Kiállítás − K 2004
2004.12.02.
M403
Mûszaki fejlesztések a K 2004 idején I. Alap- és adalékanyagok csomagolástechnikai célokra DR. MACSKÁSI LEVENTE a Mûanyag és Gumi fõszerkesztõje
A Düsseldorfi Vásár sajtóközpontja, a korábbi hagyományoknak megfelelõen, mûanyagipari szakértõket kért fel, hogy szakterületük újdonságait bemutassák a K 2004 újságíróinak. Három részes sorozatunkat az általuk készített összefoglalókból válogatva állítottuk össze. Az elsõ részben a csomagolástechnikában használatos alap- és adalékanyagokat mutatjuk be, nevezetesen a nagy karriert befutó PET palackanyagot, a BOPP fóliával kapcsolatos újdonságokat, foglalkozunk a készételek és friss húsok csomagolásához használt mûanyag tálcákkal, a mûanyag adalékanyagokkal, különös tekintettel a nanokompozitokra. A másodikban a mûanyagoknak a sportszerek, a játékok és a gyógyászati cikkek gyártásában történõ alkalmazását, a harmadikban pedig a mûanyagok jármûipari felhasználását tekintjük át. 1. PET − a dinamikus csomagolóanyag 1.1. Három évtizedes piaci tapasztalatok A PET már 30 éve versenyez az üveggel, kartonpapírral és fémdobozokkal az üdítõital-csomagolás világpiacán. A növekvõ népesség és a tiszta, friss víz hosszúidejû tárolhatóságának, szállíthatóságának igénye tág lehetõséget teremt a mûanyagoknak. A fejlett országokban a tej, dzsúsz, ásványvíz, tea és egyéb üdítõk csomagolása már meghaladja ezeket a követelményeket. A termékek széles skáláján megtalálható az adott célra legalkalmasabb csomagolás. A PET könnyû, átlátszó, repedésálló és jól feldolgozható, további elõnye a nagy formatervezési szabadság. Mind a K 2004-en, mind a 2005 áprilisában megnyíló INTERPACK kiállításon sok, eddig megválaszolatlan kérdésre kaptak és kapnak választ az érdeklõdõk. Eddig egy anyag sem elégítette ki olyan mértékben a csomagolás támasztotta követelményeket, mint a PET. Elsõ alkalmazása 1968-ra tehetõ, Amerikában a Heinz paradicsommártást csomagolták PET flakonba. Az anyaggyártó DUPONT céggel együttmûködve, a VAN DOORNE feldolgozó egylépcsõs gépen kezdte gyártani a palackokat. Az európai gépgyártók (SIPA, GILDEMEISTER és KRUPP) e szabadalom felhasználásával folytatták a PET palackok terjesztését. A holland Vrumonában, elsõként a világon, 1979-ben Pepsi kólát töltöttek PET-be. Dél-Európában a 80-as években még kevés helyen alkalmaztak a PVC helyett PET palackot az étolaj kiszereléséhez, de a francia vízforgalmazók már ekkor a PET
28
MÛANYAG
ÉS
GUMI
felé fordultak. Az üveghez hasonló tisztasága és átlátszósága, valamint a 90-es években erõteljesen reklámozott repedésállósága Németországban jelentõsen fellendítette a piacot. 1988 és 1992 között a német üdítõital ipar még csak egyfajta PET palackot ismert. 1990-ben a COCA-COLA újratölthetõ palackot hozott forgalomba. A 80-as évek közepétõl az Egyesült Királyságból és az USA-ból nagy PET tartályokban szállították az alkoholt. Ma az Egyesült Államokban a szeszes italok 40%át PET palackokba töltik. 1.2. Hihetetlen siker A PET a fóliák, a széles szájú edények mellett a legnagyobb sikert az üdítõitalos palackoknál érte el. Elõször a szénsavas italok, ásványvizek, végül a „szent tehén”, a sör került flakonokba és ma már mindennap új formájú, változatos színû csomagolóanyagok jelennek meg az üzletek polcain, amelyekbe teákat, dzsúszokat és még szentelt vizet is töltenek. Szakértõk szerint 2003-ban 80 milliárd PET palack volt forgalomban. Európában évenként 8−10%-kal, világszerte 10−15%-kal nõ a mennyisége. Európában a szénsavas üdítõ csomagolásában megállt, Németországban visszaesett a PET felhasználás. A PET az egyedüli csomagolóanyag, amely önmagában, egy rétegként is kellõképpen visszatartja az oxigént, a széndioxidot és a szagokat. A nagyobb hõállóságot igénylõ alkalmazásoknál, pl. a forrón töltött italokhoz, a PET helyett a PEN (poli(etilén-naftalát)) felé fordultak a gyártók. 1.3. Kész palackok vagy elõformák A piacon már régebben jelen lévõ, újratölthetõ PEN palack ára 0,5 euró, míg az új 1 literes gyümölcsleves palack 0,7 euróba kerül és ez nagyjából azonos a PET palack árával. Egyes vélemények szerint a többrétegû PET bár drágább, de egyes területeken, pl. a sör csomagolásában mégis teret nyerhet. A 3-rétegû PET sörös palack a legkedvezõbb megoldás, az 5-rétegû csomagolást az érzékenyebb élelmiszerekhez, pl. paradicsom vagy más szószokhoz ajánlják. 100 darab 1 literes, többrétegû elõforma ára 8,45 euró, az egyrétegû, forró anyaghoz (85°C) használható elõforma 9,94 euró, míg ennél magasabb hõmérsékletû töltéshez (95°C) 11,24 euró. Meg kell említeni, hogy az elõforma ára a kész forma árának 25%-át teszi ki. Ame2005. 42. évfolyam, 1. szám
2004.12.02.
