Materialen 2 - 2020 |
Materialen 2
KUNSTSTOFFEN
Materialen die min of meer of niet als gebruiksklare toestand in de natuur aangetroffen wordt
Wordt langs een kunstmatige weg verkregen
Kunststoffen of plastics zijn synthetische macromoleculaire stoffen, die overwegend van organische aard
zijn en die door plastische vormgeving hun materiaalfunctie verkrijgen.
1) Macromoleculair – karakter
Bestaat uit grote moleculen ze zijn opgebouwd uit een groot aantal atomen.
2) Overwegend van organische aard
Kunststoffen zijn koolstofverbindingen
! Uitzondering: siliconen -> hetero-kunststof !
3) Ondergaan fase van plastische vormgeving
Op weg van grondstof naar eindproduct wordt plastische vromgeving toegepast.
4) Synthetische materialen
Ze worden opgebouwd met behulp van chemische processen. Er kan een onderscheid gemaakt worden
naargelang de herkomst van de grondstof:
oHalf-synthetische kunststoffen
Chemische modificaties aan in de natuur aanwezige macromoleculen
ze verbeteren de eigenschappen van de natuurproducten.
oSynthetische kunststoffen
Macormoleculen die volledig opgebouwd worden uit kleine moleculen (Na-botsing van de natuur)
De gebruikte grondstoffen zijn dan van:
Carbochemische-aard : steenkoolindustrie
Petrochemische-aard: aardolie-industrie.
Vorming en structuur van de macromoleculen
Kunststoffen of plastics zijn macromoleculaire materialen
Moleculen hebben bindingsmogelijkheden, deze bepalen de functionaliteit van de molecule.
oMonofunctionele molecule = 1 bindingsmogelijkheid
oBifunctionele molecule = 2 bindingsmogelijkheden
De reactie onderling van bifunctionele mogelculen kan
de aanleiding van een macromolecule geven Kunnen via chemische
Koppeling van bifunctionele moleculen lineaire methoden omgezet worden in
macromoleculen of ketenmolecule kunststoffen.
oTrifunctionele molecule = 3bindingsmogelijkheden Omzetting gebeurt door:
Koppeling van trifunctionele moleculen Polymerisatie
driedimensionale roosterstructuur/macromolecule Polycondensatie
Het begrip molecule valt dan weg het geheel is een Polyadditie
macromolecule van grote afmetingen
Polymerisatie
De vorming van macromoleculen, waarbij men uitgaat van kleine eenheden (monomeren), die aan
elkaar geschakeld worden (kettingreactie) zonder dat de samenstelling van deze eenheden verandert.
Het resultaat van deze kettingreactie is een polymeer, deze reactie ontstaat door een katalysator.
Polymerisatie is een kettingreactie waarbij warmte vrijkomt. temperatuur = groei van de deeltjes
Deeltjes van de langerekte lineaire ketenmoleculen zo ontstaan diversen lengten
Polymerisatiegraad P
o=het gemiddelde aantal monomeren dat tot een
macromolecule is aaneengegroeid.
1
,Materialen 2 - 2020 |
Kunstof door polymerisatie
Structuur = afhankelijk van de monomeer
Lineaire macromoleculen
oBij bifunctionele moleculen.
oGeen rechte lijn sliert van duizenden atomen
oLineair door hun ééndimensionale groeirichting
Vertakte lineaire macromoleculen
oTwee bifunctionele moleculen die zich op verschillende manieren kunnen
binden
oEr ontstaat vertakking
oHoe minder vertakking = hoe dichter de verschillende ketenmoleculen
hoge dichtheid/kristalisatiegraad hoge stijfheid en hogere
verwerkingstemperatuur
oVertakkingen vormen tertiaire koolstofatomen zijn chemisch kwetsbare
schakels, kwetsbaar voor verouderingsverschijnselen . Moet beschermd
worden met hulpstoffen.
Driedimensionale macromolecule of roosterstructuur
oMeer dan 2 bifunctionele moleculen ontstaan van driedimensionale
roosterstructuur
oGeen gemiddelde polymerisatiegraad P alles opvatten als één grote
macromolecule
Soorten polymerisatie
De eenvoudige polymerisatie
oÉén soort monomeer.
oMonomeer A + monomeer A Homopolymeer.
Copolymerisatie
oTwee ongelijksoortige monomeren, die op zichzelf kunnen polymeriseren en zo onder elkaar reageren.
oWordt gebruikt om de eigenschappen van het eindproduct te verbeteren.
Gewone copolymerisatie = monomeren met een statistische verhouding A + B
Segmentcopolymerisatie / = monomeer zelf laten polymeriseren, dan met elkaar verbinden.
Entocopolymerisatie = vertakte macromolecule van zelf polymeriserende monomeren
Diredimensionale copolymeren = één van de twee monomeren is trifunctioneel
Terpolymerisatie
oDrie ongelijksoortige monomeren, die op zichzelf kunnen polymeriseren en onder elkaar reageren.
oEindproduct van de onderlinge reactie = Terypolymeer
Polycondensatie
De vorming van macromoleculen door de afsplitisng van laagmoleculaire bijproducten tijdens de chemische
vormingsreactie. Geen kettingreactie maar stap voor stap-reactie.
Structuur:
oLineaire macromoleculen binding tussen twee bifunctionele monomeren
oDriedimensionale macromolecule binding met één trifunctionele monomeer.
Reactiemechanisme
oReageert op hoge temperaturen, lange reactietijden, bijkomende vorming van het laag moleculair
bijproduct.
Polyadditie
De vorming van macromoleculen door een chemische reactie van additie van moleculen, waarbij de binding
ontstaat door het verspringen van actieve waterstof (H) van de ene monomeer naar de andere.
Structuur:
oLineaire macromoleculen binding tussen twee bifunctionele monomeren
oDriedimensionale roosterstructuur binding met één trifunctionele monomeer
2
, Materialen 2 - 2020 |
Toevoegingen aan kunststoffen
Kunststof wordt zelden enkel uit monomeren gemaakt, want plastics als zuivermateriaal zijn onbruikbaar of
moeilijk te verwerken.
Men gebruikt toevoegingen, toeslagstoffen, hulpstoffen of additieven
Resultaten van de toevoegingen;
oVerandering van bepaalde eigenschappen (kan ook door copolymerisatie of terpolymerisatie)
oBetere verwerkbaarheid (vb: vloeiing van materiaal)
oBekomen van bepaalde esthetische effecten (vb: glad oppervlak, doorzichtig,…)
oVerlagen van de kostprijs
Soorten toevoegingen
Chemische toevoegingen
Het toevoegen van chemische stoffen (katalysatoren) ze spelen een rol bij de polymerisatie,
polycondensatie en polyadditie-reactie
Stabilisatoren
oUv absorbers (beschermen tegen de invloeden van uv-stralen, zoal vergeling, afkleuring,…)
oWarmtestabilisatoren (tegen da afbraak van de macromoleculen door hoge temperaturen)
oAnti-oxidanten (bescherming tegen atmosferische zuurstof)
Vaak treden de nadelige-invloeden tegelijk op gebruik een mengsel van stabilisatoren
Weekmakers (plasticicizers)
Niet verdampende stoffen die de kunstof weker of soepeler maken.
Verbetering van de verwerkingseigenschappen verwerkingstemp. , betere gelijdingseigenschappen..
Wordt vooral toegevoegd aan thermoplasten
Vulstoffen (fillers)
Oorspronkelijk bedoeld om de kostprijs te doen dalen
Kan de mechanische sterkte verhogen
Bepaald esthetisch effect verkrijgen
Wapening
Wordt vaak gebruikt bij thermoharders (deze zijn op zichzelf in zuivere vorm vaak broos) maar ook bij
thermoplasten.
Het zorgt voor een mechanische versterking van glasvezel of glasweefsels
Kleurstoffen
Toevoeging van kleurpigment van anorganische/organische aard om de massa te kleuren
Voor esthetische redenen, maar kan soms ook brandgedrag beïnvloeden,…
Glijmiddelen
Het stromingsgedrag van de gesmolten kunststof gunstig beïnvloeden
oAntikleefmiddelen
oAntistatische hulpstoffen
Indeling van de kunststoffen
Volgens reactietype
Polymerisaten : gevormd door polymerisatie
Polycondensaten: gevormd door polycondensatie
Polyadducten: gevormd door polyaddite
3
Materialen 2
KUNSTSTOFFEN
Materialen die min of meer of niet als gebruiksklare toestand in de natuur aangetroffen wordt
Wordt langs een kunstmatige weg verkregen
Kunststoffen of plastics zijn synthetische macromoleculaire stoffen, die overwegend van organische aard
zijn en die door plastische vormgeving hun materiaalfunctie verkrijgen.
1) Macromoleculair – karakter
Bestaat uit grote moleculen ze zijn opgebouwd uit een groot aantal atomen.
2) Overwegend van organische aard
Kunststoffen zijn koolstofverbindingen
! Uitzondering: siliconen -> hetero-kunststof !
3) Ondergaan fase van plastische vormgeving
Op weg van grondstof naar eindproduct wordt plastische vromgeving toegepast.
4) Synthetische materialen
Ze worden opgebouwd met behulp van chemische processen. Er kan een onderscheid gemaakt worden
naargelang de herkomst van de grondstof:
oHalf-synthetische kunststoffen
Chemische modificaties aan in de natuur aanwezige macromoleculen
ze verbeteren de eigenschappen van de natuurproducten.
oSynthetische kunststoffen
Macormoleculen die volledig opgebouwd worden uit kleine moleculen (Na-botsing van de natuur)
De gebruikte grondstoffen zijn dan van:
Carbochemische-aard : steenkoolindustrie
Petrochemische-aard: aardolie-industrie.
Vorming en structuur van de macromoleculen
Kunststoffen of plastics zijn macromoleculaire materialen
Moleculen hebben bindingsmogelijkheden, deze bepalen de functionaliteit van de molecule.
oMonofunctionele molecule = 1 bindingsmogelijkheid
oBifunctionele molecule = 2 bindingsmogelijkheden
De reactie onderling van bifunctionele mogelculen kan
de aanleiding van een macromolecule geven Kunnen via chemische
Koppeling van bifunctionele moleculen lineaire methoden omgezet worden in
macromoleculen of ketenmolecule kunststoffen.
oTrifunctionele molecule = 3bindingsmogelijkheden Omzetting gebeurt door:
Koppeling van trifunctionele moleculen Polymerisatie
driedimensionale roosterstructuur/macromolecule Polycondensatie
Het begrip molecule valt dan weg het geheel is een Polyadditie
macromolecule van grote afmetingen
Polymerisatie
De vorming van macromoleculen, waarbij men uitgaat van kleine eenheden (monomeren), die aan
elkaar geschakeld worden (kettingreactie) zonder dat de samenstelling van deze eenheden verandert.
Het resultaat van deze kettingreactie is een polymeer, deze reactie ontstaat door een katalysator.
Polymerisatie is een kettingreactie waarbij warmte vrijkomt. temperatuur = groei van de deeltjes
Deeltjes van de langerekte lineaire ketenmoleculen zo ontstaan diversen lengten
Polymerisatiegraad P
o=het gemiddelde aantal monomeren dat tot een
macromolecule is aaneengegroeid.
1
,Materialen 2 - 2020 |
Kunstof door polymerisatie
Structuur = afhankelijk van de monomeer
Lineaire macromoleculen
oBij bifunctionele moleculen.
oGeen rechte lijn sliert van duizenden atomen
oLineair door hun ééndimensionale groeirichting
Vertakte lineaire macromoleculen
oTwee bifunctionele moleculen die zich op verschillende manieren kunnen
binden
oEr ontstaat vertakking
oHoe minder vertakking = hoe dichter de verschillende ketenmoleculen
hoge dichtheid/kristalisatiegraad hoge stijfheid en hogere
verwerkingstemperatuur
oVertakkingen vormen tertiaire koolstofatomen zijn chemisch kwetsbare
schakels, kwetsbaar voor verouderingsverschijnselen . Moet beschermd
worden met hulpstoffen.
Driedimensionale macromolecule of roosterstructuur
oMeer dan 2 bifunctionele moleculen ontstaan van driedimensionale
roosterstructuur
oGeen gemiddelde polymerisatiegraad P alles opvatten als één grote
macromolecule
Soorten polymerisatie
De eenvoudige polymerisatie
oÉén soort monomeer.
oMonomeer A + monomeer A Homopolymeer.
Copolymerisatie
oTwee ongelijksoortige monomeren, die op zichzelf kunnen polymeriseren en zo onder elkaar reageren.
oWordt gebruikt om de eigenschappen van het eindproduct te verbeteren.
Gewone copolymerisatie = monomeren met een statistische verhouding A + B
Segmentcopolymerisatie / = monomeer zelf laten polymeriseren, dan met elkaar verbinden.
Entocopolymerisatie = vertakte macromolecule van zelf polymeriserende monomeren
Diredimensionale copolymeren = één van de twee monomeren is trifunctioneel
Terpolymerisatie
oDrie ongelijksoortige monomeren, die op zichzelf kunnen polymeriseren en onder elkaar reageren.
oEindproduct van de onderlinge reactie = Terypolymeer
Polycondensatie
De vorming van macromoleculen door de afsplitisng van laagmoleculaire bijproducten tijdens de chemische
vormingsreactie. Geen kettingreactie maar stap voor stap-reactie.
Structuur:
oLineaire macromoleculen binding tussen twee bifunctionele monomeren
oDriedimensionale macromolecule binding met één trifunctionele monomeer.
Reactiemechanisme
oReageert op hoge temperaturen, lange reactietijden, bijkomende vorming van het laag moleculair
bijproduct.
Polyadditie
De vorming van macromoleculen door een chemische reactie van additie van moleculen, waarbij de binding
ontstaat door het verspringen van actieve waterstof (H) van de ene monomeer naar de andere.
Structuur:
oLineaire macromoleculen binding tussen twee bifunctionele monomeren
oDriedimensionale roosterstructuur binding met één trifunctionele monomeer
2
, Materialen 2 - 2020 |
Toevoegingen aan kunststoffen
Kunststof wordt zelden enkel uit monomeren gemaakt, want plastics als zuivermateriaal zijn onbruikbaar of
moeilijk te verwerken.
Men gebruikt toevoegingen, toeslagstoffen, hulpstoffen of additieven
Resultaten van de toevoegingen;
oVerandering van bepaalde eigenschappen (kan ook door copolymerisatie of terpolymerisatie)
oBetere verwerkbaarheid (vb: vloeiing van materiaal)
oBekomen van bepaalde esthetische effecten (vb: glad oppervlak, doorzichtig,…)
oVerlagen van de kostprijs
Soorten toevoegingen
Chemische toevoegingen
Het toevoegen van chemische stoffen (katalysatoren) ze spelen een rol bij de polymerisatie,
polycondensatie en polyadditie-reactie
Stabilisatoren
oUv absorbers (beschermen tegen de invloeden van uv-stralen, zoal vergeling, afkleuring,…)
oWarmtestabilisatoren (tegen da afbraak van de macromoleculen door hoge temperaturen)
oAnti-oxidanten (bescherming tegen atmosferische zuurstof)
Vaak treden de nadelige-invloeden tegelijk op gebruik een mengsel van stabilisatoren
Weekmakers (plasticicizers)
Niet verdampende stoffen die de kunstof weker of soepeler maken.
Verbetering van de verwerkingseigenschappen verwerkingstemp. , betere gelijdingseigenschappen..
Wordt vooral toegevoegd aan thermoplasten
Vulstoffen (fillers)
Oorspronkelijk bedoeld om de kostprijs te doen dalen
Kan de mechanische sterkte verhogen
Bepaald esthetisch effect verkrijgen
Wapening
Wordt vaak gebruikt bij thermoharders (deze zijn op zichzelf in zuivere vorm vaak broos) maar ook bij
thermoplasten.
Het zorgt voor een mechanische versterking van glasvezel of glasweefsels
Kleurstoffen
Toevoeging van kleurpigment van anorganische/organische aard om de massa te kleuren
Voor esthetische redenen, maar kan soms ook brandgedrag beïnvloeden,…
Glijmiddelen
Het stromingsgedrag van de gesmolten kunststof gunstig beïnvloeden
oAntikleefmiddelen
oAntistatische hulpstoffen
Indeling van de kunststoffen
Volgens reactietype
Polymerisaten : gevormd door polymerisatie
Polycondensaten: gevormd door polycondensatie
Polyadducten: gevormd door polyaddite
3
