Anvendelse af termoplastmaterialer

12.2010 Side 1

Indholdsfortegnelse Anvendelse af termoplastmaterialer Stikordsregister... 4 INDLEDNING... 7 PLAST OG NATURENS KREDSLØB... 7 STARTSKUDDET TIL PLASTALDEREN... 8 De moderne plastmaterialer... 9 PLASTMATERIALERNES UDVIKLINGSHISTORIE... 10 PLASTENS OPBYGNING. GRUNDLÆGGENDE... 11 Grundstoffer... 11 MONOMER.... 11 POLYMER. DET ER NÆSTEN LIGESOM AT LEGE MED LEGO... 11 RÅSTOFFER TIL PLAST... 12 Monomere stoffer... 12 FRA RÅSTOF TIL PLAST... 14 DEFINITIONEN PÅ PLAST:... 16 Fremstilling af plast... 17 Polymerisation og polymerisationsmetoder... 17 Katalysator... 19 EFTER POLYMERISATIONEN... 20 Forbrug af plast Danmark i 2000 & 2001... 21 PLASTENS FORSKELLIGE STRUKTURER... 21 Termoplast... 22 Hærdeplast... 22 Elastomerer... 23 AMORF... 23 DELKRYSTALLINSK... 24 8 gode grunde til at anvende plast... 24 Plastens egenskaber: Omtalt i 22 punkter... 25 ADDITIVER OG TILSÆTNINGSSTOFFER... 32 A: Additiver... 34 B: Farvestoffer og pigmenter... 34 C: Blødgøringsmidler... 35 D: Fyldstoffer og armeringsmaterialer... 36 Phthalater... 36 BIOPLAST, BIONEDBRYDELIG PLAST... 37 EKSPANDERBARE PLASTTYPER... 38 Opskumningsmiddel... 38 Sikkerhedsdatablad eller leverandørbrugsanvisning... 39 Datablad og mærkning af plastråvarer... 40 PLASTMATERIALERS FORBEHANDLING... 41 PULVERFARVE, MASTERBATCH OG BLANDING... 43 Termisk følsomme materialer... 44 Reologi (Rheologi)... 45 Polyolefiner... 45 Copolymerer... 46 Specialplast, Teknisk og Konventionel plast... 46 PRIMÆRE OG SEKUNDÆRE BINDINGER.... 47 OVERFLADESPÆNDING... 47 Plastens glasovergangs- smelte- og nedbrydningstemperatur... 48 T g og T s eller T m... 48 PLASTTYPERNES SELVANTÆNDELSESTEMPERATUR... 49 Dukadan test: Plasttypebestemmelse... 49 12.2010 Side 2

PLASTTYPEBESTEMMELSESSKEMA NR. 1... 51 PLASTTYPEBESTEMMELSESSKEMA NR. 2... 52 Forarbejdningsprocesser... 53 Sprøjtestøbning... 53 Ekstrudering... 54 Folieblæsning... 54 Termoformning... 55 Pressestøbning... 55 Fremstilling af skumplast... 55 Blæsestøbning... 55 Kalandrering... 55 Forarbejdning af glasfiberarmeret polyester... 55 ANVENDELSESOMRÅDER FOR PLAST... 56 Plast til forbrænding... 56 HÆRDEPLAST... 57 Genanvendelse og mærkning af plastmaterialer... 58 Materialevalgsprocedure... 59 Plast-typernes egenskaber og anvendelse... 62 PE POLYETHYLEN... 62 PP POLYPROPYLEN... 64 PVC POLYVINYLKLORID... 66 PS POLYSTYREN... 68 ABS AKRYLNITRIL-BUTADIEN-STYREN... 70 ASA AKRYLESTER-STYREN-AKRYLNITRIL... 72 SB STYREN-BUTADIEN... 73 SAN STYREN-AKRYLONITRIL... 74 PA POLYAMID (NYLON)... 75 PET(P) OG PBT(P) TERMOPLASTISK POLYESTER... 77 PMMA AKRYLPLAST... 79 PC POLYCARBONAT... 81 POM POLYOXYMETHYLEN (ACETALPLAST)... 82 PTFE FLUORHOLDIGT PLAST... 83 BIOPOLYMERE... 85 HÆRDEPLASTTYPER... 86 FOTOSYNTESE... 87 PLASTTYPER MED FORKORTELSE... 88 Mini-ordbog & Det lille plastleksikon... 90 12.2010 Side 3

Stikordsregister A ABS... 49 Additionspolymerisation... 17 Additiver... 31;32;33;34 aktivator... 22 alkohol... 8;18 aluminium... 25;91 amfetamin... 14 Amorf... 23;89 anion... 19 Antiblockingmidler... 33 Antioxidanter... 33 Antistatika... 32;33 Armeringsstoffer... 32 Aromatæthed... 30 B Bakelit... 9;10;57;89;92 barium... 33 Barriereegenskaber... 25 Bearbejdede... 16 Beilstein-prøven... 48;49;50 benzenring... 11 Benzenring... 13 benzin... 7;12;13;14;62;68;70;79;80;92 beton... 20;45;55;66 bindinger...12;18;22;56;90;95 bionedbrydelig... 36 Bioplast... 36 biopolymere... 84 Blok-Copolymerer... 18;19 bly... 33 Blæsestøbning... 52;54 Blødgørere... 32 Blødgøringsmidler... 34 Brandhæmmende... 32 brom... 90 Brændbarhed... 31 Brændeprøven... 48 bulk-polymerisation... 19 C CA... 49 CAB... 49 cadmium... 33 Celluloid... 8;9;10;16;89 Cellulose... 16;86;87 Copolymerer... 18;45 co-polymerisation... 18 Co-polymerisation... 18 cracking... 14 D datablad... 30;39 Datablad... 39 Definitionen på plast... 16 Delkrystallinsk... 24 delkrystallinske... 47 densitet... 48 Densitet 27;40;49;61;63;65;67;69;71;72;73;74;76;78;80;81;82 diblock... 18 Dispergeringsmiddel... 33 dobbeltbinding... 12;17;44 Dukadan test... 48 dyn-værdi... 46 E ekspanderbart plast... 37 Ekstrudering... 44;52;53;89 Elastomerer... 22;23;90 E-modul... 29 emulsionspolymerisation... 19 EPE... 37 epoxy... 9;17;18;20 EPP... 37 EPS... 21;26;37;54;67;87;89;90;93 F farvekode... 43 Farvestoffer... 32;34 fluor... 82;83;90 Flydende plast... 20 Flydeprøven... 48 Folieblæsning... 52;53 forbehandling... 24;40 Forbrug af plast... 21 Forbrænding... 56 formaldehyd... 9;10;43;57;62;64;77;79;81;91;92 Formbestandighed... 27 Fortørring... 41 Fotosyntese... 86 fraktioner... 7;14 Friktion... 29 friktionskoefficient... 24;26;82 Fugt... 41 Fugtoptag... 90 Fyldstoffer... 32;35 G Genanvendelse... 57 Genvinding... 58 glasfiberarmeret polyester... 54;55;93;94 glasovergangstemperatur... 47 12.2010 Side 4

