HYVÄ TIETÄÄ MUOVISTA MuoviPlast-lehti jatkaa tässä numerossa 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. OSA 7 ERIKOISMUOVIT JA BIOMUOVIT Aikaisemmissa jaksoissa on käsitelty valtamuovit, tekniset muovit ja osakiteiset erikoismuovit. Tässä artikkelissa jatketaan amorfisilla erikoismuoveilla ja samalla päättyy artikkelisarjan raaka-aineosuus biomuoveilla. Polysulfoni PSU Polysulfoni (englanniksi: polysulphone ) on käyttömäärältään suurin amorfisista sulfonimuoveista. Raaka-aine tuli Yhdysvalloissa markkinoille Union Carbiden lanseeramana vuonna 1965 tuotenimellä Bakelite. Myöhemmin tuote sai nimen Udel. Union Carbide myi polysulfonin valmistuksen Erikoismuovit Erikoismuovien esittely päättyy kestomuoveihin kuuluvilla Amoco Performance Productsille. Tänään raaka-ainetta valsulfonimuoveilla. Ne ovat amorfisia, läpinäkyviä ja meripih- mistaa ja markkinoi Solvay Advanced Polymers. Toinen tunkan värisiä muoveja. Ne ovat tunnettuja hyvästä sitkeydestä, nettu tuotemerkki on Mindel, jota myöskin valmistaa Solvay. Polysulfonilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet laajalmittatarkkuudesta ja selviytyvät huomattavasti korkeammista la käyttölämpötila-alueella. Polysulfoniin voidaan sekoittaa lämpötiloista kuin esim. polykarbonaatti. muita muoveja, kuten esimerkiksi ABS:a. Tämä modifioin1. Polysulfoni (PSU) ti vähentää jännityssäröilyn riskiä ja alentaa samalla raaka-ai2. Polyfenyleenisulfoni (PPSU) neen hintaa. Sekoituksella on tosin huonommat mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa verrattuna puhtaaseen polysulfoniin. Polysulfonilla on monomeerissa neljä aromaattista ryhmää. Juuri tämän rakenteen ansiosta sillä on hyvät lämmönkesto-ominaisuudet. PSU on saatavilla elintarvikehyväksyttynä ja sitä käytetään mm. lypsykoneiden osissa. Tässä yksi tärkeä etu on raaka-aineen läpinäkyvyys ja että se voidaan höyrysteriloida. 20 MUOVIPLAST 01/13
PSU:n ominaisuuksia + Laaja käyttölämpötila-alue (-100 C +160 C jatkuva) + Jäykkyys säilyy käytännössä muuttumattomana koko käyttölämpötila-alueella + Erinomaiset hydrolyysiominaisuudet (kuuma vesi) + Elintarvike- ja lääkeainekontaktiin hyväksytty + Voidaan steriloida höyryllä, eteenioksidilla ja gammasäteillä + Saatavana V0-paloluokituksella Herkkä jännityssäröilylle tietyillä liuottimilla Huono UV-kesto (voidaan parantaa lisäaineilla) Epätavallisen korkea työstölämpötila (jopa 390 C ruiskuvalussa) Käyttöalueet PSU voidaan työstää kaikilla tavallisimmilla kestomuovien työstömenetelmillä. Puolivalmisteina löytyy tankoa, putkea, profiileja, levyjä ja kalvoa. Raaka-ainetta käytetään, kun tarvitaan läpinäkyviä tuotteita, jotka kestävät korkeita lämpötiloja ja kuumaa vettä, tai näillä ominaisuuksilla kun lisäksi tarvitaan elintarvike- tai lääkeainehyväksyntä. Esimerkkinä lääketieteen tuotteet, joissa PSU korvaa lasin, kuumien juomien valmistuksessa käytettävät komponentit (esim. kahvinkeitin), mikroaaltouunien osat ja astiat, hiustenkuivaajat ja autoteollisuuden komponentit. PPSU:n ominaisuuksia + Korkea maksimikäyttölämpötila (+190 C) + Poikkeuksellisen hyvä iskulujuus (myös korkeissa lämpötiloissa ja lämpövanhenemisen jälkeen) + Erittäin hyvä paloluokitus (läpäisee lentokoneiden sisustukselle asetetut FFA-vaatimukset) + Hyvä jännityssäröilyn kesto UV-stabilointi lisättävä ulkokäytössä Käyttöalueet PPSU voidaan PSU:n tavoin työstää kaikilla tavallisimmilla kestomuovien työstömenetelmillä. Polyfenyleenisulfonia käytetään paljon terveydenhoito- ja lääketieteellisissä tuotteissa. Jotkin PPSU lajikkeet voidaan höyrysteriloida yli 1500 kertaa ja ne ovat siksi taloudellinen vaihtoehto kertakäyttötuotteille. Raaka-ainetta käytetään myös sähkö- ja elektroniikkakomponenteissa tai putkiyhteissä, joissa korkea lämmönkesto yhdistettynä hyvään kemikaalien kestoon tai hyvään palonsuojaukseen vaaditaan. Lento- ja avaruusteollisuuden tuotteita valmistetaan