Műanyagok Mit is nevezünk tulajdonképpen műanyagnak? A műanyagok olyan szerves óriásmolekulákból álló polimerek, melyek természetes anyagok kémiai átalakításával vagy kőolaj, szén, földgáz feldolgozása útján állítnak elő. A műanyagokat alkotó óriásmolekulák fő láncát túlnyomó részt szénatomok alkotják, azonban hidrogén, szilícium és kén is részt vesz felépítésében. Atomjainak száma 10 2-10 6, melyeket a lánctagok számával vagy polimerizációs fokukkal jellemezhetünk. Az ipar által elterjedten használt műanyagokra jellemző, hogy ipari módszerekkel nagy mennyiségben állíthatók elő, könnyen feldolgozhatóak és könnyen munkálhatók meg. A műanyagokat az 1800-as évek közepén fedezték fel, de csak a második világháború után kezdett ugrásszerűen növekedni előállításuk és felhasználásuk mértéke. Elmondható, hogy ez az építőipar legfiatalabb anyagfélesége, ugyanakkor e anyagoknak a legtágabb a felhasználási körük. A műanyagok megismerésekor nem csak praktikus építőipari és kertépítészeti felhasználásukra kell gondolnunk, hanem általuk a hulladékgazdálkodás, környezet- és természetvédelem terén okozott problémákra is. Általánosságban megállapítható, hogy a műanyaghulladékok igen lassan bomlanak, hulladékként igen hosszú ideig súlyosan terhelik a környezetet. Sok típusuk akár többször is újrafeldolgozható, ennek ipari és gazdasági háttere azonban még nincs megalapozva. Már 1983-ban a műanyagok világtermelése több volt 125 millió m 3 -nél, mely meghaladta a világ vastermelését! Néhány fontos évszám a műanyagok történetéből 1862 Axander Parks angol kémikus természetes cellulóz és salétromsav felhasználásával előállította az első műanyagot, a nitrocellulóz alapú parkezint, majd John W. Hyatt hasonló elvek alapján a celluloidot. Az első műanyag használati tárgyak a celluloid biliárdgolyók voltak. 1867 Adolf Bayer német kémikus a polimerizáció és kondenzáció közti különbség leírásával megalapozza a műanyagkémiát. 1872 Adolf von Bayer felfedezte a fenolból és formaldehidből álló műgyantát. 1897 Wilhelm Kirsche gyáros és Adolf Stiller technikus feltalálja a galalitot a műszarut. A tejből kicsapott kazein felhasználása révén előállított műanyag megkeményedés előtt jól formázható volt, így gyorsan igen népszerűvé vált. 1904 Az első hőre lágyuló műanyagok kifejlesztése. 1909 Leo Henrik Baekland az USA-ban élő német kémikus kifejleszti a bakelitet. 1912 Fritz Klatte szabadalmaztatja a polivinilkloridot, de sokoldalú felhasználása csak 1943-tól, a lágyítószerek révén vált lehetővé. 1922 Hermann Staudinger kidolgozza a polimerek elméletét, megalapozza a műanyagkémiát. 1928 Kifejlesztik a poli-metil-metakrilátot. 1929 A Bayer cég előállítja az első szintetikus poliésztergyantát, amit lakkok, szigetelőanyagok, ragasztók gyártára használtak.