rikában inkább a már felhasználásra kész palack terjedt el, míg Európában az elõforma a kedveltebb. A gyártósorokba betáplált elõformákat tovább alakítják, töltik, címkézik és kupakkal lezárják. A mûanyag csomagolóanyagok nagyon piacorientáltak, azt gyártják, amit a vevõ kíván. A világpiacon jelenlevõ közel 80 ásványvíz-gyártó cég mindegyike megkülönböztethetõ alakú palackot igényel termékéhez, míg a diszkont áruházaknál a legfontosabb követelmény az olcsóság. Az elõbbi vállalatok különleges palackokba töltik a drága élelmiszereket, az utóbbiak általában hatosával, kézben vihetõ zsugorcsomagolásban teszik az árut a polcokra. Mindkét irányzat követelményeinek megfelelnek a mûanyagok, népszerûségüket kis sûrûségüknek és sokoldalúságuknak köszönhetik. Szakemberek szerint szükség van a gázzáró-tulajdonságok további javítására, míg a palackgyártók reménykednek a teljesen újrafeldolgozható, egynemû alapanyagban, amelyre nincsenek hatással az olajipar változásai [1].
M403
A BRÜCKNER cég uralja a piac felét, az eladás közel megkétszerezõdött, a 2001. évi 119 millió euróról, 2002-re 225 millió eurót ért el. 2.2. A BOPP jövõje Kínában Az angol piackutató intézet, a PCI FILMS CONSULLTD. szerint a Távol-Kelet hamarosan kiüti a nyeregbõl Európát. 2004-ben Kína 1,75 millió t/év, míg Nyugat-Európa csak 1 millió t/év kapacitással bõvül. A PCI a BOPP fólia gyártás éves növekedését 1998− 2002 között világszerte 9%-ban határozta meg, ez évi 1,1 millió tonnának felel meg. A KUNSTSTOFF INFORMATION közel 3,2 millió t/év felhasználást közöl 2002-re, míg az új beruházás 3,8 millió t/év, amibõl az következik, hogy a teljes kapacitást nem használják ki. A PCI évi 7,7% növekedéssel számolva azt jósolja, hogy a termelés 2007-re eléri a 4,6 millió tonnát. A növekedés nagyobbik felét Ázsiában várják. TING
2.3. Sok jó pont 2. A BOPP fólia világszerte tovább hódít A BOPP sikere manapság sem csökken. A vékony és nagy tépõszilárdságú anyag egyre nagyobb érdeklõdést kelt, növekszik a felhasznált mennyiség. 2.1. Egy piacvezetõ gépgyártó üzleti sikere A BRÜCKNER MASCHINENBAU GMBH (Siegsdorf) három magas színvonalú BOPP fóliagyárat adott el a kínai SHUANG LIANG csoportnak. A szerzõdést tavaly nyáron írták alá: két üzem maximum 8,2 m, egy maximum 6,6 m széles fóliát fog gyártani. Számítások szerint a három üzem névleges kapacitása eléri az évi 115 000 tonnát. A német cégnek eddig ez a legnagyobb eladása Kínában. A 2004 õszén induló termeléssel ez lesz a legnagyobb kínai BOPP fólia gyár. A fólia vastagsága 12−60 µm, általános célú csomagoló anyagként, cigarettadoboz borításra, illetve forró levegõvel hegesztett fóliához kívánják használni (1. ábra).