myös paljon PPSU:sta. Polyfenyleenisulfonin monomeeri muistuttaa polysulfonin monomeeriä. Ainoa ero on että C(CH3)2 ryhmä puuttuu. Polyfenyleenisulfoni PPSU Polyfenyleenisulfoni (englanniksi polyphenylsulphone ) muistuttaa ominaisuuksiltaan polysulfonia mutta sillä on huomattavasti parempi iskulujuus (10-kertainen) ja pienempi jännityssäröilyn riski. Markkinoiden johtava valmistaja on Solvay Advanced Polymers Radel tuotemerkillään. PPSU:lla on kaikista muoveista erittäin hyvä luontainen palosuojaus ja sitä käytetään siksi mm. lentokoneiden sisustuspaneeleihin. MUOVIPLAST 01/13 21
Biomuovit sovittiin, että jatkossa biomuovin määritelmä olisi materiaali, joka kokonaan tai osittain koostuu uusiutuvista luonnon raaka-aineista. Kukaan ei kuitenkaan pystynyt määrittelemään kuinka paljon uusiutuvan luonnon raaka-aineen osuuden tulisi olla, jotta materiaalia voisi kutsua biomuoviksi. Internetistä etsittäessä löytyy joidenkin raaka-ainetoimittajien määritelmä, jonka mukaan raaka-ainetta kutsutaan biomuoviksi mikäli uusiutuvien luonnon raaka-aineiden osuus on vävuonna 2009 Elmia Polymer -messuilla Jönköpingissä käytiin hintään 20%. Tässä artikkelissa noudatetaan edellä mainitpaneelikeskustelu, johon osallistui edustajia muovialan ruot- tua määritelmää vaikka Internetissä hakusanalla bioplastic salaisesta ammattilehdestä ja ammattiliitosta, muovituottei- usein törmää myös toiseen biomuovien määritelmään (bioloden valmistajia sekä biomuovien maahantuojia. Keskustelussa gisesti hajoava). Maailmassa vuosittain tuotettavasta 250 miljoonasta tonnista muovia on biomuovien osuus vielä häviävän pieni. Kuvassa maatalouskalvuonna 2011 koko vuosituotannon arvioitiin yltävän noin 1,5 voa, jota käytetään miljoonaan tonniin. Suurimmat muoviraaka-ainetuottajat kemaataloudessa maan peittämiseen ja rikhittävät jatkuvasti uusia biomuoveja. Tavoitteena on korvakakasvien eliminointiin. ta 5-10% perinteisiä muoveja biomuoveilla. Näissä luvuissa ei Se on valmistettu Materole mukana sokeriruo osta valmistettujen bioetanolipohjaibi -raaka-aineesta, jota sen PE:n ja PVC:n valmistus (artikkelin käännöshetkellä 2013 valmistetaan maissiesim. Braskemin tehdas Brasiliassa on käynnistynyt). peruna- tai muista Kysyttäessa muovialan ihmisiltä mitä biomuovi on, ei vastaus aina välttämättä ole yksiselitteinen, vaan vastauksia saa kaksi: 1) Se on muovi, jota valmistetaan kasvipohjaisista luonnon uusiutuvista luonnonvaroista. 2) Se on muovi, joka hajoaa mikro-organismien tai entsyymien avulla ja on kompostoitavissa. paljon tärkkelystä sisältävistä kasveista. Sen lisäksi että kalvo on valmistettu biopohjaisista tuotteista on se myös kompostoituva. Käytön jälkeen se kynnetään peltoon ja tietyn ajan kuluessa se häviää kokonaan. Kuva: Novamont Maatalousmuovit Jotkut Internet-lähteet jakavat biomuovit n.k. maatalousmuoveihin ja biopolyestereihin. Maatalousmuoveissa löytyy raaka-aineita, jotka pohjautuvat polysakkarideihin, t.s. selluloosa tai tärkkelys, tai proteiineihin. Tietyt, mutta ei kaikki, raakaaineet, jotka valmistetaan näistä uusiutuvista luonnon raakaaineista ovat myös biohajoavia. Bioetanolipohjaiset PE ja PVC eivät esimerkiksi ole biohajoavia muoveja. Selluloosaa on jo kauan käytetty muovien valmistukseen esim. selluloosa-asetaatti CA, CAB ja CAP. Nämä lasinkirkkaat ja erittäin sitkeät muovit eivät kuitenkaan ole uusiutuvia. Selluloosaa saadaan puusta, joten Pohjoismaissa on hy- PLA:n monomeeri on rakenteeltaan seuraavanlainen. Maissi on yleinen uusiutuva luonnonvara biomuovien valmistuksessa, sekä maatalousmuoveissa että biopolyestereissä. 22 MUOVIPLAST 01/13
