METALLIST JA POLÜFENÜÜLSULFOONIST (PPSU) TOODETE KASUTAMINE ERI SEKTORITES

Igasuguste toodete toimivus, ohutus ja jätkusuutlikkus oleneb suurel määral nende tootmiseks kasutatavatest materjalidest. 

Kuigi metall on oma mitmekülgsuse tõttu leidnud laialdast kasutust peaaegu kõigis tööstusharudes, on polümeeride, näiteks polüfenüülsulfooni (PPSU) väljatöötamisega loodud alternatiivseid materjale, mis on nii mõneski valdkonnas metalliga võrdväärsed või isegi paremad. 

Siinses artiklis uuritakse metallist ja PPSU-st toodete kasutamise eeliseid ja puudusi sellistes rangete nõuetega reguleeritud sektorites nagu joogiveevarustus, toitlustus, tervishoid ning lennundus. Meie eesmärk on analüüsida, miks ja millal eelistatakse üht materjali teisele, ning mõista, kuidas materjalivalik võib tulevikus muutuda seoses õigusliku regulatsiooni üha suurema rõhuasetusega kestlikule arengule.

_{TÖÖSTUSE ALUSTALAD JA UUED ALTERNATIIVID} 

Metallid ja metallisulamid on oma tugevuse, plastsuse ja kuumuskindluse tõttu enamikus tööstusharudes asendamatud. Nad peavad vastu suurtele koormustele ja kõrgetele temperatuuridele, jäädes samal ajal piisavalt hästi deformeeritavaks, et neile saaks töötlemisel spetsiifilise vormi anda. Ent metallidel on ka mitmeid puudusi, näiteks tuleb arvestada nende suurt massi, kulukust, hooldusvajadust ja toksilisust. 

Sellest tulenevalt on osa tööstusharusid hakanud üha enam kasutusele võtma plastist alternatiive, millel on samad tugevad küljed nagu metallidelgi, kuid puudusi on vähem. Tänu heale temperatuuri- ja kemikaalikindlusele ning suhtelisele tugevusele ja vastupidavusele kasutatakse PPSU-plasti eelkõige selliste rakenduste puhul, mis vajavad metallist kergemat ja kulutõhusamat alternatiivi. 

Ent omad puudused on ka PPSU-l. Näiteks selle võime taluda suurt koormust ja kõrget temperatuuri on küll muljetavaldav, kuid ei ole võrdväärne metallide vastavate omadustega. Samuti peab tööstus materjalivalikul arvestama keskkonnale avaldatavat mõju – plastide ringlussevõtu võimalused on endiselt kehvemad kui metallide puhul. 

_{Materjalide DEBATT: KUI TULEMUSLIK ON METALLI JA PPSU KASUTUS ESMATÄHTSATES SEKTORITES?}

Kummagi materjali eeliste analüüsimiseks oleme uurinud nelja peamist sektorit, kus mõlemad materjalid on laialdaselt kasutusel ja üht on hakatud teatud juhtudel teise vastu välja vahetama. 

^{KUUMA- JA KÜLMAVEEVARUSTUS} 

Ajalooliselt on veetorustike ehitamiseks kasutatud eelkõige vaske, kuna see on suhteliselt korrosioonikindel, vormitav ja antibakteriaalsete omadustega. Samuti peab see vastu äärmuslikele temperatuuridele, mille tulemusena väheneb torude purunemise oht pakase korral. 

Korrosioon on aga joogiveevõrkudes püsiv probleem, eriti rauast, terasest ja messingist valmistatud torude ja liitmike puhul. Kuigi need metallid on sageli korrosioonikindlaks töödeldud, võib see omadus aja jooksul väheneda ning põhjustada lekkeid, purunemisi ja joogivee saastumist. 

Eriti suurt muret tekitab plii. 1993. aastal andis Maailma Terviseorganisatsioon suunise, mille kohaselt joogivee pliisisaldus võib olla kuni 10 μg/l. Ent hiljuti on Kanada ja Euroopa Liit otsustanud, et plii maksimaalset lubatud kogust joogivees tuleks vähendada veelgi ning uueks soovituslikuks piirmääraks on 5 μg/l. See tuleneb asjaolust, et üha paremini on hakatud aru saama plii kahjulikust mõjust inimese tervisele. See omakorda on suurendanud nõudlust asendada pliid eraldavad sulamid veetorudes ja liitmikes pliivabade alternatiividega.  

