsi) Lämpöominaisuudet Ominaislämpö korkeampi kuin useiden metallien Lämmönjohtokyky pieni Lämpölaajeneminen suurempi kuin metalleilla Lämpölaajenemiskerroin keskimäärin 10 x teräksen Muovit yleensä pääosin amorfisia Ei tarkkaa sulamispistettä 3

4 Ł Usein havaitaan vain asteittaista pehmenemistä Ł Pehmenemislämpötila Monet muovit pehmenevät jo 100 C:een lämpötilassa Muutamat muovit kestävät hetkellisesti muutaman sadan asteen lämpötiloja Maksimikäyttölämpötilat << pehmenemislämpötilat; yleensä välillä C Lasiutumislämpötila T g Alapuolella amorfiset polymeerit ja kiteisten polymeerien amorfiset osat ovat kovia ja lasimaisia, yläpuolella notkeita Polymeeri tai muovi Ylin käyttölämpötila / C LD-polyeteeni / HD-polyeteeni Polypropeeni Polyvinyylikloridi PVC (kova) Polyvinyylikloridi PVC (pehmeä) Polystyreeni ABS- muovi Polymetyylimetakrylaatti Polyamidi PA Polykarbonaatti Polytetrafluorieteeni (Teflon) 260 Fenoliformaldehydimuovi Ureaformaldehydimuovi Tyydyttymätön polyesterimuovi

5 Sähköiset ominaisuudet Useimmat hyviä eristeitä Täyteaineet vaikuttavat Kemiallinen kestävyys Kestävät yleensä hyvin vettä, suolaliuoksia, laimeita happo- ja emäsliuoksia Kestävät huonosti väkeviä happo- ja emäsliuoksia Orgaaniset liuottimet vaikuttavat eri tavalla muovista riippuen Eivät yleensä kestä aromaattisia ja kloorattuja liuottimia Otsoni, happi ja UV-säteily aiheuttavat muoveissa haurastumista l. vanhenemista 5

6 Fysiologiset ominaisuudet Valmiit muovit ja muovituotteet eivät yleensä ole myrkyllisiä (vaikka monet raaka-aineista ovat) Muovien palaessa saattaa kehittyä myrkyllisiä kaasuja (CO, HCN, HCl, HF) Esim. polytetrafluorieteenistä (Teflon) kehittyy yli 400 C lämpötilassa myrkyllisiä fluoripitoisia kaasuja MUOVIEN LISÄAINEET Lisäaineilla muutetaan muovien ominaisuuksia paremmin käyttötarkoitukseen sopiviksi Lisäaineita on yleensä kymmeniä prosentteja Pehmittimet ftaalihappo Polymeerit ovat usein kovia ja hauraita Ł pehmittimillä joustavuus ja sitkeys Parantavat tuotteen muovattavuutta ja iskulujuutta, huonontavat muita lujuusominaisuuksia Polymeeriketjuun liitettyjä perusmonomeerista poikkeavia monomeereja tai esim. ftaalihapon suoloja Käytetään pääasiassa PVC-muoveissa 6

7 Stabilisaattorit l. vanhenemisenestoaineet Käytetään: a) Estämään monomeerien ennenaikaista polymeroitumista monomeerien varastoinnin aikana - esim. fenolit (< 0,01 % monomeerien määrästä) b) Estämään tai vähentämään polymeerien hajaantumisreaktioita lämmössä suoritettavan tuotteen valmistuksen aikana - esim. PVC:stä kehittyy kuumennettaessa HCl:a, joka voidaan sitoa heikkojen happojen metallisuoloilla c) Estämään tai vähentämään lämmön, UV-valon, O 2 :n, O 3 :n ja muiden säätekijöiden vahingollisia vaikutuksia - esim. O 2 ja O 3 reagoivat muovin ja kumin kanssał koveneminen, haurastuminen - fenolit, amiinit, orgaaniset fosforiyhdisteet Stabilisaattorit UV-valon vaikutusta vastaan absorboivat energiarikkaan UV-säteilyn Stabilisaattoreita yleensä < 2 % Täyteaineet Joko aktiivisia tai passiivisia Aktiiviset täyteaineet: - Parantavat muovien ominaisuuksia: - parantavat työstettävyyttä, mekaanisia ominaisuuksia (veto-, puristus-, iskulujuutta) tai kulutuksenkestoa - voivat alentaa lämpölaajenemista - voivat lisätä kemiallista kestävyyttä Passiiviset täyteaineet: - Alentavat tuotteen hintaa Epäorgaanisia ja orgaanisia kuitumaisia aineita ja jauheita Savi, liitu, talkki, noki, alumiinijauhe, sahajauhe ym. 7

