• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

plast

Oprindelige forfattere BLMa, CHun og SoeHvi Seneste forfatter Redaktionen

Plast. Enkel skitse over fremstilling af plast. Råvarerne er oftest råolie eller naturgas. Monomerer er molekyler, som efter polymerisation indgår som byggesten i polymerer. Polymererne compounderes (blandes) med forskellige additiver og fyldstoffer til plast, der normalt forarbejdes som granulat (små korn) til færdige produkter ved presning, sprøjtestøbning, ekstrudering, blæseformning eller termoformning. Efter anvendelse kan plastmaterialer, især termoplastene, indsamles og genbruges i nye produkter eller gennem pyrolyse benyttes til fremstilling af monomerer, syntetisk olie og andre petrokemiske råvarer. Brugt plast kan også deponeres eller forbrændes.

Plast. Enkel skitse over fremstilling af plast. Råvarerne er oftest råolie eller naturgas. Monomerer er molekyler, som efter polymerisation indgår som byggesten i polymerer. Polymererne compounderes (blandes) med forskellige additiver og fyldstoffer til plast, der normalt forarbejdes som granulat (små korn) til færdige produkter ved presning, sprøjtestøbning, ekstrudering, blæseformning eller termoformning. Efter anvendelse kan plastmaterialer, især termoplastene, indsamles og genbruges i nye produkter eller gennem pyrolyse benyttes til fremstilling af monomerer, syntetisk olie og andre petrokemiske råvarer. Brugt plast kan også deponeres eller forbrændes.

plast, plastic, materiale, der som en væsentlig del indeholder en højpolymer, og som på et stadium under forarbejdningen kan formes under flydning. Man inddeler plast i to hovedtyper: termoplast og hærdeplast. Termoplast kan blødgøres ved opvarmning og størkner ved afkøling, et forhold af betydning ved forarbejdning og formgivning. Hærdeplast derimod overgår ved varme- eller anden påvirkning til en usmeltelig og uopløselig tilstand.

Egenskaber

Plasts egenskaber er i udstrakt grad bestemt af den basispolymer, hvoraf den er dannet. Det er i et vist omfang muligt at "skræddersy" plast med specielle funktionsbetingede egenskaber.

Ordet plast er en forkortelse af engelsk plastic, af fransk plastique 'formbar', af græsk plastikos, afledn. af plassein 'forme, danne'.

Struktur og termiske egenskaber

Polymerer består af molekylkæder af forskellig længde ofte med sidegrupper eller korte sidekæder i et uordnet mønster. De danner en amorf struktur, som dog kan indeholde små krystallinske områder (se polymermorfologi). Den amorfe tilstand er karakteriseret ved en glasovergang, som forekommer ved en temperatur, der kan være afhængig af stoffets termiske forhistorie, fx afkølingshastigheden fra bearbejdningstemperaturen eller lagringstid ved stuetemperatur. Under glasovergangstemperaturen er polymerer stive og glasagtige (sprøde), men over denne temperatur er de bløde, fleksible og gummiagtige. Glasovergangen skyldes rotation af segmenter af kædemolekylerne, og overgangstemperaturen kan sænkes ved tilsætning af blødgøringsmidler, hvilket fx er tilfældet i blød polyvinylklorid (PVC).

Annonce

Den termiske udvidelseskoefficient for polymerer er omkring ti gange så stor som for de almindeligste metaller, men den kan nedsættes ved tilsætning af fyldstoffer og forstærkningsmaterialer, fx glasfibre. Varmeledningen gennem polymerer er lav; normalt klassificeres de som varmeisolatorer. Tilsætning af varmeledende additiver, fx carbon black, carbonfibre eller metalpulver, kan øge varmeledningen.

Plast. Eksempler på danske plastprodukter, der alle stiller meget store krav til materialerne. 1 Novopennen skal kunne dosere små mængder insulin med stor nøjagtighed og samtidig være nem at betjene for patienten. 2 Bløde kontaktlinser til engangsbrug er fremstillet af hydrogeler, der tillader iltdiffusion. Linserne fremstilles i forskellige størrelser og styrker med stor reproducerbarhed. 3 Transparent kolostomipose, der kobles på en klæber, som er monteret på patienten. Posen skal være lugt- og væsketæt og knitrefri, så den ikke kan høres, når patienten bevæger sig. 4 LEGO klodser fremstilles med meget fine tolerancer og stor farveægthed. Kravene er mekanisk, robust legetøj, der kan samles og skilles ad mange gange. Ill.: Novo Nordisk, Foci/Oscar Burriel/SPL, Coloplast Danmark A/S, LEGO Gruppen.

