| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Substitution af phthalatblødgjort PVC-vandmadras hos Akva Waterbeds

1 Substitutionsmuligheder

1.1 Opstilling af kravspecifikationer til plastfolien

For at kunne foretage en substitution af den phthalatholdige PVC-folie skal kravspecifikationerne til substitutionsmaterialet være klarlagt.

Før opstarten af dette projekt har Akva Waterbeds afprøvet forskellige materialer som mulige kandidater for substitution for PVC-dugen, men der er endnu ingen som har kunnet leve op til alle firmaets specifikationer.

En meget vigtig materialeegenskab for et substitutionsmateriale er at materialet udviser elasticitet ved lav kraft kombineret med at det er muligt at bruge en rationel produktions- og samlemetode for vandmadrassen, samt at der er en god tæthed over for vand og diffusion af vanddamp. Ingen af de alternative duge som Akva Waterbeds har afprøvet indtil nu, har haft tilstrækkeligt gode egenskaber til at disse overordnede krav har været opfyldt.

Et meget stort problem er at de naturligt forekommende bakterier i vandet i vandsengsmadrasserne kan leve af bestanddele i dugen. Bakterierne bliver med tiden resistente over for de anvendte konserveringsmidler, og som en konsekvens af tilstedeværelsen af bakterierne kan der udvikles kraftige lugtgener som følge af flygtige stofskifteprodukter produceret af bakteriefloraen.

Et andet problem har været at de afprøvede alternative materialer ikke er formstabile nok. Ligeledes kan de ikke bearbejdes med HF-svejsning som er den bedst egnede svejseteknik til samling af madrasserne, idet man ved HF-svejsning ikke blot får opvarmet materialets overflader, men varmen frembringes også momentant helt inde i kernen af materialet hvorved opnås en meget stærk og sikker samling. Derudover har HF-svejsning i sammenligning med andre teknikker en række arbejdsmiljømæssige fordele.

Ud over at substitutionsmaterialet skal kunne løse ovenstående problemer, stilles der en række andre grundlæggende krav til materialet (Bilag A).

Akva Waterbeds har således fastsat en levetid på 10 år som kvalitetsmål for vandsengsmadrasserne. Substitutionsmaterialet bør således kunne leve op til dette krav. I denne sammenhæng er der nogle basale fysisk-kemiske og biologiske egenskaber som materialet skal kunne overholde:

	Materialet må ikke være let hydrolyserbart da dette vil medføre kort levetid.
	Materialet skal være formstabilt.
	Materialet må ikke ældes i utide.
	Migration af blødgører skal være lav.
	Materialet skal være modstandsdygtigt over for ydre fysiske og kemiske påvirkninger som lys, rengøringsmidler og kropsvæsker.
	Materialet skal være modstandsdygtigt over for bakterie- og svampeangreb.
	Materialet må ikke afgive stoffer der kan være levegrundlag for patogene bakterier eller mikroorganismer der kan forårsage dårlig lugt.

Da mikroorganismer ikke kan undgås i en vandseng, skal der bruges midler til konservering af vandet, og materialet skal naturligvis være kompatibel med det valgte konserveringsmiddel.

I forhold til anvendeligheden af et nyt materiale er det væsentligt at materialet har den rette træk-, brud-, rive- og punkteringsstyrke samt den rette elasticitet, således at madrassen ikke mister sin funktionsevne ved almindeligt brug.

Det er endvidere vigtigt at madrassen kan holde til meget lave temperaturer uden at blive sprød da der ellers vil kunne opstå skader under transport.

Da materialet også skal bruges i et varmelegeme, skal det sekundært medvirke til at beskytte mod elektrisk kortslutning.

Endelig stiller forbrugerne krav om rengørings- og plejevenlige madrasser. De skal også være lugtfri og støjfri, og der skal være mulighed for indfarvning og ændring af materialets tekstur.

