MUOVIT VAATETUSTEKNIIKASSA 31.3.20103
SISÄLLYLUETTELO 2. TEKSTIILEISSÄ KÄYTETTÄVÄT SYNTEETTISET POLYMEERIT JA NIISTÄ VALMISTETTAVAT KUIDUT 21 2.1 Yleistä 2.2 Akryylimuovit 2.3 Modifioidut akryylit ja akryylistä kehitetyt kuidut 2.4 Polyamidi 2.5 Aromaattinen polyamidi 2.6 Polyesteri 2.7 Polyeteeni 2.8 Polypropeeni 29 2.9 Elastaani ja polyuretaani 2.10 Fluoripolymeerit
SISÄLLYLUETTELO (jatkoa) 2.11 Klooripolymeerit 2.12 Biohajovat polymeerit 213 2.13 Muita synteettisiä tti iä polymeerejä 2.13.1 Polyesterieetteri 2.13.2 Polyfenoli 2.13.3 Polykarbonaatti 2.13.4 Polystyreeni 2135 2.13.5 Polyurea 2.13.6 Trivinyyli 2.13.7 Polyimidi
SISÄLLYLUETTELO (jatkoa) 2.14 Termisesti kestävät polymeerit 2.14.1 Yleistä 2142 2.14.2 Polyeetteriketoni t i 2.14.3 Polyimidipohjaiset kestomuovit 2.14.4 Polyfenyleenisulfidi 2.14.5 Melamiini
2. TEKSTIILEISSÄ KÄYTETTÄVÄT SYNTEETTISET POLYMEERIT JA NIISTÄ VALMISTETTAVAT KUIDUT
2.1 Yleistä
2.1 Yleistä Synteettisten kuitujen raaka-aineet ovat petrokemian teollisuuden tuottamia polymeerejä Synteettisten kuitujen ryhmittely y voidaan tehdä polymerointimenetelmän mukaisesti seuraavaan kahteen ryhmään Askelpolymeroimalla valmistetut Ketjupolymeroimalla valmistetut - polyesterit - akryyli - modifioidut polyesterit - klorokuidut - polyamidit - polypropeeni - polyuretaanielastomeerit - polyeteeni - aramidit - polyvinyylialkoholi - fluorokuidut 7
2.1 Yleistä Kuitujen ominaisuuksien kannalta polymerointiprosessissa seuraavat tekijät ovat tärkeitä: - molekyylin polymeroitumisaste (DP, Degree of Polymerization), mikä kuvastaa polymeeriketjun pituutta - mitä pitempi polymeeriketju, sitä lujempi kuitu -mahdollisimman i tasainen molekyylikoko lik k - kapea moolimassajakauma - polymeerin puhtaus 8
2.2 Akryylimuovit
2.2 Akryylimuovit Polymetyylimetakrylaatti (PMMA) - puhekielessä käytetään nimitystä akryyli tai pleksilasi - valmistus aloitettu 1930-luvulla - sen rakennekaava on (-CH 2 -C(CH 3 )-(COOCH 3 )) n - se on kova ja lasinkirkas, amorfinen kestomuovi, jolla on hyvät optiset ja kiilto-ominaisuudet - se läpäisee värjäämättömänä valoa 92 % - käyttösovelluksia ovat mm. valaisinkuvut, valokuitujen pinnoitus ja biolääketieteen sovellukset (piilolinssit, hammaspaikat, luusementit) - akryylihapon esterit muistuttavat rakenteeltaan (-CH 2 -CH)- COOCH 3 ) n hyvin läheisesti metakryylihapon estereitä, ja polymeroitaessa muodostuu polyakryylinitriiliä (-CH 2 -CHCN) n, joka on merkittävä synteettinen kuitumateriaali 10
2.22 Akryylimuovit Polymetyylimetakrylaatin etuja ja rajoituksia ETUJA Hyvä lujuus ja jäykkyys Korkealuokkainen pintakiilto ja kovuus Kiillotettavissa Elintarvikekelpoinen Pieni veden absorptio Erittäin hyvä säänkestävyys RAJOITUKSIA Kemiallinen kestävyys rajallinen Jännityssäröilytaipumus Paloherkkyys Lämpölaajeneminen Helppo naarmuuntuvuus Hyvä vanhenemisenkestävyys Hyvä valonkestävyys Rajaton värjäysmahdollisuus Erinomaiset optiset ominaisuudet Hyvät sähköiset eristysominaisuudet Voidaan metalloida 11
2.2 Akryylimuovit - Akryylit ovat eniten modifioitu kuituryhmä - akryylien määritelmän mukaan ne ovat suoraketjuisia polymeerejä ja niissä pitää olla vähintään 85 p-% akryylinitriiliä (-CH 2 -CHCN-) n - akryylikuituja tekstiilisovelluksiin aloitettiin valmistaa teollisesti 1950 USA:ssa (kauppanimi Orlon, DuPont Company) - akryylikuiduilla on nykyään merkittävän osuus kaikista synteettisistä kuiduista - akryylikuiduilla on monia valmistajia ja siksipä eri kauppanimiä on huomattava määrä 12
2.2 Akryylimuovit Akryylikuitujen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat: - pehmeys ja lämpimyys - villamainen tuntu - pysyvä muoto - joustavuus - suhteellisen pieni nyppyyntyvyys - erinomainen värjättävyys - nopea kuivuminen i - hyvä kestävyys auringonvaloa, öljyä sekä kemikaaleja vastaan - kestävyys koiden hyökkäyksiä vastaan 13
2.2 Akryylimuovit Akryylistä käytetään tekstiili- ja vaatetuspuolella seuraavia lyhenteitä: - EVD-koodi akryylille on PC (Huom! Muoveista puhuttaessa tämä on polykarbonaatin lyhenne) - BISFA:n ja DIN 60001:n mukaan PAN - vanhan DIN 60001:n mukaan PAC 14
2.2 Akryylimuovit Akryylikuituja valmistetaan - kuivakehruulla - märkäkehruulla Akryylin käyttökohteita esimerkiksi - neuletuotanto - sekoitettuna muihin kuituihin - sukat, tekoturkikset - matot, huovat -verhot, pöytäliinat t - täytemateriaalit - sisustuskankaat 15
2.3 Modifioidut akryylit ja akryylistä kehitetyt kuidut
2.3 Modifioidut akryylit - Modakryylit eli modifioidut akryylit ovat suoraketjuisia polymeerejä, joiden ketjussa on yli 35, mutta enintään 85 p-% akryylinitriiliä - kemiallinen rakennekaava voidaan kirjoittaa seuraavassa muodossa: ((CH 2 CHCN) m /(CH 2 -CXY) n ) p, jossa XY on komonomeeri p - tavallisimmin käytettävät komonomeerit ovat: vinyylikloridi, vinyleenikloridi, ikl idi vinyyliasetatti, tti styreeni, vinyylipyridiini, idii i alkyyliesterit, li it alkyyliamidi tai vinyylibromidi - osa em. komonomeereista parantaa palonkestävyysominaisuuksia 17
2.3 Modifioidut akryylit Modakryylit - ensimmäinen modakryyli tuli markkinoille vuonna 1949 kauppanimellä Dynel (Union Carbide Co.) - tämän jälkeen muita kaupallisia modakryylejä ovat Verel, Kanekalon, Lufnen, Protex, SEF, Teklan Velicren ja Verel - erikoistarkoituksiin kehitetyt modakryylit - erikoislujat kuidut (Zefran 500 ja Dralon T) - kosteutta imevät, huokoiset kuidut (Dunova) - eri tavoin värjäytyvät kuidut - palonkestävyydeltään parannetut versiot (Teklan, Trevira 270 Verel Modacrylic) - bikomponenttikuidut 18
2.3 Modifioidut akryylit Modakryyleille tyypillisiä ominaisuuksia ovat - muistuttaa monilta ominaisuuksiltaan akryyliä - pehmeä - joustava, kimmoisa - helppo värjätä kirkkaiksi värisävyiksi - nopea värjäysprosessi - kulutuskestävä - palonkestävä - kestää happoja ja alkaleja hyvin - muotopysyvä - palonsuojamääräysten tiukentuessa modakryyli on pääosin syrjäyttänyt akryylin sisustusmateriaalina 19
2.4 Polyamidi
2.4 Polyamidi - Polyamidien kehitystyö alkoi 1920-luvun loppupuolella DuPont - yhtiössä - ensimmäinen polyamidi tuli markkinoille 1939 USA:ssa (Polyamidi 6.6, kauppanimeltään Nylon 66) - myöhemmin on kehitetty useita erilaisia polyamidityyppejä - uusimpia ovat mikrokuidut sekä korkeita lämpötiloja kestävät aromaattiset polyamidit eli aramidit - polyamidimuovien sovelluksista voidaan mainita esimerkkeinä: putket, letkut, ruuvit, autojen imusarjat, sähkökotelot, kytkimet, kuljetuspyörät, sähköteollisuuden komponentit, kalvot, pakkaukset, makkarankuoret, kalastusverkot, jne. 21
