1.1 Herkomst van kunststoffen / polymeren
Poly = veel; Meros = deel. Polymeren = Veel Delen.
Het kenmerk van Polymeren is dat ze erg grote moleculen hebben. Molmassa ~ 104 tot 106
g/mol.
Natuurlijke polymeren: Hout, katoen, hennep, wol, zijde, bont
Half-synthetische polymeren: cellulose, cellofaan, leer.
Synthetische polymeren:
1. Carbonchemie
a. Steenkool kan gepyrolyseerd worden boven 800C en levert dan cokes, teer
en een reeks koolstofwaterstoffen
b. Steenkool kan met stoom en lucht vergast worden en levert dan synthesegas,
dat alweer tot een reeks koolwaterstoffen omgezet kan worden.
2. Petrochemie
a. Het residu van destillatie van aardolie kan door vacuümdestillatie en
thermisch kraken een reeks lichteren verbindingen vormen. Ook lichtere
brandstoffen kunnen worden omgezet in koolwaterstoffen. Aardgas kan door
stroomconversie of partiële oxidatie eveneens een reeks andere verbindingen
leveren. Bij kraken van verzadigde stoffen ontstaan onverzadigde
componenten (een of meer dubbele bindingen tussen C) door gebrek H’s
C-C-C-C-C-C-C-C-C → C=C C-C=C C=C-C=C
Polymeeropbouw:
Vanuit carbonchemish en petrochemish kunnen polymeren worden opgebouwd. Op de plek
van de dubbele binding worden ze gevormd.VB: Etheen → Polyetheen(PE)
Polymeeropbouw kan ook ontstaan vanuit verzadigde monomeren, bv door condensatie v/e
carbonzuur met een alcohol onder afsplitsing van water (Estervorming)
Kunststoffen:
Zijn meestal polymeren + toevoegingen. Toevoeging kan ook een ander polymeer zijn.
t.b.v. verwerking:
1. Glijmiddelen voor transport door de verwerkingsmachine
2. antioxidanten ter bescherming tegen oxidatie op hoge temp.
3. zwavel voor vulkanisatie
t.b.v mechanische eigenschappen:
1. weekmakers om flexibel te maken
2. korte glasvezels, verhoging sterkte/stijfheid
3. rubberdeeltjes ter verhoging van slagdeelte
t.b.v andere eigenschappen:
1. antistatica, ter vermindering van neiging tot elektrostatische oplading
2. pigmenten, voor kleuring
3. brandwerende middelen
1.2 Hoofdcategoriën
Enkelvoudige ketens:
schaal van een mensenhaar tot een meter. Komen nooit in geheel gestrekte vorm voor,
maar in kluwens die verstrengeld zijn. De atomen in de keten hebben sterke covalente
bindingen, tussen de ketens slechts zwakke interactie krachten. Alleen in sterk
georiënteerde systemen worden ook de sterke bindingen in de ketens belast. In dat geval
kunnen, althans alleen in de orëntatierichting, extreem hoge stijfheden en sterktes worden
bereikt.
,Netwerken kunnen worden gevormd:
1. Door bruggen tussen enkelvoudige ketens aan te brengen
2. door tweewaardige met drie-(of meer-)waardige componenten te laten reageren.
Thermoplasten zijn onvernette systemen, die vloeibaar worden bij temperatuurverhoging en
die na afkoeling weer de vaste vorm aannemen
Synthetische rubbers zijn overeenkomstig aan thermoplasten maar verkeren in zachte,
verweekte toestand. Ze vertonen vloei, maar na vernetting door vulkanisatie zijn ze niet
meer vloeibaar maar vormvast.
Thermoharders. De vorming v/e netwerk vind plaats onder hoge temperaturen.
1.3 De belangrijkste kunststoffen
Thermoplasten:
Polyetheen (PE): Zacht en taai, semi-kristallijn. Heeft drie hoofdtypen: LDPE, HDPE, LLDPE.