8 Antistaattiset aineet Tekevät muovin pinnan sähköä johtavaksi Muodostavat muovin pintaan ohuen sähköä johtavan vesikerroksen imemällä ilmasta kosteutta Ł estävät pölyn tarttumisen muovipintoihin sekä ohuiden kalvojen tarttumisen toisiinsa Hygroskooppisia aineita; glyseroli, glykoli, polyglykolit Muoviraaka-aineeseen voidaan myös sekoittaa pinta-aktiivisia aineita Vaeltavat tuotteen pintaan ja muodostavat hygroskooppisen kerroksen Palontorjunta-aineet Estävät tai vähentävät palamista Antimonitrioksidi Sb 2 O 3, fosfori- tai klooriyhdisteitä Mitä enemmän polymeeri itsessään sisältää halogeeneja (Cl, F) sitä huonommin se palaa Voiteluaineet Helpottavat työstettävyyttä Estävät pehmeän muovimassan tarttumisen muovauskoneen pintoihin ja muotteihin Erilaiset vahat ja steariinihapon maa-alkalimetallisuolat Väriaineet Joko liukoisia väriaineita tai pigmenttejä Metallioksidit kestävät hyvin valoa Orgaaniset väriaineet hajoavat UV-valon vaikutuksesta ajan mittaan Lisäksi mm. Sähköä johtavat lisäaineet Mikrobientorjunta-aineet 8

9 VALMISTUSMENETELMÄT ADDITIOPOLYMERAATIO Lähtöaine kaksoissidoksia sisältävä monomeeri Monomeerit liittyvät yhteen makromolekyyleiksi n H 2 C = CH 2 paine katal. eteeni polyeteeni Polymeroitumisaste voi olla yli 1000 Sekapolymerointi l. kopolymerointi Lähtöaineena kahden tai useamman eri monomeerin seos Ł Voidaan yhdistää eri muovien ominaisuuksia POLYKONDENSAATIO Lähtöaineet liittyvät reaktiokykyisten atomiryhmien avulla yhteen Reaktiossa eroaa samalla pienimolekyylistä ainetta (H 2 O, NH 3, HCl) Esim. nailon 66 HOOC (CH 2 ) 4 COOH + H 2 N (CH 2 ) 6 NH 2 adipiinihappo heksametyleenidiamiini HOOC (CH 2 ) 4 CO HN (CH 2 ) 6 NH 2 + H 2 O nailon 66 jatkaa reaktiota jatkaa reaktiota Ł Pitkiä, lankamaisia makromolekyylejä 9

10 Reaction to Form Nylon Nylon Netting Magnified 62 Times KESTOMUOVIEN TYÖSTÖMENETELMÄT Muovit työstetään sulasta raaka-aineesta Ruiskupuristus Sulaa muovimassaa ruiskutetaan teräsmuottiin, jossa saa kovettua Muotti avataan ja tuote poistetaan Yleisin kappalemaisten muovituotteiden valmistusmenetelmä Sopii massatuotantoon Suulakepuristus Sulaa muovimassaa puristetaan halutun muotoisen suulakkeen läpi yhtäjaksoiseksi tuotteeksi Tuote jäähdytetään ilmalla tai vedellä ja katkotaan määrämittaiseksi tai kelataan Putket, kalvot 10

