Műanyag
A műanyagok mesterséges úton előállított vagy átalakított óriásmolekulájú anyagok, szerves polimerek. Jelen vannak életünk szinte minden fontos területén a háztartásokban, a járművekben, az egészségügyben, az elektronikában, az űrkutatásban stb.
A feldolgozási technológiájuk alapján a műanyagokat alapvetően három fő csoportra lehet osztani (bár vannak ma már átmenetet képező műanyagok): a hőre keményedő (thermoset), a hőre lágyuló (thermoplastics), illetve a rugalmas műanyagokra.[1]
Története
[szerkesztés]1838-ban Henri Victor Regnault laboratóriumában PVC-t (polivinil-klorid) állított elő.[forrás?] Egy évvel később Charles Goodyear felfedezte, hogy a gumifa tejszerű nedvéből, a latexből kiválasztható nyers kaucsuk kénnel keverve és melegítve vulkanizált kaucsuk, vagyis gumi lesz. Fia 1851-ben jött rá arra, hogy nagyobb kénmennyiséggel keménygumi (ebonit) állítható elő. Az első műanyagokat hamarosan követték a többiek: 1844-ben lett ismeretes a linóleum, nem sokkal később a műbőr, majd a vulkánfíber. 1865 óta ismerjük a celluloidot, 1897 óta a galalitot és a század végén megjelentek az első műselymek. A műanyagok fejlődése és főként felhasználása a 20. században, illetve inkább annak második felében vált meghatározóvá.
1912-ben Fritz Klatte rakta le elsőként a PVC gyártásának technikai alapjait, de az anyag ipari termelése csak 1938-ban indult meg, miután sokoldalú felhasználási lehetőségeit felismerték. A mesterséges anyagok tömeges előállításának igénye az első világháború éveiben merült fel, néha azonban ezen igények a kutatás kezdeti stádiumában lévő műanyagipar és az általa előállított műanyagok teljesítőképességét jóval felülmúlták. Mindenesetre nagy lökést adott a szerves kémiai kutatásoknak. Az 1920-as éveiben indult el a polimer műanyagok pályafutása. Ezen kutatások keretében fedezte fel dr. Hermann Staudinger (1885-1965) német kémikus 1922-ben, hogy a szerves anyagok vázát nagyon hosszú molekulaláncok képezik. Ő javasolta először a műanyagokra a „makromolekula” megnevezést. 13 év kellett ahhoz, hogy kutatási eredményeit elismerjék, majd 1953-ban munkájáért Nobel-díjat kapott.[2]
Hőre lágyuló műanyagok
[szerkesztés]Szerkezetük
[szerkesztés]A hőre lágyuló műanyagok amorf (amorphous) vagy részben kristályos (semi-crystalline) szerkezetűek, lineáris vagy elágazó, hosszú, fonal alakú molekulaláncokból állnak, melyek fizikai erővel (nem elsőrendű kémiai kötéssel) kapcsolódnak.
Előállításuk
[szerkesztés]Kondenzációs folyamat közben keletkeznek, ami azt jelenti, hogy a monomerek makromulekulává alakulása során melléktermék, jobbára víz keletkezik. Ilyen műanyag például a PET, a polikarbonát, a PBT, a nylon, a poliamidok, a bakelit. A fenolból vagy fenolszármazékokból és formaldehidből polikondenzációval létrehozott műanyagokat fenolplasztoknak nevezik. Némely ragasztó például fenolplaszt alapú.[3]
A polimerizáció során a monomerek melléktermék keletkezése nélkül egyesülnek óriásmolekulává. A folyamatot gyorsítani is lehet a fény, a koncentráció növelése, hőmérséklet vagy a nyomás változtatásával. Az egyik legelterjedtebb polimerizációs műanyag a polietilén, de ilyen eljárással készül például a polipropilén, a PVC, a PTFE vagy a polisztirol is. A láncpolimerizáció az aktív centrumok jellege szerint további négy csoportra osztható: gyökös, kationos, anionos, sztereospecifikus.[4]
