Referaat: Plastmass kui materjal (0)

Jõhvi Gümnaasium
Plastmass kui materjal
Referaat
Jõhvi 2011
Plastmassid moodustavad väga mitmekülgse grupi materjale. Plastik on materjal, mille koostisesse kuulub polümeerne aine. Polümeer on ühend, mille molekul koosneb kovalentsete sidemetega seotud korduvatest struktuuriühikutest. Plastikud ei lagune, seega on nendest lahtisaamine suur keskonnaprobleem, nad jäävad keskonda igaveseks. Parim lahendus nendest lahtisaamiseks on ümbertöötlemine. On hakkatud tootma ka orgaanilisest materjalist plastikuid, kuna sellised plastid lagunevad hästi ja ei ole keskonnale kahjulikud, nendest tehake enamasti piknikunõusid ja kilekotte.
Paljude traditsiooniliste materjalide asemel on edukalt kasutusele võetud plastid, sest neil on:

• madalam töötlemistemperatuur kui metallidel ja keraamikal, seega madalm energiakulu ;
  
• nad on kergemad (mahu ja massi suhe on polümeermaterjalide kasuks);
  
• viimistlemise minimaalne vajadus, toote odavus ;
  
• hea töödeldavus;
  
• korrosioonikindlus;
  
• hea tugevuse ja tiheduse suhe (eritugevus);
  
• plastid tagavad ühtlaselt vaikse töö ja müra summutuse;
  
• nad on head elektri- ja soojusisolaatorid.
  

Plastide puuduseks on:

• haprumine madalatel temperatuuridel;
  
• suhteliselt madal lubatav töö-temperatuur;
  
• vananemine aja jooksul;
  
• madal tulekindlus ;
  
• (suur soojuspaisumine ).
  

Ajalooline areng

Goodyear - Loodusliku kautšuki ristsildamine

kumm 1938

plastik (eboniit) 1851

Tselluloos - 1860

nitreeritud tselluloos

tselluloid Vask-ammoniaakkiud (Cu(OH)2+NH3)

Viskooskiud (ksantogenaat)

Atsetaatkiud (äädikhappe anhüdriid)

Herman Staudninger - 1920.a. tänapäevase makromolekuli mõiste, polümeeriteaduse isa

Wallace Carothesrs

DuPonti firmas alates 1931

Polümeeride süntees Polüamiidid,

polüestrid Kloropreenkumm

Karl Ziegler - Stereograafilised polümeerid

Giulio Natta - Kõrgtihe polüetüleen, polüpropüleen

Paul Flory - Polümeeride reaktsioonide mehhanism , konformatsioon, polümeeride lahused, kummielastsus
Plastmasse on väga erinevate omadustega, väljanägemisega ja kestvusega, mis sõltub nende keemilistest omadustest. Erinevate plastide saamiseks lisatakse nende koostisesse lisaaineid . Lisaaineteks on tavaliselt täiteained, plastifikaatorid, stabilisaatorid ja värvained.
Täiteained on pulbrilised, kiulised, teralised või rullmaterjale kujulised . Nende ülesandeks on materjali modifitseerimine , füüsikaliste ja mehhaniliste omaduste parandamine. Orgaaniliseks täiteaineks on puidujahu, tselluloos, paber ja puuvillriie. Anorgaanilistest täiteainetest kasutatakse grafiiti , klaasriiet, klaaskiudu ja teisi materjale. Plastikaatorid muudavad materjali elastsemaks, parandavad töödeldavust, vähendavad haprust ja suurendavad valu omadusi.
Lõppomaduste ja otstarbe järgi liigitatakse termoplastid ja termoreaktiivid :

• tarbeplastideks – need on polüetüleen (PE), polüpropüleen (PP), polüvinüülkloriid (PVC), polüstüreen (PS), fenoplast (PF) jt.
  
• konstruktsioonplastideks – need on polükarbonaat (PC), polüamiid (PA), orgklaas ( PMMA ), epoksüplast (EP) jt.
  
• eriplastideks – fluorplast (PTFE) jt.
  

Plastist toodete talitlusomadused, mis ilmnevad ekspluatatsioonis, on:

• mehaanilised: - vastupanu mehaanilistele mõjudele (tõmbele, survele, paindele, löögile), kõvadus, hõõrdekulumiskindlus;
  
• füüsikalis-keemilised: - soojus -/ külmakindlus, tulekindlus, soojusjuhtivus, soojuspaisumine, keemiline vastupidavus;
  
• elektrilised: - vastupanu elektrivälja toimele, dielektriline läbitavus;
  
• optilised: - läbipaistvus, valguse neeldumine /peegeldumine;
  
• tervisekaitse ja ohutusega seotud omadused.
  

