műanyagok

A műanyagok mesterséges úton előállított, vagy átalakított óriásmolekulájú anyagok, szerves polimerek.
Ma már elképzelhetetlen nélkülük az élet. Jelen vannak mindenütt a háztartásokban, a járművekben, az egészségügyben, az elektronikában, az űrkutatásban, amerre nézünk mindenütt. Sokszor olyan helyeken is jelen vannak, ahol nem is gondolnánk (Például amit papírnak nevezünk, sokszor az is tartalmaz műanyag(oka)t, de általában műanyagok a festékek hordozói is. A 80% pamutot tartalmazó zokniban 20%-a műszál, a lakkok, ragasztók zöme szintén valamilyen műanyag.)
Számtalan különböző műanyagot gyártanak, némelyeket igen nagy mennyiségben.

Lexikonomban nagyon sok műanyaggal kapcsolatos információ érhető el a Szójegyzék kereső mezőjébe beírva a műanyag(ok) keresőszót.
Természetesen megtalálhatók "egyenként" is ugyanitt az adott műanyag nevét (pl. politetrafluoretilén), vagy rövidítését (pl. ptfe), vagy kereskedelmi nevét (pl. teflon) beírva.
Elérhetők továbbá a Kislexikon rész tartalomjegyzékéből, valamint a Kémia rész tartalomjegyzékéből a műanyagok címszó alatt, megfelelően csoportosítva.
Ebben a részben egy általános, összefoglaló áttekintés található.

Történeti áttekintés

A műanyagok ősei az ókorban is ismertek voltak. Ezek a különböző természetes gyanták és a bitumen. Mesterséges úton nagytömegű műanyagot az 1900-as évszázad végén kezdtek előállítani.
Óriásmolekulájú vegyületeket sokszor véletlenül állítottak elő, műanyagként csak később alkalmazták őket. ( Pl.: polisztirolt már 1835-ben előállítottak, de műanyagként csak közel 100 év múlva kezdték alkalmazni. Teflont is előállítottak már 1936-ban és használták is már a II. Világháború alatt, de nálunk csak jóval később vált ismertté.)
A műanyagok nagyarányú termelése az 1930-as években indult meg.
1908-ban Baekeland belga tudós találmányával indult meg a nem természetes alapú, szintetikus felépítésű műanyagok gyártása. Backeland fenol, formaldehid kondenzációs alapú műgyantája tette lehetővé a bakelit sajtolóporok gyártását.
1921-ben Pollák osztrák tudós a karbamid-formaldehid alapú kondenzációs termékek - aminoplasztok - felfedezésével vitte előbbre a szintetikus műanyagipart. E kettőt követte gyors egymásutánban az anilin, a különféle alkidok, a ftálsavas glicerin, a vinilgyanták és présporok stb. gyártása egészen napjaink legújabban birtokba vett műanyag-szenzációkig.
De a fejlődés még egyáltalában nincs lezárva, mert az első műanyag felfedezésével a világ új nyersanyagforrás birtokába jutott.

A műanyagok nyersanyagai megtalálhatók a növény és állatvilágban. Természetes alapú műanyagok nyersanyagai cellulóz, furfurol és a növényi olajok, továbbá a kaucsuk a természetes gyanták és a bitumenek.

Csoportosításuk

A műanyagok sokféleképpen csoportosíthatók:

Eredet szerinti besorolás

Eredet szerint beszélhetünk természetes alapú és mesterséges úton előállított műanyagokról.

Természetes alapú műanyagok

* Cellulózszármazékok
Leggyakoribb cellulózból előállított műanyagok:
Vulkánfíber: erős, szívós anyag, amely megduzzasztva melegen könnyen formázható. Jól forgácsolható, szilárdsága nagy, sűrűsége kicsi.
Viszkóz: fonalat (műselyem - a képen), fóliát (cellofán), és szivacsot készítenek belőle.
Celluloid: átlátszó, igen tiszta, jól színezhető anyag.

* Fehérjeszármazékok
Más néven fehérje alapú műanyagok A fehérjék növényi vagy állati eredetű természetes óriásmolekulák, amelyek fő alkotóelemei az aminosavak.
A kazein (tej fehérje) 17 különböző aminosavmaradékból épül fel.
Kazeinalapú műanyag (műszaru): Erősen hasonló a természetes szaruhoz. Színezhető, polírozható, forgácsolható. Oldószere nincs. (A képen egy műszaruból készült szobor.)
Vérfehérje alapú műanyag: Szintén műszaru készíthető belőle. Meggyújtva szenesedik és igen kellemetlen szaga van.

* Kaucsukszármazékok
Klórkaucsuk: sárgásfehér színű szemcsés szagtalan por. Jó minőségű lakkalapanyag. Filmje korrózióálló. Ellenáll sósavnak, lugoknak.
Hidroklórkaucsuk: színtelen gyantaszerű termék.
Ciklokaucsuk: Vulkanizálással fémhez ragaszható, csak 60°C-ig alkalmazható.
Gumi: Régóta alkalmazott, rugalmas, természetes polimer.
Keménygumi (Ebonit): Savaknak, lugoknak sóknak ellenáll.
Ebonit akkumulátor ház.
Fekete színű szilárd anyag, felmelegítve jól hajlítható.

* Egyéb természetes alapú műanyagok
Bitumenek: Aszfalt alapú műanyagok.
Kátrányok: Desztillációs termékük a szurok.
Sellak: Cserjék, fák ágain pajzstetvek szúrásának hatására keletkezik. Hazája India. Hőre lágyuló plasztikus massza. Jó villamos szigetelő tulajdonságú.
Faktisz: A gumiipar legfontosabb adalékanyaga. Telítetlen növényi olajokból kénnel való melegítéssel előállított képlékeny műanyag.
Linóleum: Rugalmas, kopásálló. Jó minőségű hézagmentes bevonatok készíthetők belőle.

Mesterséges úton előállított műanyagok
Mesterséges úton, kis molekulákból állítanak elő óriásmolekulákat. Az alapmolekulák (monomerek) kapcsolódása szerint a következők lehetnek:

- Polikondenzációs műanyagok
Kémiailag eltérő felépítésű alapmolekulákból makromolekulák jönnek létre, melléktermék keletkezésével.
Polikondenzációs folyamat során a monomerek egyesülésekor a melléktermék általában víz.
A polikondenzációs műanyagok szerkezete lehet lineáris, fonal alakú és térhálós.

A lexikonomban megtalálható polikondenzációs műanyagok:
bakelit, (PET) poli(etilén-tereftalát), (PA) poliamidok, nylon66, kevlar, polikarbonátok, poliészterek, cianoakrilátok, fenoxigyanták

Két gyakran használt polikondenzációs műanyag a (PET) poli(etilén-tereftalát) (balra) és a nylon66  (jobbra) molekulaképe.

- Polimerizációs műanyagok
polimerizáció során az alapvegyület (monomer) molekulái melléktermék nélkül, a kettős kötések felbomlása útján kapcsolódnak egymáshoz.
A koncentráció növelése, a hőmérséklet, a nyomás és a fény gyorsítja a polimerizációt.
Úgynevezett módosítókkal szabályozható a molekulasúly és az alak.

Az egyik legelterjedtebb polimerizációs műanyag a polietilén. (Az egyes műanyagoknál számos alkalmazásról láthatók képek.)

A lexikonomban megtalálható polimerizációs műanyagok:
(PE) polietilén, (PP) polipropilén, (PVC) poli(vinil-klorid), (PTFE) poli(tetrafluor-etilén) (Teflon), (PS) polisztirol, (PMMA) poli(metil-metakrilát) (plexi), (PVAc) poli(vinil-acetát), (PVA) poli(vinil-alkohol), (PAN) poliakrilnitril

	Néhány jellemző polimerizációs műanyag molekulaképesorban megtekinthető a gombokra kattintva.

- Poliaddíciós műanyagok
Kémiailag különböző molekulákból makromolekulák jönnek létre, melléktermék keletkezése nélkül.
Az óriásmolekulákat két vagy több funkciós alapvegyület kapcsolódásával kapják, melléktermék keletkezése nélkül.
Általában alacsony hőmérsékleten megy végbe, katalizátorra nincs szükség.
Ide tartoznak a (PUR) poliuretánok, polikarbamidok (PUK), epoxigyanták (EP). (A képen az ismert "purhab" alkalmazása.)

- Szervetlenláncú műanyagok
Ide tartoznak a különböző szilikonok, olyan nyílt láncú vagy gyűrűs polimerek, amely a -SiR₂O- ismétlődő egységeiből állnak.
Az egykomponensű szilikongyanták szobahőmérsékleten a levegő nedvességtartalmának hatására vulkanizálódó szilikongumik.
A kétkomponensű szilikongyanták használatosak levegőtől elzárt térben illetve vastagabb réteg előállítására.
Katalizátorral történő térhálósítás során gumiszerű termékké alakulnak.

Hővel szembeni viselkedés szerint

Hőre keményedő műanyagok
Ide tartoznak pl. a fenoplaszt gyanták, aminoplaszt gyanták, melamin-formaldehid gyanták, telítetlen poliésztergyanták és sajtolóanyagok, epoxigyanták és epoxi-sajtolóanyagok, szilikonok

Hőre lágyuló műanyagok (termoplasztok)
Ide tartozik pl. a (PE) polietilén, (PP) polipropilén, (PVC) poli(vinil-klorid), (PVAc) poli(vinil-acetát), (PVA) poli(vinil-alkohol), (PTFE) poli(tetrafluor-etilén) (Teflon), (PS) polisztirol, (PMMA) poli(metil-metakrilát) (Plexi), (PA) poliamidok, polikarbonátok, cellulózacetát, ABS műanyagok, (PLA) politejsav származékok, (PHA) polihidroxialkanoát

Szerkezetük szerint

Fonalas
A fonal alakú makromolekulák egyik megjelenési alakjában a molekulaláncok rendezetlen gombolyag képét mutatják. Ebben az esetben amorf szerkezetről beszélünk. (Iyen fonalas szerkezetű műanyagok molekulaképei fentebb a polimerizációs műanyagoknál láthatók.)
A másik megjelenési alakjukban a molekulaláncok részben párhuzamosan rendezettek is lehetnek.
Közös tulajdonságuk hogy oldószerben oldhatók, és melegítéskor megolvadnak.
Ezek a hőre lágyuló műanyagok.

Térhálós
A térhálós molekulákban a molekularészek sokkal inkább rögzítettek, mint a nem térhálós molekulákban.
Szerves oldószerben nem oldódnak, és melegítéskor nem olvadnak meg.
Ezek a hőre keményedő műanyagok.

Egy tipikus térhálós műanyag a bakelit molekulaszerkezete.

Feldolgozásuk

Az egyes feldolgozási eljárásokról ennél részletesebb információ található az eljárás nevére kattintva.

A hőre keményedő műanyagok jellemző feldolgozási eljárásai:

Sajtolás
Műanyag porból vagy granulátumból préselnek különböző alakú műanyag eszközöket.

1. A granulátumot vagy port elhelyezik a szerszámban	2. A szerszámot összezárják és nyomás alatt tartják	3. A szerszámot kinyitják és kiveszik a terméket

Fröccssajtolás
Bonyolult, vékonyfalú, mély lyukakkal, fémbetétekkel, szigorú mérettűréssel rendelkező darabok gyártása esetén alkalmazzák.

Fröccsöntés
Egyre nagyobb jelentőségű a hőre keményedő műanyagok feldolgozása csigadugattyús fröccsgépeken. Nemcsak olcsóbb eljárás, mint a nyomásos sajtolás vagy a fröccssajtolás, hanem a késztermék is jobb minőségű és méretpontosabb. (Lásd a lentebbi ábrát.)

A hőre lágyuló műanyagok jellemző feldolgozási eljárásai :

Fröccsöntés
A hőre lágyuló műanyagok feldolgozásának egyik legelterjedtebb módja.
A megömlesztett műanyagot megfelelő nyomással a hűtött szerszámba lövellik.
Végül a megdermedt munkadarabot a szerszámból kidobják.

Műanyag tárgyak készítése fröccsöntéssel.

Extrudálás
Vég nélküli folyamatos termék, pl. a csövek, rudak, különböző idomok, lemezek, fóliák, stb. előállításához .

Az ábrán műanyag lemez előállítása látható extrudálással.

Kalanderezés
Lemezek, fóliák gyártása forgó hengerpár között.

Az ábrán működésének elve látható fóliagyártás során.

Vákuumformázás
Vákuumformázással fólia és lemez alakítható. Elterjedtebb a negatív és szívó eljárás - ennek elve látható az ábrán.

Fúvásos alakítás
Palackok és egyéb üreges testek előállítására alkalmazzák.

Felhasznált irodalom