Materialevalg ved plastproduktion

Transkript

1

2

3 Indholdsfortegnelse Stikordsregister... 2 Indledning... 5 Det periodiske system... 6 Atomer... 8 Avogadros tal Molvægte Okteregelen Molekyler Mættede og umættede forbindelser Monomere stoffer Polymerisation Trinvis polymerisation Kondensationspolymerisation Additionspolymerisation Kædepolymerisationer Bindingstyper Takticitet og krystallinitet omopolymerer opolymerer Blandinger ærdeplastmaterialernes struktur Termoplastmaterialernes struktur Delkrystallinske materialer Amorfe materialer Termoplastiske elastomere ompoundering af plastmaterialer Additiver Fyld og armeringsstoffer Blødgørere Farvestoffer og pigmenter Plastmaterialerne under processen Opvarmning Forbehandling af materialet Materialedatablade Egenskaber Materialevalgsprocedure Praktiske øvelser Molekylemodeller Fremstilling af nylon Gummipolymerisation Barcholmåling polyester PU skumøvelse PBT fugtpåvirkning P og termisk nedbrydning Trækprøvestænger

4 Stikordsregister A additionspolymerisation Additiver... 2;29;30 Alifatiske kulbrinter alizarinderivater alkan alken Alkylgruppen Amider Aminer... 31;32 ammoniumforbindelser anionisk kædepolymerisation antioxidanter... 30;31 Antioxidanter Antistatiske midler armering armeringsmaterialer... 27;32;33;34;43;44 aromatiske kulbrinter... 12;17 Ataktisk Avogadros... 2;10;11 azodicarbonamid B benzidin benzoesyre Bindingsenergi bismuthoxidchlorid bisphenol A blends... 23;27 blokcopolymer... 22;27 blycarbonat blødgøringsmidler cadmium-manganforbindelser aprolactam carbonblack... 30;36;49 carboxylsyre carboxylsyrer harpy impact strength harpy notched impact strength chrom- og molybdænforbindelser copolymere... 18;19;22 ovalente bindinger D DEP Dispropagering E elektroner...7;8;11 ester Exhibition F farvestoffer Fedtsyrer Fenoler flammehæmmere... 33;36 Fluorescerende formaldehyd friktion... 31;32 fyldstoffer... 27;29;33;43;44 DT heat deflection temperature elium... 9 highperformance homopolymere hydrocarboner hydrogenbindinger hærdeplast... 6;14;20;24 højdensitetsmaterialer I Initiatoraddition Initiering Ionogene bindinger irreversibel... 6 Isotaktisk isotoper... 9 J jernoxid K katalysatorer kationisk kædepolymerisation klæbetemperatur kondensationspolymerisation kondensationsreaktion koordinations kædepolymerisation krystallinitet...2;20;26 krystallisationsacceleratorer Kædeoverførelse Kædetilvækst

5 M masterbatch metal-azoforbindelser Metalsalte MIPS mol... 9;10;11;19;20 N natriumborhydrid natriumhydrogencarbonat neutroner... 8;9 O Okteregelen... 2;11 Opskumningsmidler orbitaler... 8 P periodiske system... 2;6;7;8;9 Phosphitter phosphorsyreestere phthalater... 30;36 phthalocyanin podecopolymer Polariteten Polyblend Polymerisation... 2;14 polymerisationsgrad... 11;14 polyolefiner... 20;27;31 polære materialer primærbindinger... 6;20;24;31 Primærbindinger protoner... 8;9 random-copolymer ekombination S slagstyrke... 28;47 substituenten...5;14;21 syndiotaktisk Syndiotaktisk syrederivater T Takticitet... 2;20 Tensile modulus tetrachlorbisphenol A tetrachlorphthalsyreanhydrid Tg... 37;38 Thioestere titandioxid Tm TPE... 22;27;28 trinvis polymerisation trippelbinding U UL ;48;49 ultramarin Upolære materialer UV-stabilisatorer UV-stabilisering V Van der Waalske kræfter varmestabilisatorer... 30;44 vinylbromid vulkaniseret Z zinkoxid Zinksulfid Æ ædelgasser ætanol shore skaller... 6;8 3

6 4

7 Indledning Formålet med dette kompendium er at lette forståelsen af sammenhæng mellem plastmaterialernes kemiske opbygning og de egenskaber materialerne ender ud med at have. Plast er en polymer. Ordet polymer er græsk og betyder mange dele. Delene er kædet sammen i et bestemt gentaget mønster, en kæde, hvor leddene består af kulstof og brint samt eventuelt andre grundstoffer. De 9 vigtigste grundstoffer til plastfremstilling er: Kulstof (), ydrogen (), Nitrogen (N), Oxygen (O), hlor (l), Svovl (S), Fluor (F), Silicium (Si) og Fosfor (P). Kulstof og brint kaldes organiske materialer, da de indgår i alle levende organismer. Plast har derfor mange egenskaber fælles med naturlige polymerer som f.eks. rav og harpiks, men plast er og bliver syntetisk, det vil sige fremstillet af mennesket. Plasten fremstilles af fossile råmaterialer, typisk råolie eller naturgas. Det vil sige gammelt organisk materiale, hentet op fra undergrunden i form af kulbrinter. Kulbrinterne bruges til at danne monomere ud fra. Monomere er gasformige molekyler, som er byggesten i de store molekylekæder, som plaststofferne er bygget op af. vis man sammenligner et plastmolekyle med en perlekæde, er monomeren en enkelt perle. Ens for de fleste monomere er at de indeholder en eller flere dobbeltbindinger, så de kan reagere i en polymerisations proces, hvor der sammenføjes mange monomere til en polymer. Polymerisationsprocesserne er ekstremt komplekse og foregår i store beholdere, på petrokemiske anlæg, hvor man kan arbejde med forhøjet tryk og temperaturer. Til venstre ses en simpel monomer bestående af to kulstof atomer, tre hydrogenatomer og substituenten, der kunne være et grundstof eller et mindre molekyle. De fleste plaststoffer er i dag syntetisk fremstillet og kan deles op i følgende hovedgrupper: Plastmaterialer. Elastomere. Fibre. arpikser. 5

8 Plastmaterialerne underopdeles i termoplast og hærdeplast. Disse betegnelser refererer til de molekylære bindinger i materialet og dækker samtidigt over flere forskellige egenskaber hos materialerne. Dog er den primære forskel at hærdeplast indeholder krydsbindinger i form af primærbindinger molekylekæderne imellem. Denne krydsbinding er irreversibel, derfor kan hærdeplast ikke umiddelbart bringes tilbage til flydende tilstand. Det periodiske system Det Periodiske System blev stillet op af Mendelejev og Lothar Meyer i Men her skrev de atomerne op uafhængigt af hinanden, så der var ikke så meget system over det, og de havde mange tomme pladser, som så senere er blevet udfyldt af bl.a. Niels Bohr. Alle kendte atomer eller grundstoffer er listet op i det periodiske system der angiver forskellige egenskaber, vægt, antal skaller, isotopfordelinger, kogepunkt, smeltepunkt, fast stof, gasarter, flydende stof osv. for de forskellige atomer. Klik på nedenstående link for interaktivt periodisk system! 6