1. ábra. BOPP fólia gyártó sor feltekercselõ egysége
2005. 42. évfolyam, 1. szám
Kína csak most kezdi a BOPP fólia kedvezõ tulajdonságait érzékelni a csomagolásban, Európában és az Egyesült Államokban ez már régóta ismert. A kiváló mechanikai tulajdonságok, mint a tépõszilárdság, ütésés lyukasztási ellenállás, a gáz- és gõzzárás alkalmassá teszik a széleskörû felhasználásra. Mindehhez ragyogó fénye, átlátszósága is hozzájárul. Ellenáll az olajoknak, zsíroknak, oldószereknek, hidegnek és melegnek, mérettartó és karcálló, teljesen semleges, nincs íze, szaga és fiziológiailag biztonságos. A KUNSTSTOFFE folyóirat szerint 1960 és 1990 között 0-ról 1 millió tonnára emelkedett az eladása. Fõleg a het-
2. ábra. Fóliafúvó torony
MÛANYAG
ÉS
GUMI
29
2004.12.02.
M403
venes évek közepén ugrott meg a két irányban nyújtott PP fólia iránti igény, kiszorítva a cellofánt. A forró levegõvel hegeszthetõ változatot koextrudálással készítik, csakúgy, mint a papírral, fémmel laminált (kondenzátor) fóliákat. Ezek az új termékek nemcsak a cellofánt helyettesítik, hanem az alumínium fóliákat és a papírt is. A címkék készítésében szintén meghatározó a szerepük. Ausztráliában a bankjegyeket is BOPP fóliára nyomtatják, csökken a hamisítási kockázat, és amellett, hogy higiénikus, hosszabb ideig forgalomban maradhat. 2.4. Transrapid elv a BOPP fóliagyártásban Joachim Nentwig szakíró is hangsúlyozza, hogy a BOPP fólia legnagyobb piacát a csomagolás jelenti. Új eljárások, javított tulajdonságú termékek még további lehetõséget nyitnak felhasználásuknak. A BOPP fóliákat fúvással vagy gyakrabban lemez extrudálással gyártják. Az extrudálást nyújtás követi és ennek két irányban orientált fólia az eredménye. Ezáltal megváltozik a molekulaszerkezet, nõ a fólia átlátszósága és szilárdsága, kedvezõbb lesz a merevsége, jobban ellenáll a hidegnek, csökken a gáz- és gõzáteresztése. Az újabb fejlesztéseknél, mint pl. a metallocén katalizátorral készült polipropilénnél nem csökkennek ezek az elõnyök, sõt javul a feldolgozhatóság. Ezt már a K ’95 kiállításon is bizonyították és a vezetõ gépgyártó cég, a BRÜCKNER akkor mutatta be a LISIM (Linear Motor Simultaneous Streching Technology − lineáris motor szimultán nyújtási technológia) technológiáját. Ezzel az eljárással javul a fólia izotrópiája az egyidejû hossz- és keresztirányú nyújtásnak köszönhetõen mindkét irányban azonos orientáció jön létre. Hasonlóan a „Transrapid” eljáráshoz, a lényeg itt is a lineáris motor, amely külön-külön felgyorsítja vagy lelassítja a fóliát fogó csipeszeket. Ezzel nõ a termelékenység, javul a felület minõsége, nõ a tépõszilárdság és lehetséges még vékonyabb fólia gyártása is. 2.5. A fúvott fólia jövõje A BOPP fóliagyártás gyakorlatilag teljesen automatizált, ami nemcsak kiváló minõséget biztosít, hanem a termelés optimalizálását is jelenti. Érzékelõkkel folyamatosan figyelik a minõséget és szükség szerint beavatkoznak, hogy tartsák az elõírt paramétereket (2. ábra). A síkfólia mellett a fúvott fólia gyártása is fejlõdik. A WINDMÖLLER AND HÖLSCHER (Lengerich) fúvógép gyártó cég azt állítja, hogy soha nem volt jobb minõségû fúvott fólia, mint amit most képesek készíteni. Ezt az automatizálás tette lehetõvé, nem pedig az új eljárások, mint pl. a terelõlappal ellátott hornyolt extruder vagy a hõtanilag és reológiailag optimalizált extruder fej. Az új fejlesztések, mint pl. a métersúly ellenõrzés, súlyszerinti adagolás, alakszabályozás, ultrahangos buborék és
30
MÛANYAG
ÉS
GUMI
szélesség beállítás stb., nem hoznak nagyobb hasznot, mint amit a síkfóliánál értek el. Teljesen érthetõ, hogy a fúvott fóliagyártók nagyobb „szeletet” kérnek a BOPP tortából, csak az a kérdés, hogy van-e még szabad hely a piacon [2]. 3. Mûanyag tálcák készételek, friss húsok csomagolására és önkiszolgáló éttermek részére Napjainkban egyre jobban terjednek a félkész vagy elõfõzött, csomagolt ételek. Németországban az önkiszolgáló pultokon a kolbászok, sajtok, az elõcsomagolt friss húsok mennyisége nõ. A csomagolóanyagok között elsõ helyen a mûanyagok állnak. 3.1. Hõformázott tálcák piaca A mélyhûtött ételek, saláták, pizzák, tészták sokféle változata található meg az üzletekben. Sem az azonnal fogyasztható készételek, sem a melegítve tálalható ételek nem olcsóbbak, de a vásárlók hajlandók többet fizetni a frissességért, hosszabb eltarthatóságért, minõségért. Az alumínium és papír tálcák mellett gyakran csomagolják az élelmiszereket vákuumformázott mûanyag tálcákba. A német csomagolóanyag piackutatással foglalkozó szövetség (GVM − GESELLSCHAFT FÜR VERPACKUNGSMARKTFORSCHUNG) szerint az elmúlt 5 évben, 1998− 2003 között, 45%-kal, 4,06 milliárdról 5,92 milliárdra nõtt a hõformázott tálcák száma. Az élelmiszercsomagoló és töltõ cégek szinte kizárólag a rögtön fogyasztható kiszereléshez alkalmas tálcát vezették be, amelyet saját maguk gyártanak (FFS: Form Fill Seal − formázás, töltés, lezárás) vagy vásárolnak. A tálcák 90%-át külsõ cégek szállítják, mert a kiszereléshez nincsenek felkészülve a többfészkes vagy bonyolult alakú vákuumformázott darabok gyártására. A tálcák a helytelen formázás miatt a sterilezés, pasztõrözés vagy egyéb kezelés alatt deformálódhatnak. A CPET mellett 3−6 rétegû PP (EVOH záró réteggel) is gyakran alkalmazott alapanyag. A SILVER PLASTICS OF TROISDORF cég 7 extruder során évente 15 000 tonna habosított polisztirolt és polipropilént dolgoz fel vákuumformázható lemezzé, ebbõl naponta 3 millió tálca készíthetõ. A 7 extruderbõl kettõ alkalmas koextrudálásra (egy REIFENHÄUSER és egy KG MASCHINENFABRIK gép). 3.2. Többrétegû, könnyen lefejthetõ fedõfólia Nemcsak a tálcával szemben támasztanak magas követelményeket, hanem a burkolófólia minõsége is fontos. Az átlátszó fólia nem homályosodhat el, kellõ szilárdsággal kell rendelkeznie, nyomtathatónak kell lennie és különös figyelmet fordítanak a hegeszthetõségére annak biztosításával, hogy a létrehozott tapadást könnyen meg lehessen szüntetni.
2005. 42. évfolyam, 1. szám
2004.12.02.
A Németországban nagyon népszerû fõtt kolbász curryvel és paradicsomszósszal mikrohullámú sütõben melegíthetõ, de ehhez át kell szurkálni a fedõfóliát, hogy a felszabaduló gõz eltávozhasson. Létezik azonban egy más megoldás is, a FRANTSCHACH/NEOPLEX által kifejlesztett NeoSteam kétrétegû fólia, amelyet szeleppel látnak el. A szelepes csomagolás egy másik változata az eldobható, mikrohullámú melegítõben használható edény, amely sípol, ha felszolgálható a meleg étel. A finn HUHTAMAKI cég Steam Chef edényében (PPvagy CPET-tál) szintén gõzben készül az étel anélkül, hogy kiszurkálnák a fóliát. Készítettek olyan fóliákat is, amelyek lehetõvé teszik a sütést is a mikrohullámú sütõben. A SÜDPACK (Ochsenhausen) gyártja az Ecovent MAP (modified atmosphere packaging − módosított atmoszférájú csomagoló anyag) fóliát. Ennek lényege, hogy a fölösleges szelepet elhagyják és csak bizonyos nyomás elérése után engedik ki automatikusan a gõzt. A fólia 10−12 színnel nyomtatható. Különleges polietilén hegesztõ réteg felvitelével mikrohullám-álló zárást biztosítanak. Elõnye, hogy a tálcán sütött vagy felmelegített sütemény ropogós lesz. 3.3. Friss felvágott és sajt csomagolás Mind az elõrecsomagolt felvágottak és sajtok, mind a friss húsok iránti igény nõ, elsõsorban azért, mert már kis kiszerelésben is kapható a diszkont áruházakban. A friss húsokat MAP vagy vákuum csomagolásban forgalmazzák. Az egyrétegû PP mellett PET-et, habosított PS-t és PP-t választottak ki erre a célra. A habok kisebb anyagfelhasználása csökkenti a hulladékot, így ezzel elnyerték a környezetvédelmi Zöld Pontot is. Újdonság a SÜDPACK gázzáró és újrazárható fóliája a Multipeel. A többrétegû PET-alapú fólia oxigénzáró és a forgalomban levõ vákuumformázó berendezésekkel feldolgozható. A Reseal-it márkanevû fólia alkalmazható kemény tálcák borítására vagy önmagában csomagolásként, de mindkét esetben újrazárható kivitelben. Szeletelt hideg felvágottakhoz a KNÖCKE ajánl vákuumformázott, újrazárható fóliákat. Lepattintható kemény fedelû csomagolás biztonságos újrazárást tesz lehetõvé. A rétegek egyike mélynyomással színezett vagy szagvisszatartó lehet. Fémbevonatú PS/PET anyagot használnak a tálcához, míg a tetõ APET/PE kombinált fóliából készült. Vannak olyan „aktív” fóliák, amelyek bizonyos anyagokat áteresztenek. A WORLD PAC INTERNATIONAL AG (Liechtenstein) többrétegû (PE/PA/PE), kolbász csomagolására készített fóliáját különbözõ füstölt ízzel itatják át. A kolbász vagy hús, illetve baromfi fõzése alatt az ízesítés behatol a húsba, így nem szükséges a termék elõzetes, hosszas füstölése [3].
2005. 42. évfolyam, 1. szám
M403
4. Mûanyag adalékok A mûanyagok tulajdonságait, a vevõk kívánságának megfelelõen, megváltoztatják a jól kiválasztott adalékanyagok. Fél évszázada, a modern polimerkémia atyja, Hermann Staudinger Nobel-díjas tudós felfedezte a polimer szerkezetek szervezõdési elvét. Ennek alapján vált lehetségessé a mûanyagok tulajdonságainak szabályozása és változtatása. 4.1. Egyre jobban nõ az adalékolt mûanyagok szerepe A XXI. századra ezek az elvek még érvényesek maradtak, de Rolf Mülhaupt (UNIVERSITY OF FREIBURG, MATERIALS RESEARCH CENTER) professzor kétli, hogy még napjainkban is új mûanyagokhoz vezetnek az új monomerekbõl felépülõ blokkok. A meglevõ eljárások optimalizálása mellett a hangsúlyt a polimer keverékek készítésére helyezik. Új kompaundok, keverékek, töltött anyagok, szálas erõsített polimerek jelennek meg. A szakértõk szerint a kompaundálás új módszereket és új adalékanyagokat követel meg. Ezzel a mûanyagok megtarthatják helyzetüket hagyományos versenytársaikkal szemben. A korábban egyeduralkodó üvegszál mellett a szénszállal és az aramidszállal erõsített anyagok is megjelentek, amelyek szilárdsága eléri vagy meghaladja a hagyományos anyagokét. Az adalékok fokozzák a mûanyagok sokszínûségét, a gyártók minél olcsóbban igyekeznek környezetbarát és nagyon sokoldalú termékekkel elérni a kívánt hatást. Azt várják, hogy ezek az anyagok, hozzáadott értékükkel, kedvezõen befolyásolják a meghatározó költség/haszon arányt. A megjelenõ új generáció várhatóan a régiek helyébe lép, kielégítve a feldolgozási elõírásokat és a környezeti követelményeket. A nehézfémeket (pl. kadmiumot) tartalmazó színezékeket az emberi egészségre és a környezetre ártalmasnak nyilvánították, ezért csõvezetékekben nem használhatók. Ez a folyamat megy végbe a stabilizátoroknál is. Évente 900 000 tonnát állítanak elõ, amelynek közel 70%-át a PVC-hez használják fel. A nehézfém tartalmú adalékok helyett szerves vegyületekre térnek át, ezeket gyakran kostabilizátorokkal és/vagy szinergiát létrehozó többfunkciós adalékokkal együtt forgalmazzák. Walter Hohenberger szakértõ a KUNSTSTOFFE címû folyóiratban azt javasolja, hogy nehézfém stabilizátorok helyett kalcium- vagy cink-alapú stabilizátorokat válaszszanak. Az ezekkel együtt adagolt szerves kostabilizátorok (polihidroxi alkoholok és foszfitok) emelik az árat és a rendszer bonyolultságát. Bár a szerves stabilizátorokat, fõleg a PVC-hez használatosakat, folyamatosan fejlesztik, illúzió volna azt gondolni, hogy az ólom stabilizátorok vezetõ szerepe a világpiacon hosszútávon megszûnik. Jelenleg az ólom- és az alternatív stabilizátorok
MÛANYAG
ÉS
GUMI
31
2004.12.02.
M403
mennyiségi aránya 4:1. A többfunkciós stabilizátor rendszerek, melyeknek jobbak a migrációs és színezési tulajdonságai, a jövõben visszaszorítják a nehézfém rendszereket. 4.2. Összetett szerkezetek A mûanyagok általában összetett szerkezetek és nagyon ritka, hogy a reaktorból kikerülõ anyagot változtatás nélkül, közvetlenül feldolgozzák. A kis mennyiségben hozzáadott adalékanyagok alapvetõen befolyásolják a mûanyagok eredeti tulajdonságait. Megkülönböztetnek külön a feldolgozásra vagy a felhasználásra ható anyagokat. A poliolefinekhez alkalmazott síkosítók, csúsztatók, gyorsítók, iniciátorok és gócképzõk meggyorsítják a kristályosodást, csökkentik a viszkozitást, könnyebbé teszik a feldolgozást. Az antioxidánsok megakadályozzák a késztermék nemkívánatos bomlását napfény, levegõ, víz, vegyi anyagok vagy fizikai igénybevétel hatására. A töltõanyagok, színezékek, pigmentek, lángálló adalékok, antisztatikumok szintén a mûanyagok alkalmazási területét bõvítik. 4.3. Új megszorítások Az adalékok problémát is okozhatnak. Az orvosi, élelmiszer vagy elektronikai termékekhez alkalmazott mûanyagoknál csak meghatározott segédanyagok használhatók fel. Jelenleg még nincs gyakorlati adat arra, hogy e vegyi anyagoknak milyen hatása van hosszú távon az emberi szervezetre. A FRAUNHOFER INSTITUTE FOR PROCESS ENGINEERING AND PACKAGING (IVV) kutatója, Roland Franz által kidolgozott számítógépes modell alkalmas arra, hogy meghatározza az élelmiszercsomagolásban az adalékanyagok veszélyes koncentráció határát. 4.4. Új adaléktípusok A K 2004-en a FRAUNHOFER INTÉZET olyan új, nehézfém-mentes stabilizátorokat mutatott be, melyek hatékonysága eléri a hagyományos típusokét. Az önszínezõ festékek, a halogénmentes lángállóság növelõk szintén nagy érdeklõdésre tarthatnak számot. A töltõanyagoknál valószínûleg a nanotechnológiával érik el a legnagyobb áttörést, a mûanyag és kerámia közötti tulajdonságokat kölcsönözve a polimereknek. A nanorészecskék ára még magas, de nagyon kis mennyiségben adagolva a tulajdonságok jelentõs javulása tapasztalható, és így az erõsített mûanyag ára már elfogadható, különösen ha a mátrixanyag olcsó [4]. 5. Végre siker a nanotechnológiában A nanotechnológiát a XXI. század egyik legjelentõsebb alaptechnológiájának tekintik, mely új távlatokat
32
MÛANYAG
ÉS
GUMI
nyit meg a kémia, különösen a polimerkémia területén. A méretre szabott mûanyagok esetén, az ún. „nanokerámiákat” a hagyományos polimerekkel keverve, nagy pontossággal optimalizálhatók a jellemzõ tulajdonságok. Szakértõk szerint a nanotechnológia legalább annyira megváltoztatja életünket, mint ahogy a modern telekommunikáció tette. A nano méretre más törvények érvényesek, mint a mikroszkopikus nagyságrendre, pl. a fémek átalakulnak pigmentekké, a kerámiák átlátszók lesznek, mint az üveg, míg az üveg olyan viszkózussá válik, mint az enyv. 5.1. Nagy lépésekkel elõre Három évvel ezelõtt mutatkoztak a nanotechnológia elsõ határozott jelei, de mára jutottak el a gyakorlati alkalmazásig. Új termékek és adalékok nyerik el a mágikus „nano” jelzõt, amellyel potenciálisan kedvezõ piaci helyzetbe kerülnek. Világszerte kutatók és mérnökök készítenek nagyon bonyolult nano méretû szerkezeteket. A valódi újdonság azonban nem a nanométeres tartományba esõ részecskék készítésében rejlik, hanem azoknak az ismereteknek a megszerzésében, technikai alapok lerakásában, amelyek segítségével ténylegesen megtervezhetõk ezek a parányi részecskék és szabályozott módon keverhetõk. Ezzel olyan anyagokat sikerül létrehozni, amelyek tulajdonságai ezt megelõzõen elképzelhetetlenek voltak ismert anyagok felhasználásával. A holland DSM alapanyag forgalmazó cég vezetõje, Jos Put szerint a nanotechnológia szó hasonló izgalmat okoz, mint egy nagy ugrás a chip fejlesztésben, vagy a biotechnológiában. Biztos benne, hogy a szintetikus kémiát a jövõben a nanokémia határozza meg. 5.2. Kitépnek egy lapot a természet könyvébõl A természet mintaként szolgál, fõleg az élõ sejteknél, de a természeti folyamatoknál minden a nano méreten kívül játszódik le. A kutatók megtanulták, hogyan szervezi a természet a molekulákat és ezt próbálják utánozni a mesterséges anyagok létrehozásánál. Eddig az új anyagok szintetizálása nem jelentett igazi forradalmat, nem hasonlítható a nanovilág létrehozásához. Ahhoz, hogy a kutatók valóban megértsék a nanoanyagokat, olyan analitikai eszközökre van szükség, amelyek egy különleges, új mikroszkóppal láthatóvá teszik ezt a világot. A holland kutató szerint cége nem tartja szükségszerûnek új polimerek készítését, inkább a meglevõ anyagok tulajdonságait kívánják javítani a nanotechnológia segítségével. Ezzel az anyagok saját szerkezete megmarad, de a módszer érdekes távlatot nyit az anyagok egy új nemzedékének. Az „önszerkesztés”-nél a természet több mint modell − a legfontosabb törvényként mûködik. A megoldatlan misztériumok és titkok helyett a va-
2005. 42. évfolyam, 1. szám
2004.12.02.
lóság az, hogy a nanotechnológia a fejlõdés új korszakába vezet. 5.3. A jövõ üzlete Rolf Mülhaupt, az UNIVERSITY OF FREIBURG profeszszora és a MATERIALFORSCHUNGSZENTRUM vezetõje szerint a nanotechnológia a jövõ nagy üzlete, amelybe évenként 200−300 milliárd euró tõke kerülhet. A nanotechnológia az elektronikai ipar oroszlánrészét azzal hódítja meg, hogy hatalmas ugrást ígér a chipgyártásban, pl. a még kisebb mobil telefonok készítésében. Egy jelentõs szelet még megmarad a mûanyagiparnak. A polimer nanotechnológia fejlõdésének kulcsa a nanoszerkezetû felület, a nanofázisú anyag és fõleg azok a polimer nanokompozitok, amelyek organofil módon módosítják a nanorészecskéket. A nanokerámiák egészen új töltõanyagcsoportot jelentenek, a mûanyagok kiaknázatlan új lehetõségét, ami nem változtatja meg a feldolgozás módját. Mivel a nano töltõanyagoknak rendkívül nagy a fajlagos felülete, ez nagyon jól hasznosul a töltõanyag és mûanyag kölcsönhatásában. Más szóval a polimer molekuláris szerkezetében létrehozott különleges „csontváz” szerkezet kedvezõen befolyásolja a tulajdonságokat, úgy mint a gázzárást vagy hõállóságot anélkül, hogy jelentõsen megváltozna az anyag feldolgozhatósága.
M403
NANOCOR INC.-vel, mint a legnagyobb nanokerámia gyártójával stratégiai együttmûködésben forgalmazza új termékeit. Ezek jellemzõ felhasználása az elektronikai készülékek doboza. A sok kedvezõ tulajdonság között említhetõ a lángállóság javulása, a kisebb csepegési hajlandóság és a viszonylagos hajlam a láng kioltására tûz esetén. 5.5. A nanoanyagokat bedolgozó gépek Ma már nemcsak a nanoanyagokhoz lehet a piacon hozzáférni, hanem azokhoz a berendezésekhez is, amelyekkel a kiválasztott mûanyag mátrixba diszpergálni lehet a nanokerámiát. A stuttgarti WERNER-PFLEIDERER kétcsigás ZSK kompaundálója alkalmas a nanoméretû töltõanyagok bekeverésére. A lemezes molekulaszerkezetû adalékok, mint pl. néhány alumíniumszilikát, alkalmasak mûanyagok töltésére. A gépgyártó rájött arra, hogy a lemezkéket a nagy teljesítményû keverõ szétválasztja és így oszlatja el a mûanyagban. Bár a szokásosnál kisebb mennyiségben adagolják a nano komponenseket, a vártnál nagyobb hatása van a mechanikai tulajdonságok javulására. Ehhez társul még a lángállóság, ami pl. a polietilén kábeleknél különösen elõnyös. Tûz esetén a kábel felületén nem csöpögõ kéreg képzõdik. Ez a réteg az oxigén belépését és a füst felszabadulását nem tudja teljesen megelõzni, de lassítja a folyamatot.
5.4. Harc a tûzzel a nanotechnológia segítségével A THÜRINGISCHES INSTITUT FÜR TEXTIL- UND KUNSTSTOFF-FORSCHUNG (TITK − Türingiai Textil- és Mûanyagfejlesztõ Intézet) tavaly, a hagyományos „RUDOLSTADTI MÛANYAGNAPOK” rendezvényen szintén a nanokompozitokat helyezte rivaldafénybe, lángállóságukat hangsúlyozva. Többek között a nanokompozitokon alapuló égésgátló adalékkal készített poliamid-6 alkalmazható csomagolási célra vagy felület bevonásra. Az ipar azon képviselõi, akik tevékenyen részt vettek a termékfejlesztésben a konferencián kifejtették, hogy a kutatás évei után most már nyereségre számítanak. A SCANCOMP POLYKEMI svéd cég nanokerámiát tartalmazó, poliamid és polipropilén alapú kompozitokat fejlesztett ki. A töltõanyagnak köszönhetõen a termékek rugalmassági modulusza eléri a 3000 MPa-t és általában jobbak a tulajdonságai, mint az alapanyagoknak. Különbözõ mennyiségû töltõanyagot alkalmazva az anyagot változatos célokra lehet használni, pl. autók belsõ terében. A „Nanoblend” koncentrátumot a POLYONE CORP. (Cleveland) dobta piacra. Céljuk az, hogy a hagyományos ásványi és üveg erõsítõanyagokat, továbbá az égésgátlókat helyettesítsék különbözõ keverékekben. A Nanoblendben 40% nanoadalék van több mûanyagba bekeverve. A POLYONE egy másik amerikai céggel, a
2005. 42. évfolyam, 1. szám
5.6. Vitathatatlan elõnyök 2004 februárjában a „NANOTECHNOLOGY IN PLASTICS (Mûanyagok nanotechnológiája) címû konferencián a nanorészecskék mûszaki mûanyagokba való bevitelével is foglalkoztak. A KUNSTSTOFF INFORMATION tájékoztató kiadvány szerint ezen az értekezleten számos téren elõrelépés történt a két év elõtti hasonló eseményhez képest. A felhasználók most már nem csak elfogadják a gyártók ajánlatát, de azt is megtanulják, hogyan kell az új anyaggal dolgozni. Az információs kiadvány szerint 2−5% nanorészecske is elegendõ lehet a megfelelõ hatás eléréséhez (mechanikai javulás, hõstabilitás növekedése, csökkenõ gázáteresztés). A konferencián felmerült a minõségellenõrzés problémája is, fõleg a közepes méretû üzemeknél, valamint a nanoanyagok ára (a nano töltõanyag ára 100 euró/kg, de pl. egy karcállóságot biztosító, átlátszó, antisztatikus adalék ára 1000 euró/kg és a nano gyémánt ára elérheti az 5000 euró/kg-ot is) [6]. MATERIALS”
Források: [1] [2] [3] [4] [5]
www.k-online: Fachartikel No. 12. www.k-online: Fachartikel No. 1. www.k-online: Fachartikel No. 10. www.k-online: Fachartikel No. 4. www.k-online: Fachartikel No. 3.
MÛANYAG
ÉS
GUMI
33
