Modern műanyagok

1. Modern műanyagok Összeállította: Albert Attila Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium

2. A műanyagok definíciója • Olyan makromolekulás anyagok, amelyeket mesterséges úton hoznak létre. • Olyan makromolekulás anyagok, amelyeket vagy a természetben megtalálható makromolekulás anyagok átalakításával, vagy kismolekulák (monomerek) összekapcsolásával mesterségesen állítanak elő.

3. A műanyagok története • A természetben megtalálható anyagok átalakítása: • Ókori civilizációk: gyanta, szurok, aszfalt • Indiánok: kaucsuk – vízlepergetés, edények, labdák • 19. század – jutaszövet vízhatlanná tétele lenolajkencével (első műbőr = viaszos vászon), ennek utóda a padlóburkoló linóleum • Első műanyagok: 19. század • Alexander Parks (1862), parkenzin – kemény, csontszerű • Adolf Baeyer (1867), polikondenzáció fogalmának leírása

4. Természetes alapú: A természet makro-molekuláinak az átalakításával: viszkóz, cellulóz-észterek, fehérje származékok, kaucsuk és gumi, bitumen, természetes gyantákból és olajokból készült műanyagok Mesterséges alapú: A monomereket szintetikus úton állítják elő: 1. Szerves láncúak A) szénláncú (PE, PP, PS) B) heteroláncúak ( bakelit, nejlon, terilén, karbamidgyanta) 2. Szervetlen láncúak ( szilikonok, szilikon-olajok, szilikongyanták) A műanyagok csoportosítása eredet szerint

5. Termoplasztikus: Láncmolekulák, feldolgozásuk egyszerű fizikai műveletekkel történik: pl. az olefinek polimerei, nejlon Termoreaktív: Térhálós szerkezetű műanyagok, amelyek végleges alakja az elő-állítás közben alakítható ki, ill. termoplasztikus műanyagok térháló-sításával keletkeznek A kész műanyag hőre keményedik és bomlik: pl. bakelit, karbamidgyanta Csoportosítás a feldolgozás szerint

6. Bevezetés • Műanyag vagy polimer? • Mire figyeljünk a műanyagok tanításánál: • - a műanyagok nem környezetszennyező anyagok • - a kőolajnak csak mintegy 5%-a használódik műanyagok előállítására, 80 – 85%-át elégetjük! • A jövő polimergyártásának három fontos útja: • 1. Természetes úton lebomló anyagok • 2. A szervezetben lebomló és szövetbarát műanyagok • 3. Nagyteljesítményű kompozitok és különleges tulajdonságú polimerek

7. A természetes úton lebomló műanyagok • nem veszélyes hulladékok, közvetlen környezeti kárt nem okoznak • lebomlásuk a talajban hosszú idő alatt vagy egyáltalán nem történik meg • ma a műanyagok kb. 40%-a csomagolóanyag – szelektív gyűjtés, újrahasznosítás szükséges (zsenília) • a műanyagok keletkezési helyük szerint: • A) gyártás során keletkező hulladékok (újrahasznosítás) • B) szállítási és csomagolóanyagok (szétválogatás, újrah.) • C) fogyasztói csomagolóanyagok (szemétégetés pl. cementgyártás)

8. Természetes úton lebomló műanyagok • EU cél: min. 15%-os újrahasznosítási arány teljesítése • Új termékek: a modern műanyag kis sűrűségű, az elhasználódás után keletkező hulladék tömege 30-50%-kal alacsonyabb a 10 évvel ezelőtti átlagnál • Újdonság: a műanyag egy része lebomló legyen – nem megoldás, a maradék szemetel • BME Polimerkémiai Tanszéke – Czigány Tibor és Dogossy Gábor új polimerjei: • Lebomló keményítőtartalmú műanyagok

9. Műanyag kukoricakeményítőből Összetétel: kukoricakeményítő, kukorica termésfal-őrlemény, glicerin Szerkezet: A glicerin és a cellulóz hidroxilcsoportjai között kialakuló kötések térhálós polimert hoznak létre Tulajdonságok: hőre lágyulnak, nagy szakítószilárdság, jó színezhetőség, formálhatóság, természetes úton lebomló, emészthető Felhasználás: kísérleti stádium, talajban elbomló virágcserepek Recept: 32 g keményítő, 12 g kukorica termésfal, 20 g glicerin keverékét összegyúrni, 160oC-on sajtolni, hűteni