9 Altså en systematisk opstilling af grundstofferne efter stigende atomnummer, det vil sige efter antallet af elektroner om kernen. De vandrette rækker beskriver hvilken periode et stof tilhører, og de lodrette hvilken gruppe atomet tilhører. I de vandrette rækker sker der i atomerne en gradvis, forudbestemt ændring af atomets kemiske og fysiske sammensætning, og lodret minder atomerne en del om hinanden både kemisk og fysisk, men der sker dog en ændring fra et stof til det næste. Et atoms smelte- og kogepunkt er de temperaturer, hvor stoffet omdanner sig mellem de tre tilstande, som alle stoffer har, nemlig som flydende stof, fast stof og på dampform. Smeltepunktet er det punkt, hvor et stof fra at være i fast form bliver flydende. Kogepunktet er der, hvor stoffet fordamper efter at have været flydende. Eksempelvis har vand et smeltepunkt på 0, hvor is smelter til vand, og på komfuret koger vandet ved 100. Disse temperaturer er naturligvis trykafhængige. Nedenstående links viser eksempler på det periodiske system og endda videoer og forklaringer af de forskellige grundstoffer Nedenstående link giver adgang til amerikansk webside om plast stort set fra A-Z. 7

10 Atomer Atom betyder udelelig på græsk og er byggestenene til hele det kendte univers, og atomerne indgår overalt i vores liv og de ting vi omgiver os med. Plast er ikke nogen undtagelse så her er det vigtigt at vi har et grundlæggende kendskab til atomer og kemi generelt for at kunne behandle og forarbejde det korrekt. Et atom består af en kerne med protoner som er positivt ladet og neutroner som er neutrale. Uden om kernen er der en elektronsky, med negativt ladede elektroner. Elektronerne bevæger sig udenom kernen i såkaldte orbitaler (skaller) og antallet af elektroner i yderste skal angiver hvilken hovedgruppe atomet befinder sig i, i det periodiske system. Skallerne benævnes med et stort bogstav fra K til Q. Den første skal K har plads til 2 elektroner Den anden skal L har plads til 8 elektroner Den tredje skal M har plads til 18 elektroner Den fjerde skal N har plads til 32 elektroner Den femte skal O har plads 50 elektroner Den sjette skal P har plads 72 elektroner Den syvende skal Q har plads til 98 elektroner. Dette virker ikke systematisk men kan bestemmes ud fra følgende formel: 2x(n opløftet til anden potens) hvor n er skallens nummer. F.eks. skal nummer 2(L) : 2 x 2 2 = 8 elektroner eller skal nummer 4(N) : 2 x 4 2 = 32 elektroner Atomer er ufattelig små, kernens radius er ca gange mindre end atomets radius og næsten hele atomets masse er samlet i kernen. Massen af atomet opdeles således: 1 Proton = 1,0073 u 1 Neutron = 1,0087 u 1 Elektron = 0,00055 u 8

11 Nederst foran et grundstof skrives protontallet Z (atomnummeret) og øverst skrives tallet nukleontallet A (atommassen). Massetallet er summen af protontallet Z og neutrontallet N i kernen. A = Z + N F.eks. elium: Massen for de forskellige grundstoffer aflæses i det periodiske system. Massen for elium er derfor: 2x1,0073u + 2x1,0087u + 2x0,00055u = 4,0011u For carbonatomet (kulstofatomet) ser regnestykket således ud: 6 Protoner 6x1,0073 = 6,0438u 6 Neutroner 6x1,0087 = 6,0522u 6 Elektroner 6x0,00055 = 0,0033u Massen for arbonatomet = 12,0993u vis antallet af protoner og neutroner er forskellige kaldes disse isotoper, og det har påvirkning på gennemsnitsvægten af de forskellige atomer. vorfor massen i bøgerne som oftest er et decimaltal skyldes, at alle atomer har et vist antal isotoper. er er det så, at man finder massetallet for alle isotoper og finder ud af, hvor ofte de fremkommer i naturen. Man bruger disse to tal til, at finde en gennemsnitsvægt for alle atomets isotoper. Eksempelvis fremkommer hlor (klor) i to store isotoper på henholdsvis ca. 75 % og ca. 25 %. Den første vejer 35 U og den anden 37 U (plus enkelte andre isotoper på tilsammen langt under 1 %). Derfor er atommassen for hlor ca. lig med: ((35 * 75) + (37 * 25 )) / 100 = 35,5 U Nu er det således at massebetegnelsen for atomer og molekyler benævnes som u og det er ufattelig små tal. For at kunne arbejde med dette i praktisk kemi anvender kemikere en betegnelse som hedder stofmængde. Stofmængden angives med enheden mol efter flg. regel: vis et stof har formelmassen X u, har 1 mol af stoffet massen X g. 9

12 For at anvende dette i praksis skal vi have omsat atommassen til en vægtenhed således at det bliver praktisk anvendeligt, og her anvendes Avogadros konstant. Avogadros tal For at kunne udregne vægten for stoffer og molekylære stofsammensætninger anvendes stofmængden 1 mol, bestemt ved Avogadros tal, en konstant, som er et udtryk for 6,02217x10 23 enheder. Avogadros tal: N A = 6,022045x10 23 mol -1 Enheden udtales pr. mol Nu kan vi så anvende ovenstående til at regne lidt mere konkret på materialernes molvægte og heraf også nogle af de egenskaber, som afledes heraf. Molvægte 1 mol carbonatomer ( atomer) vejer 12,0993 g/mol. Ser vi på Brint () så vejer 1 mol Brint 1,01g/mol. Så stofmængden, antallet af atomer er den samme men vægten er forskellig. Nu har vi et redskab så vi kan beregne vægten af forskellige molekylesammensætninger, lad os se på vandmolekylet eller 2 0. Den kemiske formel er 2 0 dvs. molekylet indeholder 2 ydrogenatomer () og 1 oxygenatom (O). Vægten er derfor 2x1, x15,9994 = 18,01528g/mol. Vi anvender tilnærmelser i resten af kompendiet dvs. 18g/mol. vis vi nu ser på et lidt mere kompliceret molekyle f.eks. monomeren styren, set her til venstre som har strukturformlen 8 8, er fremgangsmåden den samme. Dvs. at et mol styren vejer 8x12 + 8x1 = 104 g/mol. 10

