Er zijn vier soorten kunststof: thermoplasten, thermoharders, elastomeren en composieten.

Transcriptie

1 Kunststoffen Plastics worden ook wel kunststoffen genoemd. In de praktijk gebruiken we de woorden plastic en kunststoffen door elkaar heen. Kunststoffen zijn door de mens bedacht en gemaakt. We gebruiken ook stoffen die we zo uit de natuur halen. Voorbeelden van die natuurlijke stoffen zijn hout, klei of water. Kunststoffen maken we in fabrieken. Vroeger haalden we de grondstof daarvoor alleen maar uit aardolie. Maar tegenwoordig gebruiken we ook plantaardige grondstoffen zoals mais of aardappelen. De kunststoffen die we maken worden voor het grootste deel (circa 40%) gebruikt als verpakkingsmateriaal. Ook een groot deel (circa 20%) vinden we terug in de bouw. Verder komen we kunststoffen nog tegen in bijv. meubels en auto s (circa 10%) en in bijvoorbeeld tv s en computers (ca 6%). Soorten kunststoffen Er zijn vier soorten kunststof: thermoplasten, thermoharders, elastomeren en composieten. Thermoplasten We kunnen de kunststoffen die we gebruiken indelen in enkele soorten. Daarvoor kijken we naar de eigenschappen. Heel veel van de kunststoffen die we gebruiken zijn buigbaar. De ene meer en de ander minder, maar je voelt dat je het materiaal een beetje kunt buigen. We noemen die stoffen thermoplasten. Denk maar aan je brooddoos, of een tuinslang, of een piepschuimen verpakking. Die voorwerpen gaan ook niet zo makkelijk kapot. Als je een kam of een brooddoos op de grond laat vallen breekt dat niet. Je kunt ook zeggen dat het materiaal plastisch is. Vandaar de naam thermoplasten. Die plastische materialen hebben nog een belangrijke eigenschap. Als je ze verwarmt worden ze soepeler. En als je ze wat meer verwarmt, kun je ze zelfs vervormen. En maak je het materiaal nog warmer dan wordt het vloeibaar. Het omgekeerde gebeurt ook. Als de temperatuur daalt wordt het materiaal weer vaster, harder, steviger. Ook die eigenschap zie je in de naam terug: thermoplasten. Een thermoplast is dus materiaal dat bij verwarmen vervormt en zelfs vloeibaar wordt. En als je de thermoplast afkoelt wordt deze weer vast en stevig. Voorbeelden De mens maakt verschillende thermoplasten omdat we kunststoffen met verschillende eigenschappen nodig hebben. Een veel gebruikte thermoplast is polyetheen. Daar maken we bijv. plastic zakjes of plastic flessen van, maar ook huishoudelijke gebruiksvoorwerpen. Als je een Blokkerof een Action-winkel binnenloopt, zie je schappen vol artikelen van polyetheen. Een andere veel gebruikte thermoplast is PVC, een afkorting die je vast wel kent. Dat is een stof waarvan we elektriciteitsbuizen, rioolbuizen en kunststof kozijnen maken. PVC is de afkorting van de stof polyvinylchloride. Voor veel gebruikte kunststoffen gebruiken we afkortingen. Zo korten we polyetheen af met PE. En nog een andere afkorting is PET (polyethyleentereftalaat), je weet wel van die PET-flessen.