glukose... 86 granulater... 21;40;42 Grundstof... 11 Grundstoffer... 11;89 H Halogen... 87;90 Handelsnavn... 39;89;92;94 harpiks... 7;14;16 High Impact Polystyren... 18 homopolymer... 18;81;89 horn... 7;8;10;14;16 Hygiejne... 57 Hærdeplast... 10;21;22;56;85;90;91;92 I Inhibitor... 19 Initiator... 19 Isoleringsevne... 25 J jod... 11;90 K Kalandrering... 52;54 kamfer... 8;10 kasein / casein... 8;10 katalysatorer... 19;90 kation... 19 kautsjuk... 16 Kemikaliemodstand... 27 klor... 11;12;90 kondensationspolymerisation... 17;18 Kondensfugt... 41 Konventionel... 45 koordinationsforbindelse... 19 koronabehandling... 24;30;46 Krybning... 91 krystallitter... 24 kul... 7 Kulfiberforstærket... 9 kædepolymerisation... 17;61;63;65;67;69;78;82 Kærvfølsomhed... 31 L Lejesmøremiddel... 33;34 leverandørbrugsanvisning... 38 Limning.. 30;62;63;66;67;70;71;72;73;75;77;78;80;81;82 lineær... 47 Lysgennemgang... 31 M makromolekyle... 14;17;93 Masterbatch... 33;42;91 Materialevalgsprocedure... 58 Mini-ordbog... 89 molekyle... 11;12;13;14;17;18;22;91;92;93 molekyler... 7 molekylerne... 7 molekylkædelængde... 20 Monomer... 11 Mærkning... 39;57 12.2010 Side 5 N nafta... 7;14 naturgas... 7 Naturgas... 12;91 naturgas... 14;16;56 Naturmaterialer... 16 nedbrydningstemperatur... 47 Neopren... 23 Nitrogen N... 92 O olie...7;9;13;14;15;16;25;45;56;59;64;92 Opløsningsmiddelprøven... 49 opløsningspolymerisation... 19 opløsningstemperatur... 47 opløsningstemperaturen... 47 Opskumningsmiddel... 37 Organiske... 16;34;92 Overfladebehandling... 30;62;63;66;67;70;71;72;73;75;77;78;80;81;82 Overfladespænding... 46 P PA... 49 PC... 47;49 PE... 7;47;48;49 Pelletering... 58 Permeabilitet... 92 PET... 47 PEX... 88;92 phenol... 9;75;92;93 Pigmenter... 32;92 plastleksikon... 89 Plasttypebestemmelsesskema... 50;51 PMMA... 47;49 Podede Copolymerer... 18;19 poly... 7 polyaddition... 17;45 polyethylen... 7;49 Polyethylen... 49 Polymer... 11;87;93;94 polymerbeton... 20 polymerisation... 7;14;17;19;22;72;74;76;80;81 Polymerisation... 17 polymerisationsgrad... 28 Polymerisationsgrad... 44;93 polymerisationsprocessen... 7 Polyolefiner... 44

Polypropylen... 49 polystyren... 49 POM... 47;49 PP... 47;48;49 Pressestøbning... 52;54 Primære... 46 Proceshjælpemidler... 34 PS... 47;48;49 Pulverfarve... 42 pulver-plast... 21 PVC... 47;48;49 R raffinering... 14;15 Random... 18 Rav... 7 Regenerat... 43 Reologi... 44 Råolie... 12;91 råplast... 7 råstof... 12;14 Råstoffer... 12 S salpetersyre... 8;89 salt... 7;12;21;59 SAN... 49 SB... 49 sekundære... 24;59 sekundære bindinger... 46 selvantændelsestemperaturen... 48 selvsmørende... 26 Sikkerhedsdatablad... 38 Silikone... 35 skumplast... 54;89 skydebomuld... 8 Slagstyrke... 28 Slidstyrke... 29 Smelteindeks... 28;40;44 smeltepunktet... 49 smeltetemperatur... 47 SMI... 28 Smøremidler... 34 spagetti... 21 Sprøjtestøbning... 52 Stabilisatorer... 32;33;94 Statistiske Copolymerer... 19 suspensionspolymerisation... 19 Svejsning 30;62;63;66;67;70;71;72;73;75;77;79;80;81;83 Syntetiske... 16 T tandhjul... 10;26;45;74;81;92 Termisk udvidelse... 26 Termoformning... 54 Termoplast... 10;22;56;89;90;91;92;93;94 Terpolymer... 18;87;94 Terpolymerer... 45 T g... 47;70;95 Tilsætningsstoffer... 31;33;90;94 tin... 33 titandioxid... 34 T m... 47;95 TPE... 23;88 treatning... 24;30 triblock... 18 trinvis... 17;74;76;80;81 Trækprøve... 28 træthedsbrud... 26 T s... 47;95 Tværbindinger... 56 tøjning... 29 U udvidelseskoefficient... 26 UHMWPE... 61 Uorganiske... 34;95 UV-bestandighed... 29;62;63;65;67;69;71;72;73;74;77;78;80;81;82;84 UV-stabilisatorer... 21;33;34;62;63;80 V vand... 48 Vandabsorbtion... 30 varmestabilisatorer... 21;33 vindmøller... 55 Viskositet... 44;95 vægtfylde... 25;54 12.2010 Side 6

INDLEDNING Gennem tiderne har mennesket forstået at bruge de naturmaterialer, der lå fra naturens hånd, eksempelvis ler, træ, plantefibre, skind, horn og ben. Metallerne har været mere eller mindre tilgængelige, idet de sjældent findes i ren form, men er opblandet med sten og andre urenheder. Derfor har mennesket været nødt til først at lære at udskille metallerne fra urenhederne. Som oftest ved udsmeltning i ovne. Plastindustrien sidder ikke på hænderne, men er en industri i rivende udvikling. Blandt de mere naturligt forekommende materialer findes enkelte materialer som kan siges at være naturens eget plastmateriale, f.eks. rav. Rav stammer fra en harpiks som træer afgiver. Kendetegnet for en harpiks er, at det er en tyktflydende væske, som er sammensat af mange ens små byggestene (molekyler). I tidens løb sker der under luftens indvirkning en kemisk reaktion, således at molekylerne binder sig sammen i større grupper, eller kæder, og derved bliver til rav. Man kan sige, at den proces som rav gennemgår, i princippet er den samme, hvorved man fremstiller det syntetiske materialer, som plast er. Processen til fremstilling af plast kaldes for en polymerisation, deraf kommer, at mange plastmaterialer har fornavnet poly, f.eks. polyethylen (PE). Langt de fleste af de plastmaterialer, vi anvender i dag, foreligger ikke som naturstoffer, men de råstoffer der anvendes til fremstilling, er naturstoffer. De vigtigste er kul, olie, naturgas, salt og luft. Disse naturstoffer gennemgår forskellige processer, for at kunne bruges i polymerisationsprocessen. Plast og naturens kredsløb For flere hundrede millioner år siden var der tropisk klima med kæmpebregner over det meste af jorden. I havet levede mikroskopiske dyr og planter. Når de døde, sank de til bunds og blev dækket af slam og mudder. Efterhånden fik vægten af nye lag temperaturen og trykket til at stige, og gradvis blev det organiske materiale omdannet til kulbrinter, dvs. olie og gas. Som regel vil olien, der er lettere end vand, søge op mod overfladen, men nogle steder vil olien blive fanget i uigennemtrængelige lag. I sådanne oliekilder kan man i dag finde olie og pumpe den op til overfladen. Selv om al olie og gas består af kulstof og brint, kan der være forskel på sammensætningen fra sted til sted. Olien bliver ført ind til et raffinaderi, hvor den bliver adskilt i tunge og lette fraktioner som f.eks. fyringsolie og benzin. Den vigtigste fraktion til plastproduktion er råbenzin (nafta). Fremstillingen af plastråvarer sker ikke i Danmark, men på store petrokemiske anlæg i udlandet, bl.a. i Tyskland, England, Sverige, Finland og Norge. Fremstillingen af råplast sker ved en polymerisation, som afhængigt af de tilstedeværende monomerer, kan forløbe efter forskellige reaktionstyper. Dansk plastindustri er derimod en forarbejdende industri, eller en forædlende industri, om man vil. 12.2010 Side 7