Felhasználásuk
[szerkesztés]A hőre lágyuló műanyagok felhasználásuk szerint két nagy csoportra sorolhatóak, vannak az úgynevezett közszükségleti vagy commodity műanyagok, mint a polipropilén vagy a polietilén, melyeket általában nagy mennyiségben vásárolnak, és az úgynevezett műszaki vagy engineering műanyagok, melyeknek nagyobb műszaki elvárásoknak kell megfelelniük és általában jóval drágábbak a közszükségleti műanyagoknál. Ilyen például az akrilnitril-butadién-sztirol (ABS), a polikarbonát (PC), a PEEK. A közszükségleti műanyagokat gyakran felhasználják műszaki műanyagok előállításához is, keveréssel (compounding) vagy vegyítéssel (alloying).[5]
Legfontosabb típusai
[szerkesztés]- Polietilén (PE)
- sátorfólia, szatyor, palack, elektromos vezetők szigetelésére, vízvezeték, hordók, csövek, vezetékek, háztartási eszközök készítésére
- Polipropilén (PP)
- élelmiszeripari csomagolás, háztartási eszközök, járműalkatrész (például lökhárító), kötelek, húrok, textilipari szálasanyagok, szőnyegek, ragasztószalagok, tartályok, csomagolófóliák háztartási eszközök készítése
- Polisztirol (PS)
- csomagolóanyag, élelmiszer-csomagolás, eldobható pohár, tányér, evőeszköz, CD- és DVD-tartók, porózus anyagok (szivacsok), expandált sztirol (hő és hangszigetelő)
- Ütésálló polisztirol (HIPS)
- mélyhűtőzacskó, csomagoló anyag, eldobható pohár
- Akrilnitril butadién sztirol (ABS)
- elektronikai eszközök borítása (például monitor, nyomtató, billentyűzet, törésálló burkolatok)
- Poli(etilén-tereftalát) (PET)
- üdítős palack, fólia, mikrohullámtűrő csomagolás, textilipari szálasanyag (poliészter)
- Poliamid (PA)
- textilipari szálasanyagok, csapágygolyó, horgászzsinór, autóipari borítások
- Poli(Vinil-Klorid) (PVC)
- csőgyártás, kábelborítás, zuhanyfüggöny, ablakkeret, padlóburkoló, fóliák (viaszosvászon, linóleum), cipők és táskák készítésére felhasznált műbőr, elektronikai készülékek alkotórészei, játékok, szigetelők gyártására használt polimer
- Poliuretán (PU)
- szigetelő hab, tűzvédelmi hab, autóipar, gumirugalmas fonal (elasztán, más néven: spandex)
- Polikarbonát (PC)
- CD, napszemüveg, pajzsok, biztonsági üveg, jelzőlámpa, lencsék
- Polivinilidén-klorid (PVDC)
- csomagolóipar (gyógyszer és élelmiszer), folpack
- Poli(tetrafluoretilén) (PTFE)
- korrozív folyadékok edényei, tartályai készítésére és legjobban ismeretesen sütőfelületek ragadásmentesítésére
- Poli(metil-metakrilát) (PMMA)
- üveg helyettesítésére
Feldolgozási eljárások
[szerkesztés]- extrúzió
- fröccsöntés
- extrúziós fúvás
- fröccsfúvás
- termoformázás
- kalanderezés
- rotációs öntés
- hegesztés
- 3D nyomtatás
- szálképzés (szintetikus szálasanyagok)
Hőre keményedő műanyagok
[szerkesztés]Szerkezetük
[szerkesztés]A legtöbb hőre keményedő műanyag (műgyanta) kiindulási monomerek funkciós csoportjainak számától függően lehetnek enyhén vagy erősen térhálósak. A hőre keményedő duroplasztok (például a bakelit) erősen térhálós szerkezetűek.[6]
