Muovi muuntuu huipputekniikaksi

materiaalitekniikka Muoville kehitetään uusia käyttökohteita, ja sitä yhdistellään eri materiaaleihin. Muovia voi löytyä yhtä hyvin avaruudesta kuin kivenmurskaimesta.

Uudet valmistusteknolo­giat ovat lisänneet kiinnostusta muovien käyttöön entistä monipuolisemmissa kohteissa. Tavoite on, että pelkän määrän kasvattamisen sijasta materiaaleille rakennetaan uusia ominaisuuksia. Esimerkiksi polymeerien 3D-teknologiaa tutkitaan paljon.

”3D-tulostus on uusi mahdollisuus. Muovia, metallia ja keraamia halutaan tulostaa yhdessä, ja halutussa järjestyksessä”, kertoo materiaali­opin professori Jyrki Vuorinen Tampereen teknillisestä yliopistosta.

Uudet ympäristöt, kuten avaruus, tuovat laajenevia markkinoita. Vuorinen kertoo italialaisen muovitutkijan Luigi Torren kehittelevän uudenlaista sulavaa lämpökilpeä.

”Avaruusaluksen palatessa ilmakehään tai muun planeetan kaasukehään aluksen ulkokerros kuumenee voimakkaasti. Helposti palava muovisuoja on yksi ratkaisu pinnan viilentämiseen.”

Haitoista hyödyiksi

50 vuoden aikana muovin kulutus maail­massa on kaksikymmenkertaistunut. Kiertotalouteen keskittynyt Ellen Mac­Arthur -säätiö on arvioinut, että vuoteen 2050 mennessä se nelinkertaistuu nykyisestä. Nykyään muovien valmistukseen kuluu noin neljä prosenttia maailman raakaöljyn kulutuksesta.

Kierrätyksessä muovin ero esimerkiksi teräkseen ja alumiiniin on ratkaiseva: sulattaminen heikentää muovin laatua kierros kierrokselta. Metallien laatu taas pysyy samana loputtomasti.

”Emme pääse kokonaan eroon muovijätteestä. Kiertoa voidaan kehittää paljonkin nykyisestä, mutta toisaalta kaikki muovit eivät sovi kierrätykseen esimerkiksi niiden sisältämien palonsuoja-aineiden takia”, sanoo erikoistutkija ­Helena Dahlbo Suomen ympäristökeskuksesta SYKEstä.

SYKE ja sen kumppanit tutkivat useissa hankkeissa sekä kierrätystä että korvaavia materiaaleja. Esimerkiksi seitsenvuotisen Circwaste-hankkeen osahankkeessa tutkitaan muovijätteiden hyödyntämistä yhdessä puukuitujätteiden kanssa.

Muoveista ja kuiduista tehdään uudella pursotustekniikalla yhdistelmämate- riaaleja eli komposiitteja. Teknologiaa kehittää Kompotek Oy Lappeenrannassa.

Yhdistelmämateriaaleille löytyy sovelluksia auto-, sähkö-, meri-, ilmailu- ja rakennusalalta sekä kohteista, joissa tarvitaan keveyttä, iskulujuutta ja korroosio­kestävyyttä. Komposiitti ei sinänsä ole uusi idea: esimerkiksi lujitemuovi eli ”lasikuitu” keksittiin jo 1930-luvulla.

Biomuovista joskus jopa haittaa

Myös korvaavien materiaalien ympäristö­vaikutukset tulee selvittää. Dahlbo mainitsee esimerkkinä Ubinam-hankkeen. Siinä Suomen ympäristökeskus ja kolme yritystä, Plastiroll Oy, Sulapac Oy ja Paptic Oy tutkivat, miten biopohjaiset ja biohajoavat materiaalit käyttäytyvät Itämeren vedessä. Tuloksia odotetaan tämän vuoden aikana.

Muovien kierrätysjärjestelmille biohajoavat materiaalit aiheuttavat ongelmia, koska ne on viritetty perinteisten muo- vien ominaisuuksien mukaan. Siksi esimerkiksi muovipakkausten keräys­astiaan ei pidä laittaa biohajoavaa muovi­kassia. Myös komposiittimateriaalit ovat hankalia kierrätettäviä, koska eri aineksia on vaikea tai mahdoton erottaa toisistaan.

Pienimuotoisia kokeiluja

Kansainvälisessä FiberEUse-hankkeessa, johon Tampereen teknillinen yliopisto osallistuu, on tutkittu uusien tuotteiden valmistamista kierrätysmuovista. Italialainen yritys Rivierasca tekee kalliita hajuvesipakkauksia kierrätetystä lasikuitumateriaalista, jonka kauppanimi on glebaniitti.

Tällaiset pienimuotoiset kokeilut vievät teknologioita eteenpäin, vaikka niillä ei olekaan merkitystä, kun isojen muovimäärien kierrätystä tai uudelleenkäyttöä pohditaan. Tuskin kukaan ajattelee, että hajuvesipullo tai kuormapressusta valmistettu design-laukku pelastaa maailman.

Milanossa polytekninen instituutti ja tutkimuslaitos ITIA-CNR ovat kehittäneet piirilevyjen purkulinjaa. Robotit keräävät metalliosat. Muoviosat käsitellään joko kemiallisesti tai mekaanisesti.