2.4 Polyamidi Polyamidityyppejä on useita erilaisia, ja ne erotetaan toisistaan merkitsemällä PA-lyhenteen perään numerosarja, joka kertoo lähtömonomeereissä olevien hiiliatomien lukumäärän: - PA 4.5; PA 6; PA 6.10; PA 6.12; PA 6.6; PA 11; PA 12; PA 6/6.6 - eniten valmistettuja polyamideja ovat PA 6; PA 6.6 ja PA 6 / 6.6 - polyamidien valmistuksessa käytetään joko kahta lähtöainetta (toinen on kaksi k amiiniryhmää i sisältävä ä yhdiste ja toinen dikarboksyylihappo) k tai yhtä lähtöainetta (amiini- ja karboksyyliryhmän sisältävät yhdisteet tai rengasmaiset amidit eli laktaamit) 22
2.4 Polyamidi Polyamidit voidaan jakaa eri ryhmiin: 1. Alifaattiset polyamidit - suoraketjuisia hiilivetyjä -eniten käytettyjä tt teknisiä iä muoveja ja tekstiiliteollisuuden tiilit lli kuitumateriaaleja - ryhmään kuuluvat mm. PA 6.6; PA 6; PA 11 ja PA 12 - ovat osittain kiteisiä, valkoisia kestomuoveja - mekaaniset ominaisuudet (lujuus ja jäykkyys) ovat suhteellisen hyvät - ylin käyttölämpötila on 140 200 C - hyvä kemiallinen kestävyys -eräiden polyamidien (PA 6 ja PA 6.6) 6) suuri kosteuden absorptio (vaikuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin; jäykkyys pienenee ja sitkeys kasvaa) 23
2.4 Polyamidi 2. Alisyklisiä ja aromaattisia rakenneosia sisältävät polyamidit - eivät kiteydy y eli ovat amorfisia - läpinäkyviä - suhteellisen korkea lasittumislämpötila (T g ) - alifaattisia polyamideja vastaava kemiallinen ja mekaaninen kestävyys - kilpailevat muiden muovien ja lasin kanssa sovelluksissa, joissa läpinäkyvyys ja kemiallinen kestävyys ovat oleellisia - ryhmään kuuluu kauppanimeltää Qiana oleva polyamidi 3. Aromaattiset polyamidit - rakenteessa on aromaattinen rengas tai renkaita, nämä jäykistävät rakennetta - tunnetuimpia aromaattisia polyamideja ovat aramidikuidut, joista myöhemmin lisätietoa 24
2.4 Polyamidi Polyamidien tyypillisiä ominaisuuksia ovat mm. - suuri lujuus, jäykyys ja kovuus - korkea taipumislämpötila (HDT lämpötila) - hyvä kulutuskestävyys - hyvä vaimennuskyky - hyvä liuottimien, i liukasteiden id ja polttoaineiden id kestävyys - myrkyttömyys - helppo prosessoitavuus - aromaattisia ryhmiä sisältävät polyamidit ovat läpinäkyviä - alifaattiset polyamidit ovat osittain kiteisia ja läpinäkymättömiä - kosteuden absorptio heikentää mekaanisia lujuusominaisuuksia, mutta kasvattaa iskusitkeyttä 25
2.4 Polyamidi Yleisimmin käytetyillä polyamideilla on monia valmistajia ja tästä johtuen kauppanimien määrä on myös suuri Polyamidikuiduille seuraavat ominaisuudet ovat tyypillisiä - kuitujen tiiveys ja sileys - huono lämmöneristävyys ilman lisäkäsittelyjä - helppo sähköistyvyys - heikko auringon UV-säteilyn kestävyys - heikko säänkestävyys 26
2.4 Polyamidi Polyamidien modifiointi - lopputuotteen ominaisuuksien räätälöintiä - teknisiin tarkoituksiin saatavissa eri menetelmillä seostettuja ja lujitettuja polyamidityyppejä - polymerointivaiheessa ja jatkokäsittelyssä voidaan - lisätä sopivaa komonomeeriä (kopolymerointi), voidaan vähentää kuivana esiintyvää haurautta - moolimassan säätäminen - pehmittimien lisääminen - voiteluaineiden lisääminen - stabilointiaineiden lisääminen - jauhemaisten ja kuitumaisten lujitteiden lisääminen 27
2.4 Polyamidi Tekstiilikuitujen modifiointimahdollisuuksia - värjättävyyden parantaminen (molekyyliketjujen modifioiminen) - kosteussisällön kasvattaminen ja sähköistyvyyden pienentäminen (polyamidimolekyylien päihin hydrofiilisiä ryhmiä) - sähkönjohtavuuden lisääminen (bikomponenttikuidut yhdessä hiili- tai metallikuitujen kanssa) - UV-valon kestävyyden lisääminen (polyamidin ja polyesterin muodostama kopolymeeri) - kuidun kiillon parantaminen ja kuitupinta-alan kasvattaminen (kuidun profilointi) 28
2.4 Polyamidi Mikrokuidut - voidaan valmistaa esimerkiksi polyamidista - tulleet markkinoille vaatetuskankaissa 1990-luvun alussa -ovat synteettisiä tti iä tekstiilikuituja, tiilik it joiden hienous on alle 1 dtex - näistä valmistetut kankaat ovat pehmeitä, keveitä ja säilyttävät muotonsa hyvin 29
2.5 Aromaattinen polyamidi
2.5 Aromaattinen polyamidi Aromaattinen polyamidi - keksittiin 1960-luvulla parantamaan polyamidien lämpötilan kestävyyttä ja palamisherkkyyttä - luokiteltiin EU:ssa omaksi kuituryhmäkseen vuodesta 1998 alkaen - tunnetaan paremmin aramidikuituina - on olemassa kahta tyyppiä: - meta-aramidit - para-aramidit aramidit 31
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuituja ja niiden kauppanimiä Nomex ja Teijinconex. Aromaattinen ryhmä on liittynyt pääketjuun meta-asemassa (1- ja 3-kohtiin) 32
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuituja ja niiden kauppanimiä Kevlar ja Twaron. Aromaattinen ryhmä on liittynyt pääketjuun paraasemassa (1- ja 4-kohtiin) 33
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuituja ja niiden kauppanimiä Technora. Aromaattinen kopolyamidi, joka on rakenteeltaan paramuotoinen 34
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuidut - valmistetaan kehräämällä kuituvalmistajien itsensä valmistamasta raaka-aineesta - väriltään keltaisia, erittäin vaikea värjätä muun värisiksi - ovat erikoiskuituja ja niiden hinta tavallisiin polyamidikuituihin verrattuna on korkea 35
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuitujen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat - ei sulamispistettä (alkavat hajota noin 500 C:ssa) - kankaiden hyvä kestävyys korkeissa lämpötiloissa - huono syttyvyys - pieni kutistuma - hyvä kemiallinen kestävyys - sitkeys - para-amidikuiduilla on paremmat mekaaniset lujuusominaisuudet kuin meta-aramidikuiduilla - kosteuden imeytyminen i noin 3,5 p-% %(20 C C, RH 65 %) - ei kestä auringonvaloa 36
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuitujen käyttökohteita - käytetään sekä muovi- että tekstiiliteollisuudessa tuotteissa. Joilta vaaditaan samanaikaisesti suurta lujuutta, jäykkyyttä, keveyttä sekä iskulujuutta ja sitkeyttä - muoviteollisuudessa - lujitekuituina (lentokone-, avaruus- ja veneteollisuus sekä urheilu- ja vapaa-ajanvälineiden valmistus) - ballistiset sovellukset (komposiittikypärät) ja sirpaleilta, luodeilta ja iskuilta suojaavat levyt - matriisimuovina yleensä fenoli tai polyesteri - kuljetinhihnat - sähkömoottoreiden ja mikroaaltouunien osat - näppäinlevyt, suodatinmateriaalit, jne. 37