Előállításuk
[szerkesztés]A poliaddíciós folyamat során a makromolekulák kémiailag különböző molekulákból (két- vagy többfunkciós alapvegyület) jönnek létre, katalizátor nélkül, alacsony hőmérsékleten, melléktermék nem keletkezik. Ilyen eljárással jönnek létre a poliuretánok, az epoxigyanták és a polikarbamidok.[4]
- Szervetlen kiindulási lánccal
A szervetlenláncú műanyagok közé sorolják a szilikonokat: az egy vagy két komponensű szilikongyantákat.[4]
- Természetes alapanyagból
A természetes alapú műanyagok közé tartoznak a cellulózalapú műanyagok, mint a vulkánfíber, melyet úgy állítanak elő, hogy papírt 70%-os cink-klorid oldattal kezelnek. Az eredmény egy kemény, szívós műanyag, melyet korábban például bőröndök előállítására használtak.[7] Ide tartozik még a viszkóz (melyből például műselymet állítanak elő) vagy a celluloid.[4] Természetes alapúak a fehérjeszármazékokból készült műanyagok is, a műszaru lehet például kazeinalapú vagy vérfehérje alapú.[4] Ide tartoznak még a kaucsukszármazékok is, mint például az ebonit vagy keménygumi. Természetes alapú műanyag még a linóleum, a bitumen, a különféle kátrányok és a növényi eredetű sellak.[4]
Legfontosabb típusai
[szerkesztés]- Telítetlen poliészterek
- Fenol-formaldehid (PF)
- Vinilészterek
- Epoxigyanták
- Poliuretánok (PUR/PU)
- Polikarbamidok (poliurea) (PUA)[8]
- Szilikongyanták
- Fenoplasztok
- Aminoplasztok
- Melamin-formaldehid gyanták
Feldolgozási eljárások
[szerkesztés]- reaktív fröccsöntés (RIM)
- kézi laminálás
- pultrúzió
- tekercselés
- vákuum injektálás
- sajtolás
- szórás
- szálhúzás (szintetikus szálasanyagok)
Rugalmas műanyagok
[szerkesztés]A rugalmas anyagok elasztomerek, amelyekben összegubancolódott makromolekulák vannak. Húzásra kiegyenesednek, megnyúlnak, a külső erő megszűntével visszanyerik eredeti alakjukat.
Magyarországi előállítása
[szerkesztés]- BorsodChem Zrt.
Nemzetközileg ismert PVC-, MDI- és TDI-gyártó.
- MOL Petrochemicals (volt Tiszai Vegyi Kombinát)
A hazai piacon jelentős szerepet tölt be a műanyag alapanyagok (LDPE, HDPE és PP granulátumok) gyártásában.[9]
- Holofon Zrt.
Meghatározó piaci részesedésével Magyarország egyik vezető[forrás?] műanyag-felvásárló és -újrahasznosító vállalata, mely több mint évi 10 000 tonna műanyag granulátumot (főleg HDPE, LDPE, PP és PS alapanyagokat) gyárt.[10]
- Szeplast Műanyag Alapanyaggyártó Kft.
Az 1994-ben alakult cég évi 10 000 tonna műanyag granulátumot (főleg PVC-t) gyárt.[11]
- PEMŰ Műanyagipari Zrt.
A vállalat 1959-ben alakult, s már több mint 50 éve a műanyaggyártás élvonalában tevékenykedik. Szilikon, teflon, öntött poliuretán és habosított poliuretán alkatrészeket gyártanak.[12]
- Zoltek Zrt.
A jelenlegi Zoltek Zrt. az 1940-ben viszkózselyem és viszkóz vágottszál előállítására alakult Magyar Viscosagyár utóda. A gyár 1962-ben áttért poliamid filamentfonalak (Danamid) gyártására, majd 1968-ban poliakrilnitril szálak (Crumeron) gyártását is megkezdte. A privatizáció során, 1995-ben a Zoltek Rt. vette meg és ekkor áttértek a szénszálak (Pyron ill. Panex) gyártására. 2014 óta a Zoltek a Toray csoport tagja.
