Ön itt áll: A HivatalrólA HivatalrólKiadványok, publikációkJogelőd szervezetek kiadványaiOTKA-kiadványok
Különleges tulajdonságú polipropilén tervezése
Különleges tulajdonságú polipropilén tervezése
2017. február 06.
Utolsó módosítás: 2017. december 29.
Olvasási idő: 6 perc
Évente több millió tonna polipropilént termelnek Európában. Gyártásakor propilénből, egy petrolkémiai hulladékból indulnak ki, és adalékanyagokkal változtatják a tulajdonságait, hogy szélesítsék ennek az olcsó polimernek a felhasználási területeit: lökhárító, autó-műszerfal, DVD-tok, háztartási csomagolóeszköz, mikrózható edény, cumisüveg készül például belőle – mondja Kállay-Menyhárd Alfréd, a BME Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének docense, akinek nemrég zárult le posztdoktori projektje (PD 109346).

Az adalékokra elsősorban azért van szükség, mert ez a polimer önmagában nem elég merev és nem elég átlátszó, hogy a műszaki műanyagokkal versenyezzen. Ezen pedig úgy változtatnak, ha módosítják a kristályszerkezetét hatékony gócképzők adagolásával, amelyek speciális, kristályosítást elindító, szabályozó vegyületek; a polimerizációt követően a többi adalékkal együtt keverik őket a polimerhez, előállítva ezzel a feldolgozásra kész, célzott tulajdonságú műanyagot.

De meddig javíthatók így a tulajdonságok? Abból indultam ki – magyarázza Kállay-Menyhárd Alfréd –, hogy próbáljuk megbecsülni a tulajdonságok javíthatóságának határát. Mert ha például egy cég nagyon merev vagy teljesen átlátszó polipropilént szeretne, de a becslésekből kiderül, hogy ezt nem is remélhetjük, akkor el kell gondolkoznunk azon, hogy a polipropilén helyett más műanyagot válasszunk. Lehet, hogy az kicsit drágább, de könnyedén teljesíti a kritériumokat. A becsléssel időt spórolunk, az idő pedig – különösen az iparban – pénz.

Az ipari feladatok megoldásához kapcsolódó alapkutatásunk tehát arra a kérdésre keresi a választ, hogy lehet-e olyan modellt alkotni, amely a korábbi változások alapján képes megjósolni bizonyos tulajdonságoknak a „határát”. Ehhez meg kell néznünk, hogy a kristályos polimerek egyes szerkezeti elemei milyen hatással vannak az adott tulajdonságra, és ezután tudunk jósolni a rendszerint tapasztalati úton felállított függvényekkel.

Hogyan becsülhető például a merevség?

A merevséget döntően az határozza meg, hogy a polimer „mennyire” kristályos, térfogatának hány százaléka található kristályos fázisban, és ebben a kristályos fázisban milyen szerkezeti elemek, lamellák képződnek. Ha ezeket meg tudom határozni – márpedig erre van mód, például az olvadási görbe felvételével –, akkor pár milligramm mintából meg tudom mondani, hogy hozzávetőleg milyen merev lesz az adott polimerből fröccsöntött szabványos próbatest. Aztán legyárthatunk egy próbatestet, amelynek már meg is mérjük a merevségét, ellenőrizve ezzel a becslésünk jóságát. Természetesen a modell lényege nem a legyártható termékek tulajdonságainak ellenőrzése, hanem a kísérleti polimerek – melyekből sokszor igen kis mennyiség áll rendelkezésre – tulajdonságainak jóslása. Ilyen módon egy fejlesztési kutatás nagymértékben felgyorsítható, mert nem mindegyik kísérleti polimert kell nagyobb mennyiségű gyártásig elvinni, hogy a mechanikai tulajdonságait vizsgálhassuk.

Elég pontosan jósol a modell?

Igen, 5–10 százalékos pontossággal dolgozunk, ami jónak számít tekintettel arra, hogy az ilyen mechanikai vizsgálatoknak mindig van szórása.

Az átlátszóság jóslása már nehezebb, mert ezt a tulajdonságot elsősorban az befolyásolja, hogy milyen a kristályos képződmények méret-eloszlása a polimerben. A lamellák és a belőlük felépülő különféle szupermolekuláris egységek is szórják a fényt – eltérő módon. Készítettünk már modelleket, de egyelőre csak nagyságrendi becslést adhatunk: meg tudjuk mondani, hogy egy köbméterben hány darab kristályos egység képződik a kristályosodás során. Vagyis jelenleg még egyenlő nagyságú kristályos szemcsékkel számolunk, de szeretnénk folytatni a modellezést.