1933 Angliában feltalálják a polietilént. 1935 Megindul a PVC tárgyak tömegtermelése. Wallance Hume Carothers amerikai vegyész műselyem után kutat és felfedezi a nejlont. 1936 Otto Bayer felfedezi a poliuretánt, melynek ipari előállítása ő évbe megindult. 1937 Felismerik a kőolaj, mint nyersanyag fontosságát, ettől fogva a PVC még szélesebb körben elterjed. 1938 Megindul a nejlon ipari méretű előállítása. 1939 Megindul a polietilén ipari méretű előállítása. Továbbiakban a műanyagok fejlődése kövezhetetlenül felgyorsul. Műanyagok csoportosítása és tulajdonságaik A műanyagok csoportosítása fizikai tulajdonságaik alapján: Fluidoplasztok: 20 C-on folyékony műanyagok Elasztok: gumi rugalmasságú makromolekuláris anyagok Termoplasztok: hőre lágyuló műanyagok Duropalszto: hőre keményedő műanyagok Csoportosítás előállításuk szerint: Természetes alapú műanyagok, például a kaucsuk alapú vulkanizált gumi, a cellulóz alapú viszkóz, a kazein alapú műszarú vagy a bitumen és növényi alapú műanyagok. Mesterséges alapú műanyagok, melyeket nagy molekulájú alapanyagokból polireakciók útján állítják elő. Alapvetően három típust különböztetünk meg. Polimerizációval készült műanyagok, melyeknél a monomer rendszerint telítettlen vegyület, melyek hő és katalizátorok hatására kapcsolódnak egymáshoz (pl.: PVC). Poliaddícióval készült műanyagok, melyeknél a reakcióban résztvevő monomerek molekuláit alkotó atomok átrendeződése eredményeképpen kapcsolódnak össze. Polikondenzációval készült műanyagok, melyeknél a monomerek egyes atomjaikat könnyen leadják, miközben egymáshoz kapcsolódnak. A leadott molekulák eközben stabil kismolekulájú anyaggá egyesülnek. Az építőiparban és a kertépítészet elsősorban a polimerizációval készült műanyagokat használja.
A műanyagok legfontosabb jellemzői, mely tulajdonságok nagyban befolyásolták elterjedését. Sűrűségük általában a hasonló anyagokhoz képest kicsi, 1300-1400 kg/m3, alkalmazásával súlymegtakarítást érünk el. Mechanikai tulajdonságaik tág határok között változnak, így felhasználásuk szerteágazó. A műanyagok kémiailag igen ellenállók, vegyszereknek kitett területen is használhatók. Kiváló elektromos szigetelők! Igen jó hő- és hangszigetelők, e tulajdonágaik igen kedvezőek az építőiparban! Megmunkálásuk egyszerű. Nem túl nagy hőmérsékleten képlékennyé válnak és jól formázhatóak. Lehűlve laktartóan dermednek. Esztétikailag és optikailag igen jó tulajdonságokkal rendelkeznek (műbőr, plexi üveg, stb.) A legfontosabb műanyagféleségek és felhasználásuk. Hőre lágyuló műanyagok Hő hatásár az egymás mellé rendeződött óriásmolekula láncok közti kötőerők felbomlanak és a molekulák könnyen elcsúsznak egymás mellett. Jellegzetes megmunkálási módjuk a hurkatöltésre emlékeztető fröccsöntés. A meleg és képlékeny anyagot formába préselik, ahol lehűl és megdermed felveszi a forma alakját. Másik elterjedt feldolgozási módjuk az extrudálás. Ennek során a lágy nyersanyagot egy formán préselik át (hasonlóan a húsdarálóhoz), változatos keresztmetszeti formák hozhatóak létre, elméletileg végtelen hosszúságban (csövek, szalagok, szegőlécek). A hőre lágyuló műanyagok újrafeldolgozhatóak, elméletileg korlátlanul megolvasztható és feldolgozható. Szinte mindegyik fajtája jó elektromos szigetelő, savaknak és lúgoknak ellenáll. Szerves oldószerek többnyire oldják. Polietilén: Az etilén polimerje, általában átlátszó, opálos vagy tejfehér, hajlékony, zsíros tapintású anyag. 105-110 C-on folyékony, vízszerűen önthető. Vegyszereknek jól ellenáll, szobahőmérsékleten oldószere nincs. Nem mérgező, élettanilag ártalmatlan. Meggyújtva lassan, kék lánggal ég. Fajtái és ezáltal a felhasználása a gyártási technológia függvénye. A kis fajsúlyú polietilén főleg fóliák, palackok, zacskók, elektromos szigetelők, csövek gyártására alkalmas. A nagy fajsúlyú változata az előzőnél keményebb, így profilok, nagyobb terhelésnek kitett műszaki cikkek, széles körben használt gáz- és vízcsövek (KPE cső), padlófűtés csövek gyártásánál használatos. E műanyag egyik változata, a polietilén-tereftalát az alapanyaga a mindenki által ismert üdítős palackoknak (PET palackok).