11 Muottiinpuhallus Pehmeä muoviletku puhalletaan paineilmalla muotin seiniä vasten Kun esine on jäähtynyt, muotti avataan Esim. pullot Figure 22.17: Blow-Molded Objects Made from HDPE Rotaatiovalu Kestomuovi sulaa ja kovettuu pyörivän muotin sisään Yhdestä kappaleesta koostuvien onttojen muoviesineiden valmistusmenetelmä Sopii suurten esineiden valmistukseen (jopa l, esim. säiliöt, tynnyrit) Syvävetotekniikka Tuotteita valmistetaan muovilevystä Lämmitetty levy muovataan ali- tai ylipaineen avulla tuotteeksi Esim. kertakäyttöpikarit, veneet 11

12 Muovilla päällystäminen Päällystettävä esine kastetaan sulaan muoviin Tai Muotti kastetaan muoviin Tai Sulaa muovia sivellään esineen pintaan Yleisimmin käytetään pehmitettyä PVC- muovia Paperin, kankaiden, metalliesineiden päällystys TÄRKEIMPIÄ KESTOMUOVEJA POLYETEENI (PE) n H 2 C = CH 2 eteeni paine katal. polyeteeni Jaetaan valmistusmenetelmän ja tiheyden perusteella: LD- polyeteeni (low density) HD- polyeteeni (high density) 12

13 Valmistus Korkeapainemenetelmä C, 200 MPa, happiatmosfääri n CH 2 = CH 2 ( CH 2 CH 2 ) n H < 0 Ł LD- polyeteeniä Matalapainemenetelmä n kpa, katalyytit Ł HD- polyeteeniä Ominaisuuksia Tiheys: LD 0,92 kg/dm 3 HD 0,96 kg/dm 3 Maksimikäyttölämpötilat: LD ~ 80 C, HD ~ 110 C Kestomuovi Polymeroitumisaste HD lujempaa ja kovempaa kuin LD Kemiallinen kestävyys hyvä (HD:llä vähän parempi) Kestää vahvoja ei hapettavia happoja ja emäksiä Ei kestä hiilivetyjä ja kloorattuja hiilivetyjä Pehmeää (pehmittimiä ei tarvita) Myydään rakeina 13

14 Käyttö LD: - Kalvot (pussit, jätesäkit) - Elintarvikepakkauksien pinnoitteet maitotölkit kertakäyttöastiat HD: - Kanisterit, pullot, juomakorit - Keittämistä kestävät muovipussit (rapisevat) - Paineenkestävät putket - Suursäkit Eteenimuovien suuri käyttö perustuu niiden helppoon työstettävyyteen, halpaan hintaan ja myrkyttömyyteen Tulevat todennäköisesti säilyttämään paikkansa yleisimpinä muoveina POLYPROPEENI (PP) n propeeni polypropeeni Ominaisuuksia Kestomuovi Kemiallisesti polyeteenin kaltainen Polymeroitumisaste Kevyempää kuin polyeteeni Lujempaa kuin polyeteeni Kestää korkeampia lämpötiloja Jatkuvassa käytössä 105 C, hetkellisesti 130 C Ł Käyttömahdollisuudet monipuolisemmat kuin eteenimuovien 14

15 Käyttö Hyvien optisten ominaisuuksien vuoksi pakkausteollisuudessa Elintarvikepakkaukset (jogurttipurkit, margariinirasiat) Köydet, narut, säkit Kotitalouskoneiden kotelot POLYVINYYLIKLORIDI (PVC) n vinyylikloridi polyvinyylikloridi Ominaisuuksia Kestomuovi Polymeroitumisaste Kovaa, lujaa Kemiallisesti kestävää Pehmenee n. 80 C:ssa Syttyy vaikeasti (sis. 57 % klooria) Lisäaineilla saadaan hyvin erilaisiin käyttötarkoituksiin sopivia laatuja 15

16 Käyttö Suurin käyttö erilaisissa rakennustuotteissa LVI- putket Kaapeleiden ja sähköjohtojen suojaputket Kaapeleiden eristeet Lattia- ja seinäpäällysteet letkut Pehmentimillä pastamaisia tuotteita Kankaiden ja tapettien päällystys Sadetakit Suojakäsineet Laukut ym. POLYSTYREENI (PS) CH CH 2 styreeni polystyreeni Ominaisuuksia Kemiallisesti kestävää Hyvin sähköä eristävää Erittäin helppo työstää Pehmenee 80 C:ssa Ominaisuudet muunneltavissa käyttötarkoituksen mukaan 16

