”Hyvä Tietää Muovista” on MuoviPlast-lehdessä jo vuodesta 2012 lähtien ilmestynyt artikkeleiden sarja, joissa esitellään perustietoa tavallisimmista muoveista.
Teksti Ulf Bruder / Brucon Ab, käännös Erik Lähteenmäki / Polymerik Oy.
Edellisessä jaksossa käsiteltiin tekniset muovit polyamidi (nylon) ja polyasetaali. Tässä artikkelissa jatkamme teknisten muovien parissa. Vuorossa ovat polyesterit PBT ja PET sekä polykarbonaatti. Seuraavassa jaksossa käsitellään kaikkein kehittyineimmät ja kalleimmat erikoismuovit.
Polyesteri
Polyesteri on nimi ryhmälle muoveja, jotka voivat olla kertamuoveja tai kestomuoveja. Kestomuovi polyesteri voi vuorostaan olla joko amorfinen tai osakiteinen. Osakiteisiä polyestereitä ovat tekniset muovit PBT ja PET, mutta myöskin kehittyneemmät muovit, kuten PCT ja LCP, joihin palataan seuraavassa artikkelissa.
Tässä artikkelissaa keskitytään osakiteisiin kestomuovipolyestereihin PBT ja PET. Englannin kielessä materiaaleja kutsutaan nimellä ”thermoplastic polyester”. Polyestereissä yhdistyvät hyvä jäykkyys, lämmönkesto ja hyvät sähköiset ominaisuudet. Polyestereitä käytetään pääasiassa sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa sekä autoteollisuudessa. Kuitenkin vain pieni osa kaikesta käytetystä polyesteristä menee ruiskuvalutuotteisiin ja ekstruusioon, koska suurimmat käyttökohteet ovat keinokuidut, pakkaukset ja kalvot.
Carrothers, joka myöhemmin keksi nylonin, oli ensimmäinen, joka keksi polyesterin DuPontin laboratoriossa Yhdysvalloissa 1920-luvun lopulla. DuPont ei kuitenkaan tuonut raaka-ainetta markkinoille vaan sen teki ensimmäisenä saksalainen Agfa, joka julkisti sen kuitumateriaalina vuonna 1940. Ensimmäiset ruiskuvalulajikkeet julkaistiin 1960-luvun puolivälissä Akzon toimesta Hollannissa, mutta varsinaisen läpimurtonsa teknisenä muovina se sai vasta 1980-luvulla.
PBT-polyesteri, jossa PBT-lyhenne tulee kemiallisesta nimestä polybuteenitereftalaatti, on helpoiten työstettävä polyesterilaji (ei vaadi yhtä vaativaa kuivausta kuin PET), ja on siksi saavuttanut suuremmat käyttömäärät näiden kahden välillä. Celanese toi PBT:n markkinoille Yhdysvalloissa vuonna 1970. PBT:n johtavia valmistajia tänä päivänä ovat Sabic-tuotenimellään Valox, Dupont tuotteellaan Crastin, Lanxess tuotteellaan Pocan, BASF Ultradurillaan ja DSM Arnitellaan.
PET-polyesterillä, jossa PET-lyhenne tulee kemiallisesta nimestä polyeteenitereftalaatti, on paremmat mekaaniset ja termiset ominaisuudet verrattuna PBT:iin. Raaka-aineesta tulee tosin erittäin haurasta, ellei sitä esikuivata alle 0,02 % kosteuspitoisuuteen. (PBT 0,04 % ja polyamidi 0,2 %). Hyvä kuivaus aiheutti monelle ongelmia, kun raaka-aine tuli markkinoille, koska vain harvalla ruiskuvalajalla oli tarpeeksi tietoa ja oikea laitteisto niin vaikeasti kuivattavan raaka-aineen työstämiseksi. Nykypäivänä kuivaustekniikka on kehittynyt niin, että jokainen ruiskuvalaja suoriutuu PET:in työstöstä. Ruiskuvalettavan PET:in johtavat valmistajat ovat DuPont tuotenimellään Rynite, DSM tuotteellaan Arnite ja Ticona tuotteellaan Impet.
