Avancerade plaster och bioplaster
Verkstäderna fortsätter i detta nummer serien om totalt nio artiklar som kallas ”Värt att veta om plast”. Här kommer att ges grundläggande information om de vanligaste plasterna. Detta avsnitt behandlar avancerade plaster och bioplaster.
Avancerade plaster
Vi avslutar avsnittet om avancerade plaster med att beskriva de termoplastiska sulfonplasterna. Dessa material är amorfa, transparenta, bärnstensfärgade. De är kända för hög seghet, bra dimensionsstabilitet och klarar betydligt högre temperatur än t.ex. polykarbonat.
Polysulfon (PSU)
Polyfenylsulfon (PPSU)
Polysulfon - PSU
Polysulfon (engelska: ”polysulphone”) är den volymmässigt största av de amorfa sulfonplasterna.
Materialet lanserades 1965 av Union Carbide i USA under varunamnet Bakelite. Senare ändrade man namnet till Udel. Union Carbide sålde polysulfontill- vekningen till Amoco Performance Products. Idag tillverkas materialet av Solvay Advanced Polymers.
Polysulfon har goda mekaniska egenskaper i ett brett användningstemperaturområde.
PSU kan legeras med andra plaster, t.ex. med ABS. Denna modifiering av PSU minskar risken för spänningssprickbildning samtidigt som man får ett fördelaktigare pris. Materialet får dock sämre mekaniska egenskaper vid hög temperatur jämfört med ren PSU.
Ett vanligt varunamn här är Mindel, också från Solvay.
Egenskaper hos PSU
+ Stort användningstemperaturområde
(från – 100 °C till 160 °C kontinuerligt)
+ Obetydlig förändring av styvheten inom
användningstemperaturområdet
+ Utmärkta hydrolysegenskaper (varmvatten)
+ Livsmedels- och läkemedelsgodkänt
+ Kan ång-, etenoxid- och gammastrålningsteriliseras
+ Kan fås i V-0 flammsäkerhetsklass
- Känslig för spänningssprickbildning i vissa lösnings-
medel
- UV-beständighet (kan dock förbättras med tillsatser)
- Exceptionellt hög bearbetningstemperatur
(upp till 390 °C vid formsprutning)
Användningsområden
PSU kan bearbetas med de flesta metoder för termoplaster. Det finns i halvfabrikat i form av stång, rör, profiler, skivor och film.
Man använder materialet när man behöver transparenta produkter som tål höga temperaturer och varmvatten eller med dessa egenskaper i kombination med livsmedel- eller medicinskt godkännande. Exempel är medicinska produkter där PSU ersätter glas, utrustning för heta drycker (t.ex. kaffebryggare), delar och kokkärl för mikrovågsugnar, hårtorkar och bilkomponenter
Polyfenylsulfon - PPSU
Polyfenylsulfon (engelska: polyphenylsulfone) påminner egenskapsmässigt mycket om PSU men har betydligt bättre slagseghet (10 gånger) och mindre risk för spänningskorrosion. Den ledande tillverkaren på marknaden är Solvay Advanced Polymers med varunamnet Radel.
Egenskaper hos PPSU
+ Hög användningstemperatur (190 °C)
+ Exceptionellt hög slagseghet
(även vid hög temperatur och efter värmeåldring)
+ Mycket hög brandklass
(klarar FFA-krav för inredning i flygplan)
+ Bra resistens mot spänningsprickbildning
- Måste UV-stabiliseras för utomhusbruk
Användningsområden
PPSU kan liksom PSU bearbetas med de flesta metoder för termoplaster.
Man använder mycket PPSU inom sjukvårds- och medicinska produkter. Vissa kvalitéer kan autoklaveras mer än 1 500 gånger och blir därför ett ekonomiskt alternativ till engångsprodukter. Man använder också materialet i el- och elektronikkomponenter eller röranslutningar där den höga temperaturbeständigheten i kombination med bra kemikalieresistens eller extremt bra flammskydd krävs. Produkter i flyg och rymdindustrin tillverkas också i PPSU.
Bioplaster
Frågar man branschfolk vad en bioplast är för något, blir de i regel något förvirrade, och man får troligen två olika svar:
1) Det är en plast som tillverkas av förnyelsebara
råvaror från växtriket.
2) Det är en plast som bryts ned av mikroorganismer
eller enzymer och är komposterbar.
När jag var på den svenska plastmässa Elmia Polymer i Jönköping i början på maj 2009 hade man en paneldebatt med företrädare från svensk fackpress, branschförbund, tillverkare och distributörer av bioplast.
Man enades där att från och med nu skall definitionen på en bioplast vara ett material som helt eller till viss del består av förnyelsebara råvaror. Hur många procent av den förnyelsebara råvaran som krävdes för att materialet skall få klassas som bioplast kunde dock ingen ge besked på. Söker man på Internet så finner man att vissa råvaruleverantörer kallar ett material för bioplast när halten förnyelse-bara beståndsdelar uppgår till minst 20%. I denna artikel kommer vi dock att följa den rekommenderade definitionen trots att man oftast finner den andra definitionen (biologiskt nedbrytbar) när man söker på ”bioplastic” på Internet.
