8.2.2 Litt om plast og bruksområder

Hva er plast?

Ordet plast er hentet fra det greske "plastikos" som betyr formbar. For hundre år siden ble plast brukt om plastiske stoffer som kunne formes. Eksempler på slike er horn, rav, porselen og keramikk. I plasthistorien brukes begrepet naturlige plaster om formbare naturmaterialer. De har vært i bruk i mange århundrer. Det skilles også mellom hel- og halvsyntetiske plaster. Plastene er organiske stoffer bygd opp av store molekylstrukturer av grunnstoffene kull/karbon, hydrogen og oksygen. Halvsyntetiske plaster er bygd opp av naturen, men kjemikeren har forandret og foredlet dem slik at de har fått nye egenskaper. Helsyntetiske plaster er bygd opp fra enkle uorganiske bestanddeler. De fleste av dem er et resultat av systematisk forskning og utvikling i store kjemibedrifter.

Plasten er eldre enn du tror!

Forvirret?

I så fall er det med god grunn. Plast er ikke bare ett enkelt materiale, det er mange. Vanskelige navn har de også; polymetylmetakrylat er plexiglass. Ulike skrivemåter brukes også på samme materiale; polyetylen er det samme som polyeten. Dessuten er egenskapene deres helt forskjellige. De egner seg ikke til hva som helst - og ikke til det samme. De fleste plastmaterialene består av en polymer (molekyler som danner lange kjeder) og en eller flere additiver (tilsetningsstoffer).

Moderne polymerkjemi har gjort det mulig å skreddersy plaststoffer til spesielle bruksområder. Plastmaterialer kan også blandes med hverandre - blended. Dette gir materialene helt nye egenskaper. Det kan lages nye produkter som ikke var mulig tidligere. Utvikling av nye plastmaterialer er tidkrevende og kostbart. Bare de store petrokjemi- og kjemibedriftene har økonomisk evne til nyutvikling.

Termoplast og herdeplast

Det er to hovedgrupper av plast; termoplast og herdeplast:

• Termoplastene har trådformede molekyler og beholder sin plastisitet - formbarhet. De kan varmes opp og formes på nytt.

• Dette lar seg ikke gjøre med herdeplastene. De har molekylene i et tredimensjonalt nettverk, som blir kjemisk herdet under produksjon. Molekylene bindes sammen til en uoppløselig kjede.

Termoplastene - Volumplastene

Termoplastene er helt dominerende både når det gjelder antall typer plast og volum. De som er lette å arbeide med, rimelige og benyttes i store mengder, kalles volumplaster. Materiale med spesielle egenskaper som brukes til mer krevende oppgaver, kalles konstruksjonsplast eller teknisk plast. Disse er ofte vanskeligere å bearbeide til produkter og mer kostbare. I Norge dominerer volumplastene. De deles i to grupper, amorfe og krystallinske plaster, etter den evne de har til å danne krystallstrukturer.

Amorfe termoplaster:
PS - polystyren
PVC- polyvinylklorid
PMMA- polymetylmetakrylat (plexi)
CA - celluloseacetat
ABS - akrylnitril-butadien-styren

Krystallinske termoplaster:
PE - polyetylen
PP - polypropylen
POM - polyoxymetylen
PA - polyamid (nylon)
PETP- polyetylentereftalat
PTFE-polytetrafluoretylen
PUR - polyuretan

Herdeplaster

Herdeplastene deles inn i to typer materiale. Det ene har tett nettverk og stive kjeder, og er det vi vanligvis kaller herdeplast. Det andre materialet har åpent nettverk og myke kjeder, og kalles gummi eller elastomerer.

Herdeplaster med tett nettverk:
UP - umettet polyester
EP - epoxy-plast
PF - fenolformaldehyd
MF - melaminformaldehyd
PUR - polyuretan (brukes til regntøy - sammen med polyester)
SI -silikon

Herdeplaster med åpent nettverk:
NR - naturgummi
SBR -syntetisk gummi
PUR - polyuretan
SIR - silikon

Polyetylen (PE) er den mest brukte volumplasten i verden. Den står for 40 prosent av de norske plastforbruket. Av alle plastmaterialer har polyetylen den enkleste molekylstrukturen. Det finnes mange varianter av polyetylen, men det er to hovedgrupper. Den første ble utviklet tidlig i 1930-årene, og lages med svært høyt trykk og temperatur mellom 100 og 250 C. Prosessen trenger et eget stoff -en initiator til å sette den kjemiske reaksjonen i gang. Resultatet er et materiale med lav tetthet som merkes PEL eller LDPE.

I 1950-årene utviklet Karl Ziegler en metode basert på lavt trykk. Denne metoden var ikke mulig uten et svært aktivt hjelpestoff - en reaktiv katalysator. Stoffet han fremstilte kalles PEH eller HDPE. Det har høyere tetthet og bedre styrkeegenskaper.