Med hensyn til fremstilling af dugen er der som sådan ingen særlige krav til processen, dog er det vigtigt at de rette dugbredder kan fremstilles for at undgå unødvendigt mange sammenføjninger af materialet. Endvidere er det ønskeligt at kunne styre materialets overfladeegenskaber, idet en lav friktion er væsentlig for fremstillingsprocessen. Derudover stilles der af sikkerhedsmæssige årsager krav til en ensartet tykkelse af dugen. På baggrund af de nævnte forhold er det mest hensigtsmæssigt at dugen fremstilles ved kalandrering. Det vurderes at en laminering af to eller flere materialer til en samlet dug på nuværende tidspunkt vil være for dyr en løsning. Dog vil en effektiv produktion af flerlagsprodukter være mulig ved coekstrudering, men ved denne teknik kan de ønskede dugbredder ikke fremstilles. På trods af disse problemer bør udviklingen inden for disse laminater fortsat overvåges.

Og sluttelig må prisen på et nyt materiale ikke resultere i at produktet bliver så dyrt at det ikke kan sælges.

1.2 Indhentning af viden

Akva Waterbeds har igennem flere år forgæves forsøgt at finde egnede substitutionsmaterialer for phthalatblødgjort PVC via forskellige dugfabrikanter og kemiproducenter. Da dette har været forgæves, er det nu forsøgt at indhente viden om eventuelle substitutionsmaterialer ad andre kanaler.

Det blev først undersøgt via Internettet hvilke materialer andre vandsengsfabrikanter anvender ved fremstilling af madrasser. Det viste sig at alle anvender PVC med phthalatblødgørere.

Det har vist sig at være problematisk at foretage målrettede internetsøgninger på deciderede plastdatabaser da disse giver et alt for stort antal hits som det ikke er muligt at sortere i. Der er derfor lavet en søgning på litteraturdatabasen "Compendex, Engineering Village 2". Af nedenstående tabel fremgår de brugte søgeprofiler etc.

Tabel 1.
Gennemført litteratursøgning efter alternativer til PVC på databasen "Compendex, Engineering Village 2".

Søgningen viste at alternative materialer til PVC især bliver brugt i automobilindustrien. Det anvendte TPO/TPU er dog ikke umiddelbart anvendeligt som materiale til fremstilling af vandmadrasser blandt andet på grund af en for høj gennemtrængelighed for vand. Coatede tekstiler uden blødgører anvendes som geomembraner og lignende. Disse er dog dyre og ikke særligt anvendelige som materiale til en vandsengsmadras, idet tekstilet reducerer elasticiteten af madrassen.

Endelig blev internetsiderne for forskellige aktører på plastmarkedet besøgt.

Producenter af svømmebadslinere (bl.a. Alkor Draka, Berle Swimmingpool Aps) Der anvendes hovedsagelig PVC, dog anvendes også polyurethan.

Producenter og forhandlere af duge/membraner (bl.a. Seaman Corporation, Industrial Textiles & Plastics Ltd., Solmax International, Cooley Group, Barber Webb, Environmental Protection Incorporated, Van Besouw Kunststoffen BV, Boedeker Plastics Incorporated, Advanced Elastomer Systems, C.W. Neal Corporation, DuPont, Mitsui Chemicals)

Der er især lagt mærke til en hel del geomembraner på markedet som anvendes i forbindelse med lossepladser og kunstigt anlagte søer etc. Nogle af firmaerne har samlet tabeller over fysiske egenskaber af de forskellige materialer på deres hjemmesider samt vurderinger af fordele og ulemper ved de forskellige materialer (C.W. Neal Corporation, Cooley Group, Boedeker Plastics Incorporated, Advanced Elastomer Systems, DuPont, Seaman Corporation).

Gennem andre projekter og udviklingsopgaver har Teknologisk Institut ligeledes samlet oplysninger om alternative materialer til phthalatblødgjort PVC.

1.3 Vurdering af substitutionsmuligheder

Gennem forløbet af vurdering af substitutionsmaterialer er en lang række stoffer blevet vurderet. I det følgende er de bedst egnede stoffer trukket frem.