17 Tavallisimmat polystyreenilaadut Solupolystyreeni Pääasiassa eristysmateriaali Käyttö: - rakennusteollisuudessa lämmöneristeenä - pakkausteollisuudessa suojamateriaalina (styrox) Valmistus: Polymerointiprosessiin lisätään pentaania Ł liukenee muodostuviin polystyreenihelmiin ja toimii ponnekaasuna l. höyrystyy, kun helmiä käsitellään höyryllä tai kuumalla vedellä Ł polystyreeni soluuntuu Lasinkirkas polystyreeni Käyttö: - kirkkaat kertakäyttöpikarit ja pakkaukset - heijastimet - valaisimet - CD- kotelot Iskunkestävä polystyreeni Tavallisesti läpinäkymätöntä Käyttö: - TV- ja radiokotelot - kotitalous- ja konttorikoneiden kuoret - kertakäyttöiset ruokailuvälineet - huonekalut 17

18 POLYTETRAFLUORIETEENI (PTFE) n tetrafluorieteeni polytetrafluorieteeni Tunnetuin kauppanimi: teflon Ominaisuuksia valkoista tai ruskehtavaa sitkeää pinnaltaan vahamaista hylkii muita aineita (esim. vesi ei tartu pintaan) kemiallisesti kestävää tavallisessa lämpötilassa kestää jatkuvaa 270 C:een lämpötilaa kestää hetkellisesti myös n. 400 C:een lämpötilaa > 400 C:een lämpötilassa alkaa kehittyä myrkyllisiä fluoriyhdisteitä on sitkeää vielä -196 C:ssa erinomainen säänkestävyys erittäin pieni kitkakerroin ei ylläpidä palamista puhtaana rajoitetut mekaaniset ominaisuudet (Ł täyteaineet) vaikea muovailtavuus kallista Käyttö erilaiset kappaletuotteet putket, levyt, tangot kalvot, kuidut laakerit sähköneristeet tiivisteet 18

19 Metallipintojen päällystys: Pinnalle levitetään teflonin vesidispersio Kuumennus C:een Ł Vesi poistuu, teflonhiukkaset muodostavat kirkkaan kalvon (paistinpannut, kattilat) POLYAMIDIT (PA) Ensimmäisen tuotteen kauppanimi: nailon (nylon) Nailon 66 kehitettiin v Nykyään useita laatuja Lähtöaineet: 1. Diamiini + dikarboksyylihappo 2. Yksi lähtöaine, joka sisältää sekä amiini- että karboksyyliryhmän NH 2 (CH 2 ) 6 NH 2 heksametyleenidiamiini adipiinihappo + H 2 O polyamidi (nailon) 66 19

20 Ominaisuuksia Värittömiä tai kellertäviä sitkeitä Kovia Hygroskooppisia Sulamispisteet C > 100 C:een käyttölämpötiloja ei suositella Käyttö Pääosa kuitujen valmistukseen Erilaiset koneenosat Laakerit, hammaspyörät Vetoketjut Aerosolipullot AKRYYLIMUOVIT Akryylihapon tai metakryylihapon johdannaisten polymeereja akryylihappo metakryylihappo POLYMETYYLIMETAKRYLAATTI (PMMA) n H 2 C CH 3 C C O O CH 3 n metakryylihapon metyyliesteri PMMA pleksilasi 20

21 Ominaisuuksia Muistuttaa optisesti lasia Valon läpäisykyky 92 % Amorfista Hajoaa monomeereiksi > 200 C:ssa Kemiallinen kestävyys kohtalainen UV- valon ja säänkestävyys erinomainen Ł ulkokäyttö Käyttö Ikkunat Kattokuvut Mainoskilvet Lampunkuvut Akvaariot Kylpyhuonerakenteet ja kalusteet Pesualtaat Ammeet suihkukopit Kellonlasit Silmälasit Linssit Tekosilmät 21