Polipropilén: A propilén polimerje. Hasonló a polietilénhez, azonban szilárdsági értékei nagyobbak, kissé merevebb és hőállóbb. 180 C körüli hőmérsékleten olvad, olvadéka sűrű, nem önthető vízszerűen. 100 C felett gyorsan oxidálódik, rideggé, törékennyé válik. Fény hatására fokozottan hajlamos az öregedésre. Nem mérgező, vegyszereknek jól ellenáll. Szobahőmérsékleten nem oldható és nem ragasztható. Kiválóan alkalmas szálak húzására, a legolcsóbb szintetikus szál. Felhasználják nyomócsövek (melegvíz cső), játékszerek, edények (legtöbb háztartási hajlékony tárolóedény), előre gyártott kerti medencék és nagyobb szilárdságú termékek gyártására. Polimetil-metakrilát (plexiüveg): Víztiszta de színezhető műanyag, 90 C-on lágyul, 140-150 C-on dolgozható fel. Nem mérgező, savaknak és lúgoknak mérsékelten áll ellent. A kloroform oldja, legjobb ragasztója is egyben. Kiválóan átbocsátja a fényt, az UV sugarakat is! Előállítási költségei a többi műanyaghoz képest magasak. Főleg félkész termék (lapok, plexi-üveg) formájában fordul elő. Polisztirol: Víztiszta, átlátszó, kemény, rideg, törékeny anyag. 80 C-körül lágyul, feldolgozási hőmérséklete 120-140 C. nem mérgező, savaknak, lúgoknak jól ellenáll. Legtöbb oldószer oldja. Felhasználjuk játékok, gombok, fogantyúk, orvosságos fiolák, edények (kávéautomata pohara, üvegszerűen átlátszó konyhai edények), dobozok gyártására. Habosított változata kitűnő hőszigetelő, az építőipar széles körben használja a polisztirol hőszigetelő lemezeket (Hungarocell, Nikecel), vagy hőszigetelő vakolatokban a polisztirol gyöngyöt. Rendkívül jő szigetelő, elektrosztatikusan könnyen feltöltődik. Poliamid (nylon): Nagyon szívós sárgás színű áttetsző anyag. Olvadáspontja 140 C. Vegyszereknek mérsékelten áll ellent, nem mérgező. Jellemzően különböző textilipari szálak készülnek belőle, valamint a legtöbb élelmiszeripari műbél (virsli, kenőmájas, stb.). Jól forgácsolható, kisebb terhelésű fogaskerekek, csapágyak készítésére alkalmas. Polivinilklorid (PVC): Színtelen, gyantaszerű, rideg, törékenyanyag, felhasználása szinte kizárólag lágyítószerek hozzáadásával történik. Savakkal szemben ellenálló, szerves oldószerek oldják, hatásukra duzzadhat. A lágyítószer tartalomtól függően lehet szilárdabb (kemény pvc, vízvezeték csövek, szennyvíz csövek, dréncsövek, ruhacsipesz) vagy lágyabb (lágy pvc, fóliák, padlóburkolók, hő és hangszigetelő habok, vízszigetelő fóliák, játékszerek, játéklabdák, műbőr, esőkabát). Egészségre ártalmas anyagokat tartalmaz, csomagolóanyagként és játékszerek gyártására felhasználni nem ajánlatos! Nagy port vert fel az a korábbi kutatási eredmény, mely szerint a lágy PVC-ből készült bébi rágóka - mely a fogzást segíti elő - és más játékszerek szájbavételekor kioldódhat az egyik összetevő, a mérgező ftalát (lágyítószer). Állatkísérletekben a ftalát a májat, vesét és a heréket károsította. Az Európa Parlament 2001 április 3-ai ülésén jóváhagyták azt a javaslatot, mely a gyártókat a polivinilklorid helyettesítésére kötelezi termékeikben. Ezentúl Európában kötelező lesz a termékeken jelölni, ha PVC-t tartalmaznak.
