aardolie 100% Diesel & stookolie 70% Benzine 20% andere 10% Motorbenzines 13% grondstoffen voor chemie 7% Verven, aceton,... 3% KUNSTSTOFFEN 4% 1 2 Geschiedenis of polymeren 1859 Patent cellulose gebruikt voor koffers - GB 1909 Baekelant fermolformaldehyde (bakeliet) BE 1939 LDPE op productieschaal GB 1955 patent op HDPE 1957 PP op productieschaal Poly = veel = som van monomeren Vb. polyethylene = ethyleen-ketting De eerste kunststoffen werden aangemaakt op basis van natuurlijke grondstoffen (hout en plantenweefsel, katoen, melkeiwit, ). Toevoeging van hulpstoffen Basisproduct voor de aanmaak van kunststoffen is aardolie. Kleurstoffen, vulstoffen (talk), weekmakers, brandvertragers, 3 4
Naamvorming Naam van het monomeer poly + naam van het monomeer Polycarbonaat Polytetrafluoretheen Lettercodering (internationaal gekend) PC PTFE Handelsnaam (merknaam) Lexan Teflon Nadelen t.o.v. metalen Thermische uitzetting tot 10x of meer Slapper Mechanische eigenschappen verminderen als de temperatuur stijgt (visco-elastisch gedrag) Smelten bij relatief lage temperatuur bij thermoplasten (Tg = glasovergangstemperatuur) Brandbaar Relaxeren => vormverandering na langdurende belasting 5 6 Voordelen t.o.v. metalen Vorming van macromoleculen Lage dichtheid Corrosievast Bestand tegen veel chemische stoffen Elektrisch en thermisch isolerend Gemakkelijke vormgeving Onbeperkte inkleurmogelijkheden De vorming van macromoleculen (polymeren) kan op 3 manieren gebeuren 1. Polymerisatie 2. Polycondensatie 3. Polyadditie Lager energiekostenpakket (vrijere vormgeving) Vb. spuitgieten 7 8
Polymerisatie Monomeer => polymeer moleculen worden als een ketting achter elkaar gekoppeld Bepaalde druk en temperatuur nodig om te binden Geen vorming van bijproducten vb: C 2 H 4 (etheen) => ( C 2 H 4 ) n (polyetheen) met n = 500-3000 Polycondensatie 2 verschillende of identieke stoffen bij elkaar brengen Er ontstaat water als bijproduct (af te voeren) Departement TW Geel - LM 9 10 Polyadditie 2 verschillende stoffen bij elkaar brengen. Volgorde van de atomen in de moleculen zijn gewijzigd t.o.v. het monomeer Er ontstaan geen nevenproducten Meestal is er een katalysator en hoge druk/temperatuur nodig Moleculair gewicht Wordt bepaald door: de lengte van de polymeerketen atomen in de keten Bepaalt de eigenschappen van de kunststof Vb. HDPE heeft heel andere eigenschappen dan LDPE De ketenlengte van een polymeer is een gemiddelde waarde (ketens verschillen van lengte) Bepalen van moleculair gewicht vereist speciale apparatuur 11 12
Soorten kunststoffen Als het moleculair gewicht toeneemt dan: neemt de treksterkte toe Neemt de buigsterkte toe slechter te verwerken (gieten, persen, vormen, ) KUNSTSTOFFEN THERMOPLASTEN THERMOHARDERS ELASTOMEREN Indeling volgens de macromoleculaire opbouw 13 14 Soorten kunststoffen Soorten kunststoffen Thermoplast Elastomeer Thermoharder lineair of vertakt grote mazen nauwe mazen 2D structuur 2D en 3D structuur 3D structuur Indeling volgens de chemische samenstelling geen verbindingen verbindingen veel verbindingen 15 Departement TW Geel - LM 16
Thermoplasten Thermoharders (harsen) Lineair of vertakte ketens Geen verbindingen tussen ketens Zijn telkens opnieuw plastisch vervormbaar Vast => week bij temp. stijging => plastisch (Tglas) Uitgebreide mogelijkheden tot vormgeving => spuitgieten en extruderen Zijn de meest gebruikte plastics (± 85%) Vb. polyethyleen (PE), polyamide (PA), polyacetaal (POM), Kan AMORF zijn of KRISTALLIJN Driedimensionaal netwerk, nauwe mazen Sterke verbindingen tussen ketens Starre structuur Enkel te verwerken als ze in smeltfase zijn Zijn niet terug verwerkbaar (smelten niet meer) Bij temp. stijging => gaan ontbinden (degradatie) Bestand tegen hogere temperatuur Vb. Bakeliet, Melamineformaldehyde (MF) 17 Departement TW Geel - LM 18 Thermoharders (harsen) Elastomeren of rubbers Voorbeeld Duroplast Mengsel van katoen en phenolhars Duroplast werd voornamelijk gebruikt door de VEB Sachsenring Automobilwerke Zwickau omwille van het gebrek aan staal in Oost- Duitsland De buitenbeplating van de Trabant bestaat uit Duroplast. 3D netwerk, met grote mazen Met verbindingen tussen ketens Zijn reeds week bij kamertemperatuur Rubberelastisch (veren terug) Hogere elasticiteit te verkrijgen door vulkaniseren, d.i. het behandelen met zwavel. Zijn niet terug verwerkbaar Bij temp. stijging => verschroeien Vb. Ethyleen-propyleen-Dieeen monomeer (EPDM) Departement TW Geel - LM 19 Departement TW Geel - LM 20
Thermisch gedrag van polymeren Chemische opbouw van kunststoffen Tg = glasovergangstemperatuur (verwekingspunt) Polymeerchemie - voornaamste bouwstenen C, H, O, Cl en N => de bouwstenen zijn organische elementen (organische chemie) C: 4 covalente bindingen H: 1 covalente binding O : 2 covalente bindingen N: 3 covalente bindingen Cl: 1 covalente binding Departement TW Geel - LM 21 22 Chemische opbouw van kunststoffen Chemische opbouw van kunststoffen H H C H H H C C C H H C C H H H C C C C H H Enkele koolstof-waterstof verbindingen Nota: dit zijn zeer korte ketens => gasvorm In plaats van enkele binding => dubbele binding H C C H H C C C H C C CH3 C C C H 23 24
Chemische opbouw van kunststoffen Granulaten H vervangen door een ander element (groep) C C polyetheen C C H CH 3 C C H Cl Polypropeen: PP Polyvinylchloride: PVC Departement TW Geel - LM 25 26 Polyetheen (Polyethylene) - PE LDPE HDPE Polyetheen PE - toepassingen LDPE HDPE Zachte supermarktzakjes Isolatie elektrische draden Flessen voor chemische producten Verpakkingszakken Diepvrieszakken Krimpfolie Krakende supermarktzakjes Emmers Harde zwarte buizen voor buiten (water) Opruimbakken Flessenkratten Afdichtingmateriaal 27 Departement TW Geel - P Janssen 28
Eigenschappen Polypropeen (Polypropylene) - PP LDPE lage dichtheid PE 0,91-0,93 kg/dm³ hoge druk procédé zachte PE molecuulmassa: tss 20.000-25.000 smelttemp: 110 C (Tg) lage wrijvingscoefficient niet maatvast niet lijmbaar ( ) HDPE hoge dichtheid PE 0,94-0,96 kg/dm³ lage druk procédé harde PE molecuulmassa tss 500.000-1 miljoen smelttemp: 136 C (Tg) lage wrijvingscoefficient niet maatvast niet lijmbaar ( ) 29 30 Polypropeen (Polypropylene) - PP Toepassingen Huishoudartikelen, opslagtanks voor zuren Trekkabels (skiërs) Ziekenhuisbenodigdheden (spuitjes, ) Kunststofscharnieren (ingegoten) Taak Huishoudbewaardozen worden dikwijls gemaakt uit polypropeen. Verklaar aan de hand van de materialentabel waarom. Algemene eigenschappen Zeer lage dichtheid (0,9-0,915 g/cm³) Werktemperatuur tot 130 C Wordt bros beneden 0 C Buitengewoon goed bestand tegen chemicaliën Grote weerstand tegen buigvermoeidheid 31 32
Taak Taak Voor heupprotheses is er in de loop van de jaren een evolutie geweest van toegepaste materialen om uiteindelijk tot een titanium-legering te komen. Wat zijn de redenen om voor onderstaande materialen te kiezen? (gebruik de materialentabel en de tabel i.v.m. de invloed van de legeringmaterialen bij staal) Zoek tegen volgende week enkele samples met onderstaande kenmerken: 1) RVS 316 (Fe+Cr+Ni) 2) Cr+Co+Mo 3) Ti+Al+V 33 34