Plast. Eksempler på danske plastprodukter, der alle stiller meget store krav til materialerne. 1 Novopennen skal kunne dosere små mængder insulin med stor nøjagtighed og samtidig være nem at betjene for patienten. 2 Bløde kontaktlinser til engangsbrug er fremstillet af hydrogeler, der tillader iltdiffusion. Linserne fremstilles i forskellige størrelser og styrker med stor reproducerbarhed. 3 Transparent kolostomipose, der kobles på en klæber, som er monteret på patienten. Posen skal være lugt- og væsketæt og knitrefri, så den ikke kan høres, når patienten bevæger sig. 4 LEGO klodser fremstilles med meget fine tolerancer og stor farveægthed. Kravene er mekanisk, robust legetøj, der kan samles og skilles ad mange gange. Ill.: Novo Nordisk, Foci/Oscar Burriel/SPL, Coloplast Danmark A/S, LEGO Gruppen.

Mekaniske egenskaber

De vigtigste mekaniske egenskaber er trækstyrke, elasticitet, slagstyrke og hårdhed. Endvidere er plasts reologi (flydeforhold) af stor praktisk betydning i forarbejdningsprocesser. Plasts reaktioner på mekanisk påvirkning afhænger af basispolymerens middelmolekylmasse og molekylmassefordeling. Lavmolekylære fraktioner forringer de mekaniske egenskaber, mens krystallinske bestanddele pga. kraftigere tiltrækning mellem de enkelte molekyler og større massetæthed forøger den mekaniske styrke. Styrken kan være retningsbestemt, således at den er størst i molekylernes orienteringsretning. Tilsætning af blødgørere, herunder fugtoptagelse, medfører reduktion af en plasts elasticitetsmodul (forholdet mellem den påtrykte kraft og den resulterende dimensionsændring).

De mekaniske egenskaber afhænger af temperaturen; således aftager elasticitetsmodul, trækstyrke og flydespænding ved stigende temperatur. En kortvarig belastning vil normalt bevirke en reversibel elastisk deformation, dvs. at den oprindelige form gendannes efter belastningens ophør. Længerevarende mekanisk påvirkning kan resultere i plastisk deformation, dvs. en blivende formændring, som skyldes, at molekylkæderne er blevet forskudt indbyrdes.

Elektriske og optiske egenskaber

Plast har ringe elektrisk ledningsevne og anvendes ofte som isolatorer. Dog kan tilsætning af additiver, øget fugtindhold og stigende temperatur øge ledningsevnen. Man karakteriserer plastmaterialers isolationsegenskaber ved den specifikke volumenmodstand, overflademodstanden, gennemslagsspændingen, dielektricitetskonstanten og den dielektriske tabsfaktor.

De fleste amorfe basispolymerer er klare og transparente. Klarheden af polystyren og især polymethylmethakrylat (PMMA, plexiglas) er bedre end af de almindeligste glastyper. Stor klarhed og transparens skyldes udæmpet gennemgang af alle bølgelængder af synligt lys. Tilsætning af farve- og fyldstoffer kan frembringe farvede, transparente, translucente (gennemskinnelige) eller uigennemsigtige plast.

Kemiske og fysiske egenskaber

Plast har høj modstandsevne for påvirkninger af vand, damp, uorganiske kemikalier som syrer og baser samt organiske opløsningsmidler. Det gør plastmaterialer velegnede til opbevaring (tromler, containere, flasker og beholdere) og transport (pumper, rør, slanger og pakninger) af de pågældende stoffer. Basispolymererne og dermed plast har imidlertid stor brændbarhed. De kan således antændes ved både åben ild og elektrisk overbelastning. Brændbarheden kan mindskes ved tilsætning af brandhæmmende additiver.

