Materiały o szerokich perspektywach
Nowości rynku poliamidów
Poliamidy (PA) to semikrystaliczne tworzywa termoplastyczne o małej gęstości i dużej stabilności cieplnej. Należą one do najważniejszych i najbardziej użytecznych technicznych tworzyw konstrukcyjnych z uwagi na wyjątkową odporność na zużycie, dobry współczynnik tarcia oraz bardzo dobre właściwości w zakresie odporności na skrajne temperatury i uderzenia.
Istniejące różnice we własnościach fizycznych pomiędzy różnymi typami są głównie spowodowane składem i strukturą ich łańcuchów cząsteczkowych. Właściwości poszczególnych rodzajów PA zależą przede wszystkim od struktury ich łańcuchów cząsteczkowych i składu chemicznego dodatków.
Poliamidy alifatyczne wykazują ponadto bardzo dobrą odporność chemiczną i są tworzywami wyjątkowo olejoodpornym. Ta doskonała równowaga właściwości sprawia, że poliamid jest materiałem, który idealnie zastępuje metale w zastosowaniach, takich jak części motoryzacyjne, zawory przemysłowe czy izolatory cięgien kolejowych oraz w innych aplikacjach przemysłowych, których wymagają dużej wytrzymałości, odporności na obciążenia dynamiczne i redukcji masy. Tworzywa nylonowe wykazują skłonność do absorpcji wilgoci, w związku z czym mają gorszą stabilność wymiarową niż inne tworzywa konstrukcyjne. Właściwości poliamidu wahają się od twardego i odpornego na obciążenia dynamiczne PA 66 po miękki i elastyczny PA 12. W zależności od rodzaju materiału, produkty poliamidowe absorbują różne ilości wilgoci, co z kolei wpływa na właściwości PA6, a także stabilność wymiarową gotowych części. Przez zastosowanie dodatków uszlachetniających uzyskuje się specyficzne właściwości tych tworzyw, takie jak np. odporność na działanie mediów chemicznych, promieniowanie UV czy stabilność w warunkach obciążeń cieplnych.
Istnieje wyraźna różnica pomiędzy kształtkami półproduktów poliamidowych wytwarzanych przez wytłaczanie, a tymi otrzymywanymi przez odlewanie. Wytłaczanie umożliwia produkcję mniejszych części, uzyskiwanych w większych ilościach, natomiast odlewanie zwykle stosowane jest w produkcji mniejszych partii, dużych części o niższym poziomie naprężeń wewnętrznych. Zarówno poliamid wytłaczany, jak i odlewany można modyfikować poprzez zastosowanie napełniaczy, aby wzmocnić określone właściwości. Szeroka gama poliamidów umożliwia, w zależności od zastosowań, dobór tworzywa o określonych właściwościach technicznych. Już w fazie konstrukcji można uniknąć późniejszych kosztów związanych z korektą i naprawą zużytych elementów. Preferowane obszary zastosowań to: budowa maszyn, pojazdów, technika transportowa, budowa sprzęgieł i przekładni, maszyn włókienniczych, pakujących i papierniczych, budowlanych, rolniczych oraz drukarskich.
Nowości w świecie poliamidów
Koncern chemiczny Solvay wprowadził na rynek rodzinę wysokowydajnych mieszanek poliamidu 6 i 66 opartych na co najmniej 33% zawartości materiałów pochodzących z recyklingu, składającej się w 70% z tworzyw PIR/PCR. Technologia Omnix ReCycle HPPA (High Performance Polyamide) jest zgodna z „One Planet” – planem firmy dążącym do poprawy śladu środowiskowego i cyrkularności oferowanych produktów. Nowe materiały mogą pochwalić się niższą absorpcją wody, lepszą płynnością i najlepszym w swojej klasie wyglądem powierzchni w porównaniu z pierwotnymi materiałami. Recyklingowa zawartość w Omnix ReCycle przyczynia się do znacznie niższego śladu węglowego w porównaniu z pierwotnym HPPA, wykazując w ten sposób o 30% niższy współczynnik globalnego ocieplenia (GWP). Nowe materiały nadają się do zastąpienia słabszych poliamidów i metali. Wg danych firmy ich zastosowanie w sprzęcie AGD zapewnia wyższą trwałość niż standardowe poliamidy 6 i 66. Pomoże to producentom OEM zmniejszyć liczbę uszkodzeń i zwrotów z tego tytułu, jednocześnie spełniając rosnącą świadomość konsumentów dotyczącą mniejszego wpływu na środowisko. Dzięki dobremu wyglądowi powierzchni, nowy HPPA z recyklingu może również wyeliminować potrzebę malowania, co zwiększa jego korzyści i ułatwia recykling po zakończeniu użytkowania w coraz bardziej obiegowej gospodarce tworzyw sztucznych.
Belgijski koncern Domo Chemicals niedawno udostępnił produkty marki Technyl klientom na całym świecie. Po przejęciu firmy Solvay European Performance Polyamides (PA 66) w 2020 roku, Domo zajmuje się obecnie produkcją i komercjalizacją pełnej gamy nylonów Technyl 66 i 6. Kluczowe zastosowania marki Technyl to materiały o wysokiej odporności termicznej i chemicznej, lekkie rozwiązania inżynieryjne (zamienniki metalowe, aluminiowe i termoutwardzalne), materiały zmniejszające palność dla zaawansowanej ochrony elektrycznej, materiały o wysokiej estetyce z dodatkiem nowych rozwiązań w zakresie wytłaczania i tarcia oraz odporności na zużycie. W obszarze e-mobilności, oprócz nowego, pomarańczowego, ognioodpornego tworzywa Technyl, specjalnie zaprojektowanego produktu do komponentów i okablowania wysokonapięciowego, Domo oferuje kompletny zestaw materiałów opracowanych z myślą o zapewnieniu różnych właściwości mechanicznych, hydrolizy, ognioodporności i odporności na uderzenia. Ponadto seria Technyl 4Earth stanowi konkurencyjną i zrównoważoną alternatywę dla nylonu. Oceny cyklu życia pokazują, że ślad węglowy tych produktów jest zmniejszony o jedną czwartą, podczas gdy zużycie zasobów nieodnawialnych zmniejsza się o połowę, a zużycie wody o ponad dwie trzecie w porównaniu z tradycyjnymi związkami. Jednocześnie koncern DOMO Chemicals wprowadził na rynek NYLEO, nową markę innowacyjnej linii produktów Performance Fibres. Trzy nowe materiały oferują: NYLEO PROTECT – zwiększoną ognioodporność, NYLEO 4EARTH – lepszą biodegradowalność, a NYLEO SAFE – właściwości bakteriostatyczne. Oparty na PA 66, NYLEO jest używany w przemyśle jako włókniny ścierne i lotnicze, wykładziny dywanowe, tekstylia o wysokich parametrach użytkowych, flock do tapicerki, wnętrz samochodowych i podłóg oraz wielu innych produktów konsumenckich. Marka NYLEO jest stosowana w pełnym portfolio materiałów z włókien nylonowych 66. Są one dobrze znane ze swojej wysokiej sprężystości, wyjątkowej odporności na zużycie i ścieranie, dużej wytrzymałości na rozciąganie, podatności na barwienie i trwałości koloru, stałej jakości oraz „miękkości” w dotyku. NYLEO PROTECT zwiększa poziomu bezpieczeństwa w branży sprzętu ochrony osobistej, odzieży, mebli i transportu, gdyż DOMO opracowało nowe włókno PA 66 zmniejszające palność. Materiał łączy w sobie wszystkie zalety PA 66 z ulepszoną ognioodpornością, z wartością indeksu tlenowego (LOI) NYLEO PROTECT poprawionego do 28%. Firma opracowała NYLEO 4EARTH, ponieważ coraz więcej producentów troszczy się o zrównoważony rozwój i gospodarkę o obiegu zamkniętym. Opierając się na obserwacji, że łańcuch wartości tekstyliów jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do powstawania wysypisk śmieci, na których większość odzieży kończy swoją żywotność, DOMO opracował nowe włókno, które wykazuje zwiększoną biodegradację podczas składowania. Tradycyjne włókno nylonowe 66 rozkłada się w około 50-100 lat, natomiast NYLEO 4EARTH o zwiększonej biodegradowalności rozkłada się poniżej pięciu lat. Pandemia wymusiła jeszcze większą sterylność, a rozmnażanie się bakterii stało się problemem zdrowotnym. Dlatego DOMO opracowało nowe włókno bakteriostatyczne do walki z tym problemem. Do matrycy polimerowej został wprowadzony środek bakteriostatyczny, który zapewnia długotrwały efekt ochrony włókien i hamowania rozwoju bakterii.
W ofercie koncernu Avient pojawił się nowy kompozyt wzmocniony długimi włóknami na bazie poliamidu 6 odzyskanego z sieci rybackich wycofanych z eksploatacji. Według dyrektora generalnego ds. technologii długich włókien, Erica Wollana, jest to pierwszy materiał kompozytowy z długimi włóknami w planowanym większym portfolio opartym na materiałach z recyklingu. Materiały są dostępne na całym świecie w standardowym czarnym kolorze w typowych procentach wagowych długiego włókna szklanego, długiego włókna węglowego lub kombinacji hybrydowych. Poziomy zawartości materiału poużytkowego różnią się w ramach oferty, co umożliwia produktom końcowym spełnienie różnych wymagań dotyczących wydajności i zrównoważonego rozwoju. Potencjalne zastosowania rynku strukturalnego dla Complēt R obejmują pojazdy nowej generacji, które zużywają mniej zasobów energii, meble biurowe z materiałów pochodzących z recyklingu oraz lżejszy sprzęt turystyczny do rekreacji na świeżym powietrzu. Nowy materiał zapewnia sztywność, wytrzymałość na równi ze standardowymi materiałami z długich włókien nylonu 6, wykorzystującymi pierwotną żywicę nylonową 6. Stosowanie tych kompozytów jako zamiennika metalu sprzyja również znacznej redukcji masy oraz oszczędności czasu i kosztów dzięki jednoetapowemu formowaniu wtryskowemu.
Firma DSM Engineering Materials niedawno wprowadziła na rynek w 100% biologiczny Stanyl B-MB. Wykorzystanie maksymalnych poziomów biomasy, umożliwiło zmniejszenie o połowę śladu węglowego tej linii materiałów, a tym samym i produktów opartych na Stanylu B-MB. To pierwszy w branży wysokotemperaturowy poliamid bazujący w 100% na biotechnologii. Stanyl B-MB jest materiałem certyfikowanym wg ISCC+ i zapewnia dokładnie takie same właściwości, wydajność i jakość jak konwencjonalny Stanyl. Produkcja Stanylu B-MB generuje ślad węglowy do 50% niższy niż oryginał oparty na tworzywach pierwotnych. W praktyce oznacza to redukcję emisji CO2 o 3,3 tony na tonę wyprodukowaną, co odpowiada ładowaniu 420 000 smartfonów. To przykład wspierania działania na rzecz „zrównoważonego zaopatrzenia” w ramach inicjatywy SimplyCircular DSM Engineering Materials. Roeland Polet, prezes DSM Engineering Materials stwierdził, iż „zarówno konsumenci, jak i organy regulacyjne domagają się bardziej zrównoważonych materiałów, wprowadzenie na rynek w 100% biologicznego Stanylu B-MB jest ważnym krokiem naprzód dla naszej branży. Jesteśmy w pełni zaangażowani w opracowywanie produktów pozyskiwanych w sposób zrównoważony i o zmniejszonym wpływie na środowisko. Dzięki tym samym specyfikacjom i wydajności, ale o 50% niższym śladzie węglowym, to nowe portfolio umożliwi naszym klientom realizację ich celów w zakresie zrównoważonego rozwoju i przyczyni się do pozytywnej przyszłości planety – więc to, co zaprojektują dzisiaj, wszyscy będziemy mogli docenić jutro”. Stanyl B-MB kontynuuje 30-letnią tradycję stosowania materiałów z rodziny Stanyl w spełnianiu najbardziej rygorystycznych wymagań klientów w zakresie wydajności. Jego dobre właściwości w wysokich temperaturach, wysoki przepływ i przetwarzanie oraz wyjątkowa odporność na zużycie i tarcie sprawiają, że jest odpowiedni do zastosowań w wysokich temperaturach w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym, elektrycznym i dóbr konsumpcyjnych, takich jak złącza USB, przekładnie do siłowników samochodowych i przemysłowych, układ napędowy, łańcuchy rozrządu, koszyki łożyskowe i przenośniki do kontaktu z żywnością.
W oparciu o poliamid LyondellBasell CirculenRecover, firma TSL, specjalista od sprzętu sportowego, stworzyła innowacyjną rakietę śnieżną, która zachwyci fanów sportu. Wkładka nowego modelu rakiet śnieżnych jest nie tylko oparta na materiałach pochodzących z recyklingu, ale łączy również ekstremalną odporność z modnym designem. TSL jako producent rakiet śnieżnych, jest silnie związane z poszanowaniem natury, dobrym samopoczuciem klienta i innowacyjnością. Dlatego dla TSL naturalne było zainwestowanie w materiały pochodzące z recyklingu w nowym modelu rakiety śnieżnej. Wyzwaniem przy tym projekcie było znalezienie tworzywa sztucznego, na bazie materiałów pochodzących z recyklingu, ale jednocześnie spełniającego wszystkie wymagania techniczne i wizualne. Rozwiązaniem stałą się gama produktów CirculenRecover firmy LyondellBasell. Rakiety śnieżne, a zwłaszcza ich wkładka, są używane w ekstremalnych warunkach, dlatego muszą być bardzo odporne na uderzenia i niskie temperatury, a także trwałe z upływem czasu. Wymogi te są zwykle niezgodne z tworzywami sztucznymi opartymi na materiałach pochodzącymi z recyklingu. Po konsultacjach obie firmy zdecydowały się na CirculenRecover EP PA MV SHI H. Produkt zawiera około 80% materiałów pochodzących z recyklingu i spełnia wysokie standardy jakościowe oraz projektowe klientów TSL. Zrównoważony model rakiet śnieżnych TSL wchodzi do produkcji seryjnej i będzie dostępny w sezonie zimowym 2022/2023.
Tworzywa sztuczne mają również duży potencjał zastosowania w infrastrukturze ładowania pojazdów elektrycznych. Dotyczy to w szczególności naściennych stacji ładowania. Te wallboxy muszą być bardzo bezpieczne, ponieważ są stosowane wewnątrz budynków, takich jak hale garażowe czy prywatne garaże. Materiałom, z których są wykonywane stacje ładowanie, stawiane są wysokie wymagania. Jednym z tworzyw, które spełnia wysokie wymagania jest bezhalogenowy, trudnopalny Durethan BKV20FN01 firmy LANXESS. Mieszanka poliamidu 6 jest stosowana do produkcji złączy kabli ładujących produkowanych przez firmę Leopold Kostal GmbH & Co. KG, globalnego dostawcę systemów elektryki samochodowej, przemysłowej i solarnej, a także elektrycznych systemów kontaktowych. Złącza kabli do ładowania są stosowane we własnych wallboxach Enector firmy Kostal, które są dystrybuowane przez Kostal Solar Electric, jak również w wallboxach wiodącego niemieckiego producenta przemysłowych systemów złączy i rozwiązań ładowania dla elektromobilności.
Argumentami za użyciem tego materiału w tej aplikacji była wysoka odporność na zapalenie w oparciu o bezhalogenowy pakiet ogniotrwały oraz wysoka rezystancja śledzenia. Jest on również łatwy w obróbce i pozwala uzyskać elementy o wysokiej jakości powierzchni.
Kolejną mocną stroną materiału jest jego wysoka rezystancja śledzenia. Ta cecha przyczynia się do zmniejszenia ryzyka zwarć i usterek spowodowanych przez prądy pełzające w skrzynce ściennej. Ponadto zespoły elektryczne i elektroniczne mogą być zaprojektowane bardziej kompaktowo, co skutkuje mniejszym urządzeniem o większej gęstości mocy.
Mieszanka, która jest wzmocniona 18% wagowo krótkimi włóknami szklanymi, charakteryzuje się również dobrą wytrzymałością, sztywnością i odpornością. Systemy złączy kabli do ładowania są zatem niepodatne na obciążenia mechaniczne, zwłaszcza podczas montażu. PA może być również ekonomicznie przetwarzany w stabilnym procesie formowania wtryskowego.
BASF wprowadził do obrotu na rynku europejskim kilka klas poliamidów i poliftalamidów, które pozyskał w ramach przejęcia działalności firmy Solvay w zakresie PA66. Te tworzywa konstrukcyjne, wcześniej oferowane pod nazwą Technyl, dołączyły do portfolio BASF, otrzymując nazwę handlową Ultramid. Jak poinformowała firma BASF, klienci na całym świecie będą mogli korzystać z szerokiego portfolio tworzyw sztucznych, obejmującego obie klasy PA66 oraz Ultramid One J — poliftalamid (PPA) oparty na PA66/6T. W ten sposób koncern będzie wspierać swoich klientów w opracowywaniu innowacyjnych rozwiązań w zakresie tworzyw sztucznych we wszystkich gałęziach przemysłu, na przykład w zastosowaniach w sektorze E&E, takich jak złącza i wyłączniki dla elektroniki użytkowej i domowej, a także w pojazdach autonomicznych i w obszarze dotyczącym e-mobilności. Ultramid One J zostanie zintegrowany z portfolio PPA, które w 2016 roku firma BASF wprowadziła na rynek pod marką Ultramid Advanced. Wypełnia on lukę w ofercie pomiędzy klasami poliamidów i poliftalamidów. To wysokowydajne tworzywo sztuczne charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi i dielektrycznymi zarówno w warunkach wysokiej wilgotności, jak i w podwyższonych temperaturach, a jego niska absorpcja wody zapewnia dobrą stabilność wymiarową. Rozszerza gamę kolorów i wzorów komponentów, ponieważ może być barwiony na pomarańczowo i na szaro, a także na różne odcienie bieli. Ze względu na bardzo wysoką płynność nadaje się do produkcji małych i złożonych komponentów wymagających ochrony elektrycznej.
Perspektywy rynku poliamidów
Wg raportu przygotowanego przez Grand View Research światowy rynek poliamidów został wyceniony na 33,30 mld USD w 2020 r., a przewiduje się, że do 2028 r. osiągnie 53,32 mld USD, przy współczynniku wzrostu CAGR na poziomie 6,2% w latach 2021-2028. Gigantyczne inwestycje w badania i rozwój specjalistycznych poliamidów w połączeniu z rosnącym zapotrzebowaniem na te materiały w przemyśle motoryzacyjnym spowodowały wzrost ich sprzedaży, nawet podczas pandemii koronawirusa. Zwiększone zapotrzebowanie na poliamid jako zamiennik metali w celu zmniejszenia masy jest napędzany przez popyt na produkty w branży motoryzacyjnej, elektrycznej i elektronicznej, towarów konsumpcyjnych i urządzeń. Aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie ze strony rosnącej populacji, przemysł elektroniczny jednocześnie modernizuje smartfony, komputery, laptopy, smartwatche i inne konsumenckie urządzenia elektroniczne. Poliamidy wykorzystywane są do produkcji obudów do telewizorów, laptopów, telefonów komórkowych i innych urządzeń elektronicznych. W 2020 r. największy udział w rynku poliamidów miał segment poliamidów alifatycznych, co przypisuje się wzrostowi zapotrzebowania na produkcję i wytwarzanie poliamidu w komponentach motoryzacyjnych i opakowaniowych, a także w elektrycznych. Autorzy raportu szacują, że tendencja ta utrzyma się w okresie objętym prognozą. Poliamid jest również stosowany w rurach do kabli i przewodów, złączach, stycznikach, rozdzielnicach niskiego napięcia oraz innych zastosowaniach w przemyśle elektrycznym i elektronicznym. Właściwości, takie jak dobra przetwarzalność, cienkie ścianki, zdolność znakowania laserowego, niska palność, wysoka sztywność i wytrzymałość, wysoka temperatura odkształcania cieplnego, doskonała charakterystyka przepływu, krótki czas cyklu wtrysku i lekkość sprzyjają zastosowaniom poliamidu w przemyśle elektrycznym i elektronicznym. Dzięki tym właściwościom oczekuję się w okresie prognozy wzrostu popytu na poliamid w przemyśle elektrycznym i elektronicznym. Zgodnie z przewidywaniami segment włókien i folii poliamidowych będzie wnosić istotny wkład do przychodów rynku PA. Jednym z głównych czynników napędzających rynek folii nylonowych jest wzrost zapotrzebowania na materiały do pakowania produktów spożywczych, przeznaczone do kuchenek mikrofalowych. W segmencie włókien, tekstylia stanowiły największy udział w przychodach – ponad 60,0% w 2020 roku. Jednak epidemia pandemii COVID-19 wpłynęła na siłę konsumpcyjną nabywców, co zmniejszyło popyt na odzież i negatywnie wpłynęło na wzrost branży tekstylnej. Jednak popyt na osłony twarzy znacznie wzrósł z powodu epidemii COVID-19, co powinno mieć pozytywny wpływ na przemysł włókienniczy. Tym samym tworząc zapotrzebowanie na poliamid w zastosowaniach tekstylnych.
Segment tworzyw konstrukcyjnych zdominował rynek w 2020 roku i zdobył udział w przychodach na poziomie ponad 55,0%. Obejmuje on przemysł motoryzacyjny, elektryczny i elektroniczny, towary konsumpcyjne i urządzenia, opakowania i inne. Segment motoryzacyjny wyłonił się jako wiodący w 2020 roku. Wzrost sektora motoryzacyjnego i zwiększony nacisk rządów na zmniejszenie emisji pojazdów tworzą większe zapotrzebowanie na lekkie tworzywa sztuczne. Oczekuje się, że będzie to napędzać rynek poliamidu w okresie prognozy. Poliamid 6 dominował na rynku w 2020 r. i odpowiadał za udział w przychodach przekraczający 50,0%. Autorzy raportu przewidują utrzymanie przewagi w okresie prognozy. Zastosowanie poliamidu 6 w różnych zastosowaniach w ciągu ostatnich kilku lat ugruntowało jego niezawodność, użyteczność i ekonomię. Doskonałe wykończenie powierzchni produktu, nawet we wzmocnionych warunkach sprawia, że nadaje się on do zastosowań, w których estetyka ma pierwszorzędne znaczenie. Poliamidy pochodzenia biologicznego również zyskują na popularności ze względu na rosnące obawy o środowisko wynikające ze zużycia poliamidów opartych na paliwach kopalnych. Ich ulepszona odporność chemiczna, niski stopień wchłaniania wilgoci i wyższa odporność na uderzenia w porównaniu z ich tradycyjnymi odpowiednikami zwiększyły ich zastosowanie w wielu aplikacjach, takich jak płaszcze kablowe, dywany, opony, artykuły sportowe oraz elastyczne węże olejowe i gazowe.
Podsumowanie
Polimery i kompozyty poliamidowe to tworzywa przyszłości i jakkolwiek są powszechnie znane i szeroko stosowane, to wciąż znajdują coraz to nowe zastosowania. Należy przy tym pamiętać, że perspektywy dla tego materiału są ogromne. Świadczyć o tym może bardzo duża liczba gatunków tego tworzywa i liczne sposoby jego modyfikacji. Poliamid to polimer, który z całą pewnością zasłużył sobie na miano materiału XXI w.
Izabela Gajlewicz
Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu
Literatura:
1. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/polyamide-market
2. https://www.ptonline.com/search?q=polyamides&sort=latest
3. https://www.pressreleasefinder.com/DOMO/DOMOPR052/en/
4. https://www.pressreleasefinder.com/DOMO/DOMOPR044/en/
5. https://www.pressreleasefinder.com/DSM_Engineering_Materials/DSMPR534/en/
6. https://www.pressreleasefinder.com/LyondellBasell/LYBPR006/en/
7. https://www.chemiaibiznes.com.pl/artykuly/lanxess-nowe-wariantyzrownowazonych-tworzyw
8. https://www.pressreleasefinder.com/UniteChem/ UNTPR004/en/
11. https://www.pressreleasefinder.com/Solvay/SOLPR017/en/