Bæreposen du bærer hjem varene i er laget av polyetylen - mye av emballasjen til matvarer også. Mange husholdningsartikler er laget av polyetylen, men også rør og kabelisolasjon.

Polypropylen (PP) ble første gang fremstilt i 1954 av den italienske professoren Giullio Natta. Han modifiserte Zieglers prosess for produksjon av PEH. Prosessen omtales som Ziegler-Natta-prosessen.

Polypropylen tåler høye temperaturer. Det har god overflatehardhet, god motstand mot kjemikalier og isolasjonsevne mot elektrisitet. I tillegg har det god overflatehardhet.

Polypropylen brukes til medisinsk utstyr, fordi materialet tåler dampsterilisering. Materialet egner seg godt til fiber.

Polyvinylklorid (PVC) er den nest største av volumplastene. Allerede i 1872 ble det oppdaget hvordan materialet kunne lages, men først etter 1930 ble det satt i gang produksjon av PVC. Norsk Hydro har lagd PVC siden 1951. Materialet lages i autoklaver av vinylkloridmonomer (VCM). Ulike produksjonsmåter gir forskjellige råvarekvaliteter og bruks- og bearbeidingsegenskaper. For å kunne lage ferdigvarer av PVC, er det nødvendig å tilsette hjelpestoffer. Dette kan være myknere, stabilisator, smøremiddel, fyllstoff eller pigment (fargestoff).

Over halvparten av PVC-forbruket i Vest-Europa brukes til byggformål, som avløpsrør. Mye brukes til emballasje, blant annet til farmasøytiske produkter. Folk flest kjenner det kanskje best i regntøy.

Polystyren (PS) kom på markedet i 1930-årene og ble raskt tatt i bruk i Norge etter 2. verdenskrig. Materialet er rimelig å lage og lett å bearbeide til ferdigvarer. PS er glassklart, hardt og sprøtt og blir lite påvirket av temperaturen. Den største ulempen er sprøheten. Det går lett i stykker. Polystyren brukes mye i emballasje. Dersom det tilsettes et esemiddel, oftest pentan-gass, ekspanderes materialet til EPS. Ekspandert polystyren betegnes oftest som isopor eller styropor. Dette nyttes til isolasjon og emballasje.

Polyester (UP) - umettet polyester blir nesten alltid brukt sammen med fiberarmering eller fyllstoff i pulverform. Glassfiberarmert polyester - GUP - er vanligst. Materialet kan støpes i form uten trykk eller varme. Polyester kan også brukes i betong. Termoplastisk polyester brukes til fleece-fiber og brusflasker.

Epoxy (EP) brukes som bindemiddel i fiberkomposittmaterialer med karbonfiber eller aramidfiber (kevlar). Det brukes når lav vekt er viktigere enn pris. Ski og skistaver, båter og bilkarosseri er viktige bruksområder sammen med fly- og romfart. Epoxy brukes som bindemiddel i maling og industrilakk for å beskytte jern mot korrosjon.

La du merke til at PUR - polyuretan går igjen flere steder? PUR kan være både termoplastisk og samtidig forekomme i begge formene for herdeplast. Flytelegemene i redningsvester og skumgummi til møbelstopp er laget av polyuretan. "Skinnkrager" på ytterklær er ofte av polyuretan.

Polymer + Additiv = Plast

For å kunne bearbeide høymolekylære (langkjedede) plaststoffer til ferdigvarer, må det settes til ulike tilsetningsstoffer (additiver). Noen polymerer trenger mange slike stoffer, mens andre kan bearbeides nesten som ren polymer.

De fleste plastmaterialene må stabiliseres for ulike påkjenninger. De viktigste er UV-stabilisator, som brukes for at plast skal kunne brukes ute i sollys uten å miste fargen. Antioksydanter gjør plasten mer motstandsdyktig mot oksygenet i lufta. Varmestabilisator brukes for å øke brukstemperaturen i plast og for at den lettere skal tåle bearbeiding.

Smøremidler brukes for at bearbeidingen skal bli enklere, og bestemmer også overflateglansen til de ferdige produktene. Ytre smøremidler, glidemidler, benyttes til å hindre at plastsmelta kleber seg til maskinen, mens indre smøremidler reduserer den indre friksjon i plastsmelta slik at plastmolekylene kan gli lettere forbi hverandre.
Myknere tilsettes et plastmateriale for å gjøre det mykere. PVC er det stoffet som oftest tilsettes myknere. Det harde stive materialet kan dermed brukes til myke produkter som gulvbelegg, regntøy, hageslanger og elektrisk isolasjon.

Viktige hjelpestoffer er:

• Stabilisatorer

• Smøremidler

• Myknere

Fra pellets til produkt
Ulike bearbeidingsprosesser brukes for å lage ulike produkter. Cherrox, Think og Pioner-båten rotasjonsstøpes. Slanger og rør ekstruderes, flasker og folie blåses og akebrett, kopper og kar sprøytestøpes. Vakuumforming brukes til forming av youghurtbegre og jordbærkurver.

I dag kan mange av plaststoffene formes med de fleste av de nevnte teknikkene. Det som er viktig for et godt produkt er at råvaren egner seg til formålet og at temperatur, trykk og hastighet stilles slik på maskinene at ferdigvarene får de egenskaper de skal ha. Hvis ikke alle faktorene virker sammen på riktig måte kan produktet bli mislykket.
 

Petrokjemisk industri

Den petrokjemiske industrien var en av de største vekstbransjene etter 1950. Verdensproduksjonen økte fra 3 millioner tonn i 1950 til mer enn 70 millioner tonn 20 år senere. Plaststoffene sto for halvparten av volumet. Verdens plastkonsum passerte alle ikke-jernholdige metaller allerede i 1970.

• Syntetisk gummi overtok for naturgummi i 1960-årene. Den brukes i bil- og sykkeldekk.

• Polyetylen og polypropylen benyttes i et stort antall produkter i form av fiber, plater, film eller formede komponenter. Polyetylen brukes til kabelisolasjon, rør, plastposer og leketøy.

• Polypropylen anvendes blant annet til tauverk, superundertøy og medisinsk utstyr.

• PVC brukes til gulvbelegg, rør, flasker, regntøy, hansker og bildeler. Polyester benyttes til båter, tanker, fasadeplater og tekstiler.

• Syntetiske fibre sto for nesten halvparten av verdens forbruk av tekstilfibre i 1990.

Fra olje og gass til plast

De dominerende råplastene i verden produseres med utgangspunkt i nafta eller naturgass.

Etylen kjedes sammen gjennom kjemiske reaksjoner - polymeriseres - til polyetylen (PE); propylen polymeriseres til polypropylen (PP); og butadien polymeriseres til polybutadien eller syntetisk gummi.

En kjemisk reaksjon mellom etylen og klor gir vinylkloridmonomer, VCM, som polymeriseres til polyvinylklorid, PVC. Etylen og propylen inngår i produksjon av umettet polyester sammen med andre basiskjemikalier som bensen, xylen og styren. Etylen, bensen og styren er utgangspunktet for produksjon av ekspanderbart polystyren (EPS).

Grenland - et petrokjemisk sentrum

Ekofisk-funnet i 1969 gjorde Norge til en oljenasjon. Oljen fra Ekofisk ble ført til Teesside i England. I Teesside ble det skilt våtgass fra råoljen. Staten undertegnet en avtale med Ekofisk-eierne om levering av billig våtgass til en årlig produksjon av 250.000 tonn etylen i Norge. I 1974 besluttet Stortinget at det skulle bygges et nytt stort petrokjemisk sentrum i Bamble i Telemark.

Stortinget bestemte at Norsk Hydro, Statoil og Saga Petrokjemi skulle eie og drive anleggene. Det ble bygd en etylencracker med en kapasitet på 350.000 tonn etylen og 55.000 tonn propylen. Norsk Hydro ble operatør for etylenfabrikken og halvparten av etylengassen gikk til Hydros nye PVC-fabrikk.

Den andre halvparten gikk til polyolefinfabrikken, som Saga Petrokjemi fikk ansvaret for. Det ble bygd anlegg for fremstilling av myk (LDPE) og hard (HDPE) polyetylen. Propylengassen ble videreforedlet til polypropylen.

De nye anleggene kom i drift i 1978 og 1979. Siden den gang har Grenland vært sentrum for den petrokjemiske industrien i Norge.

Reichhold

Da amerikanske Reichhold Chemicals kjøpte Jotun Polymer i 1997, var man tilbake til den første norske produksjonen av polyester i 1953. De-No-Fa kjøpte den gang lisens for produksjon fra det amerikanske firmaet. I 1972 gikk De-No-Fa, Alf Bjercke og Jotun sammen om fremstillingen av polyester.

De største bruksområdene for polyester er tanker, containere og rør, fulgt av båter, skip, bygg og sanitærartikler. Folk flest forbinder polyester med glassfiberski og fritidsbåter. I dag brukes spesialdesignede komposittmaterialer i oljeinstallasjoner i Nordsjøen, vinger på fly og propantanker.

Nesten bare luft

Sundolitt lages av ekspanderbar polystyren (EPS). Folk flest kjenner materialet under navnet isopor. Det brukes først og fremst til isolasjon i bygg, under vei og jernbane, rundt vann- og avløpsrør. Emballasje og fiskekasser er også viktige produkter.