Fremstilling og forarbejdning

Polymerer, som er basismaterialer til plastproduktion, fremstilles ud fra råolie og naturgas, ofte i tilknytning til olieraffinaderier. Udvalget af polymerer spænder vidt, fra de billige og meget udbredte polyolefiner (polyethylen, polypropylen og polystyren) til specialpolymerer med særlige kemiske, elektriske eller termiske egenskaber som fx polytetrafluorethylen, polyvinylkarbazol og flydende krystallinske polymerer. Ofte anvendes blandinger af polymerer, og i de fleste tilfælde tilsættes en række additiver eller fyldstoffer, som har betydning for produktionsprocessen eller giver plasten en særlig egenskab. Til de vigtigste additiver hører antioxidanter og stabilisatorer, som beskytter plast mod termisk og oxidativ nedbrydning under forarbejdning og i anvendelse. Denne såkaldte compoundering foregår ofte helt eller delvis hos producenterne af basispolymererne eller i specielle compounderingsfirmaer.

Almindelige plasttyper og deres anvendelse
navnindgående polymeranvendelse
(eksempler)
termoplast
ABS-plastcopolymer af
akrylnitril,
butadien
og styren
telefoner,
LEGO klodser
acetalplast (POM)polyoximethylentandhjul,
engangs-
lightere
akrylglas (PMMA)polymethylmethakrylatvinduer,
lygteglas
amidplast (PA)polyamidlejer,
beholdere,
kabler
carbonatplast (PC)polycarbonatcd'er,
beskyttelses-
hjelme
ethylenplast (PE)polyethylen
- høj densitet (HD-PE) rør,
havemøbler,
legetøj
- lav densitet (LD-PE) folie, rør,
slanger
PETpolyethylentereftalatPET-flasker,
lyd- og
videobånd
PPpolypropylenkufferter,
medicin-
emballage
PVCpolyvinylkloridrør,
tagrender,
slanger,
gulvbelægning
silikoneplast (SI)polysiloxanlaminat,
lak
styrenplast (PS)polystyrenflamengo,
husholdnings-
artikler
hærdeplast
epoxyplast (epoxyharpiks)polymerer
indeholdende
epoxidgrupper
kulfiber-
forstærkede
emner,
fx ski og
ketsjere
fenolplast (fenolharpiks)polymerer
indeholdende
kondensater af fenoler
og aldehyder
mineraluld,
elisolation
urethanplastpolyurethancelleplast til
fx madrasser
eller
isolering

De færdige plastprodukter fremstilles af plastforarbejdende virksomheder ved anvendelse af særlige formgivningsmetoder. Plast forarbejdes oftest til den endelige produktform i denne fase. Egentlig efterbehandling indskrænker sig normalt til dekorative formål som trykning, gravering eller laserindskrivning. Mekanisk efterbehandling fx ved fræsning kan forekomme i særlige tilfælde.

Hærdeplast formgives ved forskellige støbe- og presseteknikker, hvor udgangsmaterialet indesluttes i et hulrum og formes under anvendelse af tryk og sædvanligvis varme. Ved koldpresning bliver emnet først formet ved stuetemperatur og senere varmebehandlet. Sprøjtepresning er en speciel støbeproces, hvor det termohærdelige materiale overføres fra et varmekammer til hulrummet i et lukket, opvarmet formværktøj. I sinterstøbning støbes op mod en formvæg uden at anvende tryk.

For termoplast findes mange formgivningsmetoder, der udnytter materialets evne til at flyde. Den compounderede plast, ofte i granulatform, forarbejdes efter opvarmning og under tryk ved meget veldefinerede betingelser. Her benyttes især ekstrudering og sprøjtestøbning, der er kendetegnet ved kontinuerlig fremstilling af endeløse emner eller stykproduktion med høje styktal og korte cyklustider (for små emner få sekunder). Ekstrudering af flade geometrier til plader eller tynde baner kan følges af andre processer som kalandrering,masticering, laminering og vakuumformning. I visse tilfælde har det sprøjtestøbte emne ikke den endelige form, der først bibringes det i en efterfølgende proces ved blæseformning. Det anvendes i udstrakt grad til hule emner som fx PET-flasker.

Anvendelser

Plast har fundet anvendelse på utallige områder. Det største forbrug er til emballage, men også inden for byggeri, husholdnings- og kontorartikler, møbler, transportmidler og elektriske artikler har plast i vid udstrækning fortrængt andre materialer som metaller, beton, porcelæn, træ og pap.