2.5 Aromaattinen polyamidi Aramidikuitujen käyttökohteita - tekstiili- ja vaatetusteollisuudessa - paloturvalliset vaatteet - suojahaalarit - ralliautoilijoiden vaatteet - öljy- ja kemianteollisuuden suojavaatteet t - sähkötyöntekijöiden vaatteet - avaruuspuvut 38
2.6 Polyesteri
2.6 Polyesteri Polyesteri - luonnossa esiintyviä polyestereitä on hyödynnetty tuhansia vuosia (lakkakirvojen erittämä sellakka balsamointiin) - sellakkaa käytettiin äänilevyissä vielä 1900-luvun alussa - ensimmäisen synteettisen alifaattisen polyesterin tuotanto alkoi USA:ssa 1930-luvulla -tekstiilikuituihin i ihi soveltuva polyeteenitereftalaatti l i keksittiin k ii toisen maailmansodan aikana - ICI aloitti polyesterikuitujenvalmistuksen 1945 kauppanimellä Terylene ja DuPont kauppanimellä Dacron 40
2.6 Polyesteri Polyeteenitereftalaatin (PET) hyviä ominaisuuksia ja rajoituksia Hyviä ominaisuuksia Suuri lujuus ja jäykkyys Hyvä mittapysyvyys Hyvä sään- ja säteilyn kestävyys Hyvä luisto- ja kulumisomin. Rajoituksia Pieni iskulujuus Huono hydrolyysin kesto Prosessointi vaatii huolellisuutta Rajoitettu kemikaalinkestävyys Hyvä värjättävyys Läpinäkyvyys Pieni veden absorptio Pieni kaasujen läpäisevyys Hyvä sähköneristävyys 41
2.6 Polyesteri Polyesteri tekstiilimateriaalina - polyesterillä tarkoitetaan suoraketjuisia polymeerejä, joiden ketjussa on vähintään 85 p-% jonkin diolin ja tereftaalihapon estereitä - tekstiilimateriaaleista puhuttaessa polyesteristä käytetään lyhenteitä PES, PL tai PET ( muovitekniikassa lyhenne on PET) Polyeteenitereftalaatin (PET) kemiallinen rakenne 42
2.6 Polyesteri Polyeteenitereftalaatin käyttökohteita - kalvosovellukset - paistopussit p - piirtoheitinkalvot - valokuvaus- ja röntgenfilmit - juomapullot (korvannut suuressa määrin aiemmin käytetyn lasin) - tekstiilikuidut - PET-pullojen raaka-ainetta käytetään myös tekstiilikuitujen valmistukseen (fleece), osa kierrätetään uudelleen pulloiksi 43
2.6 Polyesteri Polybuteenitereftalaatti -osittain kiteinen kestomuovi - sitä valmistetaan terftaalihaposta ja 1,4-butaanidiolista - sitkeämpää kuin PET - kehitettiin alunperin tekstiilimateriaaliksi, mutta on vallannut alaa myös teknisenä muovina ruiskuvalusovelluksissa 44
2.6 Polyesteri Polybuteenitereftalaatti Polybuteenitereftalaatin kemiallinen rakenne 45
2.6 Polyesteri Polybuteenitereftalaatin (PBT) hyviä ominaisuuksia ja rajoituksia Hyviä ominaisuuksia Rajoituksia Korkea taipumislämpötila (HDT) Suuri lujuus ja sitkeys Hyvät sähköiset eristysominaisuudet Pieni veden absorptio Loviherkkyys Vääntyilyalttius Heikko hydrolyysin kestävyys Suuri kutistuma lujittamattomana Hyvät luisto- ja kulumisominaisuudet Hyvä kemiallinen kestävyys Hyvä prosessoitavauus Hyvä mittapysyvyys 46
2.6 Polyesteri Polybuteenitereftalaatin käyttösovelluksia - muoviteollisuudessa - kotitaloustavarat - sähköteollisuuden sovellukset - työkalut - urheilutarvikkeet - tekstiilimateriaalina - vaatetuskankaat - neulokset - verhoilukankaat - huovat, fleecet, matot - ompelulangat - vanut, kuitukankaat 47
2.6 Polyesteri Polytrimeteenitereftalaatti (PTT) - patentoitiin vuonna 1941, mutta vasta 1990-luvulla Shell Chemicals kehitti edullisen menetelmän valmistaa yhtä sen raaka-ainetta, 1,3- propaanidiolia (PDO) - käytetään yleisesti tekstiilimateriaalina - tunnetaan kauppanimillä Corterra (Shell) ja Sorona (Du Pont) Polytrimeteenitereftalaatin kemiallinen rakenne 48
2.6 Polyesteri -Polyestereitä valmistetaan eri puolilla maailmaa ja polyesterille löytyy lukuisa määrä kauppanimiä - Polyesterikuituja valmistetaan sulakehruumenetelmällä - polyesterien valmistusprosessissa voidaan vaikuttaa sen moolimassaan, mikä puolestaan vaikuttaa suoraan kuidun lujuuteen - lyhyet polymeeriketjut alhaisempi lujuus kuin pitkillä ketjuilla - pitkäketjuisista polyestereistä valmistetaan erikoislujia kuituja 49
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 1. Erikoislujat kuidut - venyttämällä (orientoimalla) - kiteisyyden lisäämisellä - bikomponenttikuidut esimerkiksi polyamidin kanssa (kauppanimi Source) - käyttökohteita esimerkiksi: nostovyöt, alipainehallit ja muut tekniset sovellukset 50
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 2. Helposti värjäytyvät kuidut - polyesterikuitujen modifiointi - bikomponenttikuidut helppommin värjättävän materiaalin kanssa - voidaan saada aikaan erilaisia väriefektejä (kauppanimiä Fortel T7621 ja Trevira 210) 51
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 3. Erikoiskiharat kuidut - valmistetaan bikomponenttikuituina polyamidin kanssa - kehruuteksturointi - kauppanimeltä esimerkiksi Dacron 76, Mendel ja Sideria - käyttösovelluksia esimerkiksi matot ja täytteet 52
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 4. Kutistuvat kuidut - korkeissa lämpötiloissa kutistuvat katkokuidut, joita sekoitetaan lämmössä kutistumattomiin kuituihin - tämän jälkeen lämpökäsittely, jolloin saadaan erikoiskuohkeita kankaita - kauppanimiä esimerkiksi Diolen BC ja Trevira 550 53
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 5. Antipillingkuidut - valmistetaan kopolymerointitekniikalla - kuidut käsitelty nukkaantumattomiksi - käytetään esimerkiksi fleecen nyppyyntymisen ehkäisyyn -kauppanimiä esimerkiksi Diolen GV ja Trevira 350 54
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 6. Korkeita lämpötiloja kestävät kuidut - valmistetaan esimerkiksi käsittelemällä kuitua fenoliyhdisteillä, jolloin kuitumolekyylien välille muodostuu poikittaisia sidoksia - kuidun tuntu muuttuu kovemmaksi, lujuus kasvaa, paloherkkyys vähenee ja kemiallinen kestävyys paranee - käytetään esimerkiksi suojavaatteissa ja teknisinä erikoistekstiileinä i k tiil i 55
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 7. Palonsuojakuidut - valmistetaan esimerkiksi oksastamalla palonsuoja-aine kuitumolekyyliin - käytetään esimerkiksi sisustusmateriaaleina (Trevira CS) - muita käyttösovelluksia ovat kulkuneuvojen, sairaaloiden ja kodin verhoilukankaat (Avora FR) 56
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 8. Profiloidut kuidut - erilaisten kiilto- ja tuntuominaisuuksien aikaansaaminen - kuitujen poikkileikkaus esimerkiksi kolmiomainen tai viisikulmio - kauppanimeltä esimerkiksi. CoolMax, Dacron 26, Encarone; Enkatrone, Tersil ja Vectra 57