Kõige levinum plast on polüetüleen (PE), mida on erinevaid liike: kõrgtihe polüetüleen, lineaarne madaltihe polüetüleen ja madaltihe polüetüleen. Enamasti kasutatakse seda veel ja rasval põhineva toidu ja jookide pakendamisel madalatel temperatuuridel. Ja ka muu toidu pakendamisel. Suure tihedusega polüetüleenist tehakse kilekotte, pakkekilet, kanistreid. Sellest ei eraldu toidu sisse kemikaale ja selle taaskasutamine oleneb kohalikust käitlusettevõttest.Madala tihedusega polüetüleenist tehakse kilekotte ja muid pakendid . LDPE-st ei eraldu toidu sisse mürgiseid kemikaale.
Toodandult teine plast on polüpropüleen (PP). See on kõvemam ja jäigem kui polüetüleen ja tal on kõrgem kasutustemperatuur (umbes100oC). Polüpropüleen on vastupidavam õlile ja rasvale . Orienteeritud polüpropüleeni on võimalik kasutada kile kahesuunalise või ühesuunalise venitamisega. Sellest valmistatakse toiduga kokkupuutuvaid asju, nagu pudrlid, mahutid, leiva pakkekiled, kausid . Polüpropüleenist ei imendu toidu sisse mürgiseid kemikaale.
Polüvinüülkloriid (PVC) on madala termilise stabiilsusega. Selle lagunemisel eraldub tervisele ohtlik HCl. See sisaldab samuti plastiku pehmendajaid, mida nimetatakse ftalaatideks. Uuringud kinnitavad, et ftalaadid kahjustavad hormonaalsüsteemi talitust. Polüvinüülkloriidi tootmisprotsessis vabaneb dioksiine, mida EPA määratleb ainetena, mis on suure tõenäosusega kantserogeensed . Orienteeritud polüvinüülkloriid on välimuselt sarnane klaasiga, kuid on kergem ja purunemiskindlam. Talle ei jää plekke peale ja ei anna kõrvalmaitset. Polüvinüülkloriid on vastavalt lisaainetele kahte liiki: plastifitseerimata ja plastifitseeritud . See oli esimene plast mida kasutati toidu pakendamisel pudelites. Vakstud on enamasti tehtud ka polüvinüülkloriidist. Valmistatkse veel kandikuid, kilesid, plekkpurkide sisepindasid ja purgikaane tihendeid.
Polüamiid (PA) on imekerge ja sealjuures väga vastupidav. See on väga elastne, hõõrumis- ja rebenemiskindel ja vett-tõrjuv. Ta on termoplastiline ja seetõttu on seda kerge kuumuse mõjul vormida. Polüamiidkiudude soojapidavus ja niiskusimemisvõime on väike, seetõttu tundub polümiidkangad külmana. Väikese niiskussisalduse tõttu on polümiidkangad kergesti elektriseeruvad. Seda segatakse enamasti puuvilla , villa, viskoosi või modaaliga, et suurendada tugevust, kiirendada kuivamist ja muuta kergemaks.
Polüstüreeni (PS) on mitut liiki. Puhas polüstüreen on ideaalselt läbipaistev, kõva ja rabe. Vahtpolüstüreen saadake kui lisatakse tootmisel vahustavaid lisandeid. Sellel on väike tihedus ja head soojusisolatsiooniomadused. Puhtast polüstüreenist valmistatakse topse toidu säilitamiseks ja ühekordseid plastklaase. Vahtpolüstüreeni valmistatkase aluseid, millesse pakendatakse tavaliselt puuvilju , juurvilju, liha ja kala, sellest tehakse veel ühekordseid topse. Kahes suunas venitatud kilet kasutatakse värske toodangu pakendamisel. Polüstüreeni tootmisel moodustuvad mürgised kemikaalid , mille tõttu oleks parem vältida PSil põhinevate esemete kasutamist.
Polükarbonaat (PC) on plastik, millest tehakse lutipudeleid, kõvasid plastikust topse, toidukarpe. „7” tähistab kategooriat „muu”, aga tihti kasutatakse seda märgistamaks polükarbonaate, mille koostises on bisfenool A (BPA). BPA võib kahjustada hormoonide tööd. Olemas on ka Polükarbonaat plastikut, mis on BPA-vaba.
Polüetüleentereftalaat (PET) on plastik, millest valmistatakse vee, mahla ja gaseeritud jookide pudeleid, toidupakendeid, küpsetusvorme, –kotte ja –kilet. PET märgistusega plastik on tavaliselt taaskasutatav. Pudeleid saab kasutada mitmeid kordi , kui neid tarvitamiskordade vahel sooja seebiveega pesta ning seejärel hoolikalt kuivatada. Siiski soovitavad keskkonnarühmitused pesemisega mitte üle pingutada, sest plastikust eralduvad kemikaalid võivad vette sattuda. Pudelid tuleb suunata taaskasutusse, kui nad on juba häguseks muutunud või mõranenud.
Plaste töödeldakse väga erinevalt. See sõltub plasti tüübist ja toote konstrutsioonist. Termoplaste eelkõige valatakse ja vormitakse, termoreaktiive pressitakse, valatakse ja vormitakse. Mõlemal puhul kasutatakse, treimist, freesimist, saagimist, puurimist. Keevitamist on võimalik kasutada ainult termoplastidel. See millist töötlemismeetodid valida sõltub paljudest asjadest:

• Kvaliteet ja tööviljakus
  
• Mõõtmete täpsus ja pinnaviljakus
  
• Toote kuju ja detailsus
  
• Lõpptoote suurus
  

Enamik plastide töötlemisprotsess koosneb järgmistest operatsioonidest:

• Kuumutamine töötemperatuurini
  
• Vormimisprotsess
  
• Jahutamine
  
• Toote eraldamine
  

Termoplastide töötlemisel kasutatakse järgmiseid meetodeid :

• Ekstrusioon puhumisvormimine. Kasutatakse järgmisi polümeere: polüetüleen, polüpropüleen, polüvinüülkloriid ja polüetüül-tereftalaati. Protsessi käigus muudetakse plastid plastseks. Plasti suurendatakse torukujulises õõnsas vormis, sulatatakse niikaua , kui on saavutanud õige pikkuse. Vorm pannakse teise asendisse, kus puhutakse õhk sisse, mille käigus plast võtab vormi kuju. Kui vorm on jahutatud, võetakse plast vormist välja.
  
• Survevaluvormimine. Üks levinuim ja arenvaim plastide töötlemismeetod. Selle meetodiga saab töödelda peaaegu kõiki termoplaste. Protsess ise on kiire ja sobib hästi ühesuguste toodete tootmiseks. Näiteks: televiisorite ja telefoni korpused .
  
• Sisetükiga valuvormimine. Saab töödelda polüpropüleeni, polüamiidi, polüstüreeni ja polükarbonaati. Sisetüki võib tootesse viia vormimis protsessi ajal kui ka peale vormimist. See on sarnane survevaluvormimisele. Enne kui sulaplast valuvormi surutatakse, sisestatakse valuvormi sisetükk. Peale jahtumist võetakse vorm lahti ja valmis toode eemaldatakse sealt. Selline protsess on täielikult automatiseeritud ja seetõttu on ta laialt levinud.
  
• Puhumissurvevormimine. Koosneb kolmest olulisest etapist: plasti sissepritsest, puhumisest, toote eemaldamisest. Sellega valmistatakse seest õõnsaid tooteid suurtes kogustes . Peamiselt toodetakse, pudeleid, purke ja teisi sarnaseid tooteid. See protsess sobib nii kitsa kui ka laia suuavaga toodete täielikuks ja lõplikuks valmistamiseks. Kasutatavad materjalis: polüetüleen, polüpropüleen, polüetüleen-tereflalaat, polpvinüülkloriid.
  
• Kile puhumine. Üks kõige levinum viis kilede tootmises on kilede puhumine ekstrusiooni meetodil. Protsess hõlmab endas plastmaterjali ekstrusiooni läbi ringikujulise vormi, millele järgneb „mulli sarnane“ paisutamine. Peamiselt kasutatakse polüetüleeni
  
• Vahtsisemusega plasti vormimine
  
• Rotatsioonvormimine
  
• Venitus-puhumisvormimine
  
• Vahtpolüstüreeni vormimine
  
• Vaakumvormimine
  
• Survevaluvormimine gaasi abil.
  