Av de c:a 250 miljoner ton plast som f.n. produceras på världsmarknaden är andelen bioplaster ännu så länge försvinnande liten. Den totala årsproduktionen beräknas uppgå till 1,5 miljoner ton 2011. Tillväxten per år bedöms vara ca 15% - 20% . De flesta stora tillverkare av plastråvara på världsmarknaden arbetar med utveckling av bioplaster. Målet är att ersätta 5 - 10% av de traditionella plasterna med bioplaster. I dessa siffror finns dock ännu inte med tillverkning av PE och PVC baserat på bioetanol från sockerrör, där tillverkning startar under 2009 (t.ex. Braskem i Brasilien) och man konstaterar att > 50% av all tillverkning av dessa material bör vara realistisk inom en snar framtid.
”Agro-polymerer”
Vissa källor på Internet delar upp bioplasterna i s.k. agro-polymerer och biopolyestrar.
Bland agro-polymererna finner man material som baseras på: Polysackarider, d.v.s. cellulosa eller stärkelse, eller proteiner. Vissa, men inte alla, material som tillverkas av dessa förnyelsebara råvaror är också komposterbara. PE och PVC baserade på bioetanol till-hör den kategori som inte är komposterbara.
Cellulosa har sedan länge använts till att framställa plaster t.ex. cellulosaacetat CA, CAB och CAP. Dessa glasklara och mycket sega plaster är dock inte förnyelsebara. Cellulosa utvinnes bl.a. ur ved, varför Sverige bör ha stora förutsättningar att delta i utvecklingen på detta område. Om man blandar in trämjöl, lin, bomull eller hampa i en konventionell oljebaserad plast klassas även detta material som en bioplast eftersom en viss del av råvaran ju är förnyelsebar.
I Sverige finns flera mindre företag som utvecklar denna typ av material samtidigt som de stora skogsbolagen satsar på forskning av helt cellulosabaserade plaster.
Stärkelse utvinnes ur majs, potatis, spannmål, sockerbetor, sockerrör, spannmål eller andra grödor som också används till födoämnen eller biobränslen. Detta är konfliktladdat, så flera forskningsprojekt arbetar med att försöka använda halmen eller blasten istället för de näringsrika delarna.
Bio-polyestrar
Man har gett en grupp plaster beteckningen Bio-polyestrar. Dessa material är antingen gjorda av stärkelsebaserade monomerer (från majs eller sockerrör) eller på petroliumbaserade monomerer som är komposterbara.
Några material är både tillverkade av förnyelsebara råvaror och komposterbara. Ett sådant material kallas för PLA. PLA är en förkortning av engelskans ”polylactic acid” eller ”polylactide”. Lactic acid heter mjölksyra på svenska och har varit känd i mer än 100 år men blivit mycket intressant på senare tid eftersom man lärt sig tillverka biopolyestrar av den.
Fönyelsebara konstruktionsplaster
DuPont lanserade 2008 ett materialfamilj kallad Hytrel RS, polyesterbaserad konstruktionselastomer, där beteckningen RS står för ”renewable sorces” d.v.s. förnyelsebar. Denna familj innehåller 20 - 37% av råvaror som kommer från majs.
Även polyamid (nylon) kan tillverkas från förnyelsebara råvaror. I detta fall använder man sig av ricinolja, som extraheras ur recinväxten. Denna mycket giftiga växt kommer ursprungligen från Etiopien men odlas nu både i Indien, USA och Europa.
DuPont, en ledande tillverkare av polyamid, har nyligen lanserat både PA610 och PA1010 på marknaden. Den förnyelsebara beståndsdelen kommer från ricinolja och uppgår till ca 40%.
Termoplastisk polyuretan kan också tillverkas av förnyelsebara råvaror. Det spanska företaget Merqiunsa har lanserat s.k. ”grön polyuretan” under varunamnet Pearlthane Eco. Man uppger att de biobaserade polyuretanerna har bättre hydrolysbeständighet än traditionella polyuretaner. De mekaniska egenskaperna är likvärdiga och de förnyelsebara beståndsdelarna uppgår för vissa kvalitéer till hela 90%. Produkter som tillverkas i dessa material är sko-, bil- och konsumentprodukter.
Komposterbara plaster
Många av våra vanligaste plaster såsom PE, PP och PS är inte komposterbara utan bryts ned av solljus till små mikropartiklar som tyvärr redan förekommer i betydande mängder i världshaven. För att en plast skall klassas som komposterbar så måste den uppfylla vissa internationellt fastställda krav (t.ex. standarden EN13432 i Europa) på hur snabbt och till vilken grad den bryts ned av mikroorganismer när den komposteras under kontrollerade former.
Text Ulf Bruder