13 Skal vi nu regne molvægten for en polymer ud, forgår det efter samme princip. Lad os nu sige at vi har polymeriseret ovenstående styren med en polymerisationsgrad på og der fremkommer nu en kemisk betegnelse: ( 8 8 ) 45000, så vil molvægten være: (8x12 + 8x1)x45000 = g/mol. Eller regnet om til kg g/mol./1000 = 4680 kg/mol. Sat i perspektiv så svarer et mol PS til ca. 3,6 paller PS og det giver et billede af hvor stor et tal Avogadros konstant er! En kemisk definition af polymere materialer, er når stoffets molvægt er over 2.000g/mol og molekylet indeholder repeterende monomere stoffer. Okteregelen Som udgangspunkt vil alle atomer tilstræbe at efterligne atomerne i 8 hovedgruppe, som kaldes ædelgasser, da disse har deres yderste skal fyldt med elektroner. Disse ædelgasser er meget stabile, og derfor meget svære at få til at reagere i kemiske processer. Molekyler Sammensættes atomerne nu i kemiske forbindelser opstår der molekylekæder og netop sådanne molekylekæder udgør vores plastmaterialer. De består overvejende af kulbrinte forbindelser alle med det til fælles at hovedmolekylekæden indeholder kulstof og brint, også kaldet kulbrinter. Vi vil se på nogle af dem der indgår i vores plasttyper. 11

14 Aromatiske kulbrinter som f.eks. styren her til højre, indeholder en benzenring der giver stivhed men dog ikke den store fleksibilitet. Årsagen er at denne benzenring ikke lader sig strække så meget som en ren alifatisk kulbrinte, som f.eks. polyethylen eller polypropylen. Disse aromatiske kulbrinter lader sig afsløre ved afbrænding af materialet, da de vil danne noget fint sort fnuller der svæver i luften. Desuden vil de også have en sød aroma ved afbrænding. Alifatiske kulbrinter er så at sige lange lige molekylekæder som er fleksible og dermed relativt bløde. En ester er en kemisk funktionel gruppe, som bl.a. kan dannes ved reaktionen mellem en alkohol og en syre. Når en ester dannes, dannes den ved en kondensation af en carboxylsyre og en alkohol. arboxylsyre + alkohol ester + vand Dannelse af en ester sker via en kondensationsreaktion. Estere tilhører den gruppe i organiske kemi som kaldes syrederivater, da de oftest dannes ud fra carboxylsyrer. En ester navngives efter de to forbindelser (alkohol + carboxylsyre) den er lavet af. På dansk findes der to ligestillede måder at navngive estere på: 1. arboxylsyredelen nævnes først efterfulgt af navnet på den alkylgruppe som stammer fra alkohol'en. Der afsluttes med endelsen 'ester' 2. Alkylgruppen fra alkohol'en nævnes først efterfulgt af navnet på carboxylsyren, i form af syreresten. Denne form har endelsen '-oat' Eksempel: en ester der er dannet ud fra benzoesyre og ætanol vil ifølge navngivningsform 1 hedde 'benzoesyreætylester', og ifølge navngivningsregel 2 ætylbenzoat. Mættede og umættede forbindelser Umættede kulbrinteforbindelser indeholder en eller flere dobbeltbindinger og kaldes en alken som kan bestemmes ved formlen ( n 2n ) f.eks. ethylen der kemisk hedder 2 4. Dette er udgangsmonomeren til en lang række polymerer, da den indeholder en umættet forbindelse og dermed kan spaltes til videre kemisk reaktion. 12

15 Mættede kulbrinteforbindelser indeholder ikke dobbeltbindinger og kaldes en alkan. Den bestemmes ved formlen ( n 2n+2 ) som f.eks. til venstre ethan 2 6. Alkyner er en gruppe af kulbrinter, der indeholder mindst én trippelbinding mellem to carbonatomer og har molekylformlen n 2n-2. Modsat alkaner og i mindre grad alkener er alkyner reaktive og ustabile, idet trippelbindingen kan udnyttes til at addere flere atomer. Ser vi nu på antallet af kulstofatomer i molekylekæden og dermed også på længden kan dette stilles lidt skematisk op: Stof formel tilstand Molmasse Smelte- /Kogepunkt Kulstof Fast / 4027 Methan 4 Gas 16,04-182,5 / -161,5 Ethan 2 6 Gas 30,07-182,76 / -88,6 Propan 3 8 Gas 44,09-187,6 / -42,09 Butan 4 10 Gas 58, / -0,5 Pentan 5 12 væske 72,15-129,8 / 36,1 Ester (OO) Afh. af Afh. af Afhængig af Stearin 3 5 ( OO) 3 Fast 890,5 øj / øj Polyamid 6 ( 6 16 N 2 ) Fast øj / øj Salt Nal Fast 58, / 1413 Molekylestørrelsen sammenholdt med de sekundære bindingstyperne afgør smeltepunkt og kogepunkt. Kogepunktet i plastmaterialer er irrelevant da det er langt over nedbrydningstemperaturen. 13

16 Monomere stoffer Monomere stoffer er de udgangs monomere der bruges til polymerisationen af polymerkæderne. vis substituenten er et hydrogenatom () vil monomeren hedde ethylen. I nedenstående skema ses en række eksempler af monomeropbygninger under udskiftning af substituenten. Substituent Monomer Polymer = Ethylen Polyethylen = 3 Propylen Polypropylen = 65 Styren Polystyren = l Vinylchlorid Polyvinylchlorid De mest simple monomere er på gas form så som Ethylen, Propylen osv. I hærdeplast er monomeren delvist forpolymeriseret og optræder for det meste i flydende form. Alle termoplastmaterialer er polymeriseret når de leveres og polymerisationen er derfor afsluttet. Ved hærdeplastmaterialer foregår polymerisationen først under udhærdningen. Nogle monomere fremstilles trinvist afhængig af den plasttype der skal fremstilles f.eks. Vinylchlorid hvor udgangsmonomeren er ethylen eller propan. Derfor er udgangsmonomere som ethylen, styren og propan vigtige da de kan bruges til at fremstille en lang række udgangsmonomere stoffer. Polymerisation Polymerisation af de forskellige plastmaterialer sker, for termoplastens vedkommende, i store og meget avancerede petrokemiske anlæg. Selve polymerisationsprocesserne er komplekse og meget forskellige. Fælles for dem alle er at det er her, vi kemisk sammensætter monomere stoffer til lange molekylekæder også kaldet makromolekyler med en eller anden polymerisationsgrad, og det kan formuleres således f.eks. for en polyethylen: n x ( 2 4 )» ( 2 4 ) n Ser vi på hærdeplastmaterialet UP (umættet polyester) er materialet så at sige forpolymeriseret da den flydende polyester har en vis kædelængde. Polyesteren leveres flydende, opløst i f.eks. styren, som så senere via forskellige hær- 14

17 de- og katalysatorsystemer polymeriserer endeligt under udhærdningen i støbeformen. Vi vil ikke komme så meget ind på selve kemien i polymerisationerne, da det vil blive alt for omfattende, så derfor holder vi os til det principielle for polymerisationerne. Der findes mange forskellige former for polymerisationer og de kan groft opstilles som nedenstående eksempel. Disse polymerisationstyper kan foregå i forskellige miljøer f.eks. under tryk fra 0 bar til 2000 bar, eller i emulsioner altså væskeopløsninger og selve teknikkerne er også forskellige. Polymerisation Trinvis polymerisation Kædepolymerisation Kondensations polymerisation Additions polymerisation adikal kædepolymerisation Kationisk kædepolymerisation Anionisk kædepolymerisation Koordineret kædepolymerisation PA 6 PA66 PA12 Polyestre P Phenol Melamin Elastomer Silicone PEEK PPA PU EP Vinylestre PE PV PS PTFE POM- POM- PA ε-aprolactam Isotaktiske og syndiotaktiske øjkrystallinske polymere Trinvis polymerisation I en trinvis polymerisation sker kædetilvæksten trinvist, som skitseret herunder. + osv. Kondensationspolymerisation ovedprincippet i kondensationspolymerisation er at den sker under fraspaltning af et mindre molekyle f.eks. vand eller alkoholgrupper. + + stof A + stof B stof + sideprodukt (vand) 15