Politetrafluoretilén (teflon): Kémiailag nagyon ellenálló, vegyszerálló, kitűnő elektromos szigetelő. Csak 400-450 C körül lágyul! Oldószere nincs, ragasztani csak rosszul lehet. Bevonatok, tömítő szalagok készülnek teflonból. Polikloroprén: Szintetikus kaucsuk, igen nagy szilárdságú és rugalmasságú műgumi. Olaj, sav, lúg, oldószer, hő, fény és ózon álló. Az építőipar ragasztók, bevonatok, hézagkitöltő kittek, vulkanizált formában fóliák, lemezek, alátétek formájában használja. Poliizobutilén: Érdekes tulajdonságú anyag, mely nyújtás hatására kristályosodik, tehermentesítéskor ismét amorffá alakul. Sav- és lúgálló, időjárásálló, olaj, benzin oldja. Tömítők, ragasztók, szigetelőlemezek, bitumenhabarcs adalékanyagaként használatos az építőiparban. Polivinilacetát: Szobahőmérsékleten üvegszerű, hőre lágyuló műanyag. Gyengén lúg- és saválló, lakkok, festékek, ragasztók formájában használják. Poliuretánok: Számtalan módosulata ismert. Hőszigetelő, tömítő habok, tömítőgumi, lakkok formájában használják. Szilikonok: Egymástól különböző tulajdonságú anyagok. Kémiailag ellenállók, nem mérgezőek. Alapvetően három változata ismert: Kis móltömegű szilikon olajok, porózus építőanyagok, terméskövek felületnek víztaszítóvá tételére használják. Nagy móltömegű szilikongumi, hézagkitöltő kittek, szalagok, lemezek formájában fordul elő Térhálósított szilikongyanták, melyeket üvegszövettel sajtolva állítják elő. Cellulózacetát: Természetes eredetű műanyag, cellulóz ecetsavas kezelésével állítható elő. Bonyolult felépítésű, erős szívós anyag. Nem hőálló, 60 C-on lágyul, 100-110 C-on megolvad. Átlátszó, áttetsző, felhasználása hasonló a polisztiroléhoz de kevésbé törékeny. Felhasználása az utóbbi évtizedekben visszaszorult.
Nitrocellulóz (celluloid): Természetes cellulózból salétromsavas kezeléssel állítható elő. Fokozottan tűz és robbanásveszélyes! Vattaszerű változat a lőgyapot. Acetonban jól oldódik, lágyítószerekkel elterjedt lakkok alapanyaga (nitrolakk, dukkólakk). A lágyítószerrel kevert nitrocelulóz volt az első közismert műanyag. Szívós, ütésálló, átlátszó (celluloid filmszalagok), szép megjelenésű, csak tűzveszélyessége miatt szorult ki a használatból. Hőre keményedő műanyagok Előállításuk két lépcsőben történik. Először a hőre lágyuló műgyantát adalékanyagokkal összekeverve formába öntik, majd magas hőmérsékleten megkeményítik. Az így elkészített anyag szerkezete irreverzíbilisen átalakul, még egyszer nem olvasztható meg, oldószerek nem oldják. Fenoplaszt (bakelit): Talán a legismertebb hőre keményedő műanyag. Színe sötétbarna, fekete jellegzetesen bakelit szagú. 170 C-ig hőálló, ennél magasabb hőmérsékleten szilárdságát lassan elveszti, 400 C-on elszenesedik. Általában töltőanyagok vagy rostok, vázanyagok hozzáadásával használták. Jó elektromos szigetelő, ezért elektromos készülékekben és műszaki cikkekben elterjedten alkalmazták (kapcsolók, konnektorok, fogantyúk stb.). Élelmiszeripari célokra nem alkalmas. Poliészter gyanta: A gyanta különböző katalizátorok hatására köt meg szobahőmérsékleten vagy hő hatására. A kötési idő néhány órától egy-két percig változhat. A megkötött anyag átlátszó, tetszetős. Egyedi darabok, mintadarabok készítésére alkalmas, valamilyen formába történő öntéssel állíthatjuk elő a kívánt tárgyat. Kötőanyagként is jelentős, üvegszövet vagy egyéb vázanyag felhasználásával héjszerkezetek készítésére is alkalmas (csónaktest, csúszdalap, bukósisak). A poliészter gyanta megszilárdulva könnyen és jól munkálható meg, jó elektromos szigetelő, időjárásálló. Saját anyagával ragasztható. Epoxigyanta: Felhasználása a poliésztergyantákéval megegyező. Alkalmasak öntvények készítésére és talán a poliészter gyantánál is jobban kötőanyaga az üvegszövetnek. Igen jelentősek az epoxigyanta alapú ragasztók (pl.: Epokitt).