Startskuddet til plastalderen Plast er i dag en stor familie af tusindvis af materialer hvert med sine ofte enestående egenskaber. Men sådan har det ikke altid været. Faktisk blev de første plastmaterialer opdaget for mindre end 150 år siden - og herefter er det gået stærkt. De efterfølgende afsnit beskriver nogle af højdepunkterne på vejen ind i plastalderen. Fra sprængstof til plast Midt under den amerikanske borgerkrig gik en inkarneret billardspiller og ærgrede sig. De dyre elfenbenskugler løb ikke altid lige, hvilket skyldes de mange små uregelmæssigheder, som findes i ethvert naturstof. I dette tilfælde elefantens stødtænder. Op til århundredskiftet blev der årligt dræbt 12.000 elefanter for at dække efterspørgslen på elfenben. Den inkarnerede billardspiller udlovede i 1868 en dusør på 10.000 dollars til den, der kunne skaffe et bedre og mere ensartet materiale. Erstatningen for elfenben blev plast. Det blev måske elefanternes redning. De amerikanske brødre Hyatt havde netop gjort den opdagelse, at hvis man behandlede bomuld med salpetersyre, fik man et nyt og yderst farligt stof: skydebomuld. Englænderen Parker foreslog, at man tæmmede sprængstoffet ved at opløse det i en blanding af kamfer og alkohol, og resultatet blev et nyt produkt, som de kaldte Celluloid. Celluloid havde sensationelle egenskaber efter datidens målestok. Det var gennemsigtigt som glas, men sejere end læder. Det kunne indfarves, og hvad der var helt nyt, det kunne smeltes ved ret lave temperaturer. Materialet smeltede ganske vist ikke som metaller til en letflydende masse, men blev til en plastisk sej masse, som kunne formes efter ønske. Dette beviste brødrene Hyatt med deres patenterede sprøjtestøbemaskine, en maskine hvor den opvarmede plast under tryk blev sprøjtet ind i en form. Dermed gik startskuddet for den tidsalder, som fremtidens historikere sikkert vil kalde plastalderen. Celluloid blev brugt til fremstilling af bordtennisbolde, knapper, spænder, tegneog måleredskaber og til fotografisk film. På grund af materialets gennemsigtighed blev filmindustrien storforbruger. Materialets store ulempe var imidlertid, at det var let antændeligt. Derfor er Celluloid senere blevet erstattet af andre plastmaterialer. Knapper af mælk I årene efter fremkomsten af celluloid udnyttede man fortrinsvis naturstoffer til plastfremstilling. Mælkens æggehvidestof, kasein (casein), blev f.eks. brugt til fremstilling af syntetisk horn. Ved hjælp af et enzym fra kalvemaver udfældes kasein af skummetmælk, vaskes, tørres og formales. Før bearbejdningen står kaseinet først i vand, så det svulmer op, derefter indfarves det, presses i facon og hærdes. Det syntetiske horn blev hurtigt populært, og blandt andet meget anvendt til knapper, hvor det fortrængte ben, horn og træ. 12.2010 Side 8

I pagt med at plast på grund af sine særlige egenskaber til stadighed erstatter andre materialer i en række vitale sammenhænge, stiger forbruget af plastmaterialer naturligvis. I 1998 var verdensproduktionen af plast ca. 90 mill. tons. Nok til at bygge en mur (1 m. høj og 1 m. bred) to gange rundt om jorden. Den danske plastindustris forbrug er 1/2 mill. tons, svarende til 100 kg for hver dansker. De moderne plastmaterialer Det egentlige gennembrud for plastindustrien kom i 1909, hvor belgieren Leo Baekeland præsenterede det første helsyntetiske plastmateriale. Dette fik navnet Bakelit. Bakelit fremstilles ved en reaktion mellem phenol og formaldehyd og tilhører den gruppe af plastmaterialer, der betegnes hærdeplast (se side 22) og har helt andre egenskaber end Celluloid. Bakelit blev straks sat i produktion og blev bl.a. meget anvendt til isolering af kontakter til apparater, hvor det erstattede porcelæn. Det næste spring i udviklingen skete i årene omkring de to verdenskrige, hvor olie og naturgas nu blev de vigtigste råvarer for plast. En kombination af knaphed på traditionelle materialer og de krigsførende landes behov for nye og bedre produkter satte skub i udviklingen. I 1838 lykkedes det Victor Regnault at fremstille polyvinylchlorid, PVC, i laboratoriet, men først 100 år senere blev materialet sat i kommerciel produktion. Så lang tid gik der ikke for polyethylen, PE, som efter opdagelsen i 1933 blev sat i storproduktion allerede under 2. verdenskrig. Disse materialers gode egenskaber og formbarhed blev udnyttet til en lang række nødvendige produkter og er fortsat blandt de vigtigste plasttyper. Der markedsføres imidlertid i dag flere tusinde plasttyper med vidt forskellige egenskaber og til meget forskellige anvendelsesområder. Nogle plasttyper er hårde og stærke - som metaller - andre er bløde og elastiske, nogle kan tåle opløsningsmidler, andre igen høje temperaturer. Og vi er stadig kun ved begyndelsen. De mange nye materialer har på afgørende vis medvirket til den eksplosive teknologiske udvikling, som finder sted. Blandt disse kan nævnes ABS og polycarbonat, der pga. en stor slagstyrke har afløst metaller til kabinetter, displays etc. Kulfiberforstærket epoxy indgår i mange vingedele til fly. Nogle nylontyper anvendes pga. styrke, elasticitet og evne til at modstå flere hundrede varmegrader, f.eks. til at fastholde varmeskjoldet på den amerikanske rumfærge. Nye velfungerende bilmotorer, som stadig er under udvikling, indeholder mere end 60 % plastmaterialer. Man har endog med held testet racermotorer, hvor kun selve stempeltoppen er af metal. Sådan kunne man blive ved - kun fantasien sætter grænser. Plast - Jorden rundt Plast er altså ikke et enkelt materiale til mange formål, men en mangfoldighed af materialer til en endeløs række af formål. Hvis man f.eks. prøver at forestille sig en bil helt uden plast. Så mangler der pludselig kofangere, skærmkasser, sædepolstring, indvendig dørbeklædning, loftsbeklædning, instrumentbræt, rat- og ratstammeovertræk, 12.2010 Side 9