18 Nedenstående et eksempel på kondenspolymerisation af Polyester De materialer der polymeriseres via denne teknik kommer alle til at hedde kondensationspolymerer og det drejer sig om materialer som Polyamider, Polycarbonater, Polyestre, Melamin, Phenol, Siliconer og nogle highperformance termoplaster. Processen kan også anvendes til fremstilling af copolymerisater. Under kondensationspolymerisationer sker tilvæksten af molekylekæder trinvist og dermed også polymerisationsgraden n, som skematiseret herunder. n Omsætning af monomere Klik på link nedenfor for simpel animation af kondenspolymerisation af Polyamid. 16

19 Additionspolymerisation Et andet polymerisationsforløb er additionspolymerisation hvor molekyletilvæksten sker uden fraspaltning af mindre molekyler da der anvendes rektionsvillige grupper. + stof A + stof B stof AB De typiske materialer der fremstilles ved denne proces er f.eks. PU og EP (Epoxyer) hvor polymerisationsgraden typisk er noget mindre end ved andre polymerisationer. Polymerisationsgraden vil som oftest ligge omkring de Polymerene kan også frembringes ved ringåbning af aromatiske kulbrinter som f.eks ε-aprolactam dermed kan der polymeriseres Nylon. Kædepolymerisationer Ved kædepolymerisationer sker tilvæksten fra et aktivt center som udgangspunkt er det materialer med en kulstof-kulstof rygrad som f.eks. PP, PV, PE, PS. Der kan ske det at der bliver fanget ureagerede monomere imellem kæderne der så frigives senere under forarbejdning der kan vi næsten altid lugte hvilket materiale vi forarbejder termoplastisk. Der findes forskellige typer af kædepolymerisationer der navngives ud fra typen af det aktive center. Disse kaldes: fri radikal kædepolymerisation, kationisk kædepolymerisation, anionisk kædepolymerisation og koordinations kædepolymerisation. Forløbet af kædepolymerisationen deles op i 4 faser og forløbet for en fri radikal kædepolymerisation kan se således ud: 1. Initiering startreaktionen udløses af radikaler der aktiveres af energi eller initiatorer der kan aktiveres ved temperaturforøgelse. Disse igangsættere åbner monomerens dobbeltbinding. 17

20 2. Kædetilvækst monomere åbner deres dobbeltbinding og kobles på kæden efter hoved-hale princippet. Dvs. at kædens hoved reagerer med monomerens hale. 3. Kædeoverførelse dette kan også ske med hele kæder hvor en kædes hoved reagerer med en kædes hale. Dette har stor betydning for tilvæksten ud fra hovedkædens rygrad som f.eks. ved PED, PEMD og PELD samt ved pode copolymere. 4. Exhibition (stop) af kædetilvæksten kan ske på 3 måder. ekombination hvor to aktive ender forenes. Initiatoraddition hvor der tilføjes en initiatorradikal. Dispropagering som er en reaktion af to radikaler under dannelse af en dobbeltbinding. Kædetilvæksten er radikalt anderledes end ved kondensationspolymererisationer som illustreret nedenfor. Der kan omsættes omkring monomere pr./sek. i den kraftigste tilvækstfase n Link for simpel polymerisation af PE Link for simpel polymerisation af PV 100 Omsætning af monomere 18

21 Bindingstyper Primærbindinger er de bindingstyper der sammenholder atomerne i molekylekæden. Der findes flere former for kemiske bindinger, og der skelnes mellem stærke og svage kemiske bindinger. Primærbindingerne er de stærkeste og indeholder normalvis en bindingsenergi over ca. 300 kj/mol, hvor de sekundære bindingstyper ligger et godt stykke under 300 kj/mol. De mest interessante er hhv.: 1. Ionogene bindinger hvor stoffer fra første og syvende hovedgruppe vil danne ionogene bindinger. 2. ovalente bindinger. Den bindingsenergi der imellem atomerne er listet op nedenfor for at illustrere forskellen i bindingsenergien ved forskellige bindingstyper. Bindingstype Bindingsafstand nm Bindingsenergi kj/mol (alifatisk) 0, = (aromatisk) 0, = 0, , , O 0, = O 0, N 0, l 0, F 0, O 0, N 0, Si O 0, Polariteten forårsaget af elektronforskydninger atomerne imellem har også indflydelse på bindingsenergien. Meget polære materialer er f.eks. PA, PU, PVF, PVDF, og en del hærdeplaster. Polære materialer er SAN, ABS, PV, PI, PBT, PET og nogle copolymere. Upolære materialer er PP, PP, PS og PTFE 19

22 Med stigende polaritet tiltager materialernes egenskaber også på nogle områder det være sig: Stivhed, fasthed, hårdhed, varmeformbestandighed, vand og fugtoptaglse (Skal fortørres!), bestandighed mod Benzin og mineralolier, gas og damptæthed (polære gasser og dampe), ultralydssvejsbarhed, limning og hæftning på metaldele. Nogle af egenskaberne aftager derimod med stigende polaritet, såsom: elektrisk isoleringsevne, afledning af statisk elektricitet og gas - og damptæthed (Upolære gasser og dampe O 2, N 2 og O 2 ) De sekundære bindingstyper som molekylekæderne i termoplast sammenholdes af, er ca gange svagere end de primære bindinger. Der er her tale om: 1. ydrogenbindinger der er stærke sekundære bindingstyper ca. 40 kj/mol. 2. Van der Waalske kræfter som er svage sekundære bindinger. a kj/mol. ydrogenbindinger opstår i stoffer der indeholder O, N og F da disse atomer er stærkt polære. Dette giver høj overfladespænding og højt smeltepunkt. Disse hydrogenbindinger påvirker om stoffet er hydrofilt (vandelskende) og dermed libofob (fedtskyende). ydrogenbindinger Materialer som PS, PP, PE hvor der ikke optræder hydrogenbindinger er hydrofobe (vandhadende) og dermed libofile (fedtsugende). Stoffer der kun har Van der Waalske kræfter er polyolefiner der kun indeholder kulstof og brint som f.eks. PP, PE. Termoplast indeholder kun sekundære bindingstyper hvor hærdeplast også indeholder primærbindinger hvorfor de er meget formstabile og ikke kan forarbejdes termoplastisk. ærdeplastemner er så at sige at betragte som et stort molekyle indeholdende en masse primærbindinger. Takticitet og krystallinitet Takticiteten er afgørende for et plastmateriales tendens til at danne krystallinske områder. Takticiteten kan påvirkes under polymerisationen, og det er i dag muligt at styre placeringen af sidegrupperne () under polymerisationsprocesserne. Bl.a. et materiale som Polystyren findes i dag som en syndiotaktisk udgave der er krystallinks med en krystallinitet omkring 50 %. Dette påvirker naturligvis egenskaberne for materialet. 20