2.6 Polyesteri Polyesterien modifiointi 9. Ontot kuidut - polyesterikuitu, jonka sisällä on ilmakanavia (Dacron Hollofil) - valmistetaan erikoisolosuhteisiin hyvin lämpöeristäviä ja kimmoisia täytteitä (toppavaatteet, makuupussit) - lämpökerrastojen materiaalina (Thermastat) - voidaan tehdä myös sekoitteita, esimerkiksi erikoiskuidun ja untuvan sekoite 58
2.7 Polyeteeni
2.7 Polyeteeni Polyeteeni (PE) - valmistetaan eteenistä polymeroimalla, ja sen kemiallinen rakenne on seurava: (-CH 2-CH 2 -) n - kuuluu valtamuoveihin (massamuoveihin), mitkä ovat eniten käytettyjä muoveja koko maailmassa - valmistajia on eri puolilla maailmaa, ja jokaisella valmistajalla on omat tkauppanimensä äja siten kauppanimiä iälöytyy lukuisa määrä äää - polyeeeni on monissa teollisuusmaissa eniten käytetty muovi 60
2.7 Polyeteeni Polyeteenien ryhmittelyä - kaupallisesti merkittävimmät polyeteenit ovat: - PE-LD (low density), matalatiheyksinen polyeteeni, joka sisältää lyhyitä ja pitkiä haaroja - PE-HD (high density), suuritiheyksinen polyeteeni, joka on suoraketjuinen - PE-LLD (linear low density), lineaarinen matalatiheyksinen polyeteeni, joka sisältää lyhyitä haaroja 61
2.7 Polyeteeni - PE-LD on vanhin polyeteeni - se kehitettiin Englannissa ICI:n laboratoriossa 1930-luvulla - ensimmäisen tehtaan (1939) tuotteet olivat strategisesti tärkeitä, niitä käytettiin tutkalaitteisiin - PE-HD on edellistä jäykempi - PE-LLD on eteenin ja jonkin 1-olefiinin kopolymeerejä - suuren komonomeerimäärän eteenipolymeerit tunnetaan myös nimillä illä PE-VLD VLD( (very low density) tai ipeuld PE-ULD (ultra low density) 62
2.7 Polyeteeni - edellä esitettyjen polyeteenien lisäksi löytyy vielä muutama erikoistyyppi: - PE-HMW (high molecular weight) eli korkean molekyylipainon PE - PE-UHMW (ulta high molecular weight) eli erittäin korkean molekyylipainon PE - PE-X (crosslinked PE) eli ristisilloitettu (silloitettu) PE 63
2.7 Polyeteeni Ominaisuuksista ja prosessointitekniikoista - polyeteenit ovat osittain kiteisiä, vahamaisen tuntuisia, vettä kevyempiä muoveja - mekaaniset ominaisuudet ovat ovat kohtalaiset ja kemiallinen kestävyys lähes erinomainen - prosessointi kaikilla kestomuovien valmistusmenetelmillä: - ruiskuvalu (muoviset kappaletavarat) - suulakepuristus (ekstruusio) (profiilit, kalvot, pinnoitteet) - rotaatiovalu (muoviset, ontot kappleet) - kuidutus (kuidut, langat) - vaahdotus (solustetut muovituotteet) 64
Polyeteenien etuja ja rajoituksia Etuja Hyvä iskulujuus laajalla lämpötila-alueella Erittäin sitkeä ja suuri venyvyys Hyvät sähköiset eristysominaisuudet Alhainen veden absorptio Hyvä kemiallinen kestävyys Biologisesti inaktiivinen Elintarvikekelpoinen Rajoittamaton värjättävyys 2.7 Polyeteeni Rajoituksia Suuri lämpölaajenemiskerroin Virumisherkkä Huono lämmönjohtavuus Paloherkkä Ei kestä hapettavia happoja Huono väsymislujuus Ei painettavissa ilman pintakäsittelyä Suuri muottikutistuma Laajat ominaisuuksien Vaikea liimata vaihtelumahdollisuudet (pehmeästä jäykkään) Täyte- ja lujiteaineiden käyttömahdollisuudet Herkkä jännityssäröilylle Solustettavissa tt Huono säänkestävyys Jännityssäröilykestävyys paranee moolimassan kasvaessa Edullinen hinta Mekaaniset ominaisuudet voimakkaasti lämpötilasta riippuvaisia 65
2.7 Polyeteeni Polyeteenien käyttösovelluksia muoviteollisuudessa - PE-LD: kiristekalvot, monikerroskalvot, maatalouskalvot, paperin pinnoitteet, kaapelivaipat, pakkauskalvot ja pussit, putket, ekstruusiopäällystys (aseptiset pakkaukset), saniteetti- ja taloustarvikkeet, leikkikalut, sangot, lasten kylpyammeet - PE-LLD: kalvot, kaapelivaipat p - PE-MD: kaapelit, putket, elintarvike- ja kemikaalisäiliöt, vahvat kalvot, säkit, paperin kaltaiset kalvot, taloustarvikkeet 66
2.7 Polyeteeni Polyeteenien käyttösovelluksia muoviteollisuudessa - PE-HE: suurikokoiset vesi-, kemikaali- ja viemäriputket, putki- ja säiliörakenteet teollisuudessa, kemikaali- ja bensiinisäiliöt, kuumaa vettä kestävät taloustarvikkeet, kuidut - PE-UHMW: puteket, t ohuet mutta vahvat kalvot, kulutuspinnat t (esim. suksenpohjat), hammas- ja hihnapyörät - PE-X: kaapelien vaipat, kuumavesiputket, kalvot, letkut, kulustusta kestävät profiilit 67
2.7 Polyeteeni Polyeteenistä lisää - tekstiiliteollisuudessa polyeteenikuituja valmistetaan joko sulakehruutai kalvokehruumenetelmällä - polyeteenistä valmistettuja tuotteita ei voi käyttää troopisissa olosuhteissa, koska sillä on alhainen pehmenemislämpötila eivätkä mekaaniset ominaisuudet säily riittävällä tasolla korotetuissa otetu lämpötiloissa 68
2.7 Polyeteeni Polyeteenin käyttösovelluksia tekstiilimateriaalina - köydet, matot, maatalouden käyttämät säkkikankaat, kertakäyttöiset suojavaatteet - lisäksi siitä valmistetaan tennis- ja jalkapalloverkkoja, perunasäkkejä ja pintamateriaaleja imukykyisille vanuille - paperiteollisuudessa p fibrilloidusta polyeteenistä tehdään kirjekuoria ja papereita (repeämättömiä, kauppanimi Tyvek) 69
2.8 Polypropeeni 70
2.8 Polypropeeni Polypropeeni (PP) - kuuluu polyolefiineihin, jotka ovat lineaarisia tai haaroittuneita polymeerejä - kuuluu valtamuoveihin (massamuoveihin), mitkä ovat eniten käytettyjä muoveja koko maailmassa - valmistajia on eri puolilla maailmaa, ja jokaisella valmistajalla on omat kauppanimensä ja siten kauppanimiä löytyy lukuisa määrä - polypropeeni p on monissa teollisuusmaissa toisella sijalla muovien käyttötilastoissa 71
2.8 Polypropeeni - ensimmäisen muoviksi soveltuvan polypropeenin kehitti professori Giulio Natta vuonna 1954 Italiassa, mutta patenttia ei silloin hyödynnetty Italiassa vaan myöhemmin muualla - polypropeenia valmistetaan öljynjalostusteollisuuden sivutuotteena syntyvästä propeenista polymeroimalla o a - propeenin polymeroitumisprosessissa voi muodostua katalyytin mukaan päätuotteeksi kolme eri avaruusrakennetta: - isotaktinen - ataktinen - syndiotaktinen 72
2.8 Polypropeeni - Isotaktinen PP - kemiallisessa rakenteessa metyyliryhmät (-CH 3 ) sijaitsevat samalla puolella polymeeriketjua - materiaali on kiteinen, kemiallisesti kestävä ja kaupallisesti merkittävä - Ataktinen PP - kemiallisessa rakenteessa metyyliryhmät sijaitsevat satunnaisesti polymeeriketjun ylä- ja alapuolella - materiaali on amorfinen, kestää huonosti lämpöä ja kemikaaleja -Syndiotaktinen PP - kemiallisessa rakentessa metyyliryhmät sijaitsevat vuorotellen polymeeriketjun ylä- ja alapuolella - pystyy kiteytymään 73