Mõnede inimeste arvates oleks prügiprobleemi üks võimalikke lahendusi biolagundatavate plastmasside laiem kasutuselevõtmine. See lahendaks keskkonnasõbralikul moel vanadest kilekottidest tuleneva reostuse probleemi. Esmapilgul võib mõte heana tunduda, kuid kas see on tõepoolest keskkonnale parem?
Prügi mahaviskamise peamine põhjus on vastutustundetu käitumine ning probleemi lahendamiseks tuleb eelkõige muuta inimeste suhtumist mitte äravisatavaid asju. Toodete biolagundatavaks muutmine võib tegelikkuses prügi mahaviskamise probleemi veel hullemaks teha. Nimelt võivad inimesed jõuda arusaamani, et väärtuslike ressursside, nagu plastmassid, äraviskamine on normaalne. Näiteks heki sisse visatud biolagundatavast plastmassist valmistatud kilekoti täielikuks lagunemiseks kulub mitu aastat, mitte mõni päev nagu osad arvavad. Isegi äravisatud banaanikoorel läheb 1-3 aastat enne kui ta biolaguneb.
Lisaks sellele on biolagundatavatel plastmassidel korralikuks lagunemiseks vaja ka teatud tingimusi (õiged mikroorganismid, temperatuur ja niiskus) ning kui nendega õigesti ümber ei käida võivad nad keskkonna jaoks osutuda palju suuremaks koormaks kui tavalised plastmassid. Kui biolagundatavad plastmassid ladustatakse prügimäel, (mida tuleks igal võimalikul juhul vältida) hakkavad nad lagunedes tootma kahjulikke kasvuhoonegaase.
Mida kujutavad endast biolagundatavad plastmassid? Biolagundatavad plastmassid on plastmassid, mida mikroorganismide ( bakterid või seente) abil on võimalik veeks , süsinik dioksiidiks ning bioloogiliseks massiks lagundada. Väga oluline on siinkohal ära märkida, et biolagundatavad plastmassid pole ilmtingimata valmistatud bioloogilisest materjalist (näiteks taimedest ). Paljusid biolagundatavaid plastmasse toodetakse samamoodi naftast nagu tavalisigi plastmasse.
Milleks biolagundatavad plastmassid head on? Peamiselt hinnatakse plastmasse sellepärast, et neist on võimalik valmistada tugevaid, vastupidavaid tooteid (näiteks transpordis , pakendamises ning ehituses). Biolagunemist peaks seega käsitlema lisaomadusena, mida tuleks rakendada juhul kui toode on oma ülesande täitnud ning temast on vaja võimalikult säästlikul viisil vabaneda (näiteks pakendamine, toiduainete hoiustamine ning nende värskena hoidmine). Head näited biolagundatavatest toodetest:

• toiduainetööstuses - pakendid, mida saab koos neis sisalduva toiduga kompostida , kui toode on riknenud või ületanud soovitatava tarbimiskuupäeva;
  
• põllumajanduses - plastikust kattematerjal, mida võib künda biolagundatavate multšimis- ja seemnekülvikilede sisse;
  
• meditsiinis - haavadesse sisse sulavad õmblused; mikroskoopilised niidid, mis sisaldavad keha pinnal iseenesest lagunevaid ravimeid.
  

Biolagundatavus on omadus, mis sõltub paljuski bioloogilise keskkonna tingimustest (inimese keha erineb mullast). Seda silmas pidades võime öelda, et toodete, nagu näiteks kilekottide, omaduste muutmine selliseks, et neid oleks võimalik ka kompostida, pole eriti mõttekas, kuna taolist laadi biolagundatavus ei lahenda prügi probleemi (erinevad tingimused materjalidele kompostis ja mullas).
Kokkuvõtteks peame tõdema, et selline suhtumine, kus otsitakse lahendusi, misläbi tooteid lihtsamini ära oleks võimalik visata, on vale. Biolagundatavad plastmassid on väga huvitavad ning kasulikud materjalid, kuid neid tuleks kasutusele võtta ainult siis, kui neist on kindla toote juures ka kindlal moel kasu. Parim viis planeedi kaitsmiseks on säästa energiat, arendada jäätmekäitlustehnoloogiaid ja taaskasutada kõiki plastmasse.
Plastnõud, polüstüreenist
Toidu alused, polüstüreenist
Vakstud, polüvinüülkloriidist
Säilituskarbid, polüpropüleenist
Kilekotid , polüetüleenist
Kasutatud kirjandus:
http://et.wikipedia.org/wiki/Plast
http://www.bioneer.ee/eluviis/tarbimine/aid-8493/Mida-peaks-teadma-plastikust-toidun%C3%B5ude-kohta -
http://www.eava.ee/opiobjektid/mto/materjalid/plastide_liigitus_ja_omadused.html
http://sites.google.com/site/ehitusmaterjalidme/materjalide-kirjeldused/suenteetilised-materjalid
http://www.vet.agri.ee/static/body/files/881.Polyetyleen.pdf
http://www.vet.agri.ee/static/body/files/883.Polypropyleen.pdf
http://www.vet.agri.ee/static/body/files/885.Polyvinyylkloriid.pdf
http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/269/6.1.TEKSTIILKIUDUDE%20KIRJELDUSED.KEEMILISED%20KIUD.pdf
http://www.vet.agri.ee/static/body/files/884.Polystyreen.pdf
„ Eneke nr.3“
„Organiline keemia“ Ants Tuulmets