23 21 Indenfor sprøjtestøbning er de to mest anvendte hovedgrupper af termoplastiske materialer, de amorfe og de delkrystallinske materialer, der hver især har forskellig molekylestruktur. Denne Molekylestruktur er bestemt af polymerens takticitet, herunder placeringen af substituenten, som er afgørende for om materialet vil antage amorf struktur, eller delkrystallinsk struktur, se følgende 3 illustrationer. Placeringen af substituenten påvirker også smeltepunktet for materialet, da den påvirker de intermolekylære kræfter. Det er disse kræfter der skal svækkes for at vi kan forarbejde materialet i termoplastprocesserne. 1. Ataktisk struktur giver fortrinsvis anledning til at molekylekæderne lejrer sig i amorf struktur. er vil krystalliniteten ofte være under 5 %. 2. Syndiotaktisk struktur, med den regelmæssige placering af, giver fortrinsvis anledning til at molekylekæderne lejrer sig i delkrystallinsk struktur. er vil krystalliniteten være omkring %. 3. Isotaktisk struktur opnås under polymerisationen ved at anvende såkaldte stereospecifikke katalysatorer, og giver anledning til overvejende krystallinsk struktur. er vil krystalliniteten være op til 80 %.

24 omopolymerer Anvendes den samme monomer i polymerisationsprocessen kaldes materialerne homopolymere materialer. Et eksempel kunne være polystyren (PS) som indeholder den samme monomer, nemlig styren (S). S S S S S S S S S S S S S S S S S S opolymerer Anvendes to eller flere forskellige monomere i polymerisationsprocessen, med kemiske bindinger imellem de forskellige monomere, kaldes materialerne copolymere materialer. Et eksempel på en copolymer kunne være ABS (acrylonitrilbutadien) som indeholder tre forskellige monomere, nemlig acrylonitril (A), butadien (B) og styren (S). A S A B A B B A B S B S A S B A S A opolymere materialer kan sammensættes på mange forskellige måder der hver især giver forskellige egenskaber. opolymeren kan også optræde med vekslende placering af monomererne som f.eks. denne copolymere polypropylen (PP-) der er et copolymerisat af propylen (P) og ethylen (E). P E P E P E P E P E P E P E P E - osv. PP- kan også optræde som en random-copolymer hvor monomererne er tilfældig sammensat. P E E P E P E P P E E E P E P P - osv. Eller som en blokcopolymer som f.eks. TPE-SBS elastomer som typisk anvendes til skosåler, der består af en fleksibel butadienfase (B) sammenholdt af hårde styren blokke (S). S S S S S B B S S S S S B B S S S S 22

25 opolymeren kan også optræde som en podecopolymer hvor der som i f.eks. slagfast polystyren (SB) består af en carbon-carbon rygrad (S) med poder af butadien (B). ABS typerne er også typiske podecopolymere materialer. B B B B B B B B B B S S S S S S S S S S S S S S S S S S B B B B B B B B B B Blandinger Blandinger af materialer kaldes blends. Det er når f.eks. P blandes med ABS hvilket giver en materialebetegnelse P/ABS. Netop denne blanding er meget populær og lever op til de krav der stilles indenfor f.eks. mobiltelefonsektoren. er kan man forene eller blande egenskaberne for 2 materialer og i tilfældet P/ABS er der tale om høj styrke (P), slagsejhed (P), fin overflade finish (ABS) og nem forarbejdning (ABS). Materialernes egenskaber blandes også og derved opstår der rigtig mange muligheder for skræddersy et materiale med netop de egenskaber der er brug for. Der findes rigtig mange forskellige blends som f.eks. ABS/PA, ABS/PV, ABS/P, ABS/TPU og ABS/PSU, PA/ASA, PA/PP, PA/S, PA/PBT, PA/PV, PP/PE, PP/PA, PP/EPDM, PP/SEBS osv. Dette er en af årsagerne til at plast er blevet så anvendeligt som det er og mulighederne er mange. 23

26 ærdeplastmaterialernes struktur Som før nævnt er den primære forskel på hærdeplast og termoplast at hærdeplast som regel først polymeriserer under forarbejdningen i støbeformen. Denne hærdning udgøres af de stærke primærbindinger og emnet kan derfor, hvis det er forarbejdet rigtigt og optimalt, betragtes som tilnærmelsesvist et stort molekyle. Nedenfor er der to eksempler på hærdeplast. Kemisk krydsbundet hærdeplast Kemisk krydsbundet elastomer Mangfoldigheden i hærdeplastmaterialer er også stor, der findes mange forskellige varianter fordelt over f.eks. umættede polyestertyper. Disse udvælges på samme måde med hensyntagen til emnets mekaniske, kemiske, og f.eks. termiske egenskaber. 24

27 Termoplastmaterialernes struktur. Man skelner, hovedsagligt, mellem to typer materialer pga. molekylekædernes tendens til at lejre sig på forskellige måder, de delkrystallinske og de amorfe materialer. PAI PEEK PEI PES LP PVDF PSU PPS PA4.6 igh-performance polymers P PPA PAA PET PBT PPO PA6/66 POM PMMA ABS Mid-range polymers PE-UMW PS SB SAN PP PE-D Amorfe PV ommodity polymers PE-LD Delkrystallinske Opvarmes et plastmateriale, tilføres molekylerne mere energi i form af elektrisk varme fra varmebåndene, samt friktionsvarme fra modtrykket og snekke-omdrejningerne. Dette medfører at elektronerne bevæger sig hurtigere hvilket gør at afstanden til nabomolekylet øges, og dermed mindskes de intermolekylære kræfter. esultatet af opvarmningen er, at plastmaterialet bliver blødere og blødere for til sidst at optræde som en mere eller mindre flydende masse, der kan sprøjtes ind i sprøjtestøbeværktøjet. Når plastmaterialet størkner ved afkøling, vil afstanden mellem molekylekæderne aftage, og størrelsen af de intermolekylære kræfter tiltage. Under denne proces kan molekylekæderne i nogle materialer områdevis ordne sig i en ikke tilfældig tætpakket struktur. Disse områder kaldes krystallinske. De uordnede og tilfældigt pakkede områder kaldes amorfe. 25