greb/håndtag, gulvbelægning, kontakter, knapper, vandbeholder til vinduesvisker, kølergrill, kabelisoleringer, batterihuse, benzintanke, lydisolering, lak og endnu flere ting. Bilen ville faktisk slet ikke være funktionsdygtig! Plastmaterialernes udviklingshistorie Årstal Plastbetegnelse Plasttype Anvendelseseksempler i nyere tid Almindelig leveringsform Vigtige udgangsmaterialer Land 1859 Vulkanfibre Hærdeplast Kufferter, pakninger Halvfabrikata Cellulosehydrat Storbritannien 1869 Celluloid Termoplast Bordtennisbolde, hårpynt Halvfabrikata Cellulosenitrat, kamfer USA 1904 Syntetisk horn, kasein 1909/ 1923 Phenol- og aminoplast, carbamidplast (Bakelit) 1930 Polystyren PS 1933 Akrylplast PMMA 1938 Polyvinylchlorid, PVC 1938 Polyamid PA 1939 Polyethylen PELD 1940 Polyurethan PUR 1941 Polytetrafluorethylen, PTFE 1941 Umættet polyester, UP Hærdeplast Knapper, spænder Halvfabrikata Kasein Tyskland Hærdeplast Termoplast Termoplast Termoplast Termoplast Termoplast Hærdeplast, termoplast, elastomer Termoplast Hærdeplast Elektroisoleringsdele, askebægre, elektriske kabinetter Emballage, legetøj, skumisolering, husholdningsartikler Reflekser, lyskupler, brudsikkert glas, reklame og trafikskilte Grammofonplader, vinduesprofiler, gulvbelægning, kunstlæder, rør Typehjul til skrivemaskiner, tandhjul, skruer, bilbremseslanger Folier, hule emner som f.eks. flasker Sportsartikler, møbler, madrasser, isolering til køleskabe og byggeri Temperaturbestandige belægninger, tætninger, isolering Glasfiberarmeret: Møllevinger, tanke, telefonbokse, både, propeller, støbeplast 1943 Siliconeplast Termoplast Afstøbningsforme, fugemasser, kabler, tætninger, imprægneringsmidler 1946 Epoxyplast Hærdeplast Fiberarmeret: Sportsrekvisitter, EP fly- og skibsdele, støbeplast 1955 Polyethylen PEHD 1956 Polycarbonat PC 1957 Polypropylen PP 1958 Acetalplast POM Termoplast Termoplast Termoplast Termoplast Flasker, dunke, flaskekasser, trykrør, husholdningsartikler Sikkerhedsruder, visirer, kabinetter til husholdningsmaskiner, trafikskilte Batterikasser, rørledninger, husholdningsartikler, emballage, medicinsk udstyr Tandhjul, kontor- og husholdningsmaskiner, telefon- radio- og Tv-apparater Pulver, granulat Phenol, kresol, formaldehyd, delvis med fyldstoffer USA, Tyskland, Østrig Granulat Benzen, ethylen Tyskland Granulat Pulver, granulat Methakrylsyremethylester Ethylen, chlor Tyskland Tyskland Granulat Syreamider Tyskland Granulat Ethylen Storbritann ien Væsker Isocyanat, polyol Tyskland Pulver Tetrafluorethylen USA Flydende, opløst i styren Olier, pastaer Harpiks og hærdere Dikarbonsyrer, polyeller dioler Silicium, methylchlorid Epichlorhydrin, diphenylpropan USA USA Schweiz Granulat Ethylen Tyskland Granulat Bisphenol A Tyskland Granulat Propylen Tyskland Granulat Formaldehyd USA 12.2010 Side 10

Plastens opbygning. Grundlæggende Grundstoffer Grundstof er den mindste enhed i vores materialer. Der findes 92 naturligt forekommende grundstoffer, plus ca. 25 kunstigt fremstillede. Det periodiske system. Af de naturligt forekommende som er relevant for en del af plasten, kan f.eks. nævnes: O Oxygen (ilt) H Hydrogen (brint) C Carbon (kulstof) Cl Chlor (klor) Br Brom F Fluor Na Natrium I Iod (jod) P Phosphor (fosfor) N Nitrogen Monomer. En monomer (fra græsk mono som betyder "en" og meros som betyder "del") er et relativt lille molekyle, der kan bindes kemisk til andre monomerer, og dermed danne polymerer. Når monomerer sættes sammen i en polymeriseringsreaktion, danner de polymerer (lange kæder). Betegnelsen monomer bruges altså ofte om en mindre enhed i et større molekyle, men kan også bruges til at fastslå, at et molekyle kun består af én enhed. Hvis et molekyle består af flere ens monomerer, angives molekylvægten ofte for monomeren. Monomeren er altså den enkelte byggesten i en lang kæde, som antager en form eller konsistens, der kan anvendes som f.eks. plastmateriale. Afhængig af monomerens opbygning vil man få plastmaterialer med forskellige egenskaber. Som det ses af figurerne, er den eneste forskel på monomererne, at et af brintatomerne, et H i ethylen-monomeren er udskiftet med andre atomer eller atomgrupper. I de viste eksempler er et H udskiftet med et Cl, en CH 3, en C 6 H 5 også kaldet benzenring. Polymer. Det er næsten ligesom at lege med Lego En polymer er en naturlig eller syntetisk forbindelse med høj molekylvægt, som er dannet ved sammenkædning af op til flere tusinde, eller måske milliarder identiske, eller i hvert fald sammenlignelige enheder (monomerer). Polyethylen, som f.eks. bruges til plastposer, er en syntetisk polymer, som er fremstillet ved polymerisering af ethen (også kaldet ethylen). 12.2010 Side 11

Som det ses på tegningerne er der en dobbeltbinding i ethylen. Når ehylen-monomeren udsættes for tryk og varme kan dobbeltbindingen åbnes, hvorved den kan binde sig til den næste ethylen-monomer osv. osv. Derved dannes lange kæder som nu kaldes for polymerer. F.eks. Polyethylen eller bare PE. Råstoffer til plast Råstofferne som anvendes til plast kommer i overvejende grad fra naturgas og råolie fra undergrunden. Naturgas: består fortrinsvist af metan, men den indeholder også ethan, propan, butan og andre længere kulstofkæder. Råolie: er råstof for blandt andet benzin, dieselolie og petroleum, men bruges i dag også til produktion af såvel plast, sæber, parfumer, gødning, medicin, maling, gift og mange mange andre ting. Af andre råstoffer kan f.eks. nævnes salt, hvoraf man udvinder klor (Cl), som indgår ved fremstilling af PVC. Monomere stoffer Herunder vises nogle eksempler på monomere stoffer. Især 3 af disse har stor betydning for fremstilling af plast. Først vand. Det kender vi Vand: H 2 O Kogepunkt: + 100 ºC Kommer fra: Eksempler på anvendelse: Metan: naturgas CH 4 Kogepunkt: -161 ºC brændstof til f.eks. modelfly Ethan: naturgas / råolie C 2 H 6 Kogepunkt: - 89 ºC Plast / (tilføjes OH = ethanol - sprit) Propan: naturgas / råolie C 3 H 8 Kogepunkt: - 42 ºC Plast / flaskegas / lightergas Butan: naturgas / råolie C 4 H 10 Kogepunkt: - 1 ºC Plast / lightergas Pentan: råolie C 5 H 12 Kogepunkt: + 36 ºC lightergas Hexan: råolie C 6 H 14 Kogepunkt: + 69 ºC lightergas Heptan: råolie C 7 H 16 Kogepunkt: + 98 ºC benzin Oktan: råolie C 8 H 18 Kogepunkt: + 126 ºC benzin Kuglerne/grundstofferne har forskellig farve og antal bindinger. (C = Carbon) Kulstof sorte kugler med 4 bindinger. (O = Oxygen) Ilt røde kugler med 2 bindinger. (H = Hydrogen) Brint hvide kugler med 1 binding. Vand: Det mest almindeligt kendte er vand, derfor ser vi først på et vandmolekyle. Ilt-atomet O binder sig til 2 brintatomer H. Formlen er H 2 O Brint: 88 % af alle atomer i det kendte univers består af brint. Derfor bør du kende dette molekyle, som findes i solen og stjernerne. Formlen er H 2 12.2010 Side 12