Piaci trendek
[szerkesztés]Az LDPE, az LLDPE, a HDPE, a PP, PVC, PS, EPS, ABS és SAN anyagokat vizsgálva az Independent Chemical Information Service szerint 2005 és 2013 között 202 millió tonnára nőtt ezen műanyagok felhasználása világszerte, ami évi átlagos 3,2%-os növekedést jelent. 2017-re előreláthatóan újabb 40 millió tonnával nő majd a kereslet ezekre a termékekre. 2013-ban a műanyagok iránti keresletet Kína vezette 30%-kal, ezt Európa követte 19%-kal, Észak-Amerika pedig 17%-kal. A legelterjedtebb feldolgozási mód a fröccsöntés, a világon körülbelül 130 000 ilyen vállalkozás működik. A műanyagok felhasználása szerint a legnagyobb piaca a csomagolóanyagoknak van, ez az iparág csaknem a feldolgozott műanyagok felét hasznosítja. A második legnagyobb felhasználó az építőipar 20%-kal, az elektronikai ipar csupán 6%-ot fogyaszt, az autóipar pedig 3%-ot.[13]
Műanyagszennyezés
[szerkesztés]A műanyagok egyre nagyobb figyelmet kapnak, mivel hosszú lebomlási idejük és aprózódásra való hajlamuk miatt egyre gyakoribb szennyezőanyagok.[14] A polisztirol nano- és mikrogömbök befolyásolják az oxidatív stressz mértékét, a makrofágok viselkedését, bizonyos, a makrofágok felszínén lévő immunmarkerek, például a CD11a/b, a CD18, a CD86, a PD-L1 vagy a CD204 expresszióját stb.[14] A nagyobb gömbök hatása nagyobb a kisebbekénél.[14]
A műanyagszennyezés egy jellegzetes esete a textíliák mosásánál leváló száltöredékek környezetbe jutása. Bár a textíliák különféle – természetes ill. mesterségesen előállított, ezen belül szintetikus (vagyis nem természetes anyagból, pl. cellulózból, fehérjéből, hanem főleg kőolaj-származékokból) készített – szálakból állnak, ez utóbbiak okoznak elsősorban műanyagszennyezést. Mosásnál ezek a száltöredékek leválnak a textíliáról (a mérések szerint 6 kg-os mosógéptöltet esetén 700 ezer szál válik le), a mosófürdőbe kerülnek és centrifugálás után a szennyvízzel együtt a csatornába távoznak. Ez a környezetkárosítás csökkenthető azzal, ha a szintetikus szálasanyagokból készült termékeket rövidebb mosási programmal, a centrifugálást alacsonyabb fordulatszámmal végzik. A mosógépgyártók fejlesztései is arra irányulnak, hogy hatékonyabb szűrőbetétekkel csökkentsék a távozó szennyvíz száltartalmát.[15]
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ http://www.tankonyvtar.hu/konyvek/polimertechnika-alapjai/polimertechnika-alapjai-081028-75
- ↑ Archivált másolat. [2007. december 21-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. május 11.)
- ↑ Polikondenzációs műanyagok (magyar nyelven). (Hozzáférés: 2010. június 12.)
- ↑ a b c d e f Műanyagok (magyar nyelven). (Hozzáférés: 2010. június 12.)
- ↑ Rosato, Dominick V.; Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato: Injection molding handbook (angol nyelven) pp. 516. Kluwer Academic Publushers, 2000. (Hozzáférés: 2010. június 12.)
- ↑ Kalmár, Emília: Polimerek (magyar nyelven). Óbudai Egyetem. [2009. december 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. június 15.)
- ↑ Vulkánfíber (magyar nyelven). (Hozzáférés: 2010. június 12.)
- ↑ The Polymer Lexicon: Acronyms and Abbreviations Used in the Rubber and Plastics Industries. iSmithers Rapra Publishing, 145. o. (1998). ISBN 9781859571361
- ↑ Történeti Áttekintés (magyar nyelven). Tiszai Vegyi Kombinát. (Hozzáférés: 2010. június 17.)
- ↑ Magyarország egyik vezető műanyag feldolgozó és alapanyag gyártó vállalata (magyar nyelven). HOLOFON. [2013. május 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. március 31.)
- ↑ Magunkról (magyar nyelven). Szeplast. [2010. május 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. június 17.)
- ↑ PEMŰ (magyar nyelven). PEMŰ. [2013. január 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. december 10.)
- ↑ (2015. július) „Trendek a polimerek világában”. Polimerek 1 (1), 14–17. o, Kiadó: Magyar Műanyagipari Szövetség. ISSN 2415-9492.
- ↑ a b c Véronique Collin-Faure, Marianne Vitipon, Anaëlle Torres Ornella Tanyeres, Bastien Dalzon, Thierry Rabilloud (2023. május 12.). „The internal dose makes the poison: higher internalization of polystyrene particles induce increased perturbation of macrophages”. Frontiers in Immunology. DOI:10.3389/fimmu.2023.1092743. ISSN 1664-3224. PMID 37251378. PMC 10213243. (Hozzáférés: 2023. november 5.)
- ↑ Kutasi Csaba: Mikroműanyagok – textikes szemmel is. (Hozzáférés: 2023. december 28.)
Fordítás
[szerkesztés]- Ez a szócikk részben vagy egészben a Plastic című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.