28 Delkrystallinske materialer. Navnet opstår ved, at der mellem de krystallinske områder findes amorfe områder. Man kan altså tale om forskellig grad af krystallinitet der både er polymerisationstype-, proces- og materialeafhængig. Det typiske for disse krystallitter, er højere massetæthed og højere smeltepunkt. Ved opvarmning af et delkrystallinsk materiale er der derfor tale om to smeltepunkter, et for de amorfe områder, og et for de krystallinske. De generelle egenskaber for de delkrystallinske materialer er: Delvist ordnet molekylestruktur. ar et relativt fast krystallit smeltepunkt. God kemikaliebestandighed. Kan være svære at thermoforme. Skal ofte forbehandles ved limning og dekorering. Mælket udseende. Seje og stærke. Af delkrystallinske materialer kan nævnes: PA, PBT, PET, PE, PP, POM, PPS, PAA, PPA, PEEK, LP samt fluorplast PVDF, ETFE og PFA. Amorfe materialer. Navnet opstår her fra morfologi, som er læren om former, og når noget er amorft betyder det at molekylestrukturen udelukkende optræder som en tilfældig ikke tætpakket struktur, som vist på hosstående illustration. De generelle egenskaber for de delkrystallinske materialer er: Molekylestruktur uden form. ar ikke noget fast smeltepunkt. Lav kemikaliebestandighed. Er lette at thermoforme. Er lette at lime og dekorere. Fås som regel i transparent udgave. Er ofte hårde og sprøde. Af amorfe materialer kan nævnes ABS, SAN, SB, PS, P, PMMA, PV, PPO, PSU, PES, PEI og PAI. 26

29 Termoplastiske elastomere Den generelle molekylestruktur i disse materialer består overvejende af hårde og bløde segmenter, enten i form af en copolymer opbygning eller en blanding af polymerer og gummilignende materialer. De termoplastiske elastomere kan optræde både som transparente og uigennemsigtige materialer afhængig af molekyleopbygningen, der typisk er afgørende for hårdheden. Af termoplastiske materialer kan nævnes TPE-V, TPE-O, TPE-S, TPE-U, TPE-E og TPE-A. Polyblend. Blokcopolymer. Materialeskrivelse: Termoplastiske elastomere er en benævnelse for en hel gruppe af termoplastisk forarbejdelige elastomere, der har gummilignende egenskaber. De kan deles op i to hovedgrupper bestående af: 1. Polyblends, der indeholder en vulkaniseret/ikke vulkaniseret elastomerfase i en termoplastisk matrix. 2. Blokcopolymere med henholdsvis hårde og bløde blokke. Materialevarianter: TPE-V Polyblend på base af PP med vulkaniseret EPDM. TPE-O Polyblend på base af polyolefiner med elastomerfaser. TPE-S Styren blokcopolymer med udgangsmonomererne styren, butadien, og ethylen. TPE-U Termoplastisk polyuretan (TPU). TPE-E Termoplastisk copolyester. TPE-A Polyether blok amid. ompounderings- og indfarvningsmuligheder: TPE kan compounderes med fyldstoffer, mineraler, brandhæmmere og diverse armeringsmaterialer. TPE kan indfarves dog med visse begrænsninger pga. egenfarven. Typer af blends (materialeblandinger) hvor TPE indgår er: ABS/TPU, P/TPU, POM/TPU mfl. 27

30 Forarbejdningsprocesser: TPE kan forarbejdes ved sprøjtestøbning, ekstrudering, blæsestøbning, rotationsstøbning og termoformning. Anvendelsesområde: TPE anvendes ofte som erstatning for gummi inden for industrigrene som: bilindustri, medicoartikler, byggebranchen, sport og fritid, legetøj, elektronik, personlig pleje mv. Skemaet herunder giver et overblik over de forskellige elastomerer. TPE-V TPE-O TPE-S (SEBS) TPE-S (SBS) TPE-U TPE-E TPE-A Shore grad (årdhed) 35A-65D 45A-60D 2A-70D 10A-60D 80A-60D 40A-75D 60A-75D Densitet i kg/m ukommelse Anvendelsestemperaturer Syrebestandighed Base bestandighed Vejrbestandighed Slid Fødevaregodkendelse - - Transparent - - Brandhæmmende UL 94 V0 UL 94 B UL 94 V0 ompoundering af plastmaterialer Når materialerne er polymeriseret kan de ikke umiddelbart forarbejdes, de skal modificeres så vi kan forarbejde dem f.eks. termoplastisk. En del af disse modificeringer foregår ved at tilsætte stoffer så materialerne kan tåle de termiske belastninger der kommer under en termoplastisk forarbejdning. Alle termoplastiske materialer indeholder utroligt mange forskellige tilsætningsstoffer for nu engang at imødekomme, ofte tiltagende, krav om gode egenskaber på forskellige områder. I dag er det muligt at blande, (compoundere), forskellige tilsætningsstoffer i plastmaterialerne, så de ønskede egenskaber opnås, for at det fremstillede emne lever op til de krav der stilles af kunden. Afhængig af hvad emnet skal bruges til, kunne der være forskellige krav til f.eks.: densitet, slagstyrke, bøjefasthed, optiske krav, mekaniske krav, termiske krav, elektriske egenskaber, fleksibilitet, fødevaregodkendelse, brændbarhed, farver osv. 28

31 Når den endelige sammensætning af plastmateriale og tilsætningsstoffer er fundet, gemmes recepturen så denne kan genbruges ved forespørgsler på tilsvarende egenskaber. erved er der gennem årene opstået grobund for de godt registrerede termoplasttyper og varianter, man har kendskab til på det danske marked, som globalt set, er et relativt lille marked. Tilsætningsstoffer kan groft deles op i: Additiver Armeringsmaterialer og fyldstoffer Blødgørere Farvepigmenter Nogle af tilsætningsstoffernes generelle påvirkning af nogle af termoplastens egenskaber kan ses i nedenstående skema. Tilsætningsstof Vægtindhold i % Elasticitetsmodul Brudforlængelse Slagstyrke Dimensionsstabilitet Brandforhold Glasfibre Kulfibre Mineraler Elastomerblødgører Polymerblødgører UV- stabilisatorer Brandhæmmere Antistatika Farvepigmenter 0,