22 POLYESTERIMUOVIT Moniarvoinen karboksyylihappo + moniarvoinen alkoholi Sekä kesto- että kertamuoveja POLYETEENITEREFTALAATTI (PET) Kestomuovi Tereftaalihappo + glykoli (etaanidioli) n + n HO CH 2 CH 2 OH + H 2 O PET Käyttö Kuidut Teryleeni polyesteri Kalvot Vaatteet Siimat, uistimet Paistopussit Virvoitusjuomapullot 22

23 TÄRKEIMPIÄ KERTAMUOVEJA FENOLIFORMALDEHYDIMUOVIT Vanhimpia synteettisiä kertamuoveja Tunnettu kauppanimi: bakeliitti Ensimmäinen täysin synteettinen muovi (v.1907) fenoli formaldehydi bakeliitti Kestää hyvin lämpöä Käyttölämpötilat C täyteaineesta riippuen Käyttö Kotitalouskoneet Paperi- ja tekstiililaminaatit Bakeliitin käyttö lähes jäänyt korkean hinnan ja valmistuksen monimutkaisuuden vuoksi 23

24 POLYESTERIHARTSIT Esim. n HOOC CH = CH COOH + n HO CH 2 CH 2 OH maleiinihappo glykoli + H 2 O Käytetään lähes yksinomaan lujitteen kanssa (lasikuitu, hiilikuidut) Käyttö - Veneet - Autonkorit - Säiliöt, laatat - Huonekalut - Uistinvavat POLYURETAANIT Syntyvät diolien ja di-isosyanaattien välisissä reaktioissa Esim. di-isosyanaatti dioli Käyttö Koneen osat Kaapelien vaipat Kuidut, kalvot, levyt Lakat, liimat, maalit 24

25 Polyuretaanivaahdot Valmistetaan lisäämällä vähän vettä polymerointiprosessiin Osa isosyanaattiryhmistä reagoi veden kanssa hiilidioksidia vapauttaen R N = C = O + H 2 O R NH 2 + CO 2 - CO 2 toimii vaahdotusaineena Käyttö Vaahtomuovi patjat, huonekalut Eristevaahdot rakennuksilla Kestomuovien osuus kulutuksesta n. 90 %, josta > 50 % PE ja PP MUOVIJÄTTEET JA KIERRÄTYS Muovijäte on ympäristön kannalta ongelmallinen syntyy paljon Suomessa syntyy vuosittain noin tonnia muovijätettä, josta puolet, tonnia on pakkausjätettä hajoaa hitaasti tai ei ollenkaan; esim. PE- muovista valmistetun muovikassin hajoaminen kestää 5 v Lähes kaikki muovilaadut (kestomuovit) ovat kierrätettävissä Muovia ei voi kierrättää loputtomiin Ominaisuudet huononevat jokaisella uudelleenkäyttökerralla Ongelmana muovien lajittelu 25

26 Muovien kierrätys: Teollisuuden puhdas pakkausjäte parhaiten kierrätettävää ja käytettävissä uudelleen Teollisuudessa otetaan nykyisin yhä enemmän huomioon materiaalien kierrätettävyys Esim. autojen muoviosia kierrätettävästä polypropeenista Muoviteollisuus kierrättää omat muovijätteensä tekemällä niistä uusia tuotteita Vähittäiskaupat pyrkivät kierrättämään pakkausmuovinsa Lääke- ja elintarviketeollisuus eivät voi hygieniasyistä käyttää kierrätysmuovia Uusiomuovista valmistetaan mm. jätesäkkejä, putkia, levyjä Suomessa uusiomuovin käyttö on toistaiseksi kalliimpaa kuin uuden raaka-aineen käyttö Kotitalouksien muovijätteiden uusiokäyttö harvinaista (Ł kaatopaikalle) Virvoitusjuomapullot ja korit kierrätetään - (esim. PET- pulloista tekstiiliteollisuuden raaka-ainetta) Muovien polttaminen Suurin osa muoveista voidaan polttaa energiajakeeksi Esim. polyeteeni ja polypropeeni Polton tapahduttava riittävän korkeassa lämpötilassa (> 300 C) Palamistuotteina puhtaista muoveista CO 2 (!) ja H 2 O 26

27 Suomessa muovista tuotetaan energiaa sekoittamalla sitä pieni osa muun polttoaineen joukkoon Jätemuovin energiasisältö samansuuruinen polttoöljyn kanssa Väri- ja lisäaineet saattavat poltettaessa muodostaa myrkyllisiä yhdisteitä Ł Ei saa polttaa PVC muovia ei saa polttaa sen sisältämän kloorin vuoksi (palaessa syntyy vetykloridikaasua, joka veden kanssa muodostaa suolahappoa) Ł Käyttö pakkausmateriaalina vähäistä nykyään 27

28 BIOHAJOAVAT MUOVIT Luonnon polymeerit Selluloosa, tärkkelys Synteettiset polymeerit valtaosa polyestereitä Tärkein: POLYLAKTIDI Maitohapon polymerointituote maitohappo polylaktidi Raaka-aineita - Sokerijuurikas - Vilja - Maissi - Peruna - Riisi - Elintarviketeollisuuden jätteet, ym. Käyttö Biohajoavia peitteitä maataloudessa Iso-Britanniassa Hedelmien ja vihannesten (ym. elintarvikkeiden) pakkaukset Jätepussit Maanviljely-muovit Lääketiede: Sulavat ompeleet Elimistössä hajoavat lääkesäiliöt Biohajoavat ruuvit ortopediassa (säästytään toiselta leikkaukselta) Käyttöä rajoittaa korkea hinta 28

29 SÄHKÖÄ JOHTAVAT POLYMEERIT Jako: 1. Sähköä johtavat seostetut polymeerit (täytepolymeerit) 2. Sisäisesti sähköä johtavat muovit (=johdepolymeerit) SEOSTETUT POLYMEERIT Koostuvat polymeerista ja sähköä johtavasta lisäaineesta Peruspolymeeri voi olla periaatteessa mikä tahansa, yleensä kestomuovi, kuten: Polyeteenit Polypropeeni Polystyreeni PVC Täyteaineen valintaan vaikuttavat: Aineen sähkönjohtokyky Aineen hinta Vaikutukset muovin muihin ominaisuuksiin Antistaattisovelluksissa: noki, grafiitti, hiilikuidut Ł tuotteen väri musta Erinomaista sähkönjohtavuutta vaativissa tapauksissa: metallijauhe, metallikuitu, metallilastut (esim. Al-), metalloitu lasikuitu - kalliimpia kuin noki - saattavat vaikuttaa muovin mekaanisiin ominaisuuksiin Lisäainepitoisuus % Sähkönjohtavuus tärkein ominaisuus, mutta muiden muovien ominaisuuksien säilyttävä 29

30 Käyttökohteita Pakkauskalvot elektroniikan komponentit räjähdysaineet Suojakalvot kaivosteollisuus Putket palavien aineiden siirto Lämmityselementit lattiat jalkakäytävät Erikoiskilpasuksien pohjat EMI- suojaus (= sähkömagneettinen interferenssi) Häiriölähteitä: - Sähkömekaaniset laitteet (releet, ym.) - Jatkuvat lähteet (radio, TV, tutka, aurinko) - Tilapäiset lähteet (oikosulku, salama, huono kosketus) Käytettyjä täyteaineita: - Noki - Alumiinihiutaleet - Hiilikuitu - Teräskuitu - Aluminoitu lasikuitu Käytettyjä polymeereja: PP, PA6, PVC, PC 30

