Hyvä tietää muovista OSA 3 MuoviPlast-lehti jatkaa tässä numerossaan 10-osaista artikkelisarjaa Hyvä Tietää Muovista. Siinä esitellään perustietoa tavallisimmista muoveista, kuten valtamuovit, tekniset muovit, erikoismuovit ja biomuovit. Kestomuovien yleisimmät työstömenetelmät esitellään sarjan loppupuolella. Teksti Ulf Bruder / Brucon Ab, käännös Erik Lähteenmäki / Polymerik Oy. Valtamuovit ja muita muoveja Polyvinyylikloridi Polyvinyylikloridi on amorfinen valtamuovi. Sen tunnus on PVC, joka on myös sen nimi arkikäytössä. Englanninkielinen nimi on polyvinyl chloride. Se on kolmanneksi suurin muovi yli 20 miljoonalla tonnillaan per vuosi. PVC:tä valmistaa mm. Ineos Ruotsissa (entinen Hydro Polymers), Stenungsundissa. PVC keksittiin jo 1800-luvulla, mutta sen kaupallinen valmistus alkoi vasta 1936, kun Union Carbide USA:ssa toi materiaalin markkinoille kumin korvaajana kaapelin valmistuksessa. PVC:n valmistuksessa voidaan käyttää eri polymerointimenetelmiä, ja kompaundoinnissa voidaan materiaalin ominaisuuksiin vaikuttaa enemmän kuin minkään muun materiaalin valmistuksessa erittäin pehmeästä (esim. puutarhaletkut) jäykkään ja kovaan (esim. viemäriputket). Yleensä PVC jaetaan kolmeen eri lajiin: Jäykkä, pehmeä tai lateksi-pvc. PVC:n ominaisuuksia: + alhainen hinta ja ominaispaino + saatavissa elintarvikehyväksyttynä + erinomainen kemikaalien kesto + itsesammuva (ei pehmitetty PVC) + ei ime kosteutta + hyvä UV-valon kesto + mikro-organismien kestävä + hyvä pitkäaikaiskesto - hajoamistuotteena suolahappo (palaminen) Ympäristönäkökohtia: Polyvinyylikloridi on saanut huonon maineen, koska sen monomeeri on karsinogeeni, siitä voi liueta terveydelle haitallisia pehmittimiä (esim. DOP) ja sitä poltettaessa voi syntyä dioksiinia tai suolahappoa. Mitään muovia ei ole tutkittu yhtä tarkoin kuin PVC:tä. Sen kompaudoinnin kehittymisen myötä on myös osa ongelmista saatu eliminoitua. Ympäristötutkijat ovat nykyään jopa alkaneet kyseenalaistaa materiaalin uhkia negatiivisista ympäristövaikutuksista. Lisätietoja PVC:stä löytyy mm. osoitteessa: www.pvc.se PVC soveltuu erinomaisesti kierrätettäväksi. Paras vaihtoehto on materiaalin uusiokäyttö. Toisena vaihtoehtona on materiaalin kierrätys energiatuotantoon. PVC merkitään tunnuksella: 3 PVC Polystyreeni Polystyreeni on lasinkirkas, amorfinen valtamuovi. Sen tunnus on PS (englanninkielinen nimi: polystyrene ). Polystyreeni on perinteisesti ollut kaikkein edullisin muovi ja sitä on käytetty paljon mm. kertakäyttötuotteissa. Pohjoismaissa sitä valmistaa Ineos Nova Trelleborgissa, Ruotsissa. Polystyreeni keksittiin jo vuonna 1839 mutta kaupallisessa tarkoituksessa valmistus alkoi vasta 1931, kun sen toi markkinoille saksalainen I. G. Farben. 1959 kehitettiin paisutettu polystyreeni, jonka tunnus on EPS. Suomessa tunnetuin paisutetun polystyreenin tuotemerkki on Styrox. Luokittelu Styreenin polymeroinnissa saadaan kirkas, jäykkä ja kova muovi, jolla on hyvä pintakiilto. Valitettavasti se on myös hyvin haurasta. Mikäli kirkkaudesta ja jäykkyydestä voidaan luopua, voi polystyreeniin sekoittaa 5 10 % butadieenikumia (BR), jolloin saadaan iskuluja polystyreeni (HIPS). Sen iskulujuus voi olla 5 kertaa standardi polystyreeniä parempi. Sen lisäksi, että polystyreeniä voidaan sekoittaa muiden polymeerien kanssa, voi styreeniä myös kopolymeroida muiden monomeerien kanssa. Tuloksena voi olla parempi lämmönkesto, iskulujuus, jäykkyys, työstettävyys ja kemikaalien kesto. Joitain yleisiä styreenimuoveja ovat: styreeni-butadieeni (SB) 24 MUOVIPLAST 02/12