32 Additiver. Additiver er et uundværligt element i forarbejdningen af plast til færdige produkter. Nogle additiver tilsættes for at give en smidig forarbejdningsproces og nedsætte risikoen for produktion af emner, der ikke lever op til den ønskede kvalitet. Andre additiver tilsættes for at ændre ved de grundlæggende tekniske egenskaber for den anvendte polymer og derigennem skræddersy en materialekombination til at opfylde de tekniske krav, der stilles til det pågældende produkt. I det følgende afsnit gives der en kort beskrivelse af nogle af de hyppigst forekommende additiver, der tilsættes i mindre mængder så som: Varmestabilisatorer, UV stabilisatorer, antioxidanter, smøre og glidemidler, antistatiske midler, opskumningsmidler og brandhæmmere. Varmestabilisatorer. Ved forarbejdning af plastmaterialer er der en risiko for, at temperaturen bliver så høj, at molekylekæderne begynder at gå i stykker, hvilket nedsætter den tekniske kvalitet, f.eks. i form af reducerede mekaniske egenskaber. Den termiske nedbrydning er især udtalt ved forarbejdning af PV, hvor der er risiko for nedbrydning ved temperaturer, der ligger væsentligt under den normale forarbejdningstemperatur. Der tilsættes derfor generelt varmestabilisatorer, der forsinker fraspaltning eller tilvækst af molekyler og som uskadeliggør nedbrydningsprodukterne. Tungmetalforbindelser, især blybaserede, var i mange år den traditionelle løsning som varmestabilisator, men tungmetallernes uønskede miljø- og sundhedsegenskaber har medført en regulering, der betyder, at de for størstepartens vedkommende ikke må anvendes længere og nu mere eller mindre er udfaset af det europæiske marked. UV-stabilisatorer Ved stuetemperatur oxideres mange plastprodukter under indvirkning af vejr og vind, specielt på grund af ultraviolet stråling fra solen. For at modvirke Uv-strålingens nedbrydende effekt på kulstofbindingerne i termoplasten, anvendes phthalater og kønrøg (carbonblack), samt hindrende aminer - ALS (indered Amine Light Stabilisers). Antioxidanter Antioxidanter tilsættes for at modvirke oxidativ nedbrydning af plasten under forarbejdning samt for at forlænge produktets levetid ved at forhindre nedbrydning under påvirkning af varme og lys ved produktets brug. Ved en oxidativ nedbrydning dannes der frie radikaler, og nedbrydningen kan fortsætte ved en kædereaktion. Produkterne bliver misfarvede, og der dannes mikrorevner. Anvendelse af antioxidanter er meget udbredt ved stort alle typer af plastmaterialer og forarbejdningsprocesser, og der findes da også et meget stort udvalg af antioxidanter i handelen. Der kan skelnes mellem fire hovedtyper af antioxidanter: 30

33 Fenoler. Monofenoler, bisphenoler, thiobisphenoler og polyphenoler udgør den største mængde af primære antioxidanter. I polyolefiner som PE og PP anvendes de typisk i mængder på 0,05-0,2 %, mens der i styren-baserede plastmaterialer anvendes op til 2 %. Aminer. Aminbaserede antioxidanter anvendes især i syntetiske gummier i koncentrationer mellem 0,5 og 3 %. Årsagen er at gummi indeholder mange primærbindinger der er meget følsomme overfor Uv-stråling Phosphitter. Phosphitter anvendes alene eller sammen med phenoler eller aminer. I polyolefiner anvendes 0,05 til 2 %, i slagfast polystyren 0,05-1 % (i visse tilfælde måske op til 2%) og i ABS op til 3%. Thioestere. Thioestere er vigtige for at forhindre molekylemasseændringer ved lang tids udsættelse for høje temperaturer. Dilaurylthiodipropionat og distearylthiodipropionat er almindeligt anvendt til polyolefiner i koncentrationer på 0,1-0,3 %. I umættede polymerer kræves noget større koncentrationer. Det skal bemærkes, at forbrugsmønstret kan være ændret i dag, på grund af ny viden om stoffernes miljø- og sundhedsmæssige egenskaber. Dette gælder blandt andet bisphenol A, som er mistænkt for at have hormonforstyrrende effekter. Smøre- og glidemidler Ved forarbejdning vil plastsmelten ofte være meget sejtflydende og have tilbøjelighed til at klæbe til værktøjets overflade. En forhøjelse af forarbejdningstemperaturen vil reducere problemet, men giver som beskrevet ovenfor et andet problem i form af øget termisk nedbrydning. Der tilsættes derfor smøre- eller glidemidler, hvis hovedopgave er at forbedre flydeegenskaberne for den smeltede plast ved at nedsætte adhæsionen mellem plastmateriale og forarbejdningsmaskine eller nedsætte den indre friktion i plastmaterialet. Smøremidlerne inddeles i fire grupper: Fedtsyrer som f.eks. stearin-, palmitin-, eruca- og myristinsyre. Stearinsyre anvendes eksempelvis i mængder på 0,1-0,2 % ved kalandrering og ekstrudering af PV. Amider og estere af fedtsyrer, f.eks. med glycerol. Klarheden af stiv PV forbedres ved tilsætning af 0,5-3 % af syntetiske esthervokser, og amidvokser tjener som indre smøremiddel i ABS. Metalsalte af fedtsyrer, primært i form af aluminium-, calcium-, bly-, lithium-, magnesium-, natrium- og zinkstearat. De virker som indre smøre- 31

34 middel i koncentrationer på 0,05-3 % ved forarbejdning af de fleste plasttyper, herunder PE, PP, PS, PV, polyamider og celluloseplast. Langkædede hydrocarboner i form af mikrokrystallinske vokser, paraffiner, paraffinolier og montansyreester, eller naturlige vokser som carnaubavoks og bivoks. I PV tilsættes eksempelvis 0,5-3 %. Det bemærkes, at valg af smøremiddel oftest er specifikt for en given kombination af plasttype, tilsætningsstoffer og forarbejdningsmetode. Overfladefriktionsnedsættende additiver Nedsættelse af overfladefriktion er ønskeligt i de tilfælde hvor der optræder friktion mellem to materialer f.eks. tandhjul, glideskinner, lejer osv. Molybdænsulfid og grafit anvendes også sammen med armeringsmaterialer for at mindske friktionen (varmeudvikling) samt hæve anvendelsestemperaturen og dermed også slitagen i bevægelige dele. Antistatiske midler Ved forarbejdning af plast opstår der let en elektrostatisk opladning, statisk elektricitet, på de færdige emner. Dette tiltrækker støv, men mere problematisk er det, at den statiske elektricitet giver risiko for gnistdannelse og dermed også risiko for støveksplosioner eller antændelse af gasser og dampe. For at undgå statisk elektricitet anvendes antistatika, enten direkte påført emnet (med kortvarig effekt) eller iblandet polymeren, hvorved der opnås en varig effekt. Der anvendes fire grundtyper af antistatika: Aminer Kvaternære ammoniumforbindelser Phosphorsyreestere Polyethylenglycolethere Deres virkningsmåde er generelt, at de danner en molekylær vandhinde, som er elektrisk ledende. Opskumningsmidler Ved at tilsætte opskumningsmidler til plastmaterialer skabes en cellestruktur i plasten. Dette er generelt materiale- og dermed omkostningsbesparende, men derudover opnås også ændrede materialeegenskaber, f.eks. i form af forbedrede lys - og varmeisolering og mere eller mindre stivhed efter ønske. Når termoplast opskummes, vil hovedparten af cellerne være lukkede. Opskumningsmidlet vil altså i høj grad forblive i produktet. I polyurethanskum er cellerne hovedsageligt åbne, hvilket betyder at opskumningsmidlet frigives fra produktet i løbet af produktionsprocessen. 32