Engangsemballage i form af poser, sække, flasker, beholdere, film og folier har lav fremstillingspris og mulighed for dekoration ved trykning. Engangsplastposer kan være avancerede produkter, der tillader det forseglede indhold at blive steriliseret ved elektronbestråling, fx til medicinske utensilier. Engangskasser af opskummet polystyren til transport af fx nediset fisk, kødprodukter eller potteplanter er andre eksempler. Samme produkt anvendes til transportbeskyttelse af især elektroniske apparater.

Genbrugsemballage er først og fremmest transportkasser og -containere, tromler og tanke i forskellige størrelser, fx øl- og sodavandskasser. Genbrugsplastflasker har i Danmark siden begyndelsen af 1990'erne i stigende grad erstattet glasflasker.

Plastfolie fremstilles ved at ekstrudere et opvarmet termoplast gennem et mundstykke; det resulterende rør holdes kontinuerligt opblæst ved indvendigt lufttryk under strækning og køling. Enkeltlagsfolier anvendes i stor udstrækning til emballage som poser, sække eller indpakningsfilm og som afdækningsfilm fx i landbrug og gartneri.

Plastfolier kan også være avancerede flerlagskonstruktioner, der tillige kan indeholde metalfolier (fx aluminium). De enkelte lag har forskellige gas- og væskebremsende egenskaber, så den sammensatte folie bliver aroma- eller vandtæt. Anvendelsen favner også her vidt fra vakuumpakkede fødevarer og kaffe til blod- og stomiposer.

Genanvendelse

Den stigende anvendelse af plastprodukter har skabt store mængder plastaffald. Det har ført til øget interesse for genanvendelse. Kasserede plastprodukter har imidlertid en kompleks og oftest ukendt sammensætning, og de forskellige basispolymerer er ikke umiddelbart blandbare. Sammenblanding vil kunne medføre faseseparation og resultere i produkter med meget ringe egenskaber. I plastindustrien genanvendes produktionsaffald i betydelig udstrækning.

Omfattende livscyklusvurderinger af plastmaterialer, der tager hensyn til økonomi, miljøpåvirkninger og materialeegenskaber, når ofte til den konklusion, at den bedste form for genanvendelse er energiindvinding ved kontrolleret afbrænding. Det vægtmæssige energiindhold i polyolefinerne er som i olie. Visse plasttyper, specielt kloridholdige som fx PVC, vil dog udvikle stærkt korroderende og giftige gasser (klorbrinte) under afbrænding og bør derfor bortskaffes på anden vis. I fremtiden forventes PVC-affald at kunne omdannes til nyttige kemiske produkter (kemisk genanvendelse).

Historie

Det første plastlignende materiale blev fremstillet ca. 1855 af den britiske kemiker og opfinder A. Parkes. Det dannedes ud fra cellulosenitrat, amerikansk olie og kamfer og fik navnet parkesine. Det blev forløberen for det første egentlige plastmateriale, celluloid, som blev fremstillet i 1869 af den amerikanske opfinder J.W. Hyatt. Celluloid er cellulosenitrat, som er blødgjort med kamfer. Motivationen for at udvikle dette nye materiale var at erstatte elfenben til fremstilling af billardkugler.

Det egentlige gennembrud for plast kom i 1905, da den belgiske kemiker L.H. Baekeland udviklede bakelit, fremstillet af fenol og formaldehyd sammenpresset med træmel. Denne formaldehydplast (se også fenolharpikser) fik hurtigt stor udbredelse og benyttes stadig i forskellige former. Det er den første repræsentant for hærdeplastene og den første helsyntetiske polymer.

Tiden mellem de to verdenskrige frembragte den første generation af termoplastene, polystyren, polyvinylklorid, celluloseacetat, nylon, polymethylmethakrylat, polyethylen samt carbamid- og melaminplast. I årene efter 2. Verdenskrig kom anden generation, de hårde konstruktionspolymerer eller tekniske polymerer som HD-PE (high density polyethylene), polypropylen, polycarbonat (se carbonatplast og polyestere), epoxy og polysulfon.

Endelig i slutningen af 1960'erne udvikledes tredje generation, fx polyimider, carbon- og aramidfibre samt flydende krystallinske polymerer. De følgende årtier har ikke bidraget med nye polymerer af volumenmæssig betydning. Udviklingen er derimod gået i retning af anvendelse af polymerblandinger, polymerlegeringer og compounder samt ikke mindst fiberforstærket plast (se kompositmaterialer). Fiberforstærket plast kan opnå egenskaber, der på mange måder overgår metallernes.