2.8 Polypropeeni - polypropeenista alettiin 1960-luvulla valmistaa sekä Länsi- Euroopassa että USA:ssa kalvoja ja niistä edelleen noin 2-3 mm leveitä nauhoja, ja näistä edelleen kudottiin tai neulottiin tasorakenteita - polypropeenikuidun valmistus alkoi vasta 1970-luvun lopulla, minkä jälkeen valmistus on lisääntynyt eniten kaikista kuiduista viime aikoina - polypropeenikuituja ja -kalvoja valmistetaan kaikkialla maailmassa, eniten Kiinassa ja Yhdysvalloissa 74
2.8 Polypropeeni Polypropeenin etuja ja rajoituksia Etuja Hyvä väsymislujuus Jäykempi kuin PE-HD Parempi lämmönkestävyys kuin PE-HD.lla Erinomainen sähköneristävyys Jännityssäröilyn kestävyys parempi kuin PE:llä Mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet säilyvät myös vedessä Pieni kitka ja hyvä kulumiskestävyys Kestää höyrysteriloinnin Edullinen hinta Täyte- ja lujiteaineiden käyttömahdollisuus Elintarvikekelpoinen Puhtaana myrkytön Rajoittamaton värjättävyys Rajoituksia Haurastuu n. -20 C:ssa (poikkeus kopo-pp) UV-herkkä ilman stabilointi Ei kestä hapettavia happoja Vaikea liimata Vaikea painaa Lämpöstabiilisuus huono kontaktissa kupariin 75
2.8 Polypropeeni Polypropeenin ominaisuuksista - mekaaniset ominaisuudet riippuvat sekä kiteisyydestä että moolimassasta - kiteisyysasteen kasvaessa kovuus, jäykkyys ja myötöraja kasvavat - moolimassan kasvaminen lisää sitkeyttä, venyvyyttä ja sulan jäykkyyttä, alentaa tiheyttä - kiteisyys i aste voi nousta jopa yli 90 %, ja se on korkein k kaikista tekstiilikuituina käytetyistä materiaaleista -korkea kiteisyysaste tekee kuiduista lujia ja kemiallisesti kestäviä 76
2.8 Polypropeeni Polypropeenin käyttökohteista - käytetään sekä vaatetus- ja tekstiiliteollisuudessa sekä teknisissä sovelluksissa - tekniset sovellukset esimerkiksi: pakkauslaatikot, laitteiden kotelot, säiliöt, pullot, steriloitavat lääkepakkaukset, putket, kalvot - kuitujen sovelluksia esimerkiksi: köydet, hihnat, nostovyöt, tukikankaat, k geotekstiilit ja matot - kuitusovelluksia myös: hygienia- ja leikkaussalitekstiilit, urheiluasut, ulkoiluvaatteet, neuleet ja makuupussit 77
2.8 Polypropeeni Polypropeenituotteiden valmistuksesta - valmistusta sekä muovi- että tekstiilitekniikan menetelmillä - muovituotteiden valmistuksessa yleisesti ruiskuvalu, ekstruusio- ja puhalluskalvotekniika - kuitujen ja kalvojen valmistus tyypillisesti sula- ja kalvokehruumenetelmillä - kuitujen valmistus on nopeaa ja taloudellisesti edullista 78
2.9 Elastaani ja polyuretaani 79
2.9 Elastaani ja polyuretaani Elastomeeri (elastaani) - polymeeri, joka venyyvähintään kaksinkertaiseksi ja palautuu nopeasti alkuperäiseen muototonsa kuormituksen poistamisen jälkeen - yleisimmät elastomeerit ovat - polyuretaani - polyurea - eräät kumityypit 80
2.9 Elastaani ja polyuretaani Polyuretaani (PUR tai PU) - sisältää uretaaniryhmän (-NH-CO-O-) - muodostuu isosyanaatin ja polyolin reagoidessa keskenään - käytetään esimerkiksi eristeissä, pyörissä, rullalauden renkaissa, auton istuimissa i i ja tekstiileissä tiil i - tehokas lämmöneriste etenkin solustettuna - normaaliolosuhteissa ei vety eikä lahoa - eräät tuholaiset (muurahaiset ja hiiret) saattavat kaivaa materiaaliin onkaloita 81
2.9 Elastaani ja polyuretaani - ensimmäinen polyuretaanikuitu tuli markkinoille Saksassa vuonna 1937 - tästä kehitettiin edelleen elastinen kuitu vuonna 1959 (DuPont, USA) - kaupallinen tuotanto alkoi vuonna 1960 kauppanimellä Fibre K, joka tunnetaan nykyään nimellä Lycra - Lycraa käytetään ää tyypillisesti i puuvillan, silkin ja synteettisten kuitujen kanssa sekoitteena - alunperin Lycra kehitettiin korseteissa käytettävän kumin tilalle 82
2.9 Elastaani ja polyuretaani - elastaanikuituja käytetään joustavuutta vaativiin materiaaleihin ja tuotteisiin - elastaania käytetään sekä neuloksissa että kudotuissa kankaissa parantamaan joustavuutta - myös ompelutarvikkeissa käytetään elastaania (kuminauhta ja kumilangat) 83
2.9 Elastaani ja polyuretaani - elastomeereihin kuuluu myös kumimaisia materiaaleja, kuten - kauppanimeltään Buna ja Perbunan tunnetut materiaalit - Buna on eräs ensimmäisistä käyttökelpoisista kumilajeista, sitä valmistettiiin Saksassa vuonna 1935 ja se oli sekä Saksan että muiden länsivaltojen tärkein synteettinen kumi toisen maailmansodan aikana - Bunan koostumus on styreeni-butadieeni-kumi (SBR) - Perbunan koostumus on akryylinitriili-butadieeni-kumia (NBR) 84
2.10 Fluoripolymeerit 85
2.10 Fluoripolymeerit - fluorimuovia valmistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1938 USA:ssa - muovi patentoitiin vuonna 1941 (DuPont) ja rekisteröi kauppanimen Teflon vuonna 1944, myyntiin se tuli vuonna 1946 - Teflon on koostumukseltaan polytetrafluorieteeniä (PTFE) - fluorimuoveja on useita eri tyyppejä 86
2.10 Fluoripolymeerit Polytetrafluorieteeni (PTFE) - yleisin ja tunnetuin fluorimuovi, se kattaa yli 60 % fluorimuovien käytöstä - se on jäykkää ja sen hajoamislämpötila on 327 C - se on myrkytön ja soveltuu elintarvikekäyttöön - sen kitkakerroin itseään ja terästä vasten on pienin tunnetuista materiaaleista - se on kemiallisesti reagoimaton - PTFE-pinnoitetun astian kuumentuessa yli 350 C:seen pinnoitteesta vapautuu haitallisia yhdisteitä, jotka voivat aiheuttaa ihmisissä teflonkuumetta - tuottet pitää valmistaa sintraamalla - PTFE:n käyttökohteita ovat esim. paistinpannujen ja kattiloiden pinnoite, laakeripinnat, liukupinnat, eristett, pinnoitteet, tiivisteet ja kalvot 87
Fluorimuovien etuja ja rajoituksia 2.10 Fluoripolymeerit Etuja Jäykähköjä, sitkeitä Erinomainen kemiallinen kestävyys Ylimmät käyttölämpötilat n. 260 C Sitkeitä matalissa lämpötiloissa Erittäin pieni kitkakerroin Kestävät UV-säteilyä Hyvät sähköiset ominaisuudet Pieni vedenabsorptio Palamattomuus Läpäisemättömyys Likaantumattomuus Rajoituksia Korkeat hinnat Vaikea työstettävyys (osalla) Heikko virumisenkestävyys Eivät kestä sulia alkalimetalleja eivätkä fluorikaasua Heikko kulumiskestävyys Heikko adheesio Huono värjättävyys 88
2.10 Fluoripolymeerit Fluorieteenipropeeni p (FEP) - kestomuovien tapaan työstettävissä oleva fluorimuovi - ominaisuudet muistuttavat paljon PTFE:n ominaisuuksia - käyttölämpötila alueellla -200 - +200 C eli huomattavasti PTFE:a alempi - tärkeimmät käyttösovellukset: kaapelit ja johtimet, eristeet, telapinnoitteet, painetut joustavat piirilevyt, irrotusaineet ja -kalvot, pakkauskalvot sekä kankaiden impregnointi 89
2.10 Fluoripolymeerit Perfluorialkoksipolymeeri (PFA) - helpoiten prosessoitava PTFE:n kaltainen fluorimuovi - palamaton - laaja käyttölämpötila-alue - tuotteiden prosessointi ruiskvalamalla tai ekstruusiolla - käyttösovelluksia esimerkiksi: putkistojen osat, piirilevyt, pinnoitteet, kalvot ja kuumasulateliimat 90
2.10 Fluoripolymeerit Eteenitetrafluorieteeni (ETFE) - mekaaniset ominaisuudet parempia kuin PTFE:llä - suurin sallittu käyttölämpötila noin 150 C - kulutuskestävyys parempi kuin muiden fluorimuovien - käyttösovelluksia esimerkiksi: pumppujen osat, kaapelieristeet, lämpövaraajat ja kasvihuoneiden katokset 91
2.10 Fluoripolymeerit Eteeniklooritrifuorieteeni (ECTFE) - paremmat lujuusominaisuudet kuin muilla fluorimuoveilla - käytetään lähinnä kaivos- ja kemianteollisuudessa sekä pinnoitteina 92
2.10 Fluoripolymeerit Polyklooritrifuorieteeni (PCTFE) - jäykkä, läpinäkyvä tai läpikuultava fluorimuovi - voidaan prosessoida kestomuovien työstömenetelmillä - voidaan valmistaa ohuita, läpikuultavia kalvoja - käyttösovelluksia esimerkiksi: upokkaat, liittimet, putket, suodattimet, kaapelieristeet, painettujen piirien kalvot sekä farmaseuttiset tuotteet 93
2.10 Fluoripolymeerit Polyvinylideenifluoridi y (PVDF) - mekaanisilta ominaisuuksiltaan fluorimuovien parhaimmistoa - voidaan työstää ruiskuvalamalla, ekstruusiolla ja lämpömuovaamalla - tyypillisiä käyttösovelluksia ovat: pinnoitteet, pumppujen ja venttiilien osat,suodattimet, korroosionsuojapinnoitteet, kalvot ja pakkausmateriaali farmaseuttisissa sovelluksissa, lääketieteen instrumentit sekä turvalaitteet 94
2.10 Fluoripolymeerit Polyvinyylifluoridi yy (PVF) - lasinkirkas fluorimuovi - hyvä säänkestävyys - palava fluorimuovi (poikkeaa muista fluorimuoveista, jotka ovat palamattomia) - prosessointi hankalaa, koska sitä on saatavissa vain kalvona - käytetään säänkestävissä laminaateissa ja aurinkokennojen lasituksena 95
2.10 Fluoripolymeerit Fluorokuidut - määritellään kuiduiksi, jotka ovat suoraketjuisia polymeerejä ja jotka valmistetaan fluoratusta, alifaattisesta hiilivedystä - fluorokuidun lyhenteitä ovat - FL (OEC-koodi) - PTFL -PTF - kauppanimiä: Halar, Kynar, Teflon, Toyoflon ja Tefzel 96
2.10 Fluoripolymeerit Fluorokuidut - Halar-fluorokuitu - kloostumukseltaan eteeniklooritrifuorieteeniä (ECTFE) - Kynar -fluorokuitu - koostumukseltaan polyvinylideenifluoria (PVDF) - Toyoflon ja Teflon fluorokuidut - koostumukseltaan polytetrafluorieteeniä (PTFE) -Tefzelfluorokuitu f - koostumukseltaan eteenitetrafluorieteeniä (ETFE) 97
2.10 Fluoripolymeerit Fluorokuidut - kuidut valmistetaan märkäkehruumenetelmällä - voidaan valmistaa myös mikrokuituja ja kalvoja - kalvomuodossa oleva PTFE-mikrrokalvo tunnetaan parhaiten Gore Tex -materiaalina 98
2.11 Klooripolymeerit 99
2.11 Klooripolymeerit Polyninyyliklori yy (PVC) - teollistuneissa maissa kolmanneksi eniten käytetty muovi - keksittiin vahingossa kahteen otteeseen 1800-luvulla - vuonna 1838 Henri Viktor Regnault - vuonna 1872 Eugen Baumann - 1900 -luvun alussa yritettiin hyödyntää kaupallisissa tuotteissa - 1926 kehitettiin keino modifioida kovaa ja haurasta PVC:tä erilaisilla lisäaineilla, jolloin siitä saatiin käyttökelpoista muovia moniin tarkoituksiin 100
2.11 Klooripolymeerit Polyninyyliklorin (PVC) etuja ja rajoituksia Etuja Jäykkyyttä voidaan muunnella laajoissa rajoissa pehmitinlisäyksellä Hyvä kemiallinen kestävyys Rajoituksia Ylin käyttölämpötila alhainen Hajoa termisesti muodostane HCl Kovalla PVC:llä on hyvä dimensiostabiliteetti Solustettavissa Liukenee ketoneihin Suuri tiheys verrattuna muihin kestomuoveihin Edullinen hinta 101
2.11 Klooripolymeerit Klorokuidut - suoraketjuisia polymeerejä, joiden ketjussa on yli 50 p-% vinyyli- tai vinylideenikloridia - lyhenne tekstiilitekniikassa on CL tai CLF ja kemiallinen rakennekaava k muotoa: (-CH 2 -CHCl-) n polyvinyylikloridi yy (-CH 2 - CCl 2 -) n polyvinylideenikloridi 102
2.11 Klooripolymeerit Klorokuidut - kauppanimiä ovat esimerkiksi: - Clévyl, Envilon, Fibravyl, Isovyl, Kuralon, Mewlon, Niti-Vilon, PCU, Pe Ce, Pusan, Rhovyl AS, Rhovyl Eco, Rhovyl, Rhovyl Yp, Saran, Selvron, Thermovyl, Viclon ja Vilon - vuonna 1934 markkinoille tuli ensimmäinen tekstiilitarkoituksiin sopiva klooripolymeeri (Pe Ce) - kuiduilla oli vuosina 1939-1940 erityistä merkitystä sodan aikana palosuoja- ja suodatinmateriaalina 103
2.11 Klooripolymeerit Klorokuidut - valmistetaan sekä kuivakehruu- että märkäkehruumenetelmillä - kuivakehruussa voidaan vaikuttaa kuidin poikkileikkauksen muotoon ja tällä tavoin kuidun ominaisuuksiin - jälkivenytyksellä lisätään kuidun kiteisyyttä ja orientaatiota, mitkä lisäävät lujuutta, kemiallista kestävyyttä ja lämmönkestoa - teknisiin tarkoituksiin valmistetaan klorokuitua jälkiklooraamalla, jolla voidaan parantaa kemiallista kestävyyttä 104
2.11 Klooripolymeerit Klorokuidut - valmistetaan yleensä katkokuituna -voidaan käyttää sellaisenaan tai sekoitteina i - kuiduista valmistetaan kankaita, neuleita, kuitukankaita, verkkoja ja pinnoitteita - pääkäyttöalue ovat tekniset tuotteet, joilta vaaditaan mittapysyvyyttä, kemikaalien kestävyyttä ja hydrofobisuutta 105
2.11 Klooripolymeerit Klorokuidut -vaatetustarkoituksiin klorokuituja käytetään pääasiassa alusasuissa, sukissa - tuotteiden lujuutta voidaan lisätä sekoittamalla joukkoon polyamidia - uusimpia kuitutyyppejä ovat antibakteerikuidut, joita käytetään alusasujen materiaalina - käytetään myös verhojen ja sisustuksen materiaaleina (lähes palamattomia) 106
2.11 Klooripolymeerit Klorokuidut - näistä voidaan valmistaa myös erittäin hienojakoista, silkkimäistä kuitua tai modifioituja ja kopolymeroituja kuituja - pukineissa sähköisesti varautuvat kuidut ovat esimerkiksi reumakerrastojen ja hiihtäjien, vaeltajien sekä vuoristokiipeilijöiden ilijöid alusasujen materiaaleja 107
2.12 Biohajoavat polymeerit 108
2.12 Biohajoavat polymeerit - biopolymeerillä ja muovilla tarkoitetaan sellaista biomateriaalia, jonka pääainesosa on kasvikunnasta peräisin oleva polymeeri, joka erotetaan muista kasvikomponenteista tai jalostetaan joko kemiallisesti tai biologisesti - esimerkkejä ensin mainitusta ryhmästä ovat: selluloosa, tärkkelys, luonnonkumi ja bakteereissa muodostuneet polyesterit - esimerkkeinä jälkimmäisestä ryhmästä ovat: polymeerit, joiden raaka-aineena käytetyt monomeerit on valmistettu käymisreaktion tuotteina 109