35 Kemiske opskumningsmidler som azodicarbonamid, natriumhydrogencarbonat og natriumborhydrid virker ved at danne gas i temperaturområdet for almindelig forarbejdning af det pågældende materiale. Brand- og flammehæmmere Alle plastmaterialer er brandbare, men deres antændelighed er meget forskellig. På grund af øgede sikkerhedskrav indenfor områder som byggeri, transport og elektriske artikler tilsætter man brand- eller flammehæmmere til den plast, der anvendes til disse typer af produkter. Der skelnes i det følgende ikke mellem de to funktioner af additiverne, men man kan skelne mellem tre overordnede grupper af kemiske forbindelser, der opfylder en eller begge funktioner: Organiske additiver, der blandes i polymeren. De vigtigste stoffer i denne gruppe er phosphorsyreestere (der udgør ca. 50 % af det samlede forbrug af brandhæmmere) og chlorparafiner. Uorganiske additiver som aluminiumsoxid, antimontrioxid, zinkborat og barium- og phosphorholdige kemikalier. De anvendes i koncentrationer fra 3-20 %. eaktive brandhæmmere, som oftest chlor - eller bromholdige monomerer som vinylbromid, tetrachlorphthalsyreanhydrid, tetrachlorbisphenol A. Disse stoffer copolymeriseres sammen med basispolymeren, hvorved den brandhæmmende effekt så at sige indbygges i det færdige produkt. Fyld og armeringsstoffer Fyldstoffer Indholdet af fyldstoffer i plast varierer fra ganske lidt til op til 70 %. Det kan i nogle tilfælde være svært at skelne mellem egentlige fyldstoffer og tilsætningsstoffer med specifikke egenskaber, da enhver form for fyldstoffer eller tilsætningsstoffer påvirker egenskaberne i plastmaterialet. Det er dog klart at med billige fyldstoffer som træmel, stenmel, ler og kridt ønsker man først og fremmest at holde prisen lav på produkter, f.eks. billige havestole, hvor der ikke er store krav til de tekniske egenskaber. Armeringstoffer. Alle termoplastiske materialer kan i princippet armeres med forskellige armeringsmaterialer, hvis der er specielle krav til det emne der nu engang skal fremstilles. Armeringsmaterialerne er mange og forskellige, men de mest almindeligt forekomne er: 33

36 Glasfibre Glaskugler Kulfibre Kevlarfibre /aramidfibre Desuden er det ganske almindeligt at lave fibre - og mineralblandinger for at imødekomme krav om dimensionsstabilitet, svindforhold, overfladebeskaffenheder, kast osv. Armeringsmaterialerne giver generelt et højere trækmodul, hårdere overflade, stivere emne, bedre slagegenskaber men lavere brudforlængelse, fugtoptagelse og svind. Et af de mest anvendte armeringsmaterialer i termoplast er korte glasfibre med en længde på mellem 2 og 6mm, dog findes der specielt lange glasfibre til termoplast med en længde på 10 12mm. Glasfibrene er ofte coatede så de bedre kan dispergeres med termoplasten. Der anbefales en høj formtemperatur til glasarmerede materialer, da der eller kan optræde et gråligt skær i overfladen på emnet, specielt ved sammenflydningsliner ved kerner. Ud fra nedenstående skema ses effekten af forskellig armering af PA Armeringsmaterialers indflydelse på egenskaber i PA66 Trækstyrke i MPa Densitet i kg/m3 Bøjefasthed i MPa Slagstyrke i kj/m %glasfibre 10%kulfibre 20%glasfibre 20%glaskugler 20%kulfibre 30%glasfibre 30%glaskugler 40%glasfibre 50%glasfibre 34

37 6 6 4 Materialevalg ved plastproduktion Blødgørere Langt den største del (omkring 80 %) af blødgørere anvendes i forbindelse med blød PV, mens resten hovedsagelig bruges til celluloseplast. Der findes bogstaveligt talt hundredvis af forskellige blødgøringsmidler til forskellige formål, og disse kan opdeles i fire typiske stofgrupper: Estere Polymerer hlorerede paraffiner Modificerede olieprodukter Blødgøreres indflydelse på slagegenskaberne 1000 harpy kærvslagstyrke ved 23 I kj/m2 Izod kærvslagstyrke ved 23 i kj/m2 harpy kærvslagstyrke ved -30 i kj/m2 100 Izod kærvslagstyrke ved -30 i kj/m , PA66 Standard PA66 slagmodiferet PA66 Elastomerbløgjort 1 PA66 Elastomerbløgjort 2 PA66 Elastomerbløgjort 3 PA66 Polymerblødgjort 35

38 Estere af phthalsyre (de såkaldte phthalater) har på samme måde som de bromerede flammehæmmere været i myndighedernes fokus gennem en årrække. Miljøstyrelsen udarbejdede allerede i 1999 en handlingsplan for at reducere og afvikle anvendelsen af phthalater i blød plast, og i 2003 udgav Styrelsen en status for phthalater, der blandt andet indeholder oversigter over forbrug af phthalater, forureninger, reguleringer og risikovurderinger i EU. Flere af phthalaterne mistænkes for at have hormonforstyrrende effekter, men der er betydelige forskelle mellem de enkelte phthalater med hensyn til deres egenskaber og potens. Det står dog klart, at den mest anvendte phthalat, DEP (di-(2-ethylhexyl) phthalat), generelt må regnes som uønsket i produkter på grund af stoffets hormonforstyrrende effekter, ligesom dibutylphthalat og butylbenzylphthalat regnes som problematiske. Disse og andre phthalater er under risikovurdering i EU, og indtil resultatet af denne vurdering foreligger, må den bedst tilgængelige information findes i andre kilder. I vores mere tekniske materialetyper anvendes også elastomer- og polymerblødgørere. Farvestoffer og pigmenter De fleste plastmaterialer er som udgangspunkt farveløse eller hvidlige, men der er stort set ubegrænsede muligheder for at indfarve plasten. Et eksempel kunne være fluorescerende farvestoffer der har den egenskab, at de dels tilbagekaster lys af stoffets egenfarve og dels det lys, som plejer at blive til varme. Farven bliver lysende og meget markant, men i øvrigt ufarlig som normalt lys da det er en fysisk egenskab og altså ikke en følge af kemiske reaktioner, der gør farven fluorescerende. Fluorescerende farver virker særligt lysende specielt når der er meget ultraviolet lys, som f.eks. hvidt papir eller en hvid skjorte i solskin. Man kan skelne mellem fire typer af farvestoffer: Opløselige farvestoffer, der generelt er aromatiske forbindelser, opløselige i almindelige opløsningsmidler. Denne type farvestoffer er ikke særlig modstandsdygtige overfor lys, varme og kemikalier, ligesom de nemt migrerer. De anvendes f.eks. til at give strålende, transparent farvetoner i polystyren, og tilsættes i mængder på 0,25-5 %. Organiske pigmenter, der er uopløselige og derfor ikke påvirker plastpolymeren. Til gruppen hører blandt andet alizarinderivater, phthalocyanin, benzidin, kønrøg (carbonblack) og metal-azoforbindelser, og de anvendes i koncentrationer på 0,001-2,5 %. Uorganiske pigmenter, mest metaloxider og -salte er uopløselige og kemikaliebestandige. Zinksulfid, zinkoxid, jernoxid, cadmium-manganforbindelser, chrom- og molybdænforbindelser, ultramarin og titandioxid er vigtige eksempler. De uorganiske pigmenter kan anvendes til stort set alle polymertyper i koncentrationer på 0,01-10 %. 36