EPS lages av Brødrene Sunde i Ålesund. Firmaet startet produksjon av Sundolitt i slutten av 1950-årene. Isolasjonspølser ble laget på en egenutviklet maskin til forskumming. Sveisingen foregår ved at ekspanderte perler blir steamet (dampet) i et lukket kammer, eller en form, samtidig som overflaten på perlene smelter sammen.

Petrokjemi i Norsk Hydro

Norsk Hydro er en ledende leverandør av plastråstoffet polyvinylklorid (PVC) og mellomproduktet vinylkloridmonomer (VCM) i Nord-Europa. Gjennom petrokjemidivisjonen deltar Hydro i hele den integrerte kjeden fra våtgass til PVC i Skandinavia og Storbritannia. Norsk Hydro er også medeier i et nytt petrokjemianlegg i Quatar.

Hydro Polymers AS har fabrikker i Grenland. Ved anlegget på Rafnes produseres det klor, lut og VCM. Mellomproduktet VCM foredles til PVC ved PVC-fabrikken i Hydro Porsgrunn Industripark på Herøya. Det er vel 460 ansatte i Hydro Polymers AS.

Hydro Polymers Ltd. i Storbritannia produserer PVC-blandinger i en stor fabrikk nær Darlington i County Durham. Anlegget er det største av denne typen i Europa. Norsk Hydro overtok anlegget i 1980-årene.

Hydro Polymer AB i Stenungsund er den eneste produsenten av PVC i Sverige. Hydro Sydplast AB i Helsingborg er den ledende produsent av PVC-blandinger i de nordiske land.

Borealis

I dag er konsernet Borealis den største produsenten av polyolefiner, polyetylen og polypropylen, i Europa. Hovedkontoret ligger i København. Borealis har store produksjonsanlegg i Norge, Sverige og Finland, men også i Belgia, Portugal og Østerrike.

Det var i 1994 at de to ledende produsentene av polyolefiner i Norden, det norske selskapet Statoil og det finske selskapet Neste, gikk sammen om å opprette Borealis. Hvert selskap eide 50 prosent av aksjene. I 1997 solgte Neste sin andel. I dag eier Statoil 50 prosent av Borealis. Dessuten eier det østerrikske olje- og gasselskapet OMV 25 prosent og International Petroleum Company i Abu Dhabi 25 prosent.

Borstar ®

Petrokjemikonsernet Borealis har siden 1980-årene arbeidet med utvikling av en ny og forbedret prosessteknologi. Denne markedsføres under navnet Borstar. Den nye teknologien gir polyetylen og polypropylen med bedre egenskaper til en lav enhetspris. Prosess og produkt gir dessuten mindre belastning på miljøet.

Den nye teknologien ble først tatt i bruk ved konsernets egne anlegg. I 2000 lyktes Borealis også med å selge Borstar-teknologien til plastprodusenter utenfor konsernet og i Asia.
 

Forskning og utvikling

Da Norsk Hydro og Borealis startet med produksjon av plastråstoffer kjøpte de teknologien på lisens fra utenlandske firmaer. Men selskapene driver selv med videreutvikling av produktene for å skreddersy dem best mulig til kundenes ønsker og behov.

Forskning og utvikling er nødvendig for å opprettholde stabens kompetanse. Forskerne er dessuten opptatt av å hjelpe kundene med de problemer de har med råvarene under produksjon. I vekselspillet mellom råstoffprodusent og brukere lærer forskerne mye om hvordan produktene fungerer i ulike bearbeidingsprosesser. Kunnskapen brukes i neste omgang til å forbedre de ulike råstoffkvalitetene.

Ugelstad-kuler i PVC

Ved Teknisk Senter PVC i Hydro Polymers er det utviklet en ny teknologi for fremstilling av monodisperse (like store) og sfæriske PVC-partikler.

Prosessen er todelt. Først produseres det 6 mikrometer polymetylmetakrylat-partikler - Pevikon PMMA-beads. Disse brukes for å fremstille de nye PVC partiklene, med navnet Pevikon MultiModifier. Partiklene, som er små kuler, leveres med diameter på mellom 10 og 35 mikrometer.

Kulene er monodisperse, det betyr at de er like store.De er basert på Johan Ugelstads oppfinnelse. Ugelstad-kulene har lenge blitt benyttet til medisinsk bruk, men de har vært for kostbare til å brukes i vanlige produkter. Blandet med standard PVC-kvaliteter gir de nye kulene bedre flytegenskaper enn de eldre kvalitetene. Norsk Hydro klarer dermed å holde følge med andre markedsledende PVC-produsenter.

Pevikon DP2000-serien nyttes til tapet og gulvbelegg. De nye plastkulene gjør materialet lettflytende og forenkler bearbeidingen hos produsentene.