Ilt: eller på latin oxygen, som stort set alle levende organismer har brug for. Frit ilt i atmosfæren består altid af 2 ilt-atomer. Bemærk dobbeltbindingen. Formlen er O 2 Metan: er den letteste af kulbrinterne. Metan kan f.eks. dannes på bunden af en sø, hvor der ikke er adgang til ilt. Metangas dannes også i vores mave. Dog er det svovlbrinte, der giver lugten. Formlen er CH 4 CO 2 kuldioxid. Dannes ved afbrænding af stort set alt, plast, træ, gas, olie osv. Acetylen: er en gas, der giver en meget varm flamme. Den bruges f.eks. til svejsning af jern. Bemærk trippel-bindingen. Det er bindingerne, der giver den højre temperatur ved forbrænding. Ethan: er en meget let kulbrinte, som bl.a. findes i naturgas fra Vesterhavet. Formlen er C 2 H 6 Ethylen: C 2 H 4 er monomeren til fremstilling af polyethylen ~ PE Propan: Anvendes f.eks. til flaskegas i husholdning og på camping. Formlen er C 3 H 8 Propylen: C 3 H 6 er monomeren til fremstilling af polypropylen ~ PP Butan: Anvendes f.eks. til lightergas. Formlen er C 4 H 10 Buthylen: C 4 H 8 er monomeren til fremstilling af polybuthylen ~ PB Heptan: Anvendes f.eks. til rensebenzin eller en bestanddel i almindelig benzin. Formlen er C 7 H 16 Benzin: består af en blanding af kulbrinter med alt fra 4 til 12 kulstofatomer i hvert molekyle. En blanding af 95 % iso-oktan og 5% heptan, har oktantallet 95. Ren C 8 H 18 = oktan 100. Benzenring: Benzen (C 6 H 6 ). Organisk aromatisk forbindelse der består af 6 kulstofatomer bundet sammen i en flad ring. Indgår i flere plasttyper, f.eks. PS, ABS, SAN, SB o.a. Tidligere har benzen været meget anvendt i opløsnings- og rensemidler. Ud fra de viste eksempler herover, fremgår det hvor lille forskellen er på f.eks. gas til lighteren og benzin til bilen. Ligeledes er der ingen, eller kun en lille forskel på råmaterialet til lightergas og plast. 12.2010 Side 13

H H O O H H H C C C C H C N C C H C H C H H H H H Bemærk: Dette har intet med plast at gøre. Men det kan måske være en indikator for, hvor tæt forbindelsen er mellem de førnævnte materialer og f.eks. medicin. På billedet vises opbygningen af stoffet amfetamin. Hvad er plast? Plast tilhører familien af polymere materialer. En polymer er et meget stort molekyle - et såkaldt makromolekyle sammensat af mange ens byggestene. Her illustreret ved polyethylenmolekylkæder. Som det ses af figuren, består polyethylen af kulstofatomer og brintatomer. Disse to grundstoffer indgår som hovedbestanddel i alle plasttyper. Der kan også indgå ilt (O), kvælstof (N) og chlor (Cl), og i sjældnere tilfælde andre grundstoffer. Materialer opbygget ud fra kulstof og brint betegnes ofte som organiske materialer, da disse grundstoffer indgår som hovedbestanddel i alle levende organismer. Plastmaterialerne har derfor mange egenskaber fælles med de naturskabte organiske materialer såsom træ, horn og harpiks. Amfetamin. Fra råstof til plast Råstofferne til fremstilling af plastprodukter er i dag råolie og naturgas. Fra disse råstoffer hentes det nødvendige kulstof og brint. På raffinaderiet bliver olien adskilt i bestanddele (fraktioner) ved destillation/raffinering. Alt efter kogepunkt udskilles gas, benzin, petroleum, gasolie (fyringsolie) samt sværere olier (fuel olie). Som destillationsrest får man asfalt, som bruges til vejanlæg. Samtlige bestanddele er kulbrinter (molekyler af kulstof og brint), der kun adskiller sig ved molekylernes størrelse og form. Den vigtigste bestanddel fra raffineringen til produktion af plast er råbenzin (nafta). Nafta bliver nedbrudt i en termisk spaltningsproces (cracking = nedbrydning) til gasarter som ethylen, propylen, butadien og andre kulbrinteforbindelser. Som alternativ til cracking af råolie kan gasarterne fås fra naturgas. Disse molekyler - byggestenene er det egentlige udgangspunkt for selve plastfremstillingen. Byggestenene kaldes monomerer - enkeltdele - der ved en kemisk reaktion, en såkaldt polymerisation, bringes til at reagere med hinanden, så der dannes meget lange molekylkæder, som kaldes polymerer. Den vigtigste monomer er ethylen med to kulstofatomer, 4 brintatomer, og en dobbelt-binding (billedet) Denne anvendes til fremstilling af polyethylen, PE. Fra ethylen kan der dannes nye reaktionsprocesser, som igen danner andre monomerer, f.eks. styren eller vinylchlorid, som er basis for andre plastmaterialer. Det er vigtigt at bemærke, at raffinering, cracking og polymerisation er forarbejdningsprocesser. Selve plasten fremstilles ved polymerisationen. 12.2010 Side 14

Det er vigtigt at få slået fast, at der til plastfremstilling kun anvendes 5 % af de olieprodukter, der kommer fra raffinaderierne. 5 % af olien anvendes til plast (1998) Herunder raffinering Andre måder at bruge olie og gas på. Som det kan ses på billedet, er der utallige ting i vores hverdag som har gjort os afhængig af olie og gas. Flere af disse ting fandtes kun som naturmaterialer, og i begrænset omfang, for 75 år siden, og var meget dyre. Andre var det slet ikke muligt at fremstille. 12.2010 Side 15

Polymerer kan opdeles i tre hovedgrupper: 1. Naturmaterialer: Cellulose fra halm og træ, horn, harpiks, kautsjuk (naturgummi) og proteiner (de vigtigste byggesten i den menneskelige organisme). 2. Bearbejdede naturmaterialer: Gummi (vulkaniseret kautsjuk), Celluloid og syntetisk horn (kaseinplast). I afsnittene efter indledningen blev det beskrevet, at disse materialer var vigtige i industriens barndom. 3. Syntetiske materialer: Gruppen omfatter menneskeskabte makromolekyler, og dermed alle de plastmaterialer der primært fremstilles af olie og naturgas. Der findes i dag tusindvis af helsyntetiske plasttyper. Definitionen på plast: 1. Organiske materialer, der er opbygget af 2. makromolekyler - polymerer - og som opstår gennem 3. bearbejdning af naturprodukter eller syntetisering af primærstoffer fra olie, naturgas eller kul. 12.2010 Side 16