Ha tehát beteszek egy gócképzőt a polimerbe, megváltozik a kristályszerkezet – például a lamellák vastagsága és a kristályosság mértéke –, a modell alapján pedig kiszámolhatom, hogy mennyivel növekszik az anyag merevsége. A homályosságot még nem tudom pontosan becsülni, de „találgatni” már tudok.

DVD tok
a) DVD tok

Lökhártó
b) Lökhártó



Cumisüveg (biszfenol A-mentes)
c) Cumisüveg (biszfenol A-mentes)

Vékony falú csomagolóedény
d) Vékony falú csomagolóedény

A polipropilén néhány nagymennyiségű alkalmazási területe, melyhez a kristályszerkezet módosítása szükséges

 

Azt írta a pályázatában, hogy „a Tiszai Vegyi Kombinát (napjainkban MOL Petrolkémia Zrt.) nagy mennyiségben gyártja ezt a műanyagot, és alapvető fontosságú, hogy az alkalmazott kutatásokon kívül alapkutatásokat is végezzünk ezen a területen. A kutatási téma kiemelkedő jelentőségű annak érdekében, hogy hazánk egyik nagyvállalata mögött világszínvonalú tudásbázissal rendelkező tudományos háttér álljon rendelkezésre.” Átkerülhetnek már az eredmények az iparba?

Hogyne! A vállalat neve ugyan MOL Petrolkémia Zrt.-re változott, de körülbelül tizenöt éve ugyanazzal a kutató-fejlesztő csapattal dolgozunk együtt. A merevség leírását tárgyaló közleményünk velük együtt született, és az eredményét rendszeresen használjuk az együttműködéseink során1. A témában folytatott közös fejlesztéseinknek általában két fő irányzata van. Az egyik terület a mindenkor gyártott és polipropilénhez alkalmazott adalékcsomagok optimalizálása, mert a helyesen megválasztott adalékrendszerrel a tulajdonságok nagymértékben javíthatók. Az optimális mennyiségek meghatározása nemcsak a tulajdonságok szempontjából, hanem anyagi szempontból is kulcsfontosságú, hiszen az ilyen fejlesztések során az adott tulajdonságok eléréséhez szükséges minimális adalékanyag mennyiségét határozzuk meg, így a MOL Petrolkémia Zrt. sokszor jelentős összeget takaríthat meg. A másik terület pedig pont a cég által gyártott polipropilén típusok teljesítőképességi határának vizsgálata, ami inkább alap-, mint alkalmazott kutatás. Az előzőekben megadott tudományos közlemény is egy ilyen közös kutatás eredménye.

Gyakran fordulnak önökhöz ilyen kéréssel?

Folyamatosan fejlesztik a termékeiket és mi is a gócképző receptúrákat. Ha mást nem, akkor optimalizáljuk őket. A modellek ebben is nagyon hasznosak.

Néhány év óta erős változás tapasztalható a műanyagiparban. Az arab országokban nagyon komoly műanyag-gyártó vállalatok jelentek meg, amelyek a jelenlegi legmodernebb technikát használják. És ott a rengeteg olaj – ezzel nem lehet versenyezni. Mit tehetünk? Véleményem szerint a megoldás a speciális termékeket gyártása, hiszen így nagyobb hozzáadott értékkel rendelkező egyedi termékeket hozhatunk létre. Ha a közös kutatásainkkal elérjük, hogy jobban értsük az anyag viselkedését, olyan különleges tulajdonságú termékekkel jelenhet meg egy hazai nagyvállalat a piacon, a hagyományoshoz nagyjából hasonló áron (mert az ár a technológiából következik), amivel nem konkurálhat az, akinél nincs meg ez a tudás.

2017. február

----------------------------------------------

Irodalom

[1] Menyhárd, A., Suba, P., László, Z., Fekete, H. M., Mester, Á. O., Horváth, Z., Vörös, G., Varga, J., Móczó, J., Direct correlation between modulus and the crystalline structure in isotactic polypropylene Express Polym. Lett. 9. 308-320 (2015)

Utolsó módosítás: 2017. december 29.
Visszajelzés
Hasznos volt az oldal információtartalma az Ön számára?