Plast og miljø

Plasticposer til engangsbrug kan indeholde ftalater.

Plasticposer til engangsbrug kan indeholde ftalater.

De miljømæssige gener ved plast er bl.a. knyttet til de stoffer, der netop gør plastmaterialer så velegnede til mange forskellige formål, nemlig fleksibilitet, holdbarhed og modstandsdygtighed over for fx ætsende kemikalier, svampe og bakterier.

Plaststoffer nedbrydes kun langsomt. Den stigende anvendelse af plast skaber mere affald, som enten skal deponeres på en losseplads eller brændes af. I naturen kan plastmaterialer som fx gamle dunke, tovværk og plastposer virke skæmmende og fx på strandene være til fare for fugle, der vikles ind i tråde og netværk, så de ikke kan slippe fri.

Som farvestoffer i plast anvendte man i begyndelsen ofte miljøfarlige tungmetaller, fx bly og cadmium. Disse farvestoffer er efterhånden blevet erstattet af mindre farlige forbindelser. Stabilisatorer og blødgørere bruges i vid udstrækning i PVC, der i sig selv er et hårdt og stift materiale. Mest anvendt som blødgørere er ftalater. Nogle af de anvendte ftalater, især DEHP (di(2-ethylhexyl)ftalat), mistænkes for at være farlige for sundhed og miljø, idet de har hormonlignende egenskaber. De er i Danmark forbudt i legetøj til børn under tre år. EU-kommissionen har undersøgt ftalaternes farlighed og i 2006 besluttet, at der ikke skal gribes ind over for de to ftalater DINP (diisononyl-ftalat) og DIDP (diisodecyl-ftalat), der nu anses for at være mindre farlige. Derimod vil man søge fortsat at mindske forbruget af den farlige DEHP, der i 2005 var nede på ca. 200.000 t om året mod næsten 700.000 t i begyndelsen af 1990'erne. Indholdet af DEHP i husholdningsaffald, bl.a. plastposer og plastfilm, gør dette affald vanskeligt at genbruge i kompost, fordi grænseværdien ofte overskrides.

Blandt plastprodukterne er PVC mest miljøbelastende, når det ender som affald. Blødgørere kan lække fra deponeret PVC-affald, og når det forbrændes, udvikles bl.a. dioxin og klorbrinte; sidstnævnte kan gå i forbindelse med regn og dermed blive til saltsyre. Man har dog udviklet effektive systemer til at rense røgen, således at klorbrinten ender i asken. Asken er imidlertid farlig for miljøet og skal derfor deponeres meget sikkert, fordi klorforbindelserne kan frigøre tungmetaller (bly, cadmium), der også kan være i den. De PVC-materialer, der ikke kan genanvendes, skal i videst muligt omfang holdes væk fra forbrændingsanlæggene og i stedet deponeres sikkert. Det forudsætter, at plastaffald sorteres meget omhyggeligt.

I 1991 indgik Miljøministeriet en frivillig aftale med fabrikanterne af PVC-materialer. Den gik bl.a. ud på, at mængden af PVC-materialer, der ender som ikke-genanvendt affald, i år 2000 skulle være reduceret stærkt i forhold til mængden i 1987: PVC fra byggematerialer med 77 %, fra emballage med 85 %. Dette mål blev næsten nået for emballagens vedkommende, men ikke for byggematerialernes. I 1999 blev der lavet en ny handlingsplan, der bl.a. skulle afvikle de mest problematiske anvendelser af ftalater, bl.a. ved at indføre afgifter på dem. Målet var en reduktion på 50 % af de farligste inden for 10 år. Der er indgået aftale med industrien om, at især PVC-rør og andre byggematerialer af hård PVC indsamles og sorteres forsvarligt, og hvad der ikke kan genanvendes og genbruges i nye produkter, må ikke brændes, men skal deponeres sikkert. De fleste af landets kommuner samt et stort antal private virksomheder og affaldsselskaber er tilsluttet denne indsamlingsordning.

I 2004 kom en lov, som på grundlag af den nye viden om PVC-affaldet differentierer afgifterne efter affaldets farlighed.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Bent Lauge Madsen, Carsten Hunding, Søren Hvilsted: plast i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 24. juni 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=142644