Fremstilling af plast Polymerisation og polymerisationsmetoder Polymerisationsprocessen går ud på at sammenkæde de monomere gasser eller stoffer til lange kæder eller forgrenede kæder, som under et kaldes polymerer eller makromolekyler. Polymerisation er en kemisk reaktion, hvorved monomere omdannes til polymere. Ved polymerisationsprocessen udvikles der varme, fordi der frigøres energi ved reaktionen (processen er exoterm). Der findes flere former for polymerisation, men fælles for dem er at man sammenkæder monomererne, men under forskellige betingelser. Additionspolymerisation kaldes også kædepolymerisation, mens kondensationspolymerisation kaldes trinvis polymerisation, navne, der baserer sig på reaktionsmekanismerne. Kædepolymerisation eller Additionspolymerisation Udgangspunktet for denne proces er monomerer med mindst to kulstofatomer og en dobbeltbinding, f.eks. ethylen eller vinylchlorid. Reaktionen kan illustreres ved hjælp af dansende par (se figuren). Parrene i øverste række illustrerer tre ethylenmolekyler. I næste række ses et udsnit af den kæde, der dannes, når parrene slipper hinanden, rækker ud og danser kædedans. Det store molekyle som dannes er polyethylen, dvs. mange ethylendele (mange dansende par), som er bundet sammen. Reaktionen kræver en aktivering, der bryder dobbeltbindingen mellem kulstofatomerne i ethylenmolekylerne, som derefter meget hurtigt sammenkobles. Resultatet er et makromolekyle. Disse processer har været kendt siden 1930 og sker oftest under tryk og ved forhøjet temperatur i en kemisk reaktor, der indeholder en katalysator. En række af verdens vigtigste og mest anvendte plasttyper fremstilles ved denne reaktionstype. Ved additionspolymerisation eller polyaddition foregår der en gentaget, ofte meget hurtig addition af monomerer til den voksende polymerkæde, uden fraspaltning af vand eller andre molekyler. Blandt de syntetiske polymerer polymeriseres alle de mængdemæssigt vigtige monomerer af olefintypen (ethylen, vinylklorid, styren og propylen) og af dientypen (f.eks. isopren, kloropren og butadien) ved en additionsproces. Men også monomerer uden dobbeltbindinger, f.eks. epoxy, isocyanat, laktamer og laktoner, kan polymeriseres ved addition. Sker reaktionen uden fraspaltning kaldes det polyaddition. Trinvis polymerisation eller kondensationspolymerisation Ved denne reaktionstype reagerer monomerer, der hver har to kemisk reaktive grupper med hinanden. Der bruges to forskellige monomerer, der kan reagere med hinanden. F.eks. kan de to grupper være alkoholgrupper (OH) og syregrupper (COOH), som ved reaktion danner esterbindinger. Kondensationspolymerisation eller polykondensation foregår ved en gentagen 12.2010 Side 17

kondensationsproces, dvs. med fraspaltning af enkelt opbyggede molekyler (oftest vand). Polyestere fremstilles ofte ved kondensationspolymerisation af en disyre (syre med to syregrupper) og en divalent alkohol (f.eks. glykol) under vandfraspaltning. Polyamider (f.eks. nylon) kan tilsvarende fremstilles ud fra en disyre og en diamin. Mange harpikstyper fremstilles ved kondensationspolymerisation under afgivelse af vand, f.eks. epoxy, fenolformaldehyd og kresol. Et andet fraspaltningsprodukt fra en kondensationspolymerisation kan være hydrogenklorid som ved fremstilling af polycarbonater og polysulfoner. Sker reaktionen under fraspaltning af et mindre molekyle, f.eks. vand (H 2 O), kaldes det polykondensation. Co-polymerisation En polymerkæde af ens monomerer vil have samme styrke og stivhed igennem hele kædens længde. Hvis man nu f.eks. lader nogle af monomererne i kæden være af en anden egenskab, f.eks. blødere, så vil polymerkæden få en mindre tendens til at knække, hvis kæden bliver udsat for belastning. Den vil kort sagt bøje i de bløde "led". Et eksempel på en copolymer er ABS hvor der indgår 3 forskellige monomertyper, akryl (A), butadien (B) og styren (S). Både akryl og styren er hårde og sprøde plasttyper, medens butadien, som er den bløde del i kæden, reducere hårdheden og sprødheden. Ved at ændre indholdet af de 3 monomertyper i forhold til hinanden, kan man få en henholdsvis mindre hård eller blødere ABS. Der er flere måder man kan lave en co-polymerisation på. 1: Dette er ikke en copolymer. Dette er en homopolymer. 2: Man kan blande de 2 typer monomerer i en tank, og lade dem binde sig til hinanden i skiftende orden. Materialer fremstillet ved denne proces kaldes " Alternerende Copolymerer". 3: "Statistisk Copolymer" er copolymerer, hvor rækkefølgen af monomere følger en statistisk regel. Kaldes ofte for en "Random Copolymer". 4: "Blok-Copolymerer" består af to eller flere kortere homopolymere kæder, bundet til hinanden af kovalente bindinger. De korte afsnit gentages skiftevis flere gange i den færdige kæde. Blok-copolymerer med 2 typer af monomer-blokke kaldes diblock copolymerer. Blok-copolymerer med 3 typer af forskellige monomer-blokke kaldes triblock copolymerer, eller "Terpolymer". Denne er ikke vist på skitsen. 5: "Podede Copolymerer" er en særlig type af forgrenede copolymerer, hvor sidekæder er strukturelt adskilt fra de største kæder. Illustrationen viser et særligt tilfælde, hvor den store kæde og sidekæderne er sammensat af forskellige homopolymerer. Dog kan de enkelte kæder af en podet copolymer være homopolymerer eller copolymerer. Et eksempel. Copolymer PS. De gummiagtig kæder absorbere energi, når emnet bliver ramt, så det er meget mindre skørt end almindeligt polystyren. Produktet kaldes "High Impact Polystyren" ~ "stor slagstyrke polystyren", eller HIPS. 12.2010 Side 18

Katalysator eller? Katalysator Betegnelse for et kemisk stof som igangsætter, eller fremskynder en kemisk reaktion, uden selv at deltage i den. Der bruges forskellige katalysatorer til at styre polymerisationsprocesserne, og katalysatoren har stor betydning for strukturen i den færdige polymer. Katalysatoren kan sammenlignes med musikken der får parrene til at danse. Der skal, som regel, også en bestemt slags musik til, for at få dansende par til at skifte over til kædedans. På samme måde er det med katalysatorer ved plastfremstilling. De forskellige typer katalysatorer skaber forskellige kædetyper. F.eks. med eller uden sideforgreninger, Statistiske Copolymerer, Blok-Copolymerer, Podede Copolymerer osv. Industriel fremstilling af plast I praksis udføres en polymerisation ved en af fire processer. Ved massepolymerisation (bulk-polymerisation) er monomeren i en homogen fase (gas, væske eller fast stof) uden opløsningsmiddel eller dispergerende medium. I opløsningspolymerisation er monomeren opløst i et opløsningsmiddel, og reagerer under dannelse af en polymer, som kan være opløselig eller uopløselig i opløsningsmidlet. I en suspensionspolymerisation er monomeren dispergeret som små dråber i vand eller et andet egnet inert medium. Endelig er emulsionspolymerisation en polymerisation, hvor der anvendes emulgeringsmidler til at dispergere og stabilisere monomeren i form af meget små dråber, hvilket fører til dannelsen af en latex (dvs. en opslæmning af små polymerpartikler i vand). Ved at styre procesforhold som temperatur, tryk og koncentration af monomer og additiver kan den fremstillede polymers molekylvægt og struktur kontrolleres. Polymerisationen igangsættes normalt af en tilsat initiator*, og molekylvægten kan begrænses ved tilsætning af en inhibitor**. De teknologisk meget vigtige additionspolymerisationer initieres oftest ved generering af frie radikaler, som så polymeriseres. Industrielt anvendes additionspolymerisation også til anion-, kation- og koordinationspolymerisation, hvor enden på den voksende polymerkæde er hhv. en anion (negativ ladet ion), en kation (positiv ladet ion) og en koordinationsforbindelse***. *Initiator: Stof anvendt i ringe mængde for at igangsætte en kemisk reaktion, f.eks. en polymerisation. Eksempler på initiatorer er peroxider, hydroperoxider og azoforbindelser, der alle spaltes ved opvarmning og tilvejebringer frie radikaler. Fragmenter af initiatorerne indgår i det endelige produkt, f.eks. som ende-grupper i polymerer. **Inhibitor: Stof brugt i ringe mængde til at hæmme en kemisk reaktion, f.eks. en polymerisation. Ofte tilsættes vinylmonomerer inhibitorer under opbevaring og transport for at forhindre utilsigtet polymerisation. Inhibitorer kan også tilsættes ved polymerisation for at begrænse molekylvægten, f.eks. mercaptan ved fremstilling af styrenbutadiengummi. Hydrokinon og difenylamin er andre eksempler på effektive inhibitorer. ***Koordinationsforbindelse: Molekylær entitet (enhed), hvori der til et karakteristisk atom (centralatomet) er bundet andre atomer eller atomgrupper (ligander) ved covalente bindinger, hvis elektronpar stammer fra den ene af bindingens to parter. En koordinationsforbindelse tilhører klassen af komplekse forbindelser. 12.2010 Side 19