10. Műanyag tejsavból Politejsav Előállítás: a búzából, kukoricából és burgonyából kivont keményítőt hidrolizálják glükózzá, majd bioreaktorban erjesztik, ahol a tejsavbaktériumok tejsavvá alakítják Szerkezet: a tejsavmolekulák gyűrűs formában dimerizálódnak kondenzációs folyamatban, majd a keletkező átmeneti termék polimerizálódik Recept: 3 cm3 tejsavhoz melegítés közben adjunk késhegynyi kristályos ón(II)-kloridot és forrkövet! 5-10 perces lassú forralás után a kémcső tartalmát öntsük műanyag pohárba. Lehűlés közben szálakká húzható.

11. Műanyag narancsból • Polilimonén-karbonát: Összetétel: narancshéjból kivont limonén, szén-dioxid, katalizátorok, adalékanyagok Átalakítás: a limonén oxidációjával nyert limonén-oxid (monomer) a szén-dioxiddal limonén-karbonáttá alakul Tulajdonságai: megegyeznek a polisztiroléval, hőre lágyuló, szénláncú polimer, természetes úton lebomlik Felhasználása: eldobható műanyag termékek (papírpohár)

12. A szervezetben lebomló és szövetbarát műanyagok • Több ezer éve is használtak pótló anyagokat a testünkben: ókori Róma – urológiai katéter, Egyiptom – kaucsukban átitatott len sebkötöző, Aztékok – arany fogpótlás • Megfigyelés: a II. világháborúban a sérült pilóták testében a műanyag forgácsok nem váltottak ki komolyabb immunreakciókat – implantációs anyagok kikísérletezése • sebvarró cérna: Vicryl, 90% poliglikolsav, 10% L-tejsav kopolimere, amely elveszíti szakítószilárdságát, majd hidrolízissel alkotórészeire bomlik szét (5-10 hét)

13. Késleltetett oldódású tabletták: A hatóanyag a bélcső megfelelő helyén kerülhet ki • - a külső szilikon bevonat csak a gyomorban oldódik le • - a belső hatóanyag-tartalom a lúgos vékonybélben képes felszívódni (pl. Kreon tabletta) • Testrészek pótlására – szilikonok (orr, fül, pénisz, mell, arc, orr, szem, kontaktlencse) • - a kovasavak és származékaik polikondenzációs termékei • - nem nedvesednek, kémiai és hőhatásoknak ellenállnak, immunreakciókat nem váltanak ki • Gerincgyógyászat: poliuretánok ( Bryan-protézis) • - a csigolyák közti porckorongok elkopásakor • - alul-felül titán bevonat porózus – csontos benövés

14. Csont- és fogpótlás: poliakrilsav-észterek (PMMA, plexi) • - biológiai közömbösség • Fogtömő anyagok: • szobahőmérsékleten polimerizálódó ún. önkötő akrilátok • A) polimer pora, katalizátor, színező anyagok • B) monomert tartalmazó folyadék, stabilizátor, akcelerátor • Összekeverve gyorsan szilárdul. • Hátrány: pulpakárosító hatás, kis kopásállóság, nagy hőtágulás és zsugorodás – rossz széli záródás • Kompoziciós kötőanyagok (kompozitok) • A) szerves mátrix (metakrilátok) • B) szervetlen töltőanyag (kvarc és alkáliszilikátok) • C) a kettőt összekapcsoló kötőanyag

15. Fényre polimerizálódó kompozitok: • - fotoiniciátort tartalmaznak, amely a fény hatására szétesik és beindítja a reakciót • - első képviselők UV-re érzékenyek – szemkárosító- ma már nem használják! • - kb. 480 nm hullámhosszúságú fényre érzékeny iniciátor – egypaszta rendszerű, a tömés azonnal kidolgozható • De: normál fényre is gyorsan polimerizál, és az átvilágítás mélysége miatt csak rétegekben építhető fel.