”Italiassa on merkittävästi muovi­teollisuutta, mutta Saksa taitaa olla tälläkin alueella veturi. Yleisesti maat, joissa on autoteollisuutta, ovat vahvoja myös muovissa”, sanoo Vuorinen.

Sähköistä ja mobiilia

Oululainen TactoTek ruiskuvalaa elektroniikkaa muovin sisään.

”Tulevaisuuden vaihtoehtoina ovat esimerkiksi liuotinprosessit sekä erilaiset hydrometallurgiset menetelmät. TactoTek on tehnyt selvitystyötä kierrätysprosessien suhteen muun muassa saksalaisen Recomin kanssa ja on aktiivisesti mukana tutkimassa elektroniikkaromun kierrätystä”, kertoo yhtiön markkinointijohtaja Heini Tuorila.

Uudet ominai­suudet ovat kuitenkin pääasia. Rakenteiden sisään sijoitetulla elektroniikalla on sovelluksia etenkin autoissa ja puettavassa elektroniikassa. Auton kojelauta ohenee ja kevenee. Kengänpohjalliseen pystytään piilottamaan antureita.

Kauempana häämöttää muovin ja elektroniikan vieläkin läheisempi liitto. Sähköä johtavia muoveja tulee esimerkiksi aurinkokennoihin, näyttöihin, valaisimiin ja muihin arkisiin tuotteisiin.

Muoville etsitään korvaavia materiaaleja, mutta samaan aikaan myös muovi korvaa perinteisiä ratkaisuja.

”Urani kohokohtia oli osallistuminen hankkeeseen, jonka tuloksena syntyi muovinen moottorikotelo Metson kivenmurskainta varten. Materiaali sai hyväksynnän äijäkulttuurissa, jossa perinteisesti on vaadittu, että kaiken pitää olla lekalla korjattavaa”, kertoo Vuorinen.

Muotoilija Tuomas Tuokko Metsosta kertoo blogissaan ratkaisun eduista: Kun peltikatteet korvattiin kehittyneillä muoviosilla, laitteiden huoltaminen helpottui ja suojien paino laski merkittävästi. Muita etuja ovat valmistuskustannusten aleneminen ja valmistuksen helpottuminen.

Muoviosat ovat DCPD- ja ABS-muovia, jotka voidaan hävittää polttamalla käytön jälkeen. Metso on saanut Loko­trackista kaksi muotoilupalkintoa: suomalaisen Fennia-palkinnon ja kansainvälisen iF-palkinnon.

Muovien maailma jakautuu yhä enemmän kahtia: Aasian joet täyttyvät muoviroskasta samaan aikaan kun teollisuusmaissa kehitetään uusia huipputeknisiä materiaaleja. Tulevaisuuden iso kysymys on, miten roskan talteenotosta ja hyödyntämisestä saataisiin kannattavaa, maailmanlaajuista teollista toimintaa. Esimerkiksi Kiinan noin 400 miljardin dollarin ympäristöhankkeista osa on suunnattu muoviongelman ratkaisujen etsintään.

Muovien salaisuus piilee pitkissä hiiliketjuissa. Kuvassa on yhden tärkeän muovin eli polytetrafluorieteenin eli teflonin molekyylimalli. Mustat pallot ovat hiiliatomeja, vihreät fluoriatomeja.

Muovien salaisuus piilee pitkissä hiiliketjuissa. Kuvassa on yhden tärkeän muovin eli polytetrafluorieteenin eli teflonin molekyylimalli. Mustat pallot ovat hiiliatomeja, vihreät fluoriatomeja.

Suosittu polymeeri

Muovin tieteellinen nimi on polymeeri, joka tarkoittaa pitkää hiiliyhdisteiden ketjua. Sana viittaa muovailtavuuteen ja muotoiluun. Suomen kielen professori Lauri Hakulinen keksi 1950-luvulla uuden termin vierassanan ”plastiikki” tilalle.

Erilaisia muoveiksi laskettavia polymeereja on kolmisenkymmentä, ja noin kymmenen niistä on yleisesti käytössä. Esimerkiksi polyeteenitereftalaatti eli PET on tuttu juomapulloista ja polyuretaani lämpöeristeistä. Akryyliä käytetään suojavaloissa ja ajovalojen koteloissa, polypropeenia margariinirasioissa ja polyeteeniä esimerkiksi roskakorien, kassien ja pesuainepullojen materiaalina.

Useimmat muovit soveltuvat joko pakkauskierrätykseen, tai jos materiaali on kovin sekalaista tai likaista, polttamiseen energiaksi. Lelut, cd-kotelot, putkenpätkät ja muut ”ei-pakkaukset” kuuluvat sekajätteeseen.

Polyvinyylikloridia (PVC) eli vinyyliä on pidetty hankalana tapauksena, koska sille ei ole kierrätysjärjestelmää, ja polttolaitoksessa sen sisältämä kloori muodostaa kattilaan suolahappoa. Tosin esimerkiksi pois heitetty paketillinen suolaista meetvurstia tekee saman, koska suolassakin on klooria.

Polttolaitoksiin on kehitetty viime vuosina ratkaisuja, joilla haittoja vähennetään ja korroosiota estetään. Kotitalouden pienet määrät PVC-muovia voi laittaa sekajätteeseen.