Resp. Low Denisity PE, High Density PE, Linear Low Density PE. Stijfheid neemt toe met
dichtheid. Zaken, Buizen, emmers, kratten, flessen
Polypropeen (PP): l ijkt op PE maar is iets harder dan HDPE. Kristallijn. verpakkingsfolie,
vezels, kratten, buizen, auto-onderdelen.
Polyvinylchloride (PVC): hard, amorf polymeer dat bij T=85C verweekt. Wordt soms rubber
toegevoegd om slagsterkte te verbeteren. Buizen, dakgoten, kabels, langspeelplaten
Polystyreen (PS): amorf, zeer bros, hard polymeer. andere vorm is slagvast PS (HIPS) High
Impact Polystyreen zit in koffie bekertjes, piepschuim.
Thermoharders:
Fenol-formaldehyde (PF): eerste synthetische macromoleculaire stof (Bakeliet, 1907). Wordt
altijd gemengd met vulstoffen. Is in enigszins voorgeharde toestand.
Schakelaardozen, spoelen, handvatten, geperste laminaten en isolatieschuim.
Epoxyhars: moet met een tweede component gemengd worden om uithardingsreactie te
ondergaan. Zit in lakken, (twee-componenten) lijmen, giethars in elektro-toepassingen.
Synthetische rubbers:
Styreen-butadieen rubber (SBR): belangrijk. copolymeer styreen-butadieen zodanig dat
rubber karakter overheerst. Vulcanisatie (zwavel) en versterking (roet). Op grote schaal in
personenautobanden. Grote banden kan niet door warmteontwikkeling (hysteresis). Dan is
natuurrubber beter
Chloropreen rubber (CR): Hoge chemische resistentie. Vooral gebruikt bij afsluiting
olievaten, transport olie door slangen, bescherming kabels etc.
Samengestelde kunststoffen:
1. Mengsels (PPO + PS = Noryl)
2. Versterking met deeltjes (o.a. krijt, kwarts, talk, glasbolletjes voor hogere stijfheid)
3. Versterking met korte glasvezels (~ 1mm bij -plasten. langer bij harders)
4. Gewapende kunststoffen (Continue versterkingsvezels. Vooral thermoharders)
5. Schuimen (Thermoharders,-plasten en rubbers. Van massief tot 200x dunner)
, H2 Moleculaire opbouw
Een lineaire keten bestaat uit een ruggengraat, de hoofdketen, waaraan zijgroepen
bevestigd zitten.
2.1 Hoofdketen
Koolstofatomen:
Verzadigd betekent geen dubbele bindingen in de hoofdketen (PE: [-CH2-CH2-]n).
Onverzadigd betekent wel dubbele bindingen in de hoofdketen(BR: [-CH2-CH=CH-CH2-]n).
Kool- en zuurstofatomen:
-C-O-C-O-C- (POM: [-CH2-O-]n en
PEO: [-CH2-CH2-O-])
Kool- en stikstofatomen:
-C-C-C-N-C-C-
PA Nylon: -[-CO-(CH2)P-CO-NH-(CH2Q)-NH-]n-
Kool-, zuur- en stikstofatomen:
-C-C-N-C-O-C-C-
Koolstofringen
Voorbeeld: Polycarbonaat (PC) of Polyetheenereftalaat (PET)
2.2 Ketenlengte en verdeling
2.2.1 Gemiddelde
(aantal monomeren in de keten) uitgedrukt in
Ketenlengte uitgedrukt in Polymerisatiegraad P
g/mol. VB: PE heeft een P=5000. → M = 5000(2C+4H)=140000 g/mol. M is een gemiddelde.
Middelen naar gewicht:
ZIE VOORBEELD OP PAGINA 31 VOOR TOEPASSING
2.2.2 Mengsels van polydisperse systemen
Men heeft twee partijen met twee gewichtsgemiddelde molmassa’s:
dan geldt:
Algemeen geldt dat het aantal ketens in 1 gram polymeer is gelijk aan . Met NA is
het getal van avogadro.
Definities aantalgemiddelde , Gewichtsgemiddelde , en de
STAAN OP BLZ 33/34
Poly = veel; Meros = deel. Polymeren = Veel Delen.
Het kenmerk van Polymeren is dat ze erg grote moleculen hebben. Molmassa ~ 104 tot 106
g/mol.
Natuurlijke polymeren: Hout, katoen, hennep, wol, zijde, bont
Half-synthetische polymeren: cellulose, cellofaan, leer.
Synthetische polymeren:
1. Carbonchemie
a. Steenkool kan gepyrolyseerd worden boven 800C en levert dan cokes, teer
en een reeks koolstofwaterstoffen
b. Steenkool kan met stoom en lucht vergast worden en levert dan synthesegas,
dat alweer tot een reeks koolwaterstoffen omgezet kan worden.
2. Petrochemie
a. Het residu van destillatie van aardolie kan door vacuümdestillatie en
thermisch kraken een reeks lichteren verbindingen vormen. Ook lichtere
brandstoffen kunnen worden omgezet in koolwaterstoffen. Aardgas kan door
stroomconversie of partiële oxidatie eveneens een reeks andere verbindingen
leveren. Bij kraken van verzadigde stoffen ontstaan onverzadigde
componenten (een of meer dubbele bindingen tussen C) door gebrek H’s
C-C-C-C-C-C-C-C-C → C=C C-C=C C=C-C=C
Polymeeropbouw:
Vanuit carbonchemish en petrochemish kunnen polymeren worden opgebouwd. Op de plek
van de dubbele binding worden ze gevormd.VB: Etheen → Polyetheen(PE)
Polymeeropbouw kan ook ontstaan vanuit verzadigde monomeren, bv door condensatie v/e
carbonzuur met een alcohol onder afsplitsing van water (Estervorming)
Kunststoffen:
Zijn meestal polymeren + toevoegingen. Toevoeging kan ook een ander polymeer zijn.
t.b.v. verwerking:
1. Glijmiddelen voor transport door de verwerkingsmachine
2. antioxidanten ter bescherming tegen oxidatie op hoge temp.
3. zwavel voor vulkanisatie
t.b.v mechanische eigenschappen:
1. weekmakers om flexibel te maken
2. korte glasvezels, verhoging sterkte/stijfheid
3. rubberdeeltjes ter verhoging van slagdeelte
t.b.v andere eigenschappen:
1. antistatica, ter vermindering van neiging tot elektrostatische oplading
2. pigmenten, voor kleuring
3. brandwerende middelen
1.2 Hoofdcategoriën
Enkelvoudige ketens:
schaal van een mensenhaar tot een meter. Komen nooit in geheel gestrekte vorm voor,
maar in kluwens die verstrengeld zijn. De atomen in de keten hebben sterke covalente
bindingen, tussen de ketens slechts zwakke interactie krachten. Alleen in sterk
georiënteerde systemen worden ook de sterke bindingen in de ketens belast. In dat geval
kunnen, althans alleen in de orëntatierichting, extreem hoge stijfheden en sterktes worden
bereikt.
,Netwerken kunnen worden gevormd:
1. Door bruggen tussen enkelvoudige ketens aan te brengen
2. door tweewaardige met drie-(of meer-)waardige componenten te laten reageren.
Thermoplasten zijn onvernette systemen, die vloeibaar worden bij temperatuurverhoging en
die na afkoeling weer de vaste vorm aannemen
Synthetische rubbers zijn overeenkomstig aan thermoplasten maar verkeren in zachte,
verweekte toestand. Ze vertonen vloei, maar na vernetting door vulkanisatie zijn ze niet
meer vloeibaar maar vormvast.
Thermoharders. De vorming v/e netwerk vind plaats onder hoge temperaturen.
1.3 De belangrijkste kunststoffen
Thermoplasten:
Polyetheen (PE): Zacht en taai, semi-kristallijn. Heeft drie hoofdtypen: LDPE, HDPE, LLDPE.
Resp. Low Denisity PE, High Density PE, Linear Low Density PE. Stijfheid neemt toe met
dichtheid. Zaken, Buizen, emmers, kratten, flessen
Polypropeen (PP): l ijkt op PE maar is iets harder dan HDPE. Kristallijn. verpakkingsfolie,
vezels, kratten, buizen, auto-onderdelen.
Polyvinylchloride (PVC): hard, amorf polymeer dat bij T=85C verweekt. Wordt soms rubber
toegevoegd om slagsterkte te verbeteren. Buizen, dakgoten, kabels, langspeelplaten
Polystyreen (PS): amorf, zeer bros, hard polymeer. andere vorm is slagvast PS (HIPS) High
Impact Polystyreen zit in koffie bekertjes, piepschuim.
Thermoharders:
Fenol-formaldehyde (PF): eerste synthetische macromoleculaire stof (Bakeliet, 1907). Wordt
altijd gemengd met vulstoffen. Is in enigszins voorgeharde toestand.
Schakelaardozen, spoelen, handvatten, geperste laminaten en isolatieschuim.
Epoxyhars: moet met een tweede component gemengd worden om uithardingsreactie te
ondergaan. Zit in lakken, (twee-componenten) lijmen, giethars in elektro-toepassingen.
Synthetische rubbers:
Styreen-butadieen rubber (SBR): belangrijk. copolymeer styreen-butadieen zodanig dat
rubber karakter overheerst. Vulcanisatie (zwavel) en versterking (roet). Op grote schaal in
personenautobanden. Grote banden kan niet door warmteontwikkeling (hysteresis). Dan is
natuurrubber beter
Chloropreen rubber (CR): Hoge chemische resistentie. Vooral gebruikt bij afsluiting
olievaten, transport olie door slangen, bescherming kabels etc.
Samengestelde kunststoffen:
1. Mengsels (PPO + PS = Noryl)
2. Versterking met deeltjes (o.a. krijt, kwarts, talk, glasbolletjes voor hogere stijfheid)
3. Versterking met korte glasvezels (~ 1mm bij -plasten. langer bij harders)
4. Gewapende kunststoffen (Continue versterkingsvezels. Vooral thermoharders)
5. Schuimen (Thermoharders,-plasten en rubbers. Van massief tot 200x dunner)
, H2 Moleculaire opbouw
Een lineaire keten bestaat uit een ruggengraat, de hoofdketen, waaraan zijgroepen
bevestigd zitten.
2.1 Hoofdketen
Koolstofatomen:
Verzadigd betekent geen dubbele bindingen in de hoofdketen (PE: [-CH2-CH2-]n).
Onverzadigd betekent wel dubbele bindingen in de hoofdketen(BR: [-CH2-CH=CH-CH2-]n).
Kool- en zuurstofatomen:
-C-O-C-O-C- (POM: [-CH2-O-]n en
PEO: [-CH2-CH2-O-])
Kool- en stikstofatomen:
-C-C-C-N-C-C-
PA Nylon: -[-CO-(CH2)P-CO-NH-(CH2Q)-NH-]n-
Kool-, zuur- en stikstofatomen:
-C-C-N-C-O-C-C-
Koolstofringen
Voorbeeld: Polycarbonaat (PC) of Polyetheenereftalaat (PET)
2.2 Ketenlengte en verdeling
2.2.1 Gemiddelde
(aantal monomeren in de keten) uitgedrukt in
Ketenlengte uitgedrukt in Polymerisatiegraad P
g/mol. VB: PE heeft een P=5000. → M = 5000(2C+4H)=140000 g/mol. M is een gemiddelde.
Middelen naar gewicht:
ZIE VOORBEELD OP PAGINA 31 VOOR TOEPASSING
2.2.2 Mengsels van polydisperse systemen
Men heeft twee partijen met twee gewichtsgemiddelde molmassa’s:
dan geldt:
Algemeen geldt dat het aantal ketens in 1 gram polymeer is gelijk aan . Met NA is
het getal van avogadro.
Definities aantalgemiddelde , Gewichtsgemiddelde , en de
STAAN OP BLZ 33/34