vät edellytykset osallistua tämän alueen kehitystyöhön. Mikäli puujauhoa, pellavaa, puuvillaa tai hamppua sekoitetaan perinteiseen öljypohjaiseen muoviin luokitellaan nämäkin biomuoveihin, koska osa materiaalista on peräisin uusiutuvista luonnonvaroista. Ruotsissa on useampia pieniä yrityksiä, jotka kehittävät tämäntyyppisiä tuotteita samanaikaisesti kun suuret metsäyhtiöt panostavat kokonaan sellupohjaisten muovien tutkimukseen. Tärkkelystä saadaan maissista, perunasta, viljasta, sokeriruo osta ja muista kasveista, joita käytetään rehuna tai joista valmistetaan biopolttoaineita. Näiden käyttö on tietyssä määrin ristiriidassa maailmassa tarvittavien elintarvikkeiden kanssa, joten monissa tutkimusprojekteissa keskitytäänkin erityisesti oljen tai kasvin varsiston hyödyntamiseen ravinteikkaiden osien sijasta. Risiinikasvia kasvatettiin aikaisemmin lääkkeeksi, mutta nykyään myös uusiutuvaksi luonnon raaka-aineeksi tiettyjä polyamidilajikkeita varten. Bio-polyesterit Tähän ryhmään kuuluvat muoviraaka-aineet on valmistettu joko tärkkelyspohjaisista monomeereistä (maissista tai sokeriruo osta) tai petrolipohjaisista monomeereistä, jotka ovat kompostoituvia. Jotkut raaka-aineet ovat sekä valmistettu uusiutuvista luonnon raaka-aineista että ovat myös kom- Salomon Ghost Freerider hiihtokengän kaulus on valmistettu Hytrel RS raaka-aineesta. Lähde: DuPont Denson yhteistyössä DuPontin kanssa kehittämä auton jäähdytin. Yläja alaosa on valmistettu Zytel RS PA610 raaka-aineesta. Lähde: DuPont MUOVIPLAST 01/13 23
postoituvia. Yksi tällainen raaka-aine on PLA. PLA on lyhenne englanninkielen sanasta polylactid acid tai polylactide. Lactid acid on suomeksi maitohappo ja se on tunnettu jo yli 100 vuotta, mutta tullut muovin kannalta erittäin kiinnostavaksi vasta kun siitä on opittu valmistamaan biopolyestereitä. tyy sen täyttää tietyt kansainvälisesti sovitut vaatimukset (esim. eurooppalainen EN13432 standardi). Standardissa on määritelty miten nopeasti ja missä määrin hajoamisen on tapahduttava mikro-organismien vaikutuksesta kompostoitaessa raaka-aine kontrolloiduissa olosuhteissa. Tekniset biomuovit DuPont julkaisi vuonna 2008 raaka-aineperheen nimeltä Hytrel RS, polyesteripohjaisen teknisen elastomeerin, jossa tunnus RS tarkoittaa renewable sources (uusiutuvista lähteistä). Materiaaliperheen tuotteet sisältävät 20-37% maissipohjaista raaka-ainetta. Myös polyamidia (nailon) voidaan valmistaa uusituvista luonnon raaka-aineista. Tässä tapauksessa käytetään risiiniöljyä, jota puristetaan risiinikasvista. Tämä erittäin myrkyllinen kasvi on alkujaan Etiopiasta, mutta nykyään sitä viljellään Intiassa, Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Johtava polyamidien valmistaja DuPont, on lanseerannut sekä PA610- että PA1010 -biopohjaiset polyamidit. Uusiutuvan luonnon raaka-aineen osuus on jopa noin 40% ja se on peräisin risiiniöljystä. Polyuretaani kestomuovia voidaan myös valmistaa uusiutuvista luonnon raaka-aineista. Espanjalainen Merquinsa on lanseerannut n.k. vihreän polyuretaanin tuotenimellä Pearlthane Eco. Yrityksen mukaan biopohjaisilla polyuretaaneilla on parempi hydrolyysin kesto verrattuna perinteisiin polyuretaaneihin. Mekaaniset ominaisuudet ovat samalla tasolla ja tietyissä lajikkeissa uusiutuvan raaka-aineen osuus on jopa 90%. Tästä materiaalista valmistettavia tuotteita ovat kengät, autoteollisuuden tuotteet ja kuluttajatuotteet. Kompostoituvat muovit Monet tavallisimmat muovit kuten PE, PP ja PS eivät ole kompostoituvia vaan hajoavat luonnossa pieniksi mikropartikkeleiksi, joita valitettavasti esiintyy suuria määriä mm. maailman merissä. Jotta muovi voidaan luokitella kompostoituvaksi täy- Kompostoituvia roskapusseja Mater-Bi materiaalista italialaiselta Novamontilta. Kestää kosteutta paremmin kuin paperipussi. Lähde: IMCD Sweden AB Kuvissa biopohjainen solumuovi, jota myydään leikkikaluna. Raaka-aine on elintarvikehyväksytty ja vaaraton niellä. Kun ainetta nuolee, se muuttuu tahmeaksi ja siitä voidaan askarrella erilaisia kuvioita. Raaka-aine ei ole ainoastaan kompostoituvaa vaan se liukenee myös veteen muutamassa tunnissa. Lähde: IMCD Sweden AB 24 MUOVIPLAST 01/13