Műanyagok egyszerű felismerése: A vizsgálat szemrevételezéssel valamint óvatos melegítéssel történik. A műanyagot lánggal melegítsük, ha megolvad hőre lágyuló, ha nem hőre keményedő. A láng elvétele után tovább égnek kis kékes lánggal ég, elfújva gyertyaszagú zsíros tapintású: száraz tapintású: erősen kormozó lánggal ég: nem kormozó lánggal ég, gyümölcsös illatú: A láng elvétele után nem ég tovább a lángban tartva hólyagosodik: a láng szélét zöldre festi: a lángban nehezen olvadó: a láng elvétele után elaszik és bakelitszagú: a lángban pattog, ammóniaszagú: a lángban repedezik, gyümölcsös szagú: a lángban nem repedező, szaru szagú: polietilén polipropilén polisztirol polimetilmetakrilát poliamid polivinilklorid teflon fenoplaszt aminoplaszt poliészter epoxigyanta
Műanyagok összefoglaló táblázata és jelölése (Kémiai kislexikon, Dr. Peuker H szerint, 1962) Szintetikus műanyagok Módosított természetes anyagok Polikondenzáció Polimerizáció Poliaddíció Duroplaszt Termoplaszt Duroplaszt Termoplaszt Duroplaszt Termoplaszt Duroplszt Termoplaszt Alkidgyanták Polietiléntereftalátok Allilésztergyanta Polietilén Epoxigyanták Lineáris poliuretán Kazein Cellulózészter Poliésztergyanták Lineáris telített poliésztergyanták Térhálósított telítetlen poliésztergyanta Polipropilén Térhálósított poliuretán Cellulóz nitrát Fenolgyanták Poliamid anilingyanták Polisztirol Cellulóz acetát Karbamidgyanták Polikarbonát Polivinilklorid Cellulóz triacetát Melaningyanték Poliizobutilén Cellulóz aceto butirát Szilikongyanták Polimetakrilát Cellulóz propionát Politetrafluoretilén Poliakrilnitril CAB Cellulózaceto-butirát PTFE Politetrafluor-etilén CAP Cellulózaceto-propionát PUR Poliuretán CMC Karboximetil-cellulóz PVAL Polivinilalkohol CN Cellulóznitrát PVB Polivinilbutirát DAP Diallilftalát PVC Polivinilklorid EC Etilcellulóz UF Karbamid-formaldehih EP Epoxid UP Telítetlen poliészter MF Melaminformaldehid PIB Poliizobutilén PA Poliamid POM Poliacetát PC Polikarbonát PVCA Vinilklorid-vinilacetát kopolimer PCTFE Poliklórtrifluor-etilén PVDC Polivinilidén-klorid PE Polietilén PVF Polivinilfluorid HDPE Nagysűrűségű polietilén PF Fenol-formaldehid LDPE Kis sűrűségű polietilén PVFO Polivinilformal PET Polietiléntereftalát SAN Sztirol-akrilnitril kopolimer PMMA Polimetil-metakrilát SB Sztirol-butadién kopolimer PP Polipropilén SI Szilikon PS Polisztirol SMS Sztirol-metilsztirol kopolimer
Csomagolóanyagokon alkalmazott kódszámok: 01 PET 02 HDPE 03 PVC 04 LDPE 05 PP 06 PS 07 Egyéb műanyag