Polyestereiden PBT ja PET ominaisuuksia
- + Jäykkyys korkeassa lämpötilassa (lasikuitulujitettu)
- + Mittapitävä (ei ime kosteutta polyamidin lailla)
- + Korkea käyttölämpötila 130 °C / 180 °C PBT:llä, sekä 155 °C / 200 °C PET:llä (jatkuva/lyhyt huippu)
- + Hyvät sähköiset ominaisuudet
- + Hyvä UV-valon kesto (ulkokäyttö)
- + Voidaan palosuojata
- + Hyvä pintakiilto
- + Voidaan värjätä, maalata, metalloida
- – Ei kestä kuumaa vettä (yli 80 °C)
- – Kemikaalien kesto vahvoja happoja, emäksiä ja alkoholeja vastaan heikko
Kierrätys
Polyesterit voidaan kierrattää sekä mekaanisesti että kemiallisesti. Kierrätyskoodi PET:lle, kun kyseessä ovat pakkaukset ja pullot, on:
tai >PET< kun kyseessä ovat tekniset tuotteet. PBT:n kierrätyskoodi on >PBT<.
Käyttöalueet
Polyestereitä voidaan ruiskuvalaa, ekstrudoida, kalvo- ja filmipuhaltaa. Amorfisesta PET:sta tehtyjä levyjä voidaan lämpömuovata.
Kemia
PET-polyesterillä on yksinkertaisin rakenne alla kuvatulla monomeerillään. Punaisella kuvattu molekyyli molempien polyestereiden kemiallisessa kaavassa on nk. polyesteri-ryhmä, jonka mukaan polyesterit ovat saaneet nimensä.
PBT-monomeerin rakenne on PET-monomeerin kaltainen, mutta siinä on lisäksi kaksi hiili- ja neljä vetyatomia.
Polykarbonaatti
Polykarbonaatti on lasinkirkas, erittäin iskuluja, amorfinen ja tekninen muovi. Sen lyhenne PC tulee englanninkielisestä nimestä polycarbonate. Raaka-aine kehitettiin 1950-luvulla. Sen toi markkinoille Bayer Saksassa vuonna 1958.
Bayer antoi tuotteelleen nimen Makrolon. Muita suuria polykarbonaatin tuottajia ovat Sabic tuotenimellään Lexan, Dow tuotteellaan Calibre ja DSM tuotteellaan Xantar.
Materiaalin käyttö on kasvanut voimakkaasti viime vuosina CD- ja DVD-levyjen käytön yleistyttyä. Käytön lisääntymiseen ovat vaikuttaneet myös iskulujien ikkunalevyjen käyttö rakennusteollisuudessa sekä lisääntynyt käyttö autojen etuvaloissa. Noin 10–15 % kaikesta polykarbonaatista käytetään seoksiin muiden muovien kanssa. Seoksilla saavutetaan hintaetua ja hyviä ominaisuusyhdistelmiä, kuten
- PC-ABS, joka on johtava materiaali matkapuhelimien kuorissa,
- PC-PBT joka paremmin kestää autoteollisuuden maalattujen osien uunikäsittelyn, sekä
- PC-ASA, jolla on parempi UV-valon kesto kuin polykarbonaatilla
Polykarbonaatin ominaisuuksia
- + Lasinkirkas (89-prosenttinen valon läpäisy)
- + Erittäin hyvä iskulujuus (lämpötilaan -40 °C saakka)
- + Korkea käyttölämpötila (120 °C jatkuva, 145 °C lyhyt huippu)
- + Merkityksetön kosteuden imeytyminen ja hyvä mittapitävyys
- + Alhaisempi muottikutistuma kuin useimmilla muilla muoveilla
- + Hyvät sähköiset ominaisuudet
- + Luontainen V-2 palosuojaus, V-0 lisäaineilla mahdollinen
- + Elintarvikehyväksytty
- – Taipumus jännityssäröilyyn
- – Liuottimet laukaisevat jännityssäröilyn
- – Ei kestä kuumaa vettä > 60 °C, mutta kestää konepesun
Kierrätys
Polykarbonaattia voidaan kierrättää sekä mekaanisesti että kemiallisesti. Polykarbonaatin kierrätyskoodi on: >PC<
Käyttöalueet
Polykarbonaattia voidaan ruiskuvalaa ja ekstrudoida sekä lasikuidulla että ilman. PC-levyä voidaan lämpömuovata.
Kemia
Polykarbonaatilla on erittäin monimutkainen monomeeri kahdella aromaattisella ryhmällä (nk. bentseenirengas), mikä on nähtävissä alla olevassa kemiallisessa kaavassa:
