|
Miljø- og sundhedsforhold for plastmaterialer 7 Termoplastbranchens råvarer
Se også Emissioner ved forarbejdning af termoplast Kemiske belastninger i arbejdsmiljøet 7.1 IntroduktionDen danske termoplastbranche forarbejder en bred vifte af råvarer. I de følgende afsnit gives der en kort introduktion til de fire vigtigste råvarer, nemlig polyethylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS) og high-impact polystyren (HIPS) og polyvinylchlorid (PVC). Introduktionen giver oplysninger de grundlæggende egenskaber for plasttyperne, deres femstillingsprocesser og molekylestruktur, og afsluttes med information om de udvekslinger med miljøet, som produktion af et kilo af plasttypen giver anledning til. I andre kapitler af rapporten behandles også andre plasttyper. Dette er for eksempel tilfældet for ”Emissioner ved forarbejdning af termoplast”, hvor der findes oplysninger/data for omkring otte plasttyper, som også er almindeligt forekommende i dansk plastindustri, om end ikke i så store mængder som de fire plasttyper beskrevet nedenfor. For alle plasttyperne gælder, at det i den tekniske litteratur er muligt at finde endog meget detaljeret information om produktionsmetoder, egenskaber m.v. Den interesserede læser vil uden nævneværdige problemer kunne finde ønsket information i f.eks. Ullmann’s og Kirk-Othmer, der begge er anerkendte opslagsværker for kemisk teknologi. 7.2 Polyethylen (PE)7.2.1 IntroduktionPE - polyethylen - er en uklar, fleksibel og bøjelig plast med en glansløs voksagtig overflade. Materialet har gode elektriske isoleringsegenskaber og stor bestandighed over for vand og mange organiske opløsningsmidler og kemikalier. Polymeren er blandt de letteste plastmaterialer, og PE er ikke bestandig over for UV-lys. PE-råvarer fremstilles alene i udlandet. PE fremstilles ved polymerisering af ethylen. I nedenstående figur er grundformlen for PE angivet.
Figur 1. Grundformel for polyethylen Processen kan foregå både ved højt og ved lavt tryk. Fremstilling ved højt tryk giver LDPE (Low Density PolyEthylene), som er en forgrenet og delkrystalinsk plast, hvorimod fremstilling ved lavt tryk giver HDPE (High Density PolyEthylene), som indeholder færre forgreninger og er mere krystallinsk end LDPE. Ved at variere trykket og procesbetingelserne i øvrigt kan der fremstilles en lang række varianter af PE ud over de to nævnte. Specielt skal nævnes LLDPE (Linear Low Density PolyEthylene), som indeholder meget korte forgreninger i stort antal. Denne PE-type er af relativ ny dato og finder stadig større anvendelse. Endelig fremstilles PE i "Medium Density"-kvalitet (MDPE), som er en LDPE med middelhøj massefylde. 7.2.2 Udvekslinger med miljøet ved produktion af PETil fremstilling af PE medgår i gennemsnit 77 MJ/kg, idet der til fremstilling af LDPE, HDPE og LLDPE i gennemsnit medgår henholdsvis 78 MJ/kg, 77 MJ/kg og 74 MJ/kg. I energiforbruget er medregnet processer startende fra udvinding af olie/gas. De vigtigste forbrug af brændsler og udvekslinger med miljøet findes i Tabel 1.
Tabel 1. Udvekslinger med miljøet ved produktion af 1 kg PE (LDPE, HDPE og LLDPE). Udvalgt fra Boustead I. Eco-profiles of the European plastics industry. Polyolefins. A report for APME, Brussels, July 2003. Af den anvendte energimængde resterer 43 MJ/kg som polymerens "brændværdi". PE-råvaren indeholder sædvanligvis små mængder additiv og proceshjælpemiddel. En råvareproducent oplyser, at deres PE kan indeholde rester af chrom-, titan-, aluminium-, chlor-, og magnesiumforbindelser, som er katalysatorrester fra polymerisationsprocessen. Forbindelserne er til stede i følgende koncentrationer: - Cr < 10 ppm - Ti < 10 ppm - Al < 200 ppm - Cl < 20 ppm - Mg < 10 ppm Restmonomerindholdet i PE er under 10 ppm, typisk under 1 ppm. Fra producentens side er PE normalt tilsat forarbejdningsforbedrende additiver. De virker som smøremidler og består typisk af fedtsyresalte. Mest anvendt er calciumstearat, som tilsættes i andele på mindre end 0,2 pct. PE er normalt tilsat en standardstabilisator, som er baseret på højmolekylære, sterisk hindrede phenoler, og UV-stabilisatorer af HALS-typen (Hindered Amine Light Stabilisers) tilsættes ofte for at hindre nedbrydning. 7.3 Polypropylen (PP)7.3.1 IntroduktionPP - polypropylen - er hvidlig og er den letteste volumenplast. Materialet har en høj stivhed og en god trækbrudstyrke. PP har i mange sammenhænge sammenlignelige egenskaber med PE og har således også gode elektriske isoleringsegenskaber og god bestandighed overfor vand, organiske opløsningsmidler, syrer og baser. PP er stivere og bevarer længere sin mekaniske egenskaber ved stigende temperatur end HDPE. PP oxideres let og tilsættes derfor antioxidanter i alle kommercielle kvaliteter. PP-råvarer fremstilles alene i udlandet. PP fremstilles ved polymerisering af propylen. I nedenstående figur er grundformlen for PP angivet. Figur 1. Grundformel for polypropylen (PP)
Processen kan give tre forskellige former for PP alt afhængigt af hvorledes CH3-grupperne er placeret i forhold til polymerkæden. De tre former er: - Isotaktisk, hvilket vil sige, at alle CH3-grupperne er placeret på samme side af kæden. - Syndiotaktisk, hvilket vil sige, at CH3-gruppernes placering i forhold til kæden alternerer. - Ataktisk, hvilket vil sige, at grupperne er tilfældigt placeret. Den førstnævnte (isotaktiske) form er den eneste, som har kommerciel betydning. 7.3.2 Udvekslinger med miljøet ved produktion af polypropylenTil fremstilling af PP medgår omkring 73 MJ/kg. De vigtigste forbrug af brændsler og udvekslinger med miljøet findes i Tabel 2.
Tabel 2 Udvekslinger med miljøet ved produktion af 1 kg PP. Udvalgt fra Boustead I. Eco-profiles of the European plastics industry. Polyolefins. A report for APME, Brussels, July 2003. Af den anvendte energimængde resterer 44,5 MJ/kg som polymerens "brændværdi". En råvareproducent oplyser, at deres PP indeholder titan-, aluminium- og chlorforbindelser, som er katalysatorrester fra polymerisationsprocessen. Der anvendes ikke tungmetaller. Forbindelserne er til stede i følgende koncentrationer: Ti < 100 ppm Al < 200 ppm Cl < 200 ppm Chlorforbindelser er typisk til stede i koncentrationer på mindre end 50 ppm. Restmonomerindholdet i PP er under 10 ppm, typisk under 1 ppm. Fra producentens side er PP normalt tilsat forarbejdningsforbedrende additiver. Disse virker som smøremidler og består typisk af fedtsyresalte. Hyppigst anvendt er calciumstearat, som tilsættes i andele på mindre end 0,2 pct. PP er normalt tilsat en standardstabilisator (antioxidant), som er baseret på højmolekylære, sterisk hindrede phenoler eller phosphit/phosphonit-forbindelser, ligesom der ofte anvendes UV-stabilisatorer af HALS-typen (Hindered Amine Light Stabilisers). 7.4 Polystyren (PS)7.4.1 IntroduktionAlmindeligt ”General Purpose” polystyren (PS eller GPPS) er en klar plast med høj glans. Materialet er hårdt, stift og relativt skørt. Slagfast polystyren (High Impact PolyStyren, HIPS) er en copolymer med butadien, som forbedrer slagstyrken og sejheden. Expandable polystyen (EPS) svarer i al væsentlighed til GPPS, bortset fra at det er tilsat lavmolekylære kulbrinter (oftest pentan), der ved den efterfølgende forarbejdning fordamper og danner skum. Figur 2. Grundformel for polystyren
Slagfast polystyren (HIPS) fås ved copolymerisering af styren og butadien. Figur 3. Grundformel for slagfast polystyren (HIPS)
7.4.2 Udvekslinger med miljøet ved produktion af polystyrenPS-råvarer fremstilles alene i udlandet ved polymerisation af styren. Energiforbruget ligger mellem 84 og 92 MJ/kg. De vigtigste forbrug af brændsler og udvekslinger med miljøet findes i Tabel 3.