2 Polypropeen (voeger polypropyleen) Polypropeen is een thermoplastisch polymeer (zie hierna bij lange moleculen) dat zeer veel toepassingen kent. Polypropeen is goed bestand tegen chemische oplosmiddelen, zuren en basen. Het is eveneens goed bestand tegen bacteriegroei en vindt daarom zijn weg ook bij materiaalgebruik in de medische wereld. Polypropeen is een sterke kunststof en wordt o.a. toegepast in plastic flessen, plastic meubelen, auto-onderdelen, tapijten en plastic producten die een hogere kwaliteit vereisen dan zijn voorloper polyetheen kan bieden. Polypropeen is bovendien goed recyclebaar. Polypropyleen is tegenwoordig één van de meest gebruikte vezels in tapijt. Op zich is dat ook niet zo verwonderlijk, gezien de vele goede eigenschappen van deze kunststof. Zo is polypropyleen namelijk bijzonder slijtvast, in ruimtes waar veel gelopen wordt is dit dan ook een ideaal tapijt. Verder is tapijt met polypropyleen vlekbestendig en zal het nauwelijks vocht opnemen. Bovendien heeft het tapijt vervaardigd van deze kunststof de eigenschap niet tot nauwelijks statisch te zijn. Deze eigenschappen zorgen voor een duurzaam product. Polypropyleen is goed bestand tegen bacteriegroei, dit geeft het kunststof een bacterie werende eigenschap. Het tapijt is dan ook eenvoudig te reinigen met een vochtige doek of een mild schoonmaakmiddel. Een tapijt vervaardigd uit polypropyleen vezels is derhalve ook gemakkelijk schoon te maken. Met een stofzuiger verwijdert u snel alle stof en haren. Het tapijt zal het fijnstof vasthouden tussen de vezels en met goed stofzuigen houdt u de ruimten bacterievrij. Het vasthouden van stof en mijt maakt dat dit tapijt een uitstekende keuze is voor mensen met een allergie. Kortom uiteindelijk kiest u met polypropyleen tapijt voor een product met een uitstekende prijs-kwaliteitsverhouding. De pantonchair en de DAR/DSR (zie Vitra) van Eames zijn bijvoorbeeld van polyprop gemaakt, maar ook de Masters van Starck (zie Kartell).

3 Acrylaat/plexiglas Er is geen verschil tussen plexiglas en acrylaat. Acrylaat is namelijk de gangbare afkorting van polymethylmethacrylaat (PMMA), en plexiglas was een van de vele merknamen van deze kunststof, maar in de loop der tijd is deze merknaam een soortnaam geworden. Denk maar eens aan Luxaflex, een fabrikant van zonweringen, waarvan de naam synoniem geworden is met horizontale jaloezieën. Deze kunststof wordt vanwege zijn gewicht, sterkte en relatief lage prijs veel toegepast voor het beglazen van grote oppervlaktes, zoals wind- en geluidsschermen. Vanwege zijn sterke wordt plexiglas veel gebruikt bij zeer grote aquaria en bassins in dierentuinen. In het interieur vind je veel gegoten bijzettafels van transparant acrylaat. Twee soorten acrylaat: Gegoten en Geëxtrudeerd Er zijn twee soorten plexiglas verkrijgbaar in de handel: de gegoten en geëxtrudeerde soort. De gegoten versie wordt na het productieproces uitgegoten tot een vlakke plaat. De geëxtrudeerde soorten worden na het uitgieten gewalst tot dunnere diktes. Bij het afnemen van de dikte neemt het plaatoppervlak toe, hierdoor kan eenvoudiger een grotere acrylplaat gemaakt worden. Het nadeel is dat de spanningen in het plaatmateriaal toenemen, bij het bewerken zal een geëxtrudeerde plaat makkelijk breken en scheuren. Het zogenaamde budget plexiglas is ook niet altijd UV-werend, belangrijk om te weten als het materiaal als beglazing wordt toegepast. Polycarbonaat Een bekende thermoplast die je veel in kanaalplaten tegenkomt voor afscheidingen, maar bijvoorbeeld ook bij Kartell (lamp Bourgie, stoel Louis Ghost van Starck). Polycarbonaat is een stevig, hard en helder transparant materiaal dat in tegenstelling tot de meeste andere kunststoffen hoge temperaturen aankan. Het is makkelijk in gebruik en wordt daarom veel gebruikt voor een groot gebied aan toepassingen. Polycarbonaat wordt bijvoorbeeld gebruikt in cd's en dvd's, maar ook veiligheidsbrillen, helmen, helmvizieren, politieschilden, verschillende mobiele telefoons, drinkflessen en verpakking van voedingsmiddelen. Lange moleculen Thermoplasten bestaan uit lange ketens van moleculen, oftewel polymeren. In de vaste vorm van de kunststof liggen die moleculen allemaal dicht tegen elkaar aan netjes tegen elkaar aan. Dat komt doordat die polymeermoleculen elkaar aantrekken. Gaan we de kunststof verwarmen dan worden de moleculen bewegelijker. Er ontstaat meer ruimte tussen de moleculen en bewegen gemakkelijker langs elkaar. Dat merk je doordat de stof weker wordt. Maak je de weke, zachte kunststof nog warmer dan raken de moleculen zelfs los van elkaar en dan heb je kunststof in vloeibare vorm.

4 Thermoharders Voor sommige toepassingen heb je kunststoffen nodig die niet zachter worden of zelfs niet smelten als je ze verwarmt. Denk aan de handgrepen van pannen. Je wilt dat die stevig blijven en niet heet worden, ook als de pan wel heet is. En ook van stopcontacten en schakelaars wil je dat ze onder alle omstandigheden stevig blijven. We kennen voor deze toepassingen een aparte soort van kunststoffen: thermoharders. We vergelijken even thermoharders en thermoplasten. De namen van deze soorten geven al aan dat het iets met temperatuur te maken heeft. Thermoplasten worden zachter en weker als je ze warmer maakt. Ze worden plastischer. Bij thermoharders gebeurt dat juist niet. Die blijven hard en star. Ze zijn niet buigzaam. In een voorwerp gemaakt van een thermoharder is geen beweging in te krijgen. Als je er hele grote krachten op uitoefent, dan breekt het voorwerp. Als je een thermoharder verhit (dus extreme verwarming) dan zal de stof gaan ontleden. Je ziet barsten in het voorwerp ontstaan en het gaat stinken. De kleur zal veranderen, meestal gaat het verkolen en wordt het zwart. Voorbeelden Wanneer we een kunststof nodig hebben die stevig en star blijft, kiezen we voor een thermoharder. Denk aan ski s, tennisrackets en surfplanken. Voor grotere constructies verwerken we thermoharders in een mat van vezels. Deze combinatie noemen we composieten. Een voorbeeld van een thermoharder is bakeliet, de eerste kunststof die gefabriceerd werd; het is een hars (op basis van fenol en formaldehyde). Bakelieten handgreepjes (kasten) of buisstoelen met bakelieten armleuningen (Gispen) zijn tegenwoordig nog steeds erg gezocht. Andere voorbeelden zijn alkydharsen, epoxyharsen (EP), polyurethaan (PUR), onverzadigde polyesters. Moleculen We kijken op moleculair niveau naar thermoharders. Kunnen we dan begrijpen dat ze niet verweken bij verwarming? Ja! Ook thermoharders bestaan uit polymeermoleculen. Die moleculen zijn net zoals bij thermoplasten, lange slierten. Het zijn echter slierten die op veel plaatsen aan elkaar vast zitten. Met een chemische binding. Dit worden cross-links genoemd. Doordat die slierten allemaal stevig aan elkaar vast zitten is het eigenlijk één groot netwerk. Bij verwarming van die stof kunnen er dus geen afzonderlijke molecuulketens (slierten) gaan bewegen en van elkaar losraken. Een thermoharder wordt dus nooit vloeibaar. Bij sterke verhitting verbreken de chemische bindingen in het netwerk en gaan de polymeermoleculen kapot. Er ontstaan dan brokken kleine moleculen. Deze moleculen zorgen voor de zwarte, verkoolde rest en de stinkende en brandbare gassen. Composieten We zijn continu bezig met het bedenken en onderzoeken van nog betere, sterkere en lichtere kunststoffen. Zo willen we frames van racefietsen nog lichter maken. Of nog stevigere en vooral lichtere propellers voor windmolens die elektriciteit opwekken. Of nog beter materiaal voor de bouw van vliegtuigen. Voor die doelen gebruiken we kunststoffen die we composieten noemen. Vezels

