Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
TZB studio
zobrazit program

Inženýrské plasty

1. Úvod

Podle neoficiálních údajů Plastics Europe dosáhla světová spotřeba plastů hodnoty okolo 310 mil.tun. Přibližně deseti procenty se na tomto množství podílejí inženýrské plasty [1].

2. Charakteristika

Obr. č. 1 – Rozdělení plastů podle struktury, tepelné odolnosti a ceny. Inženýrské plasty uprostřed. Zdroj: Plastics Europe.
Obr. č. 1 – Rozdělení plastů podle struktury, tepelné odolnosti a ceny. Inženýrské plasty uprostřed. Zdroj: Plastics Europe.

Tuto rodinu plastů lze charakterizovat jako materiály s tepelnou odolností v rozmezí 100–150 °C, s výbornými fyzikálně – mechanickými vlastnostmi, dobrou chemickou odolností proti většině chemikálií a tím i vyšší cenovou úrovní oproti komoditním plastům – obr. č. 1. Každý člen této rodiny se vyznačuje unikátními vlastnostmi a tedy i možnostmi různorodých aplikací. Jejich vlastnosti lze „vylepšovat“ vzájemným směšováním i přídavkem různých aditiv, např. plněním skleněnými vlákny lze připravit výrobky, které mohou nahradit kovy. Možná překvapivá je i skutečnost, že lze využít pro jejich výrobu přírodních zdrojů. Energetická spotřeba pro výrobu 1 kg inženýrských plastů převyšuje 95 MJ/kg a lze ji snížit právě aplikací bio-monomerů.

Obr. č. 2 – Očekávaný průměrný růst spotřeby standardních a inženýrských plastů v období 2013–2018. Zdroj: Plastics Europe.
Obr. č. 2 – Očekávaný průměrný růst spotřeby standardních a inženýrských plastů v období 2013–2018. Zdroj: Plastics Europe.

Prognózy růstu spotřeby plastů do roku 2020 hovoří o světové hodnotě 400 mil. tun, po roce 2050 dokonce o 700 mil. tun. Inženýrské plasty mají dosáhnout vyššího růstu než standardní typy – obr. č. 2.

 

Do rodiny inženýrských plastů patří:

2.1. Kopolymery styren-akrylonitril (SAN a terpolymery akrylonitril-butadien-styren (ABS) a akrylonitril-styren-akrylát (ASA)

Obr. č. 3 – Spotřeba plastů, včetně inženýrských v EU v období 2011–2013. Zdroj: Plastics Europe.
Obr. č. 3 – Spotřeba plastů, včetně inženýrských v EU v období 2011–2013. Zdroj: Plastics Europe.

Průmyslová výroba byla zahájena v roce 1950 u americké firmy Borg Warner. V současné době disponuje kapacitou 550 tis. tun. V Kaučuku Kralupy byla zahájena výroba ABS v roce 1969 emulzní polymerací dle licence italské firmy Mazzucheli s kapacitou 8 tis. tun/rok. Po požáru během zkušebního provozu byla výrobna obnovena s využitím poznatků z vlastního výzkumu v roce 1976. V roce 2007 byla výrobna pro svou ztrátovost zastavena.

Zásadní přelom do výroby ABS přinesla realizace blokové technologie u firmy Chi-Mei (Tchajwan) v roce 1994 s kapacitou neuvěřitelných 800 tis. tun/rok. V následných letech firma postupně zvyšuje kapacitu a založením společného podniku v Číně v roce 2008 o kapacitě 700 tis.tun/rok posiluje roli jedničky na světovém trhu (současná kapacita 2,1 mil. tun ABS, SAN, ASA a PC/ABS). Zatímco Evropa ve výrobě a spotřebě ABS stagnuje a nedosahuje ani 1 mil. tun, významně se projevuje dominance Asie, kde se vyrábějí tři čtvrtiny veškeré produkce, která v roce 2013 činila 10,3 mil. tun. Spotřebou se tyto plasty zařadily na 1. místo mezi inženýrskými plasty a na 7. místo mezi všemi plasty. Spotřeba v Evropě je patrná z obr. č. 3.

2.2. Polykarbonát (PC)

Spotřebou se řadí na 2. místo mezi inženýrskými plasty s 16% podílem [3]. Polykarbonáty patří do skupiny termoplastů, podskupiny polyesterů. Vyrábějí se nejčastěji procesem polykondenzace Bisfenolu s fosgenem nebo difenyl-karbonátem.

V roce 1953 provedl první syntézu PC v Německu u firmy Bayer p. Schnell, v USA se nezávisle totéž podařilo p. Foxovi. Procesy byly komercionalizovány v roce 1958 a PC je dodáván pod obchodním názvem Makrolon (Bayer – Německo) a Lexan (General Electric – USA). PC jsou vyráběny a dodávány ve formě granulí nebo prášku. Vlastnosti mohou být vylepšovány směšováním se skelnými vlákny nebo s jinými polymery např. PC/ABS.

Světová produkce PC přesáhla 3,5 mil. tun. Evropská spotřeba je patrná z obr. č. 3. Největším výrobcem PC je firma Bayer. Po realizaci dohody firmy SABIC s čínským Sinopecem o výstavbě závodu na výrobu PC o kapacitě 260 tis. tun/rok se v roce 2015 stane SABIC největším světovým výrobcem PC s kapacitou 3 mil. tun/rok. Japonská firmy Mitsubishi vyvinula bio-PC s tím, že nahradila komponent bisfenol A produktem z glukózy [4].

2.3. Polyamidy PA6, PA66, PA10, PA12

Poprvé byl produkt syntetizován v roce 1935. Průmyslová výroba PA66 byla zahájena v roce 1939 u firmy DuPont (USA) pro vláknařské aplikace. PA6 – Nylon 6 poprvé na trhu v roce 1940. V Československu se podařilo v roce 1940 p. Wichterlemu u firmy Baťa obejít patenty americké firmy a zpolymerovat kaprolaktan a vzniklý PA zvláknit. V roce 2007 se uvádělo ve světě 300 výrobců PA s kapacitou 9,5 mil. tun. Mezi nimi byly i Spolana Neratovice a Silan Planá, které již výrobny uzavřely. Světová spotřeba nejpoužívanějších typů PA6 a PA66 v roce 2011 dosáhla 6,7 mil. tun, z toho 53 % tvořily vlákna, 41 % technické díly a 6 % folie. Mezi inženýrskými plasty zaujímají typy pro vstřikování a vytlačování PA 3. místo (po ABS a PC). Hlavním aplikačním segmentem jsou dopravní prostředky. Rozmanitost typů PA je dána možností přípravy polymerů z různých monomerů, včetně využití bio-monomerů.

2.4. Polymetylmetakrylat (PMMA)

Patří mezi nejstarší průmyslově vyráběné plasty, když byl uveden na trh v roce 1927 u německé firmy Röhm. V roce 2007 vyrábělo PMMA ve světě 22 výrobců s kapacitou 1,6 mil. tun. Podílí se 8 % na spotřebě inženýrských plastů.

Cení se střední pevnost, vysoká tvrdost, výborná čirost a průchodnost pro světlo, šestkrát vyšší nárazová houževnatost oproti sklu, tepelná odolnost kolem 150 °C a výborná zpracovatelnost vstřikováním, vytlačováním a tepelným tvarováním. Spotřeba do roku 2019 by měla růst o 6,1 % ročně.

2.5. Polyetylentereftalát (PET) pro vstřikování a vytlačování a polybutylentereftalát (PBT)

Průmyslově zaváděn postupně od roku 1940 (firma DuPout v USA a ICI ve VB). V roce 2007 dosáhly kapacity PBT výše 1,1 mil. tun u 22 výrobců. Světová spotřeba v roce 2012 dosáhla 0,83 mil. tun. PBT se vyrábí polykondenzační reakcí kyseliny tereftalátové s butadiolem místo etylenglykolu u PET. Do roku 2025 se očekává spotřeba 1,65 mil. tun, převážně v Asii. PBT má oproti PET větší odolnost proti teplé vodě a lepší průchodnost pro CO2 a srovnatelnou odolnost chemikáliím a povětrnosti a bezpečnost pro kontakt s potravinami. Dále se snadno modifikuje mísením s ASA, PET, PC nebo se skleněnými vlákny. Cení se stabilita tvaru, vysoká pevnost a tepelná odolnost a zvládnuté technologie vstřikování a vytlačování. Inženýrský PET se využívá převážně pro potravinářské obaly.

2.6. Polyoximetylen (POM)

Nazývaný též Polyacetal. V roce 2007 dosáhla světová kapacita 1,1 mil. tun u 19 výrobců. Typický představitel inženýrských plastů s vynikající tvarovou stálostí v rozmezí teplot mínus 40 °C až plus 100 °C.

3. Aplikace

Jak již bylo uvedeno má růst spotřeba inženýrských plastů rychleji než u standardních plastů. Podle studie agentury Marketsand dosáhla hodnota spotřebovaných inženýrských plastů v roce 2013 výše 53,6 miliard USD a do roku 2018 má růst průměrnou spotřebou o 8 % ročně na 79 miliard USD [5]. Podle agentury Ceresana má v roce 2020 činit hodnota spotřebovaných inženýrských plastů výši 90 miliard USD [6]. Motorem růstu spotřeby bude Asie.

Obr. č. 4 –Spotřeba hlavních typů plastů v aplikačních segmentech v roce 2013. Zdroj: Plastics Europe.
Obr. č. 4 –Spotřeba hlavních typů plastů v aplikačních segmentech v roce 2013. Zdroj: Plastics Europe.

Hlavní aplikační oblastí pro inženýrské plasty je segment elektroniky, dále domácí spotřebiče s více než 50% podílem, následují dopravní prostředky. Menší podíl tvoří aplikace ve stavebnictví, lékařství a obalech a při výrobě solárních panelů.