Efter polymerisationen Plastens egenskaber efter polymerisationen I skemaet vises stoffernes og plastens egenskaber ved forskellig molekylkædelængde. Emne Antal kulstofatomer (C) i kæden Konsistens ved rumtemperatur Metan Etan Propan Butan Pentan Hexan Heptan Oktan Nonan Dekan Benzin Petroleum Diesel Motorolie Vaselin Paraffin Voks 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5-15 15-50 20-75 25-200 30-250 35-500 200-2000 Gas Væske Tyktflydende væske Pasta Fast / Sprød Fast / Sprød Ethenplast PE Ethenplast PE Ethenplast PE ca. 25.000 ca. 100.000 ca. 1.000.000 Konsistens ved forarbejdningstemperatur Letflydende sprøjtestøbekvalitet, noget sprød Sejtflydende ekstruderingskvalitet, sej og mere slagfast Ikke smeltbart kvalitet, pressestøbning, meget sej Som det kan ses i skemaet bliver plasten sejere og hårdere, jo længere molekylkæderne vokser. Antallet af monomerer, i molekylekæder i fast form, kan være alt fra ca. 500 og op til ca. 200.000 Antallet af monomerer i materialer til sprøjtestøbning er generelt lavt, da der ønskes letflydende materialer, som hurtigt kan fylde formen. Ved anvendelse af materialer med korte molekylkæder, kan man opnå finere detaljer i emnerne. Antallet af monomerer i materialer til ekstrudering er generelt højt, da der ønskes sejtflydende materialer til denne proces. Emner støbt af flydende akryl. Her er det muligt at indstøbe næsten alle tænkelige ting, f.eks. ure, emblemer, modelbiler osv. Desuden kan man lave lasergravering indvendigt i akrylemnerne. Flydende plast Ved fremstilling af flydende plast stopper man polymerisationen, når plasten har den konsistens man ønsker, og kvaliteten er opnået. Flydende plast kan f.eks. være "polyester" eller "epoxy" som kan anvendes til hærdeplast. Akryl som kan anvendes til lim, maling og støbning af fancy akrylemner, eller PVA-lim som f.eks. anvendes i træ- og papirindustrien. I de senere år er man også begyndt at anvende flydende plast som bindemiddel i beton. Polyesterbeton eller polymerbeton. Her anvendes en syntetisk harpiksmatrix, eller polyesterharpiks. Den tætte struktur, og i nogle typer fraværet af cement, gør materialet vandtæt og frostsikkert. 12.2010 Side 20

Fra pulver-plast til granulat Når plasten til f.eks. sprøjtestøbning og ekstrudering er færdigfremstillet i polymerisationsprocessen, fremstår det som pulver. Konsistensen er som en mellemting mellem fint mel og fint salt. Pulveret kan udmærket bruges direkte i sprøjtestøbe- eller ekstruderingsprocessen. Men for at undgå at det støver, samt for at opnå en lettere håndtering, vælger man normalt at køre plasten gennem en ekstruder. Her presses den opvarmede og smeltede plast gennem en dyse med en masse små runde huller. Nu kommer plasten ud af dysen, næsten som spagetti. Man kan vælge at klippe "spagettien" ved dysen med en roterende kniv, hvorefter stumperne (granulaterne) falder ned i vand og bliver afkølet. Man kan også vælge at lede de uklippede og endeløse "spagetti" gennem et vandbad, hvor de nedkøles. Efter nedkølingen kan man klippe dem op i små korte stykker, granulater. Under denne ekstruderingsproces vælger man ofte at tilføre materialet en række forskellige ting eller stoffer. Det kan f.eks. være varmestabilisatorer, farve, blødgører, UVstabilisatorer, slipmidler osv. osv. Herved er det muligt at "designe" plasten til kundens behov. Nogle virksomheder vælger dog at købe plasten som pulver. Derefter tilfører virksomheden selv de ting som der er behov for i deres emner, eller ved produktionen. Forbrug af plast Danmark i 2000 & 2001 I Europa udgør termoplast ca. 80 % af forbruget, mens hærdeplast tegner sig for de resterende 20 %. Det samlede danske forbrug af plast var i 2000 på ca. 604.000 ton og i 2001 på 568.000 ton, hvoraf noget videreeksporteres i færdige produkter. Man har på baggrund af den samlede mængde, og en fordeling på plasttyper der svarer til det europæiske gennemsnit, beregnet det danske forbrug af de mest almindelige plasttyper i 2000 til: PE:... 164.000 ton 27 % af det samlede plastforbrug PP:... 92.000 ton 15 % af det samlede plastforbrug PVC:... 75.000 ton 12 % af det samlede plastforbrug PS/EPS:... 40.100 ton 7 % af det samlede plastforbrug PET:... 40.600 ton 7 % af det samlede plastforbrug Øvrig termoplast:... 56.000 ton 9 % af det samlede plastforbrug Hærdeplast:... 136.000 ton 23 % af det samlede plastforbrug Plastens forskellige strukturer 12.2010 Side 21