Tabel 3. Udvekslinger med miljøet ved produktion af 1 kg polystyren. Udvalgt fra Boustead I. Eco-profiles of plastics and related intermediates. APME, Brussels, 1999. Af den anvendte energimængde resterer ca. 42 MJ/kg som polymerens "brændværdi". PS-råvarer indeholder spor (ppm-niveau) af katalysatorrester. Katalysatoren er typisk organiske peroxider. Herudover tilsættes små mængder fedtsyreestre og antioxidanter. Styrenmonomerindholdet er typisk mindre end 300 ppm. Ved fremstilling af polystyren anvendes der ikke tungmetaller. 7.5 Polyvinylchlorid (PVC)7.5.1 IntroduktionPVC (polyvinylchlorid) er i sin rene form en stiv, transparent polymer, som udmærker sig ved god styrke og kemikalieresistens. PVC nedbrydes relativt hurtigt ved opvarmning og vil derfor altid være tilsat varmestabiliserende additiver. PVC kan tilsættes op til over 50 pct. blødgører. Herved opnås en række fleksible plasttyper med et stort spektrum af anvendelsesmuligheder. PVC-råvarer fremstilles udelukkende i udlandet. PVC fremstilles ved polymerisering af vinylchlorid. Der anvendes tre processer til produktion af PVC: - Suspension, der giver ”almindelig” (general purpose) PVC til anvendelse i stive applikationer som rør, profiler og andre byggematerialer. Suspensions-PVC anvendes også til kabelisolering, folie og til sprøjtestøbte produkter - Emulsion, der primært anvendes til coatnings-applikationer - Bulk, der anvendes til specifikke typer af hårde plader og flasker I nedenstående figur er grundformlen for PVC angivet. Figur 4. Grundformel for polyvinylchlorid (PVC)
7.5.2 Udvekslinger med miljøet ved produktion af polyvinylchloridTil fremstilling af PVC medgår mellem 58 og 66 MJ/kg, afhængigt af hvilken produktionsproces, der anvendes. De vigtigste forbrug af brændsler og udvekslinger med miljøet findes i Tabel 4.
Tabel 4. Udvekslinger med miljøet ved produktion af 1 kg PVC. Udvalgt fra Boustead I. Eco-profiles of the European plastics industry. Polyvinyl chloride. A report for APME and ECVM, Brussels, September 2002. Af den anvendte energi resterer 18 MJ/kg som polymerens "brændværdi". En råvareproducent oplyser, at deres rene PVC-råvare til sprøjtestøbning indeholder rester af polyvinylalkohol og emulgator (tensid) i koncentrationer op til 2 promille. Endvidere indeholder den rene råvare op til 1 promille rester af initiator (peroxid) samt op til 5 ppm restmonomer (vinylchlorid), typisk under 1 ppm. Endelig kan der forekomme op til 0,1 promille antioxidant. Som varianter af PVC fremstilles også copolymerer mellem vinylchlorid og vinylacetat, ethylen eller propylen, som dog sjældent anvendes i Danmark.
|