PVC on rakenteeltaan yksinkertainen, mutta eroaa rakenteeltaan muista valtamuoveista siten, että hiilen ja vedyn lisäksi siinä on myös klooria. PVC rakentuu hiiliatomien ketjusta, jossa joka toisessa hiiliatomissa on kiinni kaksi vetyatomia ja joka toisessa yksi vetyatomi ja yksi klooriatomi. PVC:n kemiallinen tunnus sen monomeerille on: Graafisesti PVC kuvataan seuraavasti: Kuva vasemmalla ylhäällä, viemäriputki. PVC:llä on erinomainen kemikaalien kesto ja pitkäaikaiskesto. Noin 50 % kaikesta PVC:stä käytetään rakennusalalla. Kuva vasemmalla, veripussit. Monet kertakäyttötuotteet terveydenhuollossa valmistetaan pehmeästä PVC:stä. Kuva yllä suojakäsineet. Suojakäsineitä ja sadevaatteita valmistetaan usein PVC-lateksista. Kuva alla. Pehmeä PVC on täysin dominoiva raaka-aine kaapelivaippojen ekstruusiossa. Polystyreeni valmistetaan styreeni monomeeristä, joka on öljystä valmistettava hiilivety. Styreenimonomeerin kemiallinen tunnus sen monomeerille on: Siinä = kuvaa kaksoissidosta ja kuusikulmio on nk. bentseenirengas, jossa kuusi hiiliatomia ovat rengasmuodossa. Jokaisessa renkaan hiiliatomissa on kiinni myös yksi vetyatomi. Polystyreenillä on epäsäännöllinen rakenne, koska bentseenirenkaat ovat jakautuneet sattumanvaraisesti. Graafisesti polystyreeni kuvataan seuraavasti: Kuva vasemmalla, CD-kotelo. CDkotelo on tyypillinen polystyreenistä valmistettava tuote. Kuva yllä. Kuvassa paisutettu styreeni (EPS). Tällä materiaalilla on noin 80 kertaa suurempi ominaistilavuus tavalliseen polystyreeniin verrattuna. Sitä käytetään rakennusteollisuudessa lämpöeristeenä tai kuluttajaelektroniikan pakkauksissa iskua vaimentavana materiaalina sekä usein myös erilaisissa kellukkeissa. Polystyreenistä voidaan myös ekstrudoida paisutettua kalvoa tai levyä. Paksummasta levystä voidaan valmistaa munakennoja tai muita elintarvikepakkauksia. Kuva vasemmalla, kertakäyttölasit. Polystyreenistä valmistetaan paljon kertakäyttötuotteita. MUOVIPLAST 02/12 25
akryylinitriili-styreeni-akrylaatti (ASA) akryylinitriili-butadieeni-styreeni (ABS). Polystyreenin ominaisuuksia: + alhainen hinta + läpinäkyvyys (88 %) + merkityksetön kosteuden imeytyminen + elintarvikehyväksytty + kovuus ja pintakiilto - hauraus - huono kemikaalien kesto - alhainen pehmenemislämpötila - kellastuu ulkokäytössä. Polystyreeni ei pilkkoudu luonnossa mikroorganismien avulla vaan on kierrätettävä. Sekä tavallinen että paisutettu polystyreeni kelpaavat materiaalin talteenottoon ja voidaan käyttää yksinkertaisemmissa tuotteissa uudelleen. Poltettaessa syntyy hiilidioksidia ja vettä. Polystyreenin kierrätystunnus on: 6 PS Käyttökohteet Polystyreeniä voidaan ruiskuvalaa ja ekstrudoida. Ekstrudoituja levyjä voidaan lämpömuovata. ABS ABS on amorfinen kopolymeeri. ABS on akryylinitriili-butadieeni-styreenin lyhenne mutta jokapäiväisessä käytössä sanotaan aina ABS, joka on sen nimi myös englannin kielessä. Pohjoismaissa ei ole ABS:n valmistajia, mutta muutamalla