16. Nagyteljesítményű kompozitok • 5000 éves észak-európai sírokból szalmával erősített, égetett üvegedények kerültek elő. Az agyagból és szalmatörekből készült vályogtégla tartós és teherbíró. • Kompozit: Azoknak az adalékolt polimereknek a gyűjtőneve, amelyekben a társítás hatására képződő új termék merevebb és szilárdabb, mint az adalékot nem tartalmazó polimer mátrix. • Szerkezeti anyagai:fém + műanyag + kerámia • Pl. gumiabroncs – gumi + acélszál • Pl. vasbeton - kerámia + acél

17. Összetétel: Alapanyag (mátrix) + szálerősítés • Szálak: acélszál, üvegszál, szénszál, bazaltszál, len-kender szál, saját szál (előnyök és hátrányok) • Újrahasznosítás: gond a szétválasztás • Hibrid kompozitok: 3-4 anyag együttesét tartalmazzák • Gond: az anyagok összekapcsolódásának tökéletlensége • Felhasználás: • - azbeszt (Mg-Na-hidroszilikát) helyett üvegszál • - tömör üveg szakítószilárdsága 40-100 N/mm2 • 9 mikrométer átm. üvegszálé 1700 N/mm2 • - üveg és műanyag társítása (2 millió t/év) – összekapcsolódás erősítése adalékanyagokkal ( üvegfelület kezelése szilánokkal és titanátokkal, a műanyag mátrix akrilsavas vagy maleinsavas kezelésével) – térhálósítják • - fő felhasználói: jármű és építőipar, villamos- és elektronikai ipar

18. 2000 kémiai Nobel-díjVezető polimerek • A műanyagok elektromos szigetelők? • 1974. Heeger, MacDiramid, Shirakawa: a fekete porként ismert poliacetilént egy katalizárorral ezüstös fóliaként állították elő – még mindig szigetelő • Klór, bróm vagy jódgőzös oxidáció nyomán a vezetőképesség 109-szeresére nőtt – 105 siemens/méter (a rézé 108 S/m) • A vezetőképesség kialakításának lehetőségei: Oxidatív halogén-adagolás (p-típus) Reduktív alkálifém (Na) adagolás (n-típus)

19. A poliacetilén szerkezeti jellemzői: konjugált kettős kötéseket tartalmaz, és az adalékanyagok hatására többletelektronokkal vagy lyukakkal fog rendelkezni – elektronhiányos lyukakba beugorhat 1-1 szomszédos elektron – vezető polimer • Felhasználásuk: - korróziógátlók - antisztatikus bevonó anyagok - számítógépek elektromágneses árnyékolása - „intelligens” ablaküvegek (fénymennyiséget szabályzó) – a szín megváltoztatása nélkül csökkenti az IR áteresztést - tranzisztorok, fénykibocsátó diódák, lézerek • OLCSÓK, KÖNNYEN MEGMUNKÁLHATÓK! (nem ez volt az első vezető polimer, 1862 – polianilin, 1958 – poliacetilén)

20. Tudta? • 1. A világon 1950-ben évente 5 millió tonna, ma már 80 millió tonna műanyagot állítanak elő. • 2. A szennyeződések miatt az eldobható palackok anyagát nem lehet élelmiszerek csomagolására használni. • 3. A PET palackokból műszálakat készítenek, 5 palack elegendő egy trikóhoz, 25 egy hálózsák béléséhez. • 4. Az egyes anyagok előállításának energiaszükséglete összehasonlítva: műanyag : alumínium : acél = 1 : 3 : 8

21. Tudta? • 5. A PET palackok cimkéje is PET műanyag, a kupakja azonban PE (ez jól zár), így azt külön kell válogatni. • 6. Egy palack újrahasznosításával annyi energia takarítható meg, amivel egy 60 W-os izzó 6 órán át működtethető! • 7. Az EU követelménye szerint a műanyagok 25%-át kell újra hasznosítani, ma Magyarországon még csak 7,4 %-a kerül újrafelhasználásra.

22. Köszönöm a figyelmet! .