5 Eigenlijk zijn composieten geen kunststoffen, maar combinaties van kunststoffen met versterkingsvezels. Denk eens aan gewapend beton. Daarin versterkt een ijzeren vlechtwerk het beton. In een composiet gebeurt net zoiets. In de fabriek maken we dan een thermoharde kunststof die we versterken met versterkingsvezels, bijvoorbeeld glasvezels of koolstofvezels. Een weefsel van koolstofvezels kan worden doordrenkt met bijvoorbeeld epoxyhars (een kunsthars). Als de epoxyhars uithardt vormt de epoxy een stevig netwerk waarbij de koolstofvezels zorgen voor extra versterking en verstijving. Zo krijg je een composiet: heel sterk en licht. Van dit composiet maken ze onder andere polyester jachten, windmolen rotoren, racewagens, vliegtuigen en sluisdeuren. Een voorbeeld van een met glasvezel versterkt composiet zijn de eerste stoelen van Eames (DAR/DSR). Elastomeren Een elastiekje is een goed voorbeeld van een elastomeer. Als je het uitrekt, oefen je er een kracht op uit. Laat je het weer los dan gaat het weer terug naar zijn oorspronkelijke vorm. Bij een potloodgummetje of een stressballetje gebeurt dat ook. Je kunt het voorwerp indrukken en dan verandert de vorm. Als je het weer loslaat komt de oorspronkelijke vorm terug. Elastisch dus! Deze elastische stoffen noemen we elastomeren. Rubber is daarvan een heel oud en heel bekend voorbeeld, maar dat komt rechtstreeks uit de natuur en is dus eigenlijk geen kunststof. Maar er zijn ook heel veel kunststoffen gemaakt die op rubber lijken. En die stoffen hebben precies de eigenschappen die je voor een toepassing nodig hebt. Voor de zolen van je sportschoenen bijvoorbeeld is een soepel, sterk en slijtvaste kunststof gebruikt. Net geen thermoplasten Een elastomeer bestaat uit lange molecuulketens (polymeren). Deze ketens zijn niet los van elkaar als bij thermoplasten of zitten niet in een netwerk zoals bij thermoharders. Bij elastomeren is er hier en daar een dwarsverbinding tussen de ketens. Dat zijn er zo weinig dat het mogelijk is de ketens gedeeltelijk uit elkaar te trekken, totdat de rek eruit is. Maar de dwarsverbindingen die er wel zijn zorgen ervoor dat de stof zijn oude vorm weer aanneemt, als je stopt met uitrekken. Die enkele dwarsverbindingen tussen de ketens zijn dus cruciaal voor het elastisch zijn van de stof. Nieuwe ontwikkelingen Bioplastics Bioplastics maken we uit biologische grondstoffen, meestal plantaardig materiaal. Dus het zijn plastics (of kunststoffen) niet gemaakt van aardolie. Waarom bioplastics? Door het vele gebruik van plastics, gemaakt van stoffen uit aardolie, o.a. als verpakkingsmiddel krijgen we ook te maken met veel afval. En dat is niet duurzaam. Een deel van het huidige plastic afval kunnen we tot iets anders verwerken. Dat kan bijvoorbeeld bij sommige thermoplasten. Je smelt het plastic afval en je maakt er iets anders van. Maar een ander toch ook groot deel kunnen we nu niet veel anders mee dan het verbranden. Dat levert warmte, maar ook een forse CO2-uitstoot. Bovendien hebben we op die manier steeds weer nieuwe aardolie nodig om nieuw plastic te maken. Daarom zijn we op zoek naar andere grondstoffen van natuurlijke oorsprong voor plastic of kunststoffen. Die groep kunststoffen worden ook wel bioplastics genoemd. Zo maken we de maatschappij duurzamer.