kompaundoijalla on se valikoimissaan. ABS tuli markkinoille vuonna 1948. ABS:n valmistuksessa akryylinitriili ja styreeni kopolymeroidaan polybutadieenin (kumilateksi) ympäröimänä. Suurempi osuus akryylinitriiliä antaa paremman lujuuden ja paremmat kemialliset ominaisuudet, mutta seurauksena on pienempi määrä butadieeni-partikkeleita, jolloin iskulujuus on alhaisempi. Styreeni antaa hyvän pintakiillon, hyvät työstöominaisuudet ja tekee ABS:stä edullista ominaisuuksiinsa verrattuna. ABS-sekoitukset Sen lisäksi että ABS:n ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa sen sisältämien monomeerien välisellä sekoitussuhteella, voidaan ominaisuuksia parantaa myös sekoittamalla se yhteen jonkun muun teknisen muovin kanssa. Polykarbonaatti + ABS (PC/ ABS) tai polyesteri + ABS (PBT/ABS) ovat tyypillisiä sekoituksia, joita englannin kielessä kutsutaan nimellä plastic alloy. Sekoitukset ovat edullisempia kuin puhdas polykarbonaatti tai polyesteri PBT, ja ne voivat tarvittaessa sisältää myös palonestoainetta. PC/ABS-sekoitukset yhdistävät molempien muovien hyviä puolia, jolloin tuloksena on materiaali, jolla on hyvä juoksevuus ja parempi lämmön- ja UV-kesto kuin puhtaalla ABS:llä. PBT/ABS-seoksilla on parempi kemikaalien kesto (mm. bensii- ABS on yhdyspolymeeri, joka koostuu monomeereistä: Akryylinitriili Styreeni Butadieeni ABS polymeeri sisältää 15 30 % akryylinitriiliä, 5 30 % butadieenia ja 40 60 % styreeniä. Kuva yllä, kromattu suihkusuutin. Monet kromatusta ABS:stä valmistetut kappaleet näyttävät metallista valmistetuilta. ni) ja mittapitävyys korotetuissa lämpötiloissa kuin puhtaalla ABS:llä. PBT/ABS:llä korvataan materiaaleja, kuten ABS, PP ja PC/ABS autoteollisuuden kohteissa, joissa materiaalin matta pinta tarjoaa paremman tekstiilipintaa muistuttavan ulkonäön, esim. auton sisätilojen paneeleissa. ABS:n ominaisuuksia: + yhdistää jäykkyyden, lujuuden ja sitkeyden + hyvä sähköinen eristävyys + hyvä virumisen kesto + saatavana läpinäkyvänä + ei ime kosteutta + hyvä pintakiilto + helppo värjätä + erinomainen kromaukseen + voidaan maalata - lämmönkesto 26 MUOVIPLAST 02/12
Kuva oikealla. PMMA on erinomainen heijastimissa. Kuva alla. Loistevalaisimien laseissa PMMA:ta käytetään paljon. Kuva yllä, konttorikoneet. ABS on tyypillinen materiaali konttorikoneissa, tietokoneissa ja muissa elektroniikkalaitteissa. Kuva yllä, ovipaneeli. Autojen ovipaneelien ja kojelautojen kaltaisia suuria kappaleita valmistetaan ABS:stä. PMMA rakentuu metyylimetakrylaattimonomeeristä, joka on rakenteeltaan seuraavanlainen: PMMA:n graafinen kuvaustapa: - jännityssäröily - huono UV-valon kesto - herkkä liuottimille ABS soveltuu erinomaisesti raaka-aineen kierrätykseen. Pääosin pakkauksissa käytettävä merkintä on kuten viereisessä mallissa. Koska merkinnästä ei ilmene, mikä materiaali on kyseessä, voidaan myös käyttää teknistä koodia > ABS < Käyttöalueet ABS voidaan ruiskuvalaa ja ekstrudoida. Ekstrudoidut levyt soveltuvat lämpömuovaukseen. ABS on parhaiten kromaukseen soveltuva muovi. Kromausprosessissa kappaleen pinnalla oleva butadieenikumi etsataan 7 Muut muovit pois, jolloin syntyy pieniä kraatereita. Etsatun pinnan esikäsittelyn jälkeen päällystettävä kromi tunkeutuu kraatereihin, jolloin metallipinnan