Evropský plastikářský průmysl spotřebovává pětinu ve stavebnictví – obr. č. 4. Největší podíl z inženýrských plastů zaznamenává PC, následují PA, PMMA a ABS, zbývající jsou zahrnuty v položce ostatní.

PC ve stavebnictví se aplikuje, když se využívá mimořádná rázová houževnatost (250krát vyšší než u skla), vysoká pružnost, optická průhlednost 64–83 %, odolnost proti slunečnímu záření, tepelná odolnost v rozmezí −40 až +115 °C, dobré izolační vlastnosti (U = 1,4–4,5 W/m2K) a zvukové tlumení 18–23 dB. Typickými aplikacemi jsou ploché a obloukové zasklívání teras, světlíků, zimních zahrad, skleníků, sportovních stadionů apod. Hmotnost aplikací PC proti sklu je poloviční. Hořlavost PC desek vyhovuje EN 13501-1.

Objemově významnou aplikací PA ve stavebnictví jsou potrubí pro rozvod plynu a transport ropných produktů. Pevnostní vlastnosti lze zvýšit plněním skleněnými vlákny. Tepelná odolnost až 260 °C umožňuje nasazení jako těsnění, pouzdro čerpadel a ložisek, ale i ozubených kol, šroubů a matek. Obdobné využití má PBT.

Obr. č. 5 – Podíl zpracovaného PP a inženýrských plastů u firmy Böhmplast – Technik [7].
Obr. č. 5 – Podíl zpracovaného PP a inženýrských plastů u firmy Böhmplast – Technik [7].

Až 30 % PMMA se aplikuje ve stavebnictví, zejména na dopravní značky, reklamní tabule, přepážky v úřadech, kryty svítidel, světlíky, umyvadla, vany, sprchové kouty.

Hlavní uplatnění ABS mají potrubní rozvody, vodovodní armatury a vytlačované desky pro interiéry s možností vakuového tvarování. Různé lehčené profily lze vyrobit vytlačováním s chemickými nadouvadly. Průhledné desky ze SAN se aplikují pro sprchovací kouty koupelen. Pro vnější aplikace (střešní krytina, okenní rámy, parapety) se používají kopolymery ASA v kombinacích s PVC.

V ČR se inženýrské plasty nevyrábějí. V oblasti zpracování vstřikováním hraje významnou roli firma Böhmplast – Technik v České Třebové [7]. Pro automobilový a elektronický sektor vstřikuje přesné díly z PP a ABS, PA, PBT, PC a POM – podíl je patrný z obr. č. 5.

4. Recyklace

Tabulka I. – Ceny originálních inženýrských plastů, drtě a regranulátu v červnu 2014 v Euro/kg. Zdroj: Kunststoffe.
Inženýrský plastOriginálDrť z odpadůRegranulát z odpadů
A-PET1,330,550,88
PA62,761,352,15
PBT3,610,731,70
PC2,791,082,17
PMMA2,80
POM2,210,551,71

Nejenom vyšší cenová hladina inženýrských plastů je motorem pro využití odpadů po skončení životnosti. Problémem ve stavebnictví je vytřídění a separace dílů z odpadů a demolic, vlastní proces regranulace není problémem. Recyklací se totiž, kromě biomonomerů pro výrobu, řeší i problém udržitelnosti inženýrských plastů.

Na trhu jsou k dispozici drtě nebo regranuláty z odpadních inženýrských plastů. V Tabulce I. jsou uvedeny cenové relace těchto komodit.

5. Závěr

Inženýrským plastům je prognózována příznivá budoucnost. V rámci udržitelnosti se řeší snížení spotřeby energií na jejich výrobu, jednak inovacemi v oblasti zdrojů, včetně přírodních, dále zvyšováním výrobních kapacit, ale i lepším využíváním odpadů. Ve stavebnictví se uplatňují PC, PA, PMMA, ABS a v menší míře i ostatní typy inženýrských plastů.

Literatura

  • [1] VÖRÖS, F., Plasty ve stavebnictví 11 – Inženýrské plasty, Materiály pro stavbu, 2015, č. 2, str. 31
  • [2] VÖRÖS, F., Udržitelné plasty – ABS, SAN, ASA, Plasty a kaučuk, 2015, připraveno k publikaci
  • [3] VÖRÖS, F., Plasty ve stavebnictví 5 – Polykarbonáty (PC), Materiály pro stavbu, 2014, č. 5, str. 39
  • [4] LAUZON, M., Mitsubishi develops bio-based polycarbonate, www.pnchina.com, 6. 1. 2015
  • [5] Engineering Plastics Market worth 79.026,6 Million USD by 2018, www.marketsandmarkets.com, srpen 2014
  • [6] CHENG, V., Engineering plastics set to prosper with greener attributes, www.adsalecprj.com, 1. 8. 2014
  • [7] www.bohmct.cz
 
 
Reklama