Gummi anvendes generelt til industrielle produkter hvor der er behov for gummiets fremragende elastiske egenskaber. Det vil være muligt at anvende gummimaterialer til vandmadrasser, eksempelvis i chloropren, EPDM eller CSM, som alle udviser god vejrbestandighed. Problemet med anvendelse af gummimaterialer til substitution af blød PVC-folie er ud over den rent prismæssige forskel at gummimaterialer ikke kan svejses, men må limes eller vulkaniseres. Limning er en meget arbejdskrævende proces, og det er nødvendigt at bruge lime baseret på opløsningsmidler for at få en god sammenføjning. Der er således betydelige arbejdsmiljøhensyn at tage i betragtning. Derudover vil der være emission af opløsningsmidler til det eksterne miljø. Da gummiet er vulkaniseret, er den eneste realistiske bortskaffelsesmulighed efter brugsfasen en forbrænding med energiindvinding. Substitution af PVC-dugen med en ren gummidug anses ikke for en realistisk mulighed for Akva Waterbeds.

Dog er der en udvikling i gang inden for polyolefinerne som bør følges nøje. Det skyldes en ny generation af katalysatorer, de såkaldte metallocenkatalysatorer, som muliggør en meget bedre kontrol over stereokemien og molekylvægtsfordelingen ved fremstilling af polymerer baseret på ethylen eller propylen eller tilsvarende umættede monomere olefinbyggestene. Man har med disse katalysatortyper opnået et værktøj som gør at man på en hel ny måde er i stand til at styre de polyolefinbaserede polymerers egenskaber med hensyn til bl.a. krystallinitet og procesegnethed. Elasticiteten af gummimaterialer skyldes i høj grad den stereokemiske opbygning af gummipolymererne, idet disse i grundtilstanden foreligger i en meget uordnet amorf struktur, og de har samtidig en meget lav glasovergangstemperatur (ved glasovergangstemperaturen bliver et materiale sprødt og glasagtigt).

Polyethylen (PE) har en meget lav glasovergangstemperatur (¸120°C) og minder på dette punkt om gummi. Det betyder bl.a. at PE er fleksibelt ned til meget lave temperaturer som man kender det fra gummi. De kendte PE-typer er delkrystallinske, men det må forventes at man ved hjælp af metallocenkatalyseret polymerisation kan frembringe polyethylentyper med en større grad af amorf sejhed indbygget så man får PE der i langt højere grad minder om gummi. Det er karakteristisk for gummi at man får en god formstabilitet ved vulkaniseringen. Men en tilsvarende bedre formstabilitet kunne tænkes opnået hos PE ved en svag tværbinding som det kendes fra PEX, men i så lavt et niveau at svejsbarheden ikke går tabt. Alternativt skulle tværbindingen først finde sted efter at man havde svejset sin madraskonstruktion hvilket giver problemer med lagertid. Det anbefales at man nøje følger den udvikling, der sker inden for polyolefin polymererne.

1.4 Fremskaffelse af detailoplysninger/prøvemateriale

Akva Waterbeds har igennem længere tid undersøgt markedet for alternative materialer til PVC-folien og afprøvet materialer.

Den første type af plastfolie der blev afprøvet, var af materialet termoplastisk polyurethan. Materialet synes umiddelbart egnet, og der blev startet en prøveproduktion, og madrasserne blev testet. Madrasserne blev imidlertid jordslået på betrækkene og skumsiderne. Dette skyldes en for høj permeabilitet for vanddamp der resulterer i vandring af vand fra madrassens indre og ud til overfladen med mug og skimmeldannelse til følge.

Derefter blev der taget kontakt til en række større leverandørfirmaer af plastduge i udlandet, såvel større internationale koncerner som små og mellemstore virksomheder.

Konklusionen på henvendelserne var at ingen af de kontaktede virksomheder havde en plastdug/et materiale der levede op til alle Akva Waterbeds' kravspecifikationer.

Der blev dog afprøvet materialer som opfyldte nogle af kravspecifikationerne. Et af materialerne var en plastfolie bestående af 18% EVA og 82% LDPE. Men denne mulighed blev forkastet, bl.a. fordi materialet ikke kunne modstå temperaturen over varmelegemet.

Et materiale med fremtidsudsigter kunne være en plastfolie bestående af polyethylen modificeret med forskellige elastomere og evt. lamineret med et andet plastmateriale. PE materialet vil da fungere som svejsemedie for eventuel varmesvejsning.

På nuværende tidspunkt er det ikke projektdeltagerne bekendt at et sådant materiale findes på markedet. Men netop gennembruddet inden for metallocenpolymerisering kan bane vejen for alternativer til en PVCdug.