Kuigi plast on torude valmistamisel olnud alternatiivina kasutusel juba aastakümneid, on PPSU-d alles üsna hiljuti hakatud kasutama pliivabade joogiveetorude liitmike valmistamiseks. Sel on mitu nõutud omadust, näiteks paigaldamise lihtsus ja korrosioonikindlus, ning vee saastumisoht puudub. PPSU on paljudel juhtudel ka kulutõhusam, näiteks roostevaba teras on sama korrosioonikindel, kuid oluliselt kallim. 

Kuna PPSU ei korrodeeru, aitab selle kasutamine oluliselt vähendada torustiku hooldusvajadust ja pikendada selle üldist kasutusiga. Lisaks on PPSU kergem kui metall, tänu millele on seda lihtsam ja tõenäoliselt ka odavam paigaldada. Kõige olulisem on aga see, et PPSU on hüdrolüütiliselt stabiilne ja sellest ei eraldu veevarustusse kahjulikke aineid, eelkõige pliid. 

PPSU mehaanilised omadused jäävad aga alla mõningate metallide mehaanilistele omadustele, eriti kui tegemist on suure koormuse all oleva süsteemiga. Näiteks keermestatud liitmike puhul on oluline äärmiselt suur tõmbetugevus ja metallid, näiteks pliivaba messing, on selliste rakenduse jaoks endiselt populaarseim valik.

_toitlustus

Roostevaba terast, alumiiniumi ja malmi on toitlustussektoris järjekindlalt kasutatud tänu nende vastupidavusele, kuumuspüsivusele ja soojusjuhtivusele. Roostevaba teras on korrosioonikindel ja mittereaktiivne, mistõttu on see hügieeniline ja mitmekülgne valik peaaegu kõige jaoks, alates tööpindadest kuni kööginõudeni. Alumiinium ja vask on suurepärased soojusjuhid, mis võimaldab toiduvalmistamisel ühtlast ja tõhusat soojusülekannet. Malm seevastu on tugev, suhteliselt odav toota ja suurepärase soojapidavusega. Malm peab kaua vastu ning on kulutõhus lahendus mistahes mõõtmetega pottide ja pannide valmistamiseks. 

Ent metallist nõud võivad olla rasked ja kobakad, eriti kui need on valmistatud malmist või paksust roostevabast terasest, mistõttu on neid ebamugav pikka aega järjest käsitseda. Samuti hakkab malm väga kergesti roostetama ning korrosiooni vältimiseks tuleb seda regulaarselt hooldada. 

Osa metalle on ka reaktiivsed, näiteks alumiinium reageerib happeliste toiduainetega ja selle tagajärjel võivad kahjulikud osakesed toidu sisse sattuda. Kvaliteetsete metallnõude kõrge hind on samuti üks puudusi, eriti väikeste toitlustusettevõtete jaoks, kes ei saa endale nii suuri kulutusi kohe alguses lubada. 

Ka toitlustuses nähakse PPSU-d metallile võimaliku alternatiivina. PPSU kergus aitab leevendada pikemaajalise kööginõude käsitsemisega kaasnevat füüsilist koormust. Lisaks võimaldab PPSU kuumuskindlus ja keemiline vastupidavus nõusid korduvalt steriliseerida, ilma et materjal lagunema hakkaks – see on hügieeninõuetega lahutamatult seotud sektorile väga oluline. 