2.12 Biohajoavat polymeerit - valtaosa synteettisistä biopolymeereistä on polyestereitä - tärkeimpiä ovat luonnon raaka-aineisiin perustuva - polylaktidi eli polymaitohappo (PLA) sekä - bakteereissa muodostuneet polyhydroksialkanoaatit - PLA:n valmistuksessa käytetään maitohappoa, jota voidaan valmistaa monesta eri maataloustuotteesta, kuten: - sokerijuurikkaasta - viljasta - elintarviketeollisuuden jätetuotteista 110
2.12 Biohajoavat polymeerit Muita biomateiaaleina käytettäviä polymeerejä ovat: - polyuretaani (PU) - polyglykoli-laktidi (PGL) - poly-l-laktidi (PLLA) Edellä mainittujen lisäksi markkinoilla on muitakin biohajoavia polymeerejä, kuten - sellofaani - tärkkelyspolymeeri - polykaprolaktone - poly-3-hydrokdibutyraatti - maissiproteiini 111
2.12 Biohajoavat polymeerit Biohajoavat polymeerit jaetaan kahteen ryhmään: 1. Synteettiset polymeerit - voidaan valmistaa kontrolloidusti ja eri valmistuserille saadaan keskenään samanlaiset ominaisuudet 2. Luonnonpolymeerit - edellä esitettyjen lisäksi: polysakkaridit, kuten tärkkelys, algiini ja kitiini, sekä proteiinit, kuten kollageeni, elastiini ja keratiini i 112
2.12 Biohajoavat polymeerit Polylaktidi - biologisesti hajoava, myös kuituna - hajoamistuotteet myrkyttömiä - tunnettu tt jo 1930-luvulta lt lähtien - 1960-luvulla huomattiin sen käyttömahdollisuudet lääketieteessä - tärkeä materiaali lääketieteen sovelluksissa - muista sovelluksista voidaan mainita: geotekstiilit, pyyhkeet, hygieniatuotteet, vaipat, pakkaukset, kertakäyttöastiat, kuitujen sideaine - ensimmäinen kaupallinen polylaktidikuitu tuli markkinoille vuonna 2002 kauppanimellä EcoPLA 113
2.12 Biohajoavat polymeerit Biohajoavien polymeerien ja muovien markkinoita kasvattavat - lisääntyvät ympäristönsuojeluvaatimukset - jätteiden käsittely ja kompostointi - biohajoavien materiaalien uudet innovaatiot Markkinoille on tullut viime vuosina uusia biohajoavia polyestereitä - alifaattisia estereitä - alifaattis-aromaattisia kopolyestereitä biopolymeerien kysynnän arvioidaan kasvavan noin 30 % vuodessa 114
2.12 Biohajoavat polymeerit Markkinoilla olevia biohajoavia polymeerejä Sorona - DuPontin valmistama materiaali - valmistetaan osittain maatalouden sivutuotteista ei pelkästään öljystä - pienentää riippuvuutta öljystä raaka-aineena - siitä valmistetaan kalvoja, kuituja, teknisä komponetteja, sekä muita sovelluksia - vaatetustekniikan sovelluksista voidaan mainita esimerkiksi uima- asut, urheiluvaatteet, alusasut ja ulkoiluvaatteet 115
2.12 Biohajoavat polymeerit Markkinoilla olevia biohajoavia polymeerejä Ecolex - BASF:n valmistama alifaattis-aromaattinen aromaattinen kopolyesteri - täydellisesti biohajoava ja kompostoituva muovi - hajoaa muodostamatta vaarallisia hajoamistuotteita -soveltuu erittäin hyvin pusseihin, paperin pinnoitukseen, jätteiden pakkauksiin tai maatalouskalvoksi - soveltuu käytettäväksi esimerkiksi tärkkelyksen, PLA:n, PAH:n ja tärkkelyksen kanssa 116
2.12 Biohajoavat polymeerit Markkinoilla olevia biohajoavia polymeerejä Bionelle - Showa Highpolymer:n valmistama alifaattinen tai alifaattisaromaattinen polyesteri - täydellisesti biohajoava ja kompostoituva muovi - hajoaa muodostamatta vaarallisia hajoamistuotteita -soveltuu erittäin hyvin pusseihin,,paperin p pinnoitukseen,,jätteiden pakkauksiin tai maatalouskalvoksi - soveltuu käytettäväksi esimerkiksi tärkkelyksen, PLA:n, PAH:n ja tärkkelyksen kanssa 117
2.12 Biohajoavat polymeerit Markkinoilla olevia biohajoavia polymeerejä Poly(laktidi-ko-glykolihappo (PLGA) - lineaarinen alifaattinen kopolyesteri - lähtöaineina syklinen dimeeri ja glykolihappo tai maitohappo - synteettinen biohajoava ja bioyhteensopiva polymeeri - käytetään lääketieteen sovelluksissa, kuten ortopediassa, käsikirurgiassa ja traumatologiassa 118
2.12 Biohajoavat polymeerit Markkinoilla olevia biohajoavia polymeerejä Futerro PLA - alifaattinen polyesteri - soveltuu erityisesti materiaaliksi sellaisiin kuitusovelluksiin, joissa halutaan pientä kutistumaa - sovelluksista voidaan mainita: kudotut ja neulotut vaatteet; kodin tekstiilit; puuvillan, villan ja muiden kuitujen seokset 119
2.13 Muita synteettisiä polymeerejä 120
2.13.1 Polyesterieetteri 121
2.13.1 Polyesterieetteri Polyesterieetteri - kuituja löytyy kauppanimillä illä Grilene ja A-Tell - kuidut silkkimäisen tuntuisia - A-Tell kuidusta valmistetaan sukkia ja solmioita 122
2.13.2 Polyfenoli 123
2.13.2 Polyfenoli Polyfenoli oye o (PF) - fenolihartsista 1970-luvulla kehitetty erittäin korkeita lämpötiloja kestävä kuitu - tuli markkinoille kauppanimellä Kynol -valmistetaan t sulakehruulla ll - kuitu muistuttaa rakenteeltaan kertamuovista fenolimuovia - kuitu ei sula eikä liukene, mutta menettää painoaan hapettomassa tilassa 250 C yläpuolella - kuitu kestää hyvin liekkejä, mutta on silti erittäin hyvin lämpöä eristävä 124
2.13.2 Polyfenoli Polyfenolin kemiallinen rakenne 125
2.13.2 Polyfenoli Polyfenoli - ei ole korkean lämpötilan materiaali, koska sen jatkuva käyttölämpötila ilma-atmosfäärissäatmosfäärissä on 150 C - käytetään erityisesti palosuojatarkoituksiin sekä kemikaaleilta suojautumiseen (hyvä kemiallinen kestävyys) - soveltuu myös suojavaatemateriaaliksi hyvien öljynkestoominaisuuksien vuoksi 126
2.13.3 Polykarbonaatti 127
2.13.3 Polykarbonaatti Polykarbonaatti (PC) - käytetään paljon muoviteollisuudessa - sillä on erinomainen iskusitkeys, hyvä lämmönjohtavuus, läpinäkyvyys ja kirkkaus - kilpailee monissa käyttösovelluksissa lasin ja metallin kanssa - suhteellisen helposti prosessoitavissa muovituotteiksi - prosessoitavuutta voidaan vielä parantaa seostamalla sitä polystyreenin kopolymeerelilä (ASA ja ABS) 128
2.13.3 Polykarbonaatti Polykarbonaatin kemiallinen rakenne on seuraava 129
2.13.3 Polykarbonaatti Polykarbonaattikuidut - ovat suoraketjuisia polymeerejä (ks. kemiallinen rakennekaava) polyestereitä - ensimmäinen polykarbonaattikuitu tuli markkinoille vuonna 1956 kauppanimellä Makrolon 130
2.13.4 Polystyreeni 131