ja ABS-pinnan välille saadaan erinomainen tarttuvuus. Esteettisen ulkonäön lisäksi on naarmuuntumisherkkyys kertaluokkaa parempi kuin muovilla. Myös PC/ABSsekoituksia voidaan kromata. Mm. auton ovenkahvoja valmistetaan kromaamalla ruiskuvalettuja PC/ABS-sekoituksia. PMMA Moni kuluttaja ei tunne merkintää PMMA, mutta kun mainitaan Plexiglas, joka on kyseisen muovin parhaiten tunnettu tuotemerkki, tietävät useimmat, mistä on kysymys. PMMA on amorfinen, lasinkirkas akryylimuovi. Saksalainen Röhm & Haas toi sen markkinoille lasin korvaajana vuonna 1933 tutuksi tulleella tuotemerkillä Plexiglas. PMMA:n ominaispaino on 1,15 1,19 g/cm3, mikä on alle puolet lasin ominaispainosta. Raaka-aine teki läpimurtonsa MUOVIPLAST 02/12 27
Kuva yllä, piilolinssi. PMMA on erittäin yhteensopiva ruumiinnesteiden kanssa. Sitä käytetään siksi implanttien materiaalina. Erittäin hyvien optisten ominaisuuksiensa takia käytetään PMMA:ta silmään operoitavissa linsseissä. Aikaisemmin käytetyt jäykät piilolinssit valmistettiin myös PMMA:sta. Ortopedisissä toimenpiteissä PMMA:ta käytetään liimattaessa luunpaloja yhteen. toisessa maailmansodassa lentokoneiden kuomuissa. Pohjoismaissa ei ole PMMA:n valmistajia, mutta muutamalla kompaundoijalla on se valikoimissaan. Normaalisti PMMA:ta ei käytetä puhtaassa muodossaan vaan siihen lisätään lisäaineita ominaisuuksien parantamiseksi: lämpöstabilointi ja prosessointi iskulujuus korkeampi käyttölämpötila UV-valon kesto. Polystyreeniin verrattuna PMMA:lla on parempi iskulujuus ja ulkoilman kesto. Polykarbonaattiin verrattuna PMMA:lla on huonompi iskulujuus mutta edullisempi hinta. Lasiin verrattuna on PMMA:n kirkkaus samaa luokkaa: alhaisempi paino mutta huonompi naarmuuntumisen kestävyys. PMMA toimitetaan granulaattina ruiskupuristusta ja ekstruusiota varten tai puolivalmisteena levynä, putkena tai tankona. PMMA:n ominaisuudet: + erittäin hyvä läpinäkyvyys (98 %) + jäykkyys ja pintakovuus Kuva yllä. jääkiekkokaukalon suojapleksit. Jääkiekkokaukaloa kiertävä suojalasi on yleensä tehty PMMA:sta. + erittäin hyvä UV-valon kesto + hyvät optiset ominaisuudet + voidaan käyttää implanteissa - korkea lämpölaajenemiskerroin - naarmuuntuvuus - jännityssäröily - liuottimien kesto - sulana virtaa huonosti (ohuiden seinämien täyttö vaikeaa) PMMA soveltuu erinomaisesti kierrätettäväksi. Ensisijaisesti suositellaan materiaalin kierrätystä ja toiseksi materiaalin kierrätystä energiaksi. Soveltuvin kierrätyskoodi tuotteeseen on tekninen versio: > PMMA < koska pakkauskoodi, kuten myös ABS:llä, on ainoastaan numero 7, mikä tarkoittaa muita muoveja. Käyttösovellukset PMMA voidaan ruiskuvalaa ja ekstrudoida. PMMA-puolivalmisteita voidaan lämpömuovata ja työstää perinteisillä, leikkaavilla työstömenetelmillä. PMMA on lasertyöstössä ylivoimainen polykarbonaattiin ja polystyreeniin verrattuna. ja maalikoukkujen puhdistukseen turvallinen tapa puhdistaa, ei liuot- Tunnetusti luotettavaa tehokkuutta Esikuvallinen asiakaspalvelu kustannustehokas 28 MUOVIPLAST 02/12 Taavinsuo 6 b FI-02180 Espoo puh (09) 4554208 mobile 050-5217888 stefan.istomin@techli.fi www.techli.fi Innostunut ja kokenut henkilöstö Jatkuva panostus kehitykseen ja uudistuksiin 12 Symposium 20 r 11. + 12. Septembe www.gala-europe.de