Kuigi PPSU peab vastu kõrgele temperatuurile, ei ole selle kuumuskindlus piiramatu. Pikaajaline otsene kokkupuude äärmuslike temperatuuridega võib põhjustada materjali deformatsiooni või kahjustusi, mistõttu mõningate nõude tarbeks see materjal eriti ei sobi. Ja kuigi PPSU on plasti kohta muljetavaldavalt tugev ja vastupidav, jääb ta nende omaduste osas alla nii mõnelegi metallile ning seetõttu ei pruugi sobida sageli kasutatavate ja suurt koormust taluma pidavate kööginõude valmistamiseks. Kõigele lisaks on PPSU kehv soojusjuht, mis on kiiret ja ühtlast kuumutamist eeldavate köögitarvikute puhul puudus.

_TERVISHOID

Tervishoiusektor on meditsiiniseadmete valmistamisel pikka aega sõltunud metallist ja selle sulamitest. Näiteks implantaadid peavad olema kauakestvad, masintöödeldavad ja kiirguskindlad ning ühtlasi mittetoksilised, mittekorrodeeruvad ja mitteleostuvad. Nitinool on niklist ja titaanist valmistatud sulam, millest valmistatakse stente ehk metallvõrgust torukesi, mida kasutatakse laiendatud veresoonte toestamiseks. Peale suurepärase biosobilikkuse on nitinool ka ülielastne ja plastne, mis on veresoonte laiendamisel ja nende ahenemise ennetamisel iseäranis olulised omadused.  

Ent metallide tervishoius kasutamisel on ka mitmeid piiranguid, millest kõige olulisem on nende kõrge hind. Kuna enamik metalle on ühe või teise omaduse, näiteks kehva biosobilikkuse tõttu meditsiinis kasutamiseks kõlbmatud, on nõudlus sobilike järele väga suur. 

Peale selle tuleb arvestada meditsiiniseadmetes kasutatavate metallide kõvadust, mis muudab ülispetsiifilise kujuga detailide masintöötlemise aeganõudvaks ja ebaefektiivseks ning masina töötlevad osad kiiremini kuluvaks kui tavaliselt.  

Neil põhjustel on PPSU muutumas üha hinnatumaks materjaliks ka meditsiiniliste rakenduste puhul. Lisaks biosobilikkusele on PPSU plasti kohta hästi kuumust taluv ja kemikaalikindel, mis on auru ja tugevatoimeliste puhastusvahenditega regulaarselt desinfitseeritavate meditsiiniseadmete puhul hädavajalikud omadused. 

Kuigi metallidega võrreldes on PPSU üldiselt odavam, on see siiski üks kallimaid plaste ja seetõttu ei ole kokkuhoid alati ilmselge, vaid oleneb metallist, mida selle plastiga asendatakse. 

_lennundus

Metallid, peamiselt alumiiniumi ja titaani sulamid, on juba pikka aega olnud lennunduses põhimaterjalid. Alumiinium, mis on tuntud oma kerguse ja korrosioonikindluse poolest, moodustab suure osa õhusõiduki konstruktsioonist. Titaani kasutatakse mootori ja konstruktsiooni komponentides, kuna seegi on kerge, lisaks on see tugev ja talub hästi äärmuslikke temperatuure. 

Üldiselt võib öelda, et metall on lennunduses laialt kasutatav materjal, sest seda saab täpselt töödelda ja keevitada. Mõnikord võib see protseduur olla kulukas, ent rangetele ohutusnõuetele vastavate ülikeeruliste ja ülispetsiifiliste komponentide tootmisel on see väga oluline.

Hoolimata sellest, et alumiiniumil ja titaanil on lennunduses välja kujunenud kindel koht, on nende mass – ehkki see on väiksem kui paljudel teistel metallidel – ikkagi märkimisväärne ja kahandab lennuki kütusesäästlikkust. Kuigi alumiiniumil ja titaanil on teatud korrosioonivastased omadused, kipuvad needki metallid aja jooksul väsima ja korrodeeruma. Seetõttu tuleb õhusõidukeid regulaarselt ja intensiivselt hooldada, mis on kulukas nii aja kui ka raha mõttes.  