Teknologisk Institut har besøgt den 14. Internationale Kunststoff und Kautschuck Messe i Düsseldorf 22.-29. oktober 2001 for at se hvor langt udviklingen er fremme inden for metallocen katalyse baserede polyolefiner. Konklusionen er at der sker en stadig udvikling, men at der ikke kan forventes alternativer til PVC-dug til vandmadrasser inden for den næste 5 års horisont. Til andre formål end vandmadrasproduktion kan substitutionsmuligheder formentlig foreligge inden for en kortere tidshorisont (1-3 år). Normalt anvender man ikke de metallocen katalyserede polyolefiner i ren tilstand, men blander dem i mere konventionelle typer, eksempelvis i LLDPE. Teknologisk Institut har modtaget en mappe med eksempler på folier hvori indgår metallocen katalyse baserede polyolefiner.

I den videre søgning efter et egnet substitutionsmateriale har det været nødvendigt at gå på kompromis med hensyn til at erstatte PVC som basispolymer for madrasdugen.

Således samarbejder Akva Waterbeds nu med Alkor Draka i Frankrig om udviklingen af en PVC-dug hvor diisononylphthalat (DINP) fuldstændig erstattes med alkylsulfonsyreesteren Mesamoll II der fremstilles af firmaet Bayer. Denne dug anses som den bedste miljøløsning for den phthalatholdige madrasdug på det nuværende teknologiske stade. Mesamoll II har gennemgået omfattende miljøundersøgelser og er bl.a. godkendt til anvendelse i plast der anvendes i kontakt med levnedsmidler og er ifølge DS/EN 71-5 tilladt i ovnhærdende modellervoks til børn over 8 år i koncentrationer op til 30% w/w.

1.5 Fastlæggelse af materiale- og applikationstests

Efter at det blev valgt at substituere phthalatblødgjort PVC med en PVC-dug blødgjort med Mesamoll II, blev der planlagt laboratorieundersøgelser af det nye materiales mikrobiologiske egenskaber. De mikrobiologiske egenskaber blev vurderet som værende væsentlige da bakteriel omsætning af organisk stof, især forskellige former for migranter, vurderes at have væsentlig indflydelse på reklamationer pga. lugtproblemer og i forbindelse med for hurtig ældning af materialet.

Der blev således planlagt migrationsforsøg hvor mængden af organisk stof som potentielt vil kunne være substrat for bakterier i vandet og på dugens overflade, blev bestemt. Endvidere blev der planlagt vækstforsøg på ekstrakter fra henholdsvis phthalatblødgjort og Mesamoll II-blødgjort folie for at vurdere de ekstraherbare substansers egnethed som substrat for bakterievækst.

For at vurdere det færdige produkts mikrobiologiske og sundhedsmæssige egenskaber blev det planlagt at undersøge forekomst og artssammensætning af bakterier i minivandsengsmadrasser som med henblik på laboratoriebrug blev fremstillet som led i pilotproduktionen.

Det er ligeledes søgt opklaret hvilke lugtstoffer der forårsager de forskellige lugte der fører til reklamation over Akva Waterbeds' vandsengsmadrasser. Undersøgelsen er gennemført som GC/MS-screeninger ved SPE- opkoncentrering fra PVC-madrasser der havde været reklamationer over.

De bakteriologiske undersøgelser kombineret med undersøgelser for lugtstoffer forventedes at kunne bidrage til en optimering af konserveringsmetoderne og en reduktion af reklamationer. Der er planlagt en løbende miljøvurdering af konserveringsmetoderne og substitution af blødgørerne også ud over projektperioden.

Det har været overvejet at gennemføre møbel- og kemikalietest hos VGA i Nürnberg, Tyskland med henblik på GS- mærkning. GS mærkning svarer i Tyskland til DEMKO mærkning i Danmark, men dækker et bredere spektrum (VGA er konkurrenter til TÛF med hensyn til sikkerhedsprøvninger). Det blev efter nærmere overvejelser besluttet i stedet at lægge hovedvægten i projektet på en dokumentation af den phthalatfrie vinyldugs egenskaber i relation til ældning og mikrobielle forhold.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |