Knap In Kunststoffen op een alternatieve wijze

1

‘Knap In Kunststoffen’ op een alternatieve wijze Voorwoord Het schoolse leren verloopt zoals altijd volgens het pad van geordende cursussen of nette handboeken en examens. De kennis wordt geselecteerd en gestructureerd aangedragen. Hiervoor zijn gedetailleerde leertechnieken ontwikkeld die in de lerarenopleiding worden aangeleerd. Onderstaande tekst is niet gestructureerd. Het is geen wetenschappelijk werk, en ‘als geheel’ niet bruikbaar om te kopiëren als instrument voor gebruik in de klas. Door het samenbrengen van ‘verhalen’ en ‘tips en trucs’ wil KIK-OV leraren (zonder chemische en fysische achtergrond) die in klassen van de tweede graad (DBSO, BSO, TSO) lesgeven, ondersteunen in hun poging om delen van de kunststofchemie en -fysica op een nietwetenschappelijke wijze te helpen begrijpen. De tekstgedeelten tussen de kaders zijn bindteksten. Teksten met zinnen in een groene kleur zijn leuke projectideeën. Opgelet: de gebruikte vergelijkingen gaan niet op! Hopelijk kunnen leraren m.b.v. deze ‘verhalen’ en ‘tips en trips’ ideeën opdoen om van kunststoffen toch een boeiend verhaal te maken. Kunststoftechnologie, - eigenschappen en waarden mogen nooit uit het hoofd geleerd worden. Probeer steeds met kunststoftechnologie logisch te redeneren. Legende: Misschien een ideetje of weetje om in de klas te vertellen Mogelijk een toepassing Wat chemische achtergrond

2

Inleiding Eindeloze zoektocht van de moderne mens Nadat de vroege mens het water en het vuur overwon voer hij met eenvoudige vlotten nieuwe horizonten tegemoet. De vroege mens wist niet dat vuur een chemisch omzettingsproces is waarbij door een zeer snelle oxidatie materialen verteerd en ontleed worden in hitte en restproducten. Hij wist dat vuur macht inhield. Vuur beschermde mensen tegen koude en wilde dieren. Het was een bron van warmte en zekerheid. Met vuur konden ze koken en bakken. Het eerste kunstmatig schuimproduct was ‘brood’. Mensen leerden om met het vuur metaalertsen om te zetten tot bruikbare metalen. Met deze eenvoudige metalen kon de mens hout en gesteenten bewerken om het om te zetten naar nuttige gebruiksvoorwerpen. Waar geen holen of andere natuurlijke schuttingsplaatsen waren bouwden ze met hun primitieve gereedschappen lemen hutten. Takken gecombineerd met leem en uitwerpselen vormden samen de eerste composietmaterialen. De takken zorgden voor de vorm en de sterkte. Met de mengeling leem en uitwerpselen werden de takken ingesloten.

Honderden jaren voor Christus vervaardigden Egyptenaren en Chinezen fineer dat dan verlijmd werd. Zowel de lemen huizen, de oude dijken van klei met gevlochten rietmatten vanuit ons leesstukje op bladzijde 4 en 5 als het fineer van meer dan tweeduizend jaar geleden zijn de eerste kunstmatig vervaardigde composietmaterialen. Later halverwege de 19 de eeuw werden de eerste schilmachines voor fineer in gebruik genomen; het waren nog energieverslindende metalen machines.

De ontdekkingstocht van de mens stopt nooit. Iedere dag gaat hij nieuwe uitdagingen aan.

3

Leesstukje: Een wollen badpak? Wie denkt nu daar aan?! Kledingstukken uit tricot van het oude kledingmerk ‘Tricot’ zoals ondergoed, badkleding, vesten en de wollen of katoenen allesbedekkende ‘hansoppen’(een los badhemd tot de enkels, met lange mouwen en dichtgeregen rond de hals) zijn de voorlopers van de huidige zwempakken en bikini’s. Later werden de oude borstrokken uit tricot body`s, de lange onderbroeken werden boxershorts en de befaamde hansoppen werden sportstrings. De kledingstukken en het ondergoed uit het oude tricot bestonden uit een fijn breiwerk van wol, katoen, nylon, rayon en dergelijke en waren niet stuk te krijgen. Tricot was elastischer dan katoen. Het breiwerk werd uitgevoerd op industriële breiwerkmachines. Men noemden dit de tricotage-industrie. Rond 1800 baadden de vrouwen nog in die hansoppen. Later kwam het badkostuum uit twee delen in de mode: een overkleed met mouwen en een uit wol vervaardigde kniebroek. Het badkostuum was trouwens niet bedoeld om ermee te zwemmen maar wél om te voorkomen dat men zou bruinen. Vandaag is zwemkleding haast onverslijtbaar. De huidige kunststofindustrie ontwikkelt zwemkleding uit speciale vezelstoffen die én comfortabel zitten én slijtvast zijn. Tegelijkertijd zorgen de synthetische vezels voor een stof die zacht aanvoelt en snel opdroogt. Producten waar veel zwemmers blij mee zijn. De uitdaging voor vandaag? Nieuwe ideeën uitwerken. De aarde niet uitputten door hem leeg te roven. Onze planeet leefbaar houden door de CO2 uitstoot te beperken! Nieuwe uitdagingen Het gratis tijdschrift ‘Metro’ meldde in september 2011 dat alle natuurlijke grondstoffen voor 2011 op dat ogenblik door de mens al waren geconsumeerd en dat dit tijdstip ieder jaar vroeger op het jaar optrad. Stof voor discussie? Zijn er teveel mensen op aarde, waardoor de aarde leeggeroofd wordt? Fred Pearce: 'De samenleving van de toekomst is ouder, wijzer en groener.' 4 oktober 2011 (MO*) Binnenkort zijn we met 7 miljard aardbewoners. Maar niet de overbevolking maar de productie- en consumptiepatronen vormen een bedreinging van de planeet, zegt Fred Pearce. Pearce is een Brits wetenschapsjournalist en auteur van onder andere Volksbeving. Als aanvulling op het dossier Zijn we met teveel?, dat verscheen in MO*magazine editie november 2010, had MO*redactrice Alma De Walsche een gesprek met de man. http://www.mo.be/opinie/fred-pearce-de-samenleving-van-de-toekomst-ouder-wijzer-en-groener

4

VS zoekt vervangers voor zeldzame metalen Er wordt onder meer gezocht naar elektrische motoren zonder metalen, een vervanging voor metalen in windturbines op basis van mangaan en een composietvervanging voor magneten. Vooral de vervanging voor magneten is belangrijk, omdat ze een vitaal element vormen in toepassingen van windmolens en elektrische auto's.

http://www.duurzaamnieuws.nl/mvo/bericht.rxml?id=70372&title=VS%20zoekt%20vervangers%20voor%20zeldzame%20metalen

Moet de moderne mens daarvoor alles opgeven? Natuurlijk niet, de juiste materiaalkeuze voor elk verbruiksgoed is cruciaal. Kunststoffen zijn eco-efficiënte materialen, omdat ze een efficiënt energieverbruik mogelijk maken en dat tijdens de hele gebruiksperiode. De materialen en verwerkingstechnieken om bijv. een auto te vervaardigen, bepalen hoe zwaar die auto wordt. Hoe zwaarder de auto is, hoe meer brandstof hij verbruikt en hoe meer koolstofdioxide hij produceert. Het gebruik van lichte (nieuwe) materialen, draagt bij om de klimaatopwarming te stoppen.Elk materiaal heeft zijn eigen eigenschappen, die het geschikt maakt voor verschillende toepassingen. Als de scheikunde achter de verschillende materialen begrepen is, kan men door gebruik ervan te maken het klimaat beschermen. Nieuwe autoconcepten … een race naar meer veiligheid, een veel lager gewicht en groenere materialen? De materiaal- en autoproducenten ontwikkelen vandaag nieuwe, lichtere en groenere automobielmaterialen. Nieuwe koolstofvezels en biokunststoffen vervangen meer en meer de traditionele en natuurlijke materialen. Biokunststoffen hebben een tweeledige betekenis. Soms bedoelt men enkel bio-afbreekbaar (bv in de grond = composteerbaar), soms bedoelt men alleen maar dat ze uit natuurlijke (= hernieuwbare) materialen samengesteld zijn (= biogebaseerd). Een materiaal kan ook zowel bio-afbreekbaar zijn als uit hernieuwbare bronnen vervaardigd zijn. De biokunststoffen die Alpagro Houthalen gebruikt, zijn zowel biologisch afbreekbaar als biogebaseerd (op basis van maïszetmeel). Andere kunststoffen zoals vb. Braskem’s groene polymeren zijn op basis van natuurlijke materialen (suikerriet) maar niet biologisch afbreekbaar / composteerbaar.

5 Verwijzend naar een verlaging van de CO2.-uitstoot moeten alle materialen voor de toekomstige transportmiddelen lichter en minstens even veilig en recycleerbaar zijn. Recycleerbare polyesters en ook polycarbonaten behoren tot de belangrijkste groeimarkten. Koolstofvezels zijn tien keer zo sterk als staal en maar een vierde zo zwaar. Een auto met ongeveer 20% procent meer koolstofvezels in plaats van staal, is volgens berekeningen een derde lichter en een vijfde zuiniger. De auto- en materiaalindustrie streven naar een maximale vervanging van staal in auto’s, veelal 75 procent van het geheel en dat door nieuwe materialen. Deze laatste zijn stevige, harde, transparante materialen die hoge temperaturen kunnen weerstaan. Andere bekende toepassingen zijn cd’s, veiligheidsbrillen en helmen. Hittebestendige en tevens taaie synthetische tandwielen zijn eveneens licht en geluids verminderend. De stoelen bestaan uit 100 procent recycleerbare materialen en biokunststoffen. De ramen zijn perfect doorschijnend, maar volledig gemaakt van een duurzame recycleerbare polycarbonaat. Om te voorzien in snellere assemblage bestaan de deuren, daken en achterspatborden meer en meer uit één geheel en daken hebben geïntegreerde zonnedaken of -panelen. Milieuverontreinigende lakken zijn niet meer nodig door het gebruik van metallic krimpfolie op basis van biokunststoffen. Deze folies worden al geruime tijd gebruikt op etiketten van blikjes en vinden steeds meer afname in de autoindustrie. Dankzij de enorme technologische vooruitgang in auto-elektronica en LED-verlichting is de bedrading ultradun. De voorklep uit biokunststof deukt mee om zo de klap voor een eventueel aangereden voetganger enigszins mee op te vangen. Hoe lang het nog gaat duren vooraleer een functionele lichtgewichtauto op de markt komt, is nog onduidelijk. Biokunststoffen kosten momenteel viermaal zo veel als de traditionele kunststoffen. De verwachting is dat massaproductie van biokunststoffen en de alsmaar hogere kostprijzen van fossiele brandstoffen dit prijsverschil snel doen verkleinen. Veel oplossingen zijn bekend. Veel stappen zijn al gezet en het tempo in toepassing neemt snel toe. De industrie moet zich omschakelen en de nieuwe technieken in nieuwe modellen invoeren. De sociale aanvaarding van de nieuwe materialen gebeurt niet altijd zoals verwacht. Mensen zijn soms zeer conservatief. Een autobestuurder voelt zich momenteel veiliger met een raam uit glas dat fysiek kan breken, en dat ondanks het feit dat kunststoframen lichter en sterker zijn dan glas. Kunststoffen worden vervaardigd door organische moleculen aan elkaar te verbinden De hoeveelheid en de structuur van deze moleculen (ook monomeren genoemd) bepalen de eigenschap van het kunststofmateriaal. Het geeft kunststoffen een ‘kameleon’-eigenschap en maakt ze aanpasbaar voor tal van toepassingen.

6 Om kunststoffen verder aan te passen aan een toepassing en een fabricageproces zijn additieven nodig zoals o.a. glasvezel, mineralen, pigmenten en andere stoffen. Er zijn veel verschillende mogelijkheden om kunststoffen met andere materialen te combineren. Deze veelzijdigheid heeft veel voordelen, waardoor kunststoffen kunnen worden aangepast om tegemoet te komen aan de behoeften van een bepaalde toepassing. Kunststoffen kunnen doorzichtig zijn, sommige zijn uiterst taai, sommige zijn brandvertragend, andere kunnen tegen lichaamsvocht, ... Andere materialen hebben een beperktere variatiemogelijkheid en zijn vaak zwaarder. Een belangrijk voordeel van kunststoffen is dat zij miljoenen keren hervormd kunnen worden, iets wat de natuur niet voor elkaar krijgt. Wat hebben we daarvoor nodig? Project Benodigdheden: kleine metalen vorm, zakje kunststofkorrels uit doos 5 (KIK-OV-koffer), bunsenbrander. Men noemt de vorm ‘de matrijs of de mal’. Bekijk de korrels zorgvuldig. Welke vorm hebben ze? Zijn ze regelmatig van vorm? Zijn ze doorzichtig, mat van kleur, melkachtig wit of gekleurd? Zet het matrijsje in een statief. Doe er wat kunststofkorrels in en verwarm het vormpje zonder dat de kunststof verbrandt. Wat gebeurt er met de kunststof? Verandert de kleur ervan? Laat dan de mal langzaam afkoelen. Wat gebeurt er met de kunststof? Verandert de kleur? Verwarm de mal opnieuw. Smelt de kunststof opnieuw? Hoe vaak kan men dit herhalen? Neem nu met een laboratoriumtangetje het malletje vast en breng het in een kom met water zonder dat het water met de kunststof in contact komt. Beweeg de matrijs heen en weer. Wat gebeurt er met de kunststof? Verandert de kleur van de kunststof. Wanneer de kunststof gestold is, haal het uit het malletje. Kan je er gemakkelijk stukjes van afbreken? Wat is er met de kunststof gebeurd? Kan men een vergelijking maken met het stollen van metalen?

7

Geen kunststoffen zonder metalen!

De beroepenfilms van KIK-OV tonen het aan, kunststoffen kunnen niet zonder metalen en metaalverwerking. Metalen en metaalbewerking zijn essentieel voor de kunststofproductie voor de -verwerking en –bewerking. Alle gereedschappen (matrijzen), machines en installaties zijn uit verschillende metalen vervaardigd. Naast de kunststofverwerkers zijn er ook zeer bekwame metaalbewerkers zoals o.a.bedieners van CNC-gestuurde werktuigmachines, lassers, … nodig. Metaalverwerkers kunnen ook kunststofhalffabricaten verwerken (zie hiervoor de beroepenfilm met Lien en Jonathan) Voor het verspanen van kunststoffen is hetzelfde soort snijgereedschap maar met andere snijhoeken nodig. Bij het afsnijden van materiaal (verspanen) ontstaat er grote wrijvingswarmte die bij metalen via de koelvloeistof en de warmtegeleiding van het werkstuk afgevoerd kan worden. Bij kunststoffen is dat veel moeilijker. Het is belangrijk dat metaal- en kunststofbewerkers hiervoor speciale opleidingen volgen.

Een ander belangrijk aspect is de klimaatverandering Door meer hernieuwbare energie op te wekken leveren we minder uitstoot van broeikasgassen. Op dit terrein zijn kunststoffen onmisbaar. Veel technische componenten die nodig zijn voor apparaten die energie opwekken, kunnen alleen maar bestaan dankzij kunststoffen. Windturbines (een technologie die de kinetische energie van wind omzet in mechanische energie) maken gebruik van steeds geavanceerdere constructietechnieken, die alleen maar mogelijk zijn met kunststoffen, en die de mogelijkheden van windenergie vergroten. De rotorbladen van veel moderne windturbines zijn van kunststof die met vezels zijn versterkt. Dergelijke composieten resulteren in bladen die stevig, zeer duurzaam en licht van gewicht zijn. De kenmerken van kunststoffen – zeer sterk, licht van gewicht – maken ze tot een ideaal materiaal voor windgeneratoren; de installatie wordt er eenvoudiger door, de duurzaamheid wordt verbeterd en het onderhoud gereduceerd.

8 Een gebreid vliegtuig? Urbanus heeft het al voorgedaan. In zijn album “De Sponskesrace” breit Urbanus een vliegtuig uit staalwol (de “sponskes”). Een leuk idee, maar het kan niet vliegen! Waarom dan niet? In plaats van staal had hij beter glas- of koolstofvezels gebruikt; deze holle draden zijn veel lichter dan staal. Verder is een breisel op zich heel erg rekbaar, kijk maar naar een trui. Wil men er een stijve, dragende constructie als een vliegtuig van maken dan moet men het breiwerk vastzetten (fixeren) met lijm of hars. Het geheel van met hars verbonden breisels of matten noemt men een composiet. Wat hier beschreven is is niet nieuw; al eeuwenlang mengen mensen materialen om zo sterkere bouwelementen te ontdekken. Zo werden vroeger dijken van klei met gevlochten rietmatten aangelegd, of werden er hutten vervaardigd van leem vermengd met stro. Het woordje ‘composiet’ dat klinkt als compositie werd afgeleid van het Franse werkwoord composer (samenstellen) of het Engels (to compose). In de beeldende kunst staat compositie voor het ordenen van beeldelementen volgens een vooraf bepaalde methode. Het is een poging om orde in de chaos te scheppen. Zo ook in de muziek. Hier worden klanken geheel of gedeeltelijk vastgelegd door een componist. Indien je een drummer of gitaarspeler gedurende een korte tijd solo hoort spelen dan lijkt dat misschien een beetje koel. Veel mooier en completer klinkt het wanneer alle muzikanten op gepaste wijze samenspelen. Men verkrijgt zo een harmonieus geheel; een ‘compositie’. En zo is het ook met het vliegtuig van Urbanus. Een juiste samenstelling van materialen leidt tot een nieuwe generatie materialen en ontelbare nieuwe toepassingen. Vliegtuigen, windmolenbladen, racefietsen, tennisrackets, onderdelen van auto’s, boten, treinen; het is bijna niet meer bij te houden wat men allemaal vervaardigt uit kunststofcomposieten. Vaak gebruikt is de combinatie van polyester met glasvezels, maar kwalitatief beter zijn de epoxyharsen versterkt met koolstofvezels. De toepassingen worden steeds veelzijdiger. De materiaalprestaties moeten deze trend volgen. Hoewel glas- en koolstofvezels op zichzelf erg brosse materialen zijn behoren zij als composiet, tot de beste crash- en schokabsorberende materialen. Crash-zones in formule-1-racewagens en nu ook al in de duurdere personenauto, kogelwerende beschermingsplaten voor de pausmobiel en gevechtstanks, brandweer- en (motor)fietshelmen… overal worden vezelversterkte kunststoffen gebruikt. Composietverwerkers en materiaalwetenschappers staan voor grote uitdagingen.

9 De veelzijdigheid van het materiaal draagt ook beduidend bij aan een hogere energie-efficiëntie: besparingen kunnen worden behaald door kunststof isolatiemateriaal voor warmte en geluidsisolatie te gebruiken in gebouwen, door lichtgewichtkunststoffen te gebruiken bij het privé vervoer (fietsen, motorfietsen en auto’s) en door kunststof als verpakkingsmateriaal te gebruiken om bederf van levensmiddelen tegen te gaan. Brood is het meest bekende schuim. Schuimen kunnen vast of zacht zijn en worden vooral in de bouw toegepast. Voorbeelden zijn: gasbeton, schuimgips, schuimglas, thermoplastische schuimen uit PS, PE, PVC, ...en thermohardende uit UF, PF, PUR. Wist je: oaseschuimen waarmee men bloemstukken maakt is een schuim uit phenolformaldehyde (bakeliet) Als kunststoffen niet zouden bestaan, zou de totale massa gebruikte materialen met een factor van 3,9 toenemen, het energieverbruik met 26 procent en de CO2-uitstoot met 56 procent (GUA, 2004). Nog een gebied dat de moeite waard is om te worden genoemd, is de consumentenelektronica, waar het steeds kleiner maken van de elektronische uitrusting niet mogelijk zou zijn zonder kunststoffen. Vroeg in de jaren zeventig waren er voor computers complete zalen nodig, terwijl tegenwoordig – dankzij kunststoffen – een kleine laptop zelfs meer kan. Het recycleren van bepaalde soorten kunststof draagt ook bij aan de bescherming van het klimaat. Recycleren heeft ook alles te maken met scheikunde. De meeste kunststoffen die we gebruiken, zijn thermoplasten. Na verzameld en gesorteerd te zijn kunnen ze worden omgesmolten en worden omgevormd tot andere artikelen. Zo kunnen kunststoffen in hun hele levenscyclus worden gebruikt in een aantal verschillende vormen. Een duidelijk voorbeeld zijn de schermpjes van mobiele telefoons: de schermpjes in verschillende kleuren worden gemaakt uit gerecycleerd polystyreen dat afkomstig is van wegwerpkoffiebekers. Dit kan niet met thermogeharde kunststoffen, die een moleculaire structuur hebben die ervoor zorgt dat het materiaal uiteenvalt als het tot zeer hoge temperaturen wordt verhit. Door de eigenschappen te begrijpen van de materialen die we in ons dagelijks leven gebruiken, is er veel technologische vooruitgang geboekt waardoor verbruik van energie en natuurlijke hulpbronnen is gereduceerd. In de eerste plaats door gewicht te besparen, en ten tweede door de verbranding in automotoren te verbeteren, direct (bijvoorbeeld door de oppervlaktekwaliteit