Rummelig struktur for hærdeplast. Anvendelse af termoplastmaterialer Der markedsføres flere tusinde forskellige plasttyper med forskellige egenskaber og anvendelser, og der kommer hele tiden nye til. Plast er altså ikke bare plast, men en hel familie af spændende og ofte meget forskellige materialer med vidt forskellige egenskaber. Ud fra egenskaber og struktur opdeler man normalt plastmaterialerne i 3 hovedgrupper: Termoplast. Hærdeplast. Elastomerer. Termoplast Navnet termoplast skyldes, at disse materialer bliver plastiske - smelter når de tilføres varme, og ved afkøling igen bliver faste ligesom stearin, en proces der kan gentages mange gange. Denne egenskab udnyttes i forarbejdningen, hvor materialerne opvarmes, formes og afkøles. Tilsvarende kan produktionsaffald og gamle produkter smeltes og genanvendes. I termoplast ligger makromolekylerne mere eller mindre sammenfiltret mellem hinanden. De holdes sammen af denne filtring, og af relativt svage bindingskræfter mellem atomer i ét molekyle og atomer i et andet molekyle. Antal og styrke af disse bindinger, sammenholdt med de enkelte makromolekylers længde, er medbestemmende for materialets fysiske og kemiske egenskaber. Efter opvarmning er bindingerne mellem kæderne ikke stærkere, end at molekylekæderne kan glide mellem hinanden. Derved kan man give materialet en ny form. Overgangen fra fast til flydende form sker oftest over et bredt temperaturområde, og ingen termoplast har et veldefineret blødgørings-, smelte- eller kogepunkt. Hærdeplast I modsætning til termoplast kan hærdeplast ikke smeltes efter formgivning og hærdning. Det skyldes, at den endelige polymerisation sker under hærdningen, og at polymerisationen for disse materialer fører til dannelse af meget store tredimensionale netværksstrukturer. De enkelte polymerkæder er bundet sammen med meget stærke kemiske bindinger, i modsætning til de svagere bindinger i termoplast. Ved opvarmning vil kæderne derfor ikke glide i forhold til hinanden, hvilket betyder, at materialet ikke kan smelte. Hærdeplast kan derfor ikke genanvendes på samme måde som termoplast. Opvarmes hærdeplast til meget høje temperaturer, sker der i stedet for en forkulning af materialet. Råvarerne til hærdeplast leveres normalt som tyktflydende væsker, eller som pulvere. Råvaren består af delvist polymeriserede molekyler, som i molekylekæderne har indbygget reaktive grupper. Ved tilsætning af en aktivator - en hærder - bindes kæderne sammen via de reaktive grupper til den færdige polymer. På grund af netværksstrukturen kan man opnå meget hårde, stive og stærke materialer, som med deres ringe vægt har fortrængt tidligere brugte materialer, oftest metaller. De vigtigste typer hærdeplast er polyester, polyurethan, melaminplast og phenolplast. 12.2010 Side 22

Elastomerer Hvis makromolekylerne er tværbundet i store masker, fås en gummielastisk plast, en såkaldt elastomer, der ved påvirkning af en lille kraft kan deformeres op til flere hundrede procent, og alligevel vende tilbage til den oprindelige form. Egenskaberne kan henføres til mange, lange og fleksible molekylkæder i strukturen, der er sammenholdt af spredte stive knudepunkter. De pågældende knudepunkter kan være baseret på termoplast, og man taler da om en termoplastisk elastomer - TPE, der kan smeltes og forarbejdes som termoplast. Dette giver en lang række forarbejdningsmæssige fordele. Knudepunkterne kan dog også være baseret på hærdeplast, man taler da om vulkaniseret elastomer, eller gummi. Vigtige eksempler på elastomerer er butadiengummi, isoprengummi og neopren*. *Neopren eller polychloropren er betegnelsen for et materiale af syntetisk gummi, der er fyldt med luftbobler. Det er fleksibelt og har, på grund af luftboblerne, en god isoleringsevne. Det benyttes til en lang række formål, blandt andet våddragter. Neopren fremstilles ved polymerisering af chloropren. Termoplastisk elastomer TPE TPE er gummilignende, men adskiller sig ved at tværbindingerne ikke er af termostabil kemisk struktur. Tværbindingerne finder sted i områder med krystallinsk struktur, men ved opvarmning kan disse områder opløses, og elastomeren forarbejdes da som almindelig termoplast. De elastiske egenskaber er afhængige af strukturen mellem områderne med krystallinske blokke. Amorf Amorf Når de kædeformede og vilkårligt forgrenede makromolekyler ligger fuldstændigt uordnede mellem hinanden - som filt, eller en tot vat betegnes materialet som amorft (uden form). Amorfe plastmaterialer er glasagtige, transparente og oftest sprøde. Forskellige forhold gør sig gældende, når et polymert materiale ved overgang til fast tilstand bliver amorft. En af årsagerne til denne tilstand kan være meget store sidegrupper, der umuliggør pakningen af polymerkæderne i en tæt struktur. Dette er tilfældet for polystyren PS, og for polyvinylklorid PVC. Der er nogle generelle kendetegn ved de amorfe materialer. Molekylkæder ligger hulter til bulter Kan fås i transparente (glasklare) udgaver Er hårde og sprøde Er lette at termoforme Har ikke noget fast smeltepunkt, men bliver gradvis blødere, og mere flydende ved stigende temperatur Er forholdsvis lette at påføre trykfarve eller maling Og hvilke plasttyper drejer det sig så om? Det er f.eks. ABS, ASA, CA, CAB, CP, PC, PES, PMMA, PS, PSU, PVC, SAN, SB samt visse varianter af PET (PET-A) 12.2010 Side 23

Delkrystallinsk Delkrystallinsk Molekylekæderne kan imidlertid ligge i fuldstændigt velordnede parallelle bundter i nogle afsnit. Lidt ligesom tændstikker i en æske. Makromolekylerne kan dog ikke deltage med deres fulde længde i en sådan velordnet struktur, og disse områder er derfor altid meget små. De pakkede områder kaldes krystallitter, og de ligger som små afgrænsede krystaller i en ellers uordnet struktur. Den delvis krystallinske plast er uklar (mælket), men samtidig mere varmebestandig end amorf plast. Når delkrystallinsk plast opvarmes til smeltetemperaturen, glider molekylkæderne fra hinanden, og materialet optræder derefter som et amorft materiale (hulter til bulter). Samtidigt vil materialet fylde meget mere (større volumen). Men under nedkølingsfasen pakker molekylekæderne sig i bundter igen, og det betyder, at hvis man fylder en form med smeltet plast, vil plasten under afkølingen pakke molekylkæderne, og derved svinde kraftigt. Under nedkølingen får plasten også sit matte og mælkede udseende tilbage. Der er nogle generelle kendetegn ved de delkrystallinske materialer. Optræder som regel matte eller mælket i udseendet. Er relativ bløde og seje. Er vanskelige at termoforme. Bliver kun delvis blødere ved opvarmning, og har et relativt fast smeltepunkt. Formgivning uden hvidtrækning kræver, at temperaturen er oppe på, eller over, smeltepunktet. Er vanskelige at påføre trykfarve eller maling, og kræver derfor en forbehandling, f.eks. treatning eller koronabehandling. Har et stort kølesvind. Og hvilke plasttyper drejer det sig så om? Det er f.eks. PA, PE-LD/MD/HD, PP, POM, PTFE Delkrystallinsk struktur kan opstå enten ved, at de forskellige polymere kæder tiltrækkes af hinanden, og derfor lejres i en micellestruktur, eller fordi dele af den enkelte polymerkæde foldes. Det er de sekundære kræfter i materialet, der optræder her, sådan at polymerkæderne er i stand til at pakke tæt. Miceller Foldede kæder Projekt-bil baseret på plast, og med solceller 8 gode grunde til at anvende plast Stor forarbejdelighed - mange formgivningsmuligheder Lav vægt Stor styrke i forhold til vægten Minimal vedligeholdelse Modstandsdygtighed over for opløsningsmidler og mange andre kemikalier Lav ledningsevne overfor såvel varme som elektricitet Slagfaste og ofte bøjelige materialer Lav friktionskoefficient 12.2010 Side 24