6 Mais, aardappelen en suikerriet En die andere grondstoffen vonden we in de vorm van plantaardig materiaal. Uit mais, aardappelen en suikerriet maken we al enige tijd bioplastics. De biopolymeren hebben dezelfde eigenschappen als de polymeren die uit olie zijn gemaakt en kunnen meestal gerecycled worden. Van plantaardig materiaal kunnen ook biologisch afbreekbare kunststoffen worden gemaakt. Dit plastic wordt weer omgezet in CO2, water en andere stoffen. De afbraak lukt alleen in speciale vergistingsinstallaties. Polymelkzuur Een mooi voorbeeld is polymelkzuur. De afkorting is PLA naar het Engelse poly lactic acid. PLA maken we uit melkzuur. Melkzuur maak je in je spieren bij intensief sporten (verzuring), en het ontstaat bij het zuur worden van melk, maar je kunt het ook makkelijk uit bijv. mais maken. En de melkzuurmoleculen kunnen we in een fabriek koppelen tot lange polymeermoleculen. Een kunststof dus. PLA is een thermoplast. Je kunt hem dus verwarmen, dan wordt het vloeibaar en is er een voorwerp van te maken. Bijvoorbeeld verpakkingsfolie of plastic bekertjes of hechtdraad dat chirurgen bij operaties gebruiken. PLA kan worden gerecycled, maar is ook biologisch afbreekbaar! Bijzondere kunststoffen We maken voor verschillende toepassingen heel verschillende kunststoffen. De eigenschappen van die kunststoffen bepalen we door de juiste grondstoffen (monomeren) te kiezen. Maar ook door allerlei extra stoffen aan die kunststoffen toe te voegen. Bijv. om het zachter te maken, of tegen UVlicht te beschermen, of als brandvertrager of ontschuimer in verf. En zo maken we kunststoffen met precies die eigenschappen die we willen hebben. En dat gaat heel ver. Want inmiddels bestaan er kunststoffen die stroom geleiden. En zelfs licht geven. Geleidende kunststoffen Electrische geleiding? Dat gebeurt door metalen. Niet door kunststof. Kunststof is een isolator. Dat leerde je waarschijnlijk. Maar nee, toch bestaan er geleidende kunststoffen. Wetenschappers doen heel veel onderzoek naar kunststoffen. Wat dus in feite betekent dat ze goed naar de polymeermoleculen kijken en naar de monomeren waaruit die zijn gemaakt. En zo vonden zij monomeren, die kunnen polymeriseren tot kunststoffen die elektriciteit kunnen geleiden. In 2000 werd voor dit onderzoek de Nobelprijs voor scheikunde toegekend.

7 Lichtgevende kunststoffen Chemici, natuurkundigen, technologen en andere wetenschappers zochten verder. Zij ontdekten dat je die geleidende plastics ook zo kan maken dat ze licht uitzenden. Dat gebeurt door hele dunne folies die verwerkt kunnen worden in beeldschermen, die een mooi gekleurd en scherp beeld geven. Omdat ze duur waren zag je ze eerst in kleine beeldschermen zoals die van smartphones. Je hebt misschien wel een smartphone met een OLED-scherm. Je hebt kans dat daar zo n geleidend plastic in verwerkt zit. Maar nu de prijs wat gezakt is, zie je ook al OLED-tv s. Behang OLED-schermen zijn niet alleen goede beeldschermen, ze gebruiken ook nog eens minder elektriciteit. Dat komt doordat ze geen achtergrondverlichting (zoals bij lcd-schermen) hebben. Die OLED-schermen zijn superdun. En bedenk je eens, het zijn toch kunststoffen. Zou je ze dan niet kunnen oprollen? Of als een behangetje op de muur kunnen plakken? Zelfhelend kunststof Wat dacht je van kunststof dat zichzelf repareert als het kapot is?

8