31 JOHDEPOLYMEERIT Sähkön johtuminen perustuu polymeerirungon ominaisuuksiin Kaikille yhteistä pääketjun konjugoidut kaksoissidokset: C = C C= C C= C C Łmahdollistavat varauksenkuljettajien liikkumisen Lisäksi: Johtokykyä säädellään seostamalla polymeeria sopivalla hapettavalla tai pelkistävällä aineella esim. BF 4, I 2, ClO 4, AsF 5, FeCl 3 (hapettimia) alkalimetallit (pelkistimiä) Seosaineen määrä voi olla jopa 50 mol-% Johtavuus yleensä S/cm Joissakin polyasetyleeninäytteissä jopa lähes kuparin johtokyky ( S/cm) [ CH = CH - CH = CH - CH = CH ] n polyasetyleeni Mahdollisia käyttökohteita Akut Paristot Elektroniikan komponentit Näytöt Antistaattiset pinnoitteet Sähkömagneettien suojaus 31

32 NESTEKITEET Ominaisuuksiltaan viskoosin nesteen ja kiteisen aineen välimuotoja Pitkiä orgaanisia molekyylejä, joihin liittynyt polaarisia atomiryhmiä (sähköinen dipoli) Reagoivat erittäin herkästi pieniinkin sähkökentän muutoksiin Kolesteryylibentsoaatti v

33 Alhaisissa lämpötiloissa nestekidemateriaali kiinteää Lämpötilan noustessa rakenne hajoaa vaiheittain Ł olomuoto muuttuu kiteisestä nestekidemuodon kautta nestemäiseksi Ł nestekidemuoto esiintyy materiaalin sulamispisteen ja ns. kirkastumispisteen välisellä lämpötila-alueella Nestekiteisen aineen molekyylit ovat järjestäytyneet yhdensuuntaisesti Ł ominaisuudet (mm. sähkönjohtavuus, taitekerroin) anisotrooppisia (tarkastelusuunnasta riippuvaisia) Nestekidemuovien lämmönkesto riippuu mm. - molekyylirakenteesta - kidevirheistä - epäpuhtauksista materiaalissa - prosessointiolosuhteista Amorfiset nestekidemuovit ovat pysyviä n C saakka ja osittain kiteiset nestekidemuovit kestävät n C lämpötiloja Nestekidemuoveilla on erittäin pieni lämpölaajenemiskerroin normaaleihin kestomuoveihin verrattuna (n. 0,1 0,5 kertainen) Yleisesti LCD- näytön käyttö pakkasessa on hankalaa Ł materiaalin ominaisuudet muuttuvat Ł näytöt hidastuvat ja kuva häipyy kokonaan TV- valmistajien mukaan nestekidenäytöt kestävät C:een lämpötiloja (jotkut jopa -50 C:een lämpötiloja) 33

34 Sovellusten kannalta tärkeää: nestekiteen molekyylien järjestymistä voidaan ohjata sähköisesti Ł taskulaskimien, rannekellojen, matkapuhelimien, televisioiden litteät näytöt (LCD-näytöt) Valoa polarisoiva suodin Lasilevy Elektrodi Nestekiteinen aine Elektrodi Lasilevy Peili Elektrodeihin kytketyn jännitteen avulla käännetään nestekidemolekyylejä ja ohjataan näyttöä Molekyylien kääntyminen tapahtuu vain tiettyä kynnysjännitettä korkeammilla jännitteillä Toimii parhaiten kirkkaassa valossa Värillisiä näyttöjä valmistetaan liittämällä kuvapisteisiin suodatin Suodattaa valkoisesta valosta toivotut aallonpituudet Etu: alhainen virrankulutus Haitta: rajoittunut katselukulma Uusimmat ja nopeammat nestekidenäytöt perustuvat ferrosähköisiin nestekiteisiin Käytetään kannettavien tietokoneiden näytöissä Jotkut nestekiteet muuttavat väriä lämpötilan mukaan Ł voidaan käyttää lämpömittareina 34

35 Polymeerinestekiteet Polymeerien ja nestekiteiden ominaisuudet yhdistyvät Sovelluksia 1. Erittäin vahvat kuidut - kypärät - luodinkestävät liivit (main chain) (side chain) 2. Optiset sovellukset optiset näytöt - kehitteillä - toistaiseksi liian pitkät reagointiajat sähkökentässä (kuvat vaihtuvat liian hitaasti) 35