Muovi

Muovi on seos, jonka oleellinen ainesosa on suurikokoinen polymeeri ja jota valmistuksen vaiheessa muokataan lämmön ja paineen avulla. Polymeerien lisäksi muoveissa käytetään erilaisia lisäaineita, jotka antavat sille käyttötarkoituksen mukaan haluttuja ominaisuuksia.

Muoveille on ominaista helppo muovattavuus, mistä nimi muovi tuleekin. Muovien tekniset ominaisuudet, kuten lujuus, sähköneristävyys, vesitiiviys ja keveys, muoviraaka-aineiden edullisuus sekä muoviesineiden tehokas valmistaminen suurissa sarjoissa ovat syy muovien käytön hyvin nopealle laajenemiselle 1950-luvulta alkaen. Muovin hajoamattomuus luonnossa tekee siitä myös ympäristöongelman.

Muovin yleisin raaka-aine on öljy. Vuoteen 2018 mennessä muovia on tuotettu koko maailmassa yhteensä yli 8 miljardia tonnia. Vuonna 2018 muovin vuosituotanto oli 359 miljoonaa tonnia.

Raaka-aineet

Polymeerit
Muovin oleellinen ainesosa on suurikokoinen polymeeri, joita valmistetaan yleisimmin öljyn jalostusprosessissa erotelluista molekyyleistä. Polymeerin nimeä käytetään myös siitä valmistettavan muovimateriaalin nimenä. Tuotantomääriltään suurimmat muovilaadut valmistetaan öljynjalostuksessa syntyvistä kevyistä jakeista, kuten bentseeni, butadieeni, propeeni ja eteeni, liittämällä näiden molekyylit yhteen pitkiksi ketjuiksi prosessissa, jota sanotaan polymeroinniksi.

Polymeerejä valmistetaan myös luonnon raaka-aineista kuten viljasta, maissista, puusta, maidosta, katkarapujen kuorista sekä erilaisista öljyistä ja rasvoista.

Synteettisiä polymeerejä ovat kokonaan tuotantolaitoksessa tai laboratoriossa valmistetut polymeerit, ja puolisynteettisiä polymeerejä ovat muovatut luonnonpolymeerit. Sellaisia ovat esimerkiksi tärkkelys, selluloosa, ligniini, maitohappo, kautsu, kaseiini ja kitosaani.

Kaikki polymeerituotteet eivät ole muoveja, vaan polymeereistä valmistetaan myös esimerkiksi elasteja, vahoja, voiteita, saumausmassoja ja maaleja.

Lisäaineet
Muovimateriaalissa käytetään polymeerin lisäksi erilaisia lisä- ja apuaineita. Muovien suuri räätälöitävyys eri tarkoituksiin on tehnyt niistä hyvin yleisiä. Muovien moninaisuus toisaalta vaikeuttaa niiden kierrättämistä.

Väriaineiden avulla valmistetaan erivärisiä muoveja. Vaahdotusaineilla muovi saa vaahtomaisen rakenteen. Antistaatit estävät staattisen sähkövarauksen syntymisen muovin pintaan, minkä vuoksi etenkin elektroniikkateollisuus käyttää paljon antistaatteja. Tarttumisenestoaineet eli antiblokit ovat tarpeellisia esimerkiksi kun halutaan estää ohuiden kalvojen tarttuminen toisiinsa valmistusvaiheessa. Liukuaineita eli slippejä käytetään kitkan alentamiseksi, mikä estää polyolefiinikalvoja tarttumasta toisiinsa. Antioksidanteilla estetään muovia hapettumasta eli palamasta tuotteen valmistuksen yhteydessä. Näin ehkäistään muovin värin muuttumista ja sen mekaanisten ominaisuuksien heikentymistä. UV-stabilisaattoreilla ehkäistään muovin vanhenenminen ultraviolettivalon vaikutuksesta. Palonestoaineet estävät muovin syttymistä. Hajoamista edistävät aineet edistävät käytetyn muovin pilkkoutumista pieniksi partikkeleiksi. Jotkin tällaisista muoveista ovat myös biohajoavia. Antifogeilla vähennetään kosteuden tiivistymistä pisaroiksi muovipakkauksen sisäpinnalle. Antibakteerisilla lisäaineilla estetään mikrobien kasvaminen tuotteen pinnalla.

Jaottelu 
Muovit voidaan jaotella usealla tavalla:

 Kertamuovit ja kestomuovit
 Kertamuovi on muovia, jota ei voi sulattaa ilman polymeerin hajoamista.
 Kestomuovi on muovia, jonka voi sulattaa ja jäähdyttää uuteen muotoon. Amorfiset kestomuovit voivat olla läpinäkyviä, osakiteiset kestomuovit eivät.
 Valtamuovit ovat edullisia ja yleisesti käytettyjä kestomuoveja, joiden käyttöosuus on noin 80 prosenttia. Niihin luetaan yleensä PE, PP, PVC, PS, PS-HI ja joskus myös PET-A.
 Tekniset muovit ovat melko yleisiä mutta kalliimpia kuin valtamuovit. Niihin luetaan esimerkiksi ABS, SAN (styreeni/akryylinitriili), polyamidit, PET, PMMA, PC, POM ja PBT. Myös muoviseokset ja kaikki termoelastit ovat teknisiä muoveja.
 Erikoismuovit ovat kalliita muoveja, joilla on jokin erityisominaisuus ja tarkkaan määritelty käyttökohde. Erikoismuoveihin kuuluvat esimerkiksi PSU, PEI, LCP ja PPS.

 Homopolymeerit ja kopolymeerit. Homopolymeeri on valmistettu yhdestä lähtöaineesta, kopolymeeri on valmistettu useasta.

 Kemiallisen alkuperän mukaan
 Epäorgaaniset muovit
 Silikoni
 Orgaaniset muovit
 Kasvi- tai eläinkunnan polymeerimateriaaleihin (selluloosa, ligniini, kitiini, kaseiini, sellakka) pohjautuvat luonnonmuovit.
 Öljypohjaiset synteettiset muovit

 Käytön tai muiden ominaisuuksien mukaan
 Lujitemuovi
 Solumuovi, joka vaahdotetaan valmistusprosessin aikana
 Uusiomuovi, joka tehdään kierrätetystä muovimateriaalista
 Tekniset muovit
 Biohajoava muovi
 Synteettiset muovit, jotka ovat pääosin öljypohjaisia, mutta myös silikonit kuuluvat näihin.

Kumien ja muovien väliin sijoittuvat termoplastiset elastomeerit

Historia 
Lontoon Maailmannäyttelyssä 1862 Alexander Parkes esitteli oman parkesiiniksi ristityn muovinsa, jota voitiin muovata lämmitettynä. Siitä hän valmisti muotilla puristamalla koriste- ja talousesineitä, esimerkiksi veitsen kahvoja. Kemialliselta rakenteeltaan se oli selluloosa­nitraattia, ja sen tarkoitus oli korvata norsunluuta. Parkes ei kuitenkaan kyennyt kehittämään muovinsa tuotantoa teolliseksi. Parkesiini alkoi myös vanhetessaan halkeilla. Amerikkalainen John Wesley Hyatt käytti toista liuotinta myös selluloosapohjaisessa selluloidiksi kutsutussa muovissaan, joka esiteltiin 1863. Hyattin selluloidi oli kestävämpää, ja lisäksi hän pystyi käynnistämään teollisen tuotannon.

Toinen jo 1800-luvulla keksitty muovilaatu on selluloosa-asetaatti. Vuonna 1897 kehitettiin kaseiinista valmistettu galaliitti. Saksaan, Hampuriin perustettiin ensimmäinen galaliittitehdas vuonna 1904.

Ensimmäisen synteettisen muovin, bakeliitin, kehitti Leo Hendrik Baekeland 1907 fenolista ja formaldehydistä.

Rayon eli viskoosi on ensimmäinen muovikuitu, jonka tuotannon aloitti 1905 ranskalainen yritys Courtauld englannista ostetuilla patenteilla. Tämä "tekosilkki" on teknisesti selluloosa-asetaattia. Siitä voidaan valmistaa myös läpinäkyvää kalvoa, sellofaania. Selluloosa-asetaatista tuli kehittyvän valokuvaustekniikan filmimateriaali, vaikka se on hyvin herkästi syttyvää. Rayonia valmistetaan yhä.

Ensimmäinen suomalainen muovitehdas, Sarvis Oy aloitti tuotannon 1921 Tampereella. Sarvis käytti parhaimpina aikoina 30  000–40 000 litraa maitoa päivässä, koska sen käyttämä muovi oli galaliitti.

Polyeteenin ja polyvinyylikloridin teollinen tuotanto aloitettiin 1930-luvulla. Toiseen maailmansotaan saakka kivihiili oli synteettisten yhdisteiden tärkein raaka-aine, mutta sodan jälkeen niitä alettiin valmistaa pääasiassa maaöljystä.. Bakeliittia pidetään muovikauden alkuna, mutta öljypohjaiset muovit tekivät siitä jokapäiväistä kulutustavaraa ja nailon oli tässä kehityksessä yksi historian merkkipaalu.

Kodin esineissä ja muissa kulutustavaroissa muovi alkoi vallata alaa Yhdysvalloissa jo maailmansotien välisenä aikana 1920–1930-luvuilla, Euroopassa vasta toisen maailmansodan jälkeen. Suomessa muovin hyväksyttävyyttä sisustusmateriaalina edistivät esimerkiksi Yki Nummen 1950-luvun valaisimet ja muut esineet, joissa hän yhdisti muovia muun muassa tuolloin suosittuihin jalopuulajeihin. Värikkäät muovituotteet valtasivat Suomessa alaa 1960-luvun lopulla, kuten Eero Aarnion ja Ristomatti Ratian muovihuonekalut ja sisustusesineet.

2010-luvulla muovia on levinnyt joka paikkaan, jopa juomaveteen. Merissä ajelehtii valtavia muovilauttoja. Osa muovin pehmentimistä, mm. eräät ftalaatit aiheuttavat lisääntymisterveyden vaarantumista.

Tuotantomenetelmät 

Ruiskuvalussa muovi aluksi kuumennetaan ja sekoitetaan, minkä jälkeen se suihkutetaan suurella paineella suljettuun muottiin. Ruiskuvalamalla valmistetaan esimerkiksi hammaspyöriä, ämpäreitä ja kännykänkuoria.

Ekstruusiossa kuuma muovi työnnetään muotoillun suulakkeen läpi. Menetelmän avulla valmistetaan esimerkiksi putkia ja profiileja. Lisäksi ekstruusiopäällystysmenetelmällä voidaan päällystää erilaisia materiaaleja kuten ruoka- ja juomasäiliöitä.

Puhalluskalvoekstruusiolla eli suulakepuristuksella sula muovi puristetaan renkaan muotoisen suuttimen läpi, jolloin se paisuu puhalletun ilman vaikutuksesta ohutseinäiseksi letkuksi. Sitä jatkotyöstämällä valmistetaan esimerkiksi muovipusseja ja muovikalvoja.

Kalanteroinnissa kuumennettu muovi syötetään telan väliin, jolloin se puristuu ohueksi levyksi. Kalanteroinnilla valmistetaan erilaisia päällysteitä, laattoja, paneeleja ja pinnoitteita.

Puhallusmuovauksessa muoviaihio kuumennetaan ja suljetaan muottiin. Sula muovi puhalletaan muotin reunoille, jolloin saadaan sisältä ontto kappale. Tällä menetelmällä valmistetaan esimerkiksi pulloja ja säiliöitä.

Rotaatiovalussa muovijauhe tai -tahna kuumennetaan suljetussa muotissa, jota pyöritetään kunnes polymeerikerros peittää sen seinämät tasaisesti. Näin valmistetaan isoja ja onttoja kappaleita kuten roskakoreja, polttoainesäiliöitä ja lieriöitä.

Reaktiovalussa kahta nestemäistä muovikomponenttia sekoitetaan ja yhdistelmä valetaan muottiin reagoimaan keskenään. Raaka-aineena käytetään useimmiten polydisyklopentadieenia (PDCPD), joka on nestemäinen kertamuoviraaka-aine. Reaktiovaluprosessissa valmistetaan esimerkiksi suuria muotokappaleita, kuten ajoneuvojen moottorinsuojuksia ja lokasuojia.

Tyhjiömuovauksessa eli lämpömuovauksessa lämmitetty muovilevy imaistaan alipaineen avulla muotin pinnan muotoiseksi. Näin valmistetaan esimerkiksi vappunaamareita.

Muovituotteiden kolmiulotteinen tulostaminen on lisääntynyt 2010-luvulla huomattavasti. 3D-valmistustekniikassa tuote rakennetaan liittämällä muovia yhteen kerros kerrokselta. Tekniikka on hyvin joustava pienissä tuotantosarjoissa mutta hidas suurtuotannossa.

Muovituotteita voi valmistaa myös levystä tai tangosta lastuamalla esimerkiksi jyrsimällä, sahaamalla, höyläämällä, sorvaamalla tai laser- ja vesileikkauksella. Muovilevystä voi valmistaa tuotteita myös syvävedolla ja tyhjiölämpömuovauksella.

Käyttö

Käyttömäärä 
Suomalaiset käyttävät 86 kg muovia asukasta kohti vuodessa. Se on vähemmän kuin länsimaissa keskimäärin.

Länsi-Euroopassa muovia käytettiin yhteensä 47 miljoonaa tonnia 2004. Käyttötarkoituksen mukaan muovin kulutus jakautuu seuraavasti: 37 % pakkauksiin, 19 % rakenteisiin, 9 % elektroniikkaan ja 35 % muihin kohteisiin.

Käyttökohteet 
Muoveilla on monipuolisten, optimoitavien ominaisuuksiensa ja resurssitehokkuutensa vuoksi hyvin paljon erilaisia käyttökohteita. Muovit ovatkin syrjäyttäneet muut materiaalit monen alan sovelluksissa. Muovin suurimmat käyttökohteet ovat pakkaukset, rakentaminen, kulkuneuvot, elektroniikka, maatalous sekä terveydenhuollon ja kotitalouksien hyödykkeet.

Pakkausmateriaaliksi muovi sopii sen keveyden ja monipuolisuuden ansiosta. Muovipakkauksia ovat esimerkiksi kalvot, pussit, pullot ja säiliöt. Myös monissa kartonki- ja paperipakkauksissa kuten maitopurkeissa on muovia sisäpinnalla estämässä kaasujen ja nesteiden kulkeutuminen pakkauksen läpi. Muovin avulla elintarvikkeiden laatu ja säilyvyys paranevat. Muovia yhdistetään myös alumiiniin ja muihin metalleihin esimerkiksi kahvipaketeissa ja karamellikääreissä, ja sillä voidaan korvata lasi ja metalli steriloiduissa pakkauksissa kuten säilykepurkeissa.

Varhaisimmat ja vakiintuneimmat käyttökohteet muoville ovat sähköteollisuudessa. Muovin eristysominaisuudet, lujuus, kestävyys sekä haluttaessa liekinkestävyys tekevät siitä optimaalisen materiaalin pistokkeille, sulakkeille, sähköjohtimien kuorille ja sähkölaitteiden koteloinneille. Teknisiä muoveja käytetään monenlaisissa elektroniikkalaitteissa kuten kodinkoneissa, älypuhelimissa ja tietokoneissa. Muovista valmistetaan niin laitteiden toiminnallisia osia kuin niiden suojakuoriakin.

Rakennusteollisuudessa muovi on yleistynyt muun muassa putkituksissa, vesikouruissa, hormeissa, lattianpäällysteissä, lämmön- ja vedeneristeissä, tiivisteissä ja tapeteissa. Myös huonekaluteollisuus käyttää laajasti muovia tuotteiden rakenteissa, verhoiluissa ja laminaateissa.

Autoteollisuudessa muovin käyttö on levinnyt sähkölaitteista ja verhoilusta konepellin alle esimerkiksi tuulettimiin ja putkistoihin. Pyrkimys polttoainetaloudellisuuteen ja jalankulkijoiden turvallisuuteen on puolestaan tuonut keveät muovimateriaalit puskureihin ja jäähdyttimiin. Keveys, korroosionkestävyys, antimagneettisuus, ylläpidon helppous ja kustannustehokkuus kasvattavat alati muovin suosiota myös vesi- ja ilmaliikenteessä.

Vaateteollisuus hyödyntää muovimateriaaleja etenkin kengissä ja sadeasuissa. Lähes kaikissa vaatteissa on nykyisin jotain keinokuitua vähintään sekoitteena.

Lääketieteellisellä sektorilla muoveja käytetään pakkauksissa, kertakäyttötavaroissa (laastarit, siteet, lääkeruiskut ym.), steriloitavissa tavaroissa (katetrit, putkitukset) sekä proteeseissa ja tuissa.

Teollisuustarvikkeissa muovin tarttumisenesto-ominaisuudet, hankaus- ja korroosionkestävyys, sähkön eristävyys ja läpikuultavuus mahdollistavat useat kriittiset komponentit. PVC:tä, PTFE:tä ja polyasetaalia käytetään erinomaisen korroosionkestävyyden vuoksi pumpuissa ja putkissa, nailonia puolestaan hankauskeston ja pienen kitkakertoimen vuoksi kaivosten ja paperikoneiden hihnakuljettimilla.

Muovi on yleisesti käytetty materiaali myös muun muassa astioissa ja ruoanlaittovälineissä, siivoustarvikkeissa, hygienia- ja kauneudenhoitotuotteissa, ämpäreissä, leluissa, silmälaseissa ja hampaiden paikkoina.

Terveysriskit 

Muovimateriaaleja käytetään laajalti elintarviketeollisuudessa alhaisen hinnan ja helppouden vuoksi. Ihmiset ovat kuitenkin olleet huolissaan muovin terveysvaikutuksista yhä enenevässä määrin. Huolta herättää mahdollisuus, että muovista siirtyy ruokaan ja elimistöön epätoivottuja kemikaaleja. 

Muovipakkauksia valmistetaan useista eri muoveista, kuten polyeteenistä (PE) ja pienitiheyksisestä polyeteenistä (LDPE). Muoviin usein lisätään erilaisia aineita tarpeen mukaan muovin ominaisuuksien ja laadun parantamiseksi. Näitä lisäaineita ovat muun muassa erilaiset voiteluaineet, pehmittimet (kuten ftalaatit), UV-absorboijat, väriaineet ja antioksidantit. Lisäksi muovipakkauksiin monesti painetaan tuotemerkin tietoja, ja painaessa saatetaan käyttää painolakkaa. Vaikka muovipakkaukset suojaavat elintarvikkeita ulkoisilta haitoilta, on mahdollista, että muovipakkausten omat lisäaineet tai päällystemateriaalit kykenevät tunkeutumaan elintarvikkeisiin ja aiheuttamaan terveyteen liittyviä ongelmia.

Ruokaan siirtyy muoviastioista niiden sisältämiä monomeereja sekä pehmitin- ja säilöntäaineita, jotka lisäävät riskiä saada hormonaalisia häiriöitä, sairastua syöpään tai hedelmättömyyteen tai saada kehitysvaurioita. Siirtyminen on sitä suurempaa, mitä rasvaisempaa, happamampaa tai kuumempaa ruokaa astiassa säilytetään. Eniten vaaraa koituu pinnaltaan kuluneista sekä vanhoista astioista, koska muovin valmistus ei ole ollut ennen niin säädeltyä kuin nykyisin.

Ympäristöhaitat 

Ihmiskunta on tuottanut muovia 8,3 miljardia tonnia vuosina 1950–2015, josta noin 80 % on päätynyt kaatopaikoille ja meriin. Muovien pelätään aiheuttavan yhtä suuren ympäristöuhkan kuin ilmastonmuutos. Esimerkiksi Tyynenmeren jätepyörteessä oli alkuvuonna 2018 arviolta jo ainakin 79 000 tonnia muoviroskaa.

Jäteongelmia on luonut muovin korroosionkestävyys yhdistettynä laajaan kulutukseen. Se on synnyttänyt tarpeen kehittää biohajoavia muoveja.

Eniten muovijätettä syntyy pakkaamiseen käytettävästä muovista, sillä pakkaaminen on luonteeltaan kertakäyttöistä. Sen sijaan rakentamisesta muovijätettä syntyy suhteellisen vähän.

Muovi hajoaa luonnossa mikromuoviksi, joka kulkeutuu vesistöihin ja sitä kautta vesieliöihin. WWF:n tutkimuksen mukaan ihmisen elimistöön pääty jopa viisi grammaa mikromuovia viikossa. Tämä vastaa määrältään yhtä luottokorttia.

Kierrätys 

Jotkin muovit voidaan käyttää uudelleen ottamalla ne talteen kierrätyksessä. Kerätty muovi käsitellään sopivaan muotoon ja sen jälkeen joko uusiokäytetään materiaalina tai poltetaan energiaksi. Muovin uudelleen prosessoimisessa ei kulu paljon energiaa.

Muovikeräykseen, kuten ekopisteeseen tai taloyhtiön keräysastiaan, voi laittaa lähes kaikki muoviset tuotepakkaukset, kääreet, rasiat ja pussit. Keräykseen laitettavan muovin tulee olla puhdasta ja purkkien tyhjiä ja avattuja.

Pakkausmuovin kierrätykseen eivät sovi PVC-muovista valmistetut pakkaukset eivätkä kovamuoviset tuotteet kuten ämpärit, pakasterasiat tai lelut.

Muovilaatujen runsaus vaikeuttaa muovin kierrätystä.

Kierrätysmerkit

Katso myös 
 Granulaatti
 Polymeerikemia

Lähteet

Viitteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 

 Muovien merkinnät Kuluttajavirasto.
 Muovinetti: Hyvä tietää muovista
 Tietoa muoveista. Helsingin yliopisto.
 Muoviteknologian virtuaaliopetusmateriaali . Taideteollinen korkeakoulu.
 Orgaaninen kemia . Etälukio.
 Lue muovia. Muoviteollisuuden informaatiosivu muoveista.
 Hyvä tietää muovista osa 1: Polymeerit ja muovit  (pdf)
 Jens Holmström: Muovit ja niiden hyödyntäminen elektroniikan näkökulmasta -käsikirja, Opinnäytetyö (AMK), Turun ammattikorkeakoulu, Lokakuu 2011 (pdf)
 CAMPUS Plastics: CAMPUS® - a material information system for the plastics industry 
 Matweb: Source for Materials Information 
 Omnexus: The Universal Selection Source: Plastics & Elastomers 

Seulonnan keskeiset artikkelit