Plast

9 röster
28041 visningar
uppladdat: 2005-06-12
Inactive member

Inactive member

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete
Plastens uppkomst och historia

Det första plastiska material människan som framställde på konstgjord väg brukar anses vara celluloid, som uppkom på 1860-talet. Man smälte nitrocellulosa med kamfer och fick ett ämne som var fast vid vanlig temperatur, men som blev plastiskt och formbart vid uppvärmning.
Nästa plastiska material som framställdes på konstgjord väg uppfanns på 1880-talet. Detta material fick man fram genom att låta aromatiska hydroxidföreningar reagera med formaldehyd. Men detta ämne var istället plastiskt under själva framställningen och stelnade snabbt till ett fast ämne. Ämnet gick sedan inte att smälta igen när det en gång blivit fast, så därför fick det ingen praktisk betydelse. Men en bit in på 1900-talet kom kemisten Baekeland på att man av fenol och formaldehyd kunde framställa ett så kallat harts där reaktionerna inte gått så långt att det slutliga hårda materialet bildats. Genom att underlätta denna metod ytterligare blandade man upp hartsen med fylloämnen, bland annat sågspån. Då kunde man forma blandningen till olika produkter innan man hettade upp den så att en hård, beständig slutprodukt bildats. Detta material fick namnen bakelit efter Baekeland. Bakelit har man fått stor användning för, framförallt till elektriska detaljer.

Bakelit är en fenolplast eftersom den är uppbyggd av fenol. Den fick man stor användning för, och redan på 1920-talet började man framställa plastlaminat. Det var pappersark som dränktes in med fenolplast. De använde man till bl.a. höljen för radioapparater, och det blev en stor succé när man sedan fått fram även ljusa och genomskinliga plaster.
På 1930-talen kom framställningen av nya polymerer igång ordentligt. Etenplasten uppfanns 1939, den plast som nu tillverkas i störst mängd i världen. Av en tillfällighet fick två forskare etenmolekylerna att polymeriseras till polyeten.

1939 började man även tillverka nylon, den första helt syntetiska fibern. Även det blev en stor succé över hela världen. Under 1930- och 40-talen uppfanns även akrylplasterna och polyvinylklorid, PVC. De har man fortfarande stor användning för. En av akrylplasterna som har blivit särskilt berömd är den glasklara plasten Plexiglas, som började saluföras 1936.
Propen- och epoxiplaster och esterplaster är några av de plaster som började framställas på 1950- och 60-talen. På 1970-talet började man använda armerade plaster i alltmer avancerade sammanhang. Under de senaste årtiondena har man bl.a. framställt elektriskt ledande polymerer.


Hur är plast uppbyggt och hur framställs det?

Det finns en mängd olika plaster med olika egenskaper. Med byggstenarna i alla plaster kallas monomerer. Mono betyder en och merer delar, alltså betyder monomerer enkla enheter. Dessa sätts sedan samman till långa kedjor av molekyler och bildar polymerer, som helt enkelt betyder många delar. Dessa kedjor med polymerer blir till mycket stora molekyler, makromerer, som betyder jättestora delar. Ett välkänt exempel på polymerer är cellulosan i växterna som består av långa kedjor av glukosmolekyler. Men ett annat typiskt exempel är plaster, som jag ska gå in lite djupare på nu.

Beroende på vilka molekyler en polymerisk plast är uppbyggd av får den olika egenskaper. Med typiskt för alla plaster, som är ett organiskt material, är att de innehåller kol- och väteatomer. Exempelvis är polyeten uppbyggt av en mängd etenmolekyler som man genom en reaktion tillverkat en polymer av. Alla plaster och polymerer har olika molekyler som monomerer. Men förutom kol och väte kan de innehålla syre, kväve och klorid. Om en enda substans används som monomer, kallas polymeren som bildas en homopolymer, medan de kallas för sampolymerer om olika monomerer kombineras. Polymernamnet på plasten får man enklast genom att sätta poly- framför monomernamnet.

Monomererna har oftast dubbel- eller trippelbindningar i sig för att underlätta vid tillverkningen. Vid en kedjevis polymerisation, eller så kallad additionspolymerisation, utnyttjar man molekylernas dubbel- eller trippelbindningar genom att med hjälp av tryck, värme och katalysator få den omättade molekylen att binda till sig fler molekyler. Molekylerna blir då mättade, och i slutändan får man en jättelång kedja med monomerer i en och samma polymermolekyl, en så kallad makromolekyl. Kedjelängden varierar från ämne till ämne, men i den vanligaste plasten polyeten, består varje molekyl av ungefär 1000 etenbyggstenar, CH=CH2.
Polymerisering kan även ske genom stegvis polymerisation, eller så kallad kondensationspolymerisation. Då kopplas molekylerna ihop samtidigt som det avlägsnas små molekyler, oftast vatten, ammoniak eller väteklorid. Visserligen tar det relativt lång tid, men det är en bra metod om molekylerna redan är mättade och endast innehåller enkelbindningar. Stegvis polymerisation används vid t.ex. tillverkning av nylon.


Olika plaster och dess egenskaper

Man brukar dela in plasterna i tre grupper med hänvisning till användningsområdena; basplaster, konstruktionsplaster och specialplaster. Till basplasterna hör polyeten, polyvinylklorid, propenplast och polystyren. De används till vanliga bruksföremål. Till konstruktionsplasterna hör polyamid, polykarbonat och polyetentereftalat. De används till föremål som måste tåla högre belastningar, hårt slitage, höga temperaturer, m.m. De kan även förstärkas med armering av glasfiber eller grafitfiber.

Slutligen har vi specialpolymererna som omfattar polyetereterketon, polysulfon och polyfenylensulfid. De används till elektriska kontakter, rör, m.m. som ska tåla höga temperaturer. De används även som komponenter till diskmaskiner som kranar, ventiler, packningar, m.m. Men när det gäller plasters egenskaper skiljer man mellan termoplaster och härdplaster. Skillnaden är att termoplaster mjuknar vid uppvärmning, men får sedan tillbaka sena egenskaper när de svalnat. Härdplaster däremot mjuknar först vid så hög temperatur att de går sönder. Det beror på att molekylerna i termoplaster inte sitter ihop med varandra, medan de i härdplaster har bildats tvärbundna molekyler så att molekylerna inte kan rubbas längs varandra. När en härdplast värms upp så bildas ännu fler tvärbundna molekyler så att den blir hårdare och hårdare tills den spricker. Termoplaster smälter istället i och med att molekylerna vid uppvärmning börjar glida längs varandra. En amorf termoplast med molekyler som ligger huller om buller tar längre tid att smälta än en kristallin termoplast med helt linjära molekyler i och med att de intermolekylära krafterna i en amorf termoplast kräver höga temperaturer för att brytas. En kristallin termoplast smälter vid lindrig temperatur.

Det finns alla typer mellan helt amorf och nästan helt kristallin termoplast. För framställning av föremål av härdplast och termoplast använder man olika metoder. För att först ta reda på om en plast är en härdplast eller en termoplast hettar man upp den. En plast med relativt få tvärbindningar mjuknar då och är alltså en termoplast. Då använder man sig av så kallad formsprutning. Då smälter man först plastgranulat som sedan formas efter önskat föremål. För härdplaster använder man sig istället av formpressning. I första steget bildas en polymer med få tvärbindningar och en relativt liten molekylmassa. Sedan formas plasten med önskade färgämnen och fyllomedel till önskade föremål. Samtidigt som plasten pressas sätts de reaktioner igång som ger polymererna tvärbindningar och molekylförstoring. Så här pressas och härdas plasten tills önskad tvärbindningsgrad är uppnådd.


Några vanliga plaster

Av alla plaster är polyeten, PE, den plast som framställs i störst mängd. Det är den mest välkända plasten som används till plastpåsar, flaskor, behållare, leksaker, rör, film, m.m. Vid förvaring av matvaror är plasten väldigt bra eftersom den släpper igenom syrgas med inte vattenånga. Andra bra egenskaper är den goda slagsegheten, kemikalieresistensen och det låga priset. Nackdelarna med plasten är den begränsade värmetåligheten och risken för nedbrytning i UV-ljus.

Polyeten finns i flera former beroende på hur den framställs. Om den framställs under högt tryck och hög temperatur bildas polyeten med endast 50-60 % kristallinitet och grenad molekylstruktur. Det gör att molekylerna inte kan packas så tätt. Plasten får därför en låg densitet, därav namnet Low Density Polyeten, LDPE. Det finns även High Density PolyEten med hög densitet. Då sker polymerisationen med hjälp av en Ziegler-katalysator vid lågt tryck och låg temperatur. Plasten får då en hög kristallinitet på 70-90 % med väsentligt mindre grenad molekylstruktur. Det blir dyrare, men materialet får avsevärt bättre mekaniska egenskaper.
Det finns ännu ett ämne som brukar räknas som en typ av LDPE med lägre kristallinitet och densitet än HDPE. Om man blandar eten med ämnen med relativt korta kolkedjor som buten och okten bildas ett ämne som liknar LDPE fast med ogrenade kedjor. Därför kallas det för LLDPE.
Polyeten med hör densitet och tvärbundna polymerer kallas för HDPEX. Först när man format HDPE startar tvärbindningsreaktionen. Ju högre temperatur och luftfuktighet desto snabbare går reaktionen. P.g.a. den stora tvärbundheten blir HDPEX en härdplast som klarar höga temperaturer och högt tryck. Därför används den som rör för distribution av hett vatten under högt tryck.Det finns polyeten med låg molekylvikt och hög molekylvikt. Ämnet heter då Low Molekylweight Polyeten, LMWPE, respektive High Molekylweight Polyeten, HMWPE. Sedan finns det även Ultrahögmolekylär Polyeten, UHMWPE. Det används till textil-, pappers- och gruvindustrin.


En annan mycket användbar plast är polypropen, PP. Till sin kemiska sammansättning är den ganska lik polyeten, fast polypropen har en molekylvikt som oftast är högre än polyetens. Egenskaperna liknar också HDPE. Men polypropen har tre olika molekylstrukturer till skillnad från andra polyalkaner. De tre formerna kallas isotaktiskt, syndiotaktiskt och ataktiskt propen. De skiljer sig åt beträffande hur monomererna satts ihop. Det gör att alla de tre formerna får olika egenskaper, vilket gör polypropen användbar inom många områden.

I vanlig propenplast ingår isotaktiskt polypropen. Den har kristallinsk struktur med väldigt låg densitet, ca 0,90 kg/dm3. Det gör den användbar bl.a. till rep, som blir så lätta att de flyter på vattnet. I stor utsträckning används isotaktiskt polypropen för skiftande formblåsta produkter, då den även har goda hållfastegenskaper, medan ataktiskt, oordnat, polypropen är lite mer klistrig och böjlig och som därför kan användas med asfalt på tak och vägar och som baksida på golvplattor.

Polypropen framställs genom polymerisation av propen. Genom att använda en speciell Ziegler-katalysator gjord på titantetraklorid och trialkylaluminiumförening kan propen sättas samman i regelbundna kedjor, som ger polymeren högre mekanisk styrka.
Nackdelen hos polypropen är UV-känsligheten, som är större än hos polyeten. Vid lägre temperatur än 20´C förlorar materialet en del av sin slagseghet.


Polyvinylklorid, PVC, är en annan vanlig plast. Plasten blev först välkänd på 1960-talet, då det först användes som material för regnrockar. Nuförtiden används det mest vid husbyggen till stuprännor, fönsterkarmar, lister, golvmaterial, slangar, isolering, kablar, etc. Det finns således både mjuk och styv PVC. Den mjuka får man fram genom att tillsätta speciella mjukningsmedel i polymerisationen. Det vanligaste mjukningsmedlen är ftalsyraestrar. Plasten blir då mjuk och flexibel och kan då användas speciellt för golvmattor, folier, isolering i kablar, slangar och tapeter. Den andra formen av PVC, styv PVC, är i motsatts till mjuk PVC hård och stark. Den har goda mekaniska egenskaper som konstruktionsmaterial och är dessutom motståndskraftig mot de flesta kemikalier. Det gör den användbar i avloppsrör, lister, förpackningar, paneler, plattor och andra gjutna produkter. Användningen har dock minskat något sedan man upptäckte att monomeren kloreten (eller vinylklorid som man kallar den när eten sitter fast vid en annan atom eller molekyl) visade sig ge en ovanlig typ av levercancer om den inandades. Därför måste framställningen av PVC ske på ett sätt så att alla utsläpp av PVC undviks. Orsaken till att ämnet framkallas cancer är dock inte helt klar. Men det kan vara så att alla omättade molekyler som har kloratomer med hög positiv laddning är cancerorena.

Ett annat problem med PVC är kloravfallet vid återvinningen. I det PVC som föreslås återvinnas finns en rad tillsattsämnen som är miljöfarliga. Dessutom kan det behöva tillsättas ytterligare stabilisatorer och mjukgörare för att PVC-material ska kunna återvinnas. Detta är ett stort problem för miljön som Naturvårdsverket och Svenska Naturskyddsföreningen 1996 tog upp och försökte lösa under rubriken PVC-problematiken.


Elektriskt ledande polymerer

Det finns vissa speciella polymerer som innehåller en extra funktion utöver det vanliga. Sådana kallas för funktionella polymerer. En av de funktionella egenskaperna polymerer kan ha är att de kan leda ström. Detta har man vetat sedan 1970-talet. Först antog man att en polymer med varannan enkel- och varannan dubbelbindning skulle leda ström. Men det var istället en perfekt isolator man fått fram. Det är först när man tillför en laddning som materialet får en ledningsförmåga som blir så hög att den är i klass med metallerna. Denna används bl.a. i batterier, elektronik och optik.
Runt 1990 förstod man även att plast och polymerer kan avge ljus. Man lägger på en spänning på tre till tio volt. De positiva och negativa laddningarna vandrar då genom kedjorna i polymer...

...läs fortsättningen genom att logga in dig.

Medlemskap krävs

För att komma åt allt innehåll på Mimers Brunn måste du vara medlem och inloggad.
Kontot skapar du endast via facebook.

Källor för arbetet

Saknas

Kommentera arbetet: Plast

 
Tack för din kommentar! Ladda om sidan för att se den. ×
Det verkar som att du glömde skriva något ×
Du måste vara inloggad för att kunna kommentera. ×
Något verkar ha gått fel med din kommentar, försök igen! ×

Kommentarer på arbetet

  • Inactive member 2005-12-05

    tack du har hjälpt en bra bitt

Källhänvisning

Inactive member [2005-06-12]   Plast
Mimers Brunn [Online]. https://mimersbrunn.se/article?id=4454 [2019-08-22]

Rapportera det här arbetet

Är det något du ogillar med arbetet? Rapportera
Vad är problemet?



Mimers Brunns personal granskar flaggade arbeten kontinuerligt för att upptäcka om något strider mot riktlinjerna för webbplatsen. Arbeten som inte följer riktlinjerna tas bort och upprepade överträdelser kan leda till att användarens konto avslutas.
Din rapportering har mottagits, tack så mycket. ×
Du måste vara inloggad för att kunna rapportera arbeten. ×
Något verkar ha gått fel med din rapportering, försök igen. ×
Det verkar som om du har glömt något att specificera ×
Du har redan rapporterat det här arbetet. Vi gör vårt bästa för att så snabbt som möjligt granska arbetet. ×