2.13.4 Polystyreeni Polystyreeni (PS) - jaetaan käyttötarkoituksensa mukaan - normaali polystyreeni (PS) - iskunkestävä polystyreeni (PS-HI) - solupolystyreeni (PS-E) - valmistetaan myös useita teknisesti merkittäviä kopolymeerejä - akryylinitriilibutadieenistyreeni (ABS) - styreeniakryylinitriili (SAN) - akryylinitriilistyreeniakrylaatti (ASA) - tuotteiden prosessointiin soveltuvat kaikki tavalliset kestomuovien tötö työstömenetelmät tl - liimaaminen on helppoa 132
2.13.4 Polystyreeni Polystyreenin etuja ja rajoituksia Etuja Kova ja jäykkä Lasinkirkas, valon läpäisy jopa 90 % Rajoituksia Hauras Alhainen pehmenemislämpötila Erittäin laajat värjäysmahdollisuudet d Herkkä jännityssäröilylle ä ll Pieni veden absorptio Hyvät sähköiset eristysominaisuudet myös kosteassa Hyvä pinnalaatu Pieni muottikutistuma Helppo työstää Hinnaltaan edullinen Elintarvikekelpoinen ik k l i Hyvä liimattavuus Solustettavissa Palaa helposti nokeavalla liekillä Kellastuu ja haurastuu ulkoilmassa (UV-valo) Heikko kestävyys ölyjä vastaan Heikko kestävyys liuottimia vastaan 133
2.13.4 Polystyreeni Polystyreeni - solustettu muoto (PS-E) - valmistetaan yleensä heksaanin tai n-heptaanin ja tulistetun höyryn avulla ponneainetta sisältävästä PS:stä - hyvin kevyttä (tiheys riippuu solustuksesta) - suhteellisen pehmeää - käyttölämpötila on noin 70 100 C - tavallinen polystyreeni y (PS) - hauras - iskusitkeyttä voidaan parantaa synteettisellä kautsulla tai butadieeenillä 134
2.13.4 Polystyreeni Polystyreeni - iskunkestävä polystyreeni (PS-HI) -iskusitkeys parempi kuin tavallisella polystyreenillä - kellastuu ja haurastuu ulkona - käytetään yleensä sisätiloissa - käyttölämpötila-alue noin -20 - +60 C - hinnaltaan hieman tavallista polystyreeniä kalliimpi 135
2.13.4 Polystyreeni Polystyreenin tyypillisiä käyttökohteita PS: jääkaappien, televisioiden ja radioiden osat,pakkaukset, pullot, rasiat,kotelot, eristelevyt ja kalvot, orientoidut kuidut, jne. PS-E: yleisesti käytetty solumuovi (styrox), lämpöeristeet, pakkaukset, rakennusten ja teiden routaeriste, huonekalujen rungot, kevytbetonin apuaine, pelastusliivit, kertakäyttöastiat, jne. PS-HI: TV,- radio- ja kaiutinkotelot, jääkaappien osat, alkaliakkujen kotelot, autojen sisustus, veneet, puhelinkotelot, talouskoneet, o instrumenttipaneelit, tt ee t, lelut, huonekalut, ut, konttorikoneiden osat, vaateripustimet, jne. 136
2.13.4 Polystyreeni Polystyreenikuitu y - tuli markkinoille USA:ssa vuonna 1933 kauppanimellä Polyfiber - kuitua voidaan valmistaa sekä sula- että kalvokehruumenetelmällä - käytetään - polyesterin ja polyamidin kanssa bikomponenttikuituna - kuitukankaiden materiaalina - tekonahkoina kauppanimillä Ecline ja Alcantara 137
2.13.5 Polyurea 138
2.13.5 Polyurea Polyurea - kuuluu suoraketjuisiin elastomeereihin - ketjussa toistuu ryhmä NH-CO-NH- - polyureakuituja ei käytetä vaatetusteollisuudessa, mutta kylläkin monissa teknisissä sovelluksissa - pinnoitteena - maalina 139
2.13.6 Trivinyyli 140
2.13.6 Trivinyyli Trivinyylikuidut - ovat akryylinitriilin, klooratun vinyylimonomeerin ja kolmannen vinyylimonomeerin muodosta terpolymeeri - yhdenkään komponentin osuus ei ole 50 % kokonaismassasta 141
2.13.7 Polyimidi 142
2.13.7 Polyimidi Polyimidi - kuuluu erikoismuoveihin - kestää korkeita lämpötila (yli 300 C), tilapäisesti jopa 450 C - hajoaa noin 550 C:ssa, ei muodosta hajotessaan savua - hyvä mekaaninen ja kemiallinen kestävyys - erittäin hyvä mittapysyvyys ja pieni kitkakerroin - kestää hyvin hankausta - erinomainen valon- ja mikrobien kesto 143
2.13.7 Polyimidi Polyimidi - siitä valmistetaan neulahupia, kuitukankaita ja katkokuiduista lankaa - käytetään kalvomuodossa sähköteollisuuden sovelluksissa - tekstiilimuodon käyttökohteita esimerkiksi suodattimet sekä kemian ja sähköteollisuuden tuotteet - myös erityissuojavaatteiden materiaali 144
2.14 Termisesti kestävät polymeerit 145
2.14.1 Yleistä 146
2.14.1 Yleistä Yleistä lämmönkestävistä muoveista ja kuiduista - ryhmään kuuluu kemialliselta rakenteeltaan erilaisia muoveja - yhteistä on korkea lämmönkestävyys, yleensä yli 250 C - valmistetaan sekä modifioimalla olemassa olevia kuituja että kehittämällä täysin uusia materiaaleja - käytetään kohteissa, joissa tarvitaan erityisen hyvää lämmönkestävyyttä (palomiesten vaatetus, kilpa-ajajien puvut, avaruuspuvut ja valimotyöntekijöiden suojavaatteet) 147
2.14.2 Polyeetterieetteriketoni 148
2.14.2 Polyeetteriketoni Polyeetterieetteriketoni (PEEK) ja polyeetteriketoni (PEK) - ovat korkean lämpötilan erikoismuoveja - alkujaan PEEK kehitettiin kaapelipäällysteeksi - usein PEEK lujitetaan hiilikuiduilla ja PEK lasi- tai hiilikuiduilla teknisissä sovelluksissa käytettäväksi äksi - PEEK soveltuu hyvin sotilassovelluksiin ja mittapysyvyyttä, väsymislujuutta ja vähäistä palovaaraa vaativiin kohteisiin - käyttökohteita löytyy myös sähkö- ja elektroniikkateollisuudesta sekä lento- ja avaruustekniikan sovelluksista 149
2.14.3 Polyimidipohjaiset kestomuovit 150
2143P 2.14.3 Polyimidipohjaiset idi i tkestomuovit Polyamidi-imidi (PAI) - korkean lämpötilan amorfinen kestomuovi - hyvä mittapysyvyys - suuri lujuus korkeissa lämpötiloissakin - hyvä iskusitkeys itk - poikkeuksellisen hyvä virumisenkestävyys - pakkasenkestävyys -196 C asti - tuotteet prosessoitavissa ruiskuvalutekniikalla - vaatii vähintään viiden vuorokauden pituisen lämpökäsittelyn jännitysten poistamiseksi 151
2143P 2.14.3 Polyimidipohjaiset idi i tkestomuovit Polyamidi-imidi (PAI) - Solvay Advanced Polymers toi sen markkinoille kauppanimellä Torlon - käyttösovelluksia esimerkiksi - suihkumoottoreiden osat - generaattoreiden osat - elektroniikkakomponentit - hydrauliikka- ja pneumatiikkasovellukset - avaruusteollisuus - käyttösovelluksia kuiduilla löytyy erityisesti sähköalalta 152
2143P 2.14.3 Polyimidipohjaiset idi i tkestomuovit Polyeetteri-imidi (PEI) - amorfinen, väriltään tummanruskea, läpikuultava muovi - hyvät mekaaniset ominaisuudet - hyvä lämmönkestävyys (170 C asti) - hyvä kemikaalien, rasvojen ja öljynkestävyys - hyvä mittatarkkuus ja paaksenkesto - tuotteiden prosessointiin voidaan käyttää ruiskuvalua ja ekstruusiota 153
2143P 2.14.3 Polyimidipohjaiset idi i tkestomuovit Polyeetteri-imidi (PEI) - tyypillisiä käyttökohteita - elektroniikkakomponentit - rungot ja piirilevyt -autojen ja lentokoneiden komposnentit - inertti, elintarvikekelpoinen muovi - kestää sterilointia (gamma- ja röntgensäteily) - sovelluksia myös sairaalatarvikkeissa 154