Ka lennundussektoris on PPSU-d hakatud üha enam pidama jätkusuutlikuks alternatiiviks. See on leegikindel ning selle suitsu ja toksiliste gaaside heitkogused on tulekahju korral väikesed – taas väga olulised omadused, mida lennukimaterjali valikul arvesse võtta. PPSU-d kasutatakse sageli ka lennuki interjööris, näiteks aknaraamides, toidukandikutes ja istmepolstris, mis peavad taluma kuuma auru ja tugevatoimelisi desinfitseerimisvahendeid. Sellises ulatuses plasti kasutamine aitab märkimisväärselt vähendada lennuki kaalu ja niiviisi suurendada kütusesäästu.

Ent PPSU kasutamisel õhusõiduki materjalina on ka omad piirangud. Selle mehaanilised omadused, mis on plasti kohta muljetavaldavad, jäävad paraku alla suure tugevusega metallide, nagu titaan ja teras, mehaanilistele omadustele. Seetõttu on PPSU kasutamine piiratud komponentides, mis peavad taluma tugevat pinget. Lisaks, kuigi PPSU säilitab kõrgel temperatuuril oma stabiilsuse, ei talu see äärmuslikku kuumust siiski mitte sama hästi kui mõningad metallid, mistõttu ei saa näiteks mootoriosade valmistamisel seda kasutada. 

_{KESKKONNAJALAJÄLJE HINDAMINE} 

Nii metalli kui ka plasti tööstuslik tootmine ja kasutamine võib avaldada keskkonnale märkimisväärset mõju, mis seab kahtluse alla nende mõlema jätkusuutlikkuse. 

Metallitootmine on energiamahukas protsess, mille käigus paiskub keskkonda tohutu kogus kasvuhoonegaase, ning kaevandamist on tihtipeale seostatud bioloogilise mitmekesisuse hävitamisega. Ka PPSU tootmiseks kulub palju energiat ja seda toodetakse taastumatutest naftakeemia toorainetest, mille rafineerimisel satub keskkonda kahjulikke ained. 

Kuid viimastel aastatel on nii metallide kui ka PPSU puhul tehtud märkimisväärseid edusamme kestlikemate tootmistehnoloogiate väljatöötamise suunas. Metallide puhul on prioriteet olnud väljasulatamisprotsessi energiatõhususe parandamine. Ka ringlussevõtumäära suurendamine aitab vähendada tootmise keskkonnamõju. PPSU puhul on aktiivse uurimis- ja arendustegevuse keskmes polümeeride lähteainete hankimine, sealhulgas biopõhistes või ringlussevõetud lähteainetes peituv potentsiaal.  

Need edusammud aitavad kaasa kummagi materjali keskkonnajalajälje vähendamisele, mis omakorda aitab leevendada mõningaid nende tootmisega seotud jätkusuutlikkuse probleeme.

_{TÄNAPÄEVA TÖÖSTUSE VAJADUSTEga ARVESTAMINE}

Metall on juba pikka aega olnud paljude tööstusharude jaoks eelistatuim materjal – see on igati arusaadav. Ent seoses regulatiivsete muudatuste ja üha suureneva murega tööstuse kestlikkuse pärast ning materjalide tõhususe pideva analüüsimise tulemusena on tööstuse vajadused hakanud muutuma.

PPSU on tõestanud oma väärtuslikkust mitmes olulises valdkonnas. Hea biosobilikkus, suhteliselt väike mass, kuumuskindlus ja hüdrolüütiline stabiilsus näitavad, et see plast on mitmesuguste rakenduste puhul igati arvestatav alternatiiv metallile. Samas on plastilgi omad puudused, näiteks mehaanilised piirangud võrreldes mõningate metallidega ja tootmise kestlikkusega seotud mured.

Valik metalli ja PPSU vahel ei ole mustvalge, vaid asi on pigem konkreetseks otstarbeks õige materjali leidmises. Enamiku sektorite puhul ei ole küsimus mitte selles, kumb materjal valida, vaid pigem selles, kuidas neid materjale kombineerida, et saavutada optimaalne tulemus nii ohutuse, kulutõhususe kui ka kestlikkuse mõttes. Siinses artiklis jagatud arusaamad rõhutavad materjali valikul teadliku otsuse tegemise tähtsust ning toovad esile nii metallide kui ka PPSU tohutu potentsiaali tööstustoodete tuleviku kujundamisel.