PLASTER
Beskrivning
Plaster är syntetiska material bestående av en eller flera polymerer samt ett flertal tillsatsämnen. Polymerer i plast är organiska ämnen (kolföreningar) som består av många små byggstenar i form av kedjeformiga molekyler. Det är polymererna som ger plasterna deras speciella egenskaper jämfört med andra materialtyper. Alla plaster kan i något steg i tillverkningen göras flytande eller plastiska (därav namnet). Efter denna bearbetning blir plasterna styva med liten elastisk töjbarhet, till skillnad från elaster (t.ex. gummi), med liknande uppbyggnad, som blir elastiska.
Det finns två huvudtyper av plast med helt olika egenskaper, termoplast och härdplast (se tabell nedan). Termoplaster mjuknar vid uppvärmning och kan då omformas. Produkter av termoplast kan därmed återvinnas och efter nedsmältning användas för tillverkning av nya produkter. De är dessutom lösliga i lösningsmedel. Härdplaster baseras på polymerer där kedjemolekylerna kemiskt tvärbundits (härdats) till ett olösligt nätverk vid tillverkningsprocessen. Härdplasterna kan inte återanvändas genom nedsmältning och kan inte lösas i något lösningsmedel (endast svällas); de är mycket styva men också spröda.
Man brukar skilja mellan basplaster (bruksplaster), t.ex. etenplast, propenplast, PVC och styrenplast, och konstruktionsplaster, som är särskilt styva, starka, sega och värmetåliga; till de senare räknas bl.a. karbonat-, sulfon-, acetal- och amidplast samt fiberarmerad ester- och epoxiplast. Plast används i stora mängder vid tillverkning av kompositer och laminat.
Råvaror
Före andra världskriget var stenkol den främsta råvaran vid plasttillverkning. I dag är råolja och naturgas basen i en omfattande petrokemisk industri som till övervägande delen är inriktad mot polymerframställning. Vid krackning av olja erhålls bl.a. eten och propen, som kan polymeriseras direkt eller via kemiska reaktioner omvandlas till polymerer, t.ex. PVC, polystyren och polymetylmetakrylat. Analogt kan man framställa polymerer som polyamid, polyetylentereftalat (PET) och polykarbonat av aromatiska kracknings- fraktioner. Vissa plaster innehåller polymerer som även har mineral som råvara, t.ex. PVC, som kräver lika mycket koksalt som eten vid framställningen. Andra plaster är cellulosabaserade, t.ex. viskos som består av s.k. regenererad cellulosa. Cellulosa kan för övrigt utnyttjas för metanolframställning och därmed vid behov användas som alternativ råvaruresurs för plastindustrin. Stärkelse har använts som råvara för framställning av biologiskt nedbrytbar plast.
Tillverkning
Plast tillverkas i flera steg. Råvaran är oftast mineralolja eller naturgas. Monomerer är molekyler som efter polymerisation fungerar som byggstenar i polymerer. Polymerer kompounderas (blandas) med tillsatsämnen, och resultatet blir plast, oftast i form av små korn (granulat) som kan bearbetas till färdiga produkter med olika metoder. Efter användningen kan plastmaterialet (speciellt termoplaster) återvinnas och användas i nya produkter. Genom pyrolys kan man framställa syntetisk olja, monomerer och andra petrokemiska råvaror. Avfallshanteringen kan också innebära deponering (t.ex. på soptipp eller i särskilda deponier) eller förbränning där plastens energiinnehåll kan utnyttjas för industriella processer eller uppvärmning.
Först framställs alltså monomererna, som består av små molekyler. Dessa sammankopplas genom en kemisk polymerisations- process till kedjemolekyler som utgör beståndsdelarna i polymeren. Vid tillverkning av termoplast blandas polymerpulver (basharts) med stabilisatorer och andra tillsatsmedel, samt strängsprutas och granuleras. Denna process kallas kompoundering. Även s.k. pressmassor för härdplasttillverkning med förpolymer, fyllmedel, härdare och andra tillsatser kan blandas i speciella strängsprutmaskiner.
Termoplasterna formges (härdplasterna formges och härdas) till en produkt genom bearbetning med värme och tryck. Den äldsta bearbetningsmetoden, formpressning, används oftast för härdplast och fiberkompositer. Pressmassan placeras i en varm form som sluts under tryck, varvid massan härdar och formas. Formsprutning används främst för bearbetning av termoplast. Smält plast sprutas in i en kall form med en kolvrörelse av en skruv, svalnar och stelnar, och detaljen stöts ut samtidigt som skruven roterar bakåt, varvid materialet matas framåt. Med strängsprutning (extrudering) bearbetas volymmässigt mest plast (enbart termoplast). Med hjälp av en kontinuerligt roterande skruv matas smälta ut genom ett munstycke och formas till t.ex. sträng, profil, rör eller folie. Genom att ansluta ett formblåsnings- verktyg eller en kalander kan man tillverka flaskor resp. film och mjukplastbelagd väv. Varmformning är en metod för tillverkning av tunnväggiga behållare, kupoler m.m. genom uppvärmning av en termoplastskiva samt vakuumsugning av skivan mot en honform. Metoden har många varianter.
Egenskaper
Bland fördelarna med plast märks låg densitet, god korrosionsbeständighet, god el- och värmeisolationsförmåga samt god ljud- och stötdämpning. Som konstruktionsmaterial kan plast i många sammanhang ersätta metall, t.ex. i bilar vilket medför att vikten och därmed även bensinförbrukningen minskar. Negativa egenskaper är bl.a. hög värmeutvidgning, krympning, begränsad kemikaliebeständighet och statisk uppladdning. Dessutom åldras många plaster i värme och ultraviolett ljus (UV) genom att kedjemolekylerna går av och polymeren successivt förstörs.
Med tillsatsämnen av olika slag kan plastens egenskaper förbättras. Värmestabilisatorer skyddar plasten mot nedbrytning under bearbetningen, som oftast sker vid 150-300 °C. Antioxidanter skyddar mot nedbrytning under brukstiden. UV-stabilisatorer skyddar mot UV-nedbrytning. Mineralfyllmedel, t.ex. krita och talk, minskar värmeutvidgning och krympning och ökar styvheten. Armering av polyester och epoxi med glas-, kol- och Kevlar®-fiber gör att hållfastheten och styvheten räknat per densitetsenhet blir högre än för stål. I mjuk PVC har man gjort en styv polymer, polyvinylklorid, mjuk genom tillsats av ett oljeartat mjukningsmedel.
Plastavfall
Av hushållsavfallet utgörs ca 7 % av plast, varav nästan hälften är polyeten. Till detta kommer industrins plastavfall. Det finns olika metoder att ta hand om plastavfallet :
Deponering är den vanligaste metoden. Problemen är dock många: stora krav på utrymmen, dålig lukt, gasbildning samt risk för självantändning och grundvattenförorening.
Biologisk nedbrytning. Ett fåtal relativt lätt bionedbrytbara plaster har utvecklats. Användningen förväntas öka i förpackningar och produkter som är svåra att samla in i naturen, t.ex. fisknät.
Förbränning (energiåtervinning). Plast har ett högt bränslevärde. Den vid förbränning bildade koldioxiden bidrar dock till växthuseffekten. Nitrösa gaser från polyamid och polyuretan, klorväte från PVC , svaveldioxid från gummi etc. måste avlägsnas och askan med metallrester omhändertas, vilket sker i moderna anläggningar.
Pyrolys (råvaruåtervinning). Uppvärmning till 700-800 °C utan lufttillförsel kan ge monomerer, syntetolja och andra petrokemiska råvaror.
Materialåtervinning
Plast kan återvinnas dels som produktionsspill, dvs. vid tillverkningen av en produkt, dels som avfall, dvs. efter användning av produkten. Återvinning av plastavfall ur hushållssopor kräver källsortering, insamling och upparbetningsanläggning. Metoden är kostsam och kvaliteten hos den återvunna "blandplasten" låg. Möjliga användningsområden är lastpallsklossar, bullerplank, stolpar, trafikkoner etc. Återvunnet sorterat industriavfall, t.ex. polyetenfolie och polyetenbelagt papper, kan användas som plast i enklare konstruktioner. Återvinning av plast i mera komplexa produkter som instrumentpaneler, stötfångare och kylskåpsinredningar kräver en noggrann återvinningsstrategi, märkning, användning av monomaterial (en enda plastfamilj) eller blandbara material som kan återvinnas utan separation. Produkten måste vara förberedd för återvinning, dvs. lätt att demontera. Härdplast som inte kan smältas ner kan i stället malas och användas t.ex. som utdrygande fyllmedel. Returprodukter erhålls genom återanvändning av produkten efter rengöring. Den vanligaste returprodukten är s.k. PET-flaskor.
Historik
De flesta plasterna har utvecklats under 1900-talet. Det första kommersiellt betydelsefulla plastmaterialet utvecklades dock redan på 1860-talet. Det var celluloid, dvs. cellulosanitrat som mjukgjorts med kamfer. Materialet användes bl.a. i biljardbollar som ersättning för elfenben. Eftersom det var brandfarligt sökte man en mera värmebeständig plast. År 1907 fick Leo Baekeland patent på ett plastmaterial bestående av fenolharts sammanpressat med trämjöl, som två år senare började marknadsföras under namnet bakelit. Materialet fick stor användning och tillverkas fortfarande med olika typer av fyllmedel, bl.a. av Perstorp AB. Under 1930- och 40-talen växte den första generationen plaster fram: etenplast, styrenplast, PVC, akrylplast, amidplast och nylonfibrer. Under 1950- och 60-talen kom den andra generationen plaster – konstruktionsplaster med bättre mekaniska och termiska egenskaper som propenplast, karbonatplast, epoxiplast och sulfonplast; vidare glasfiberarmerad polyester, mjuk och styv cellplast m.fl. Tredje generationens plaster växte fram i slutet av 1960- och under 70-talet. De utmärks av mycket hög hållfasthet och värmebeständighet: imidplaster, kolfiber- eller Kevlar®-fiberarmerad epoxiplast och PEEK (etereterketonplast). 1980- och 90-talens plaster utgörs av vätskekristallina polymerer, elledande polymerer, t.ex. till plastbatterier, och biologiskt nedbrytbara polymerer. Som en röd tråd genom 1990-talets plastutveckling löper strävan mot resurssnålhet, energisnålhet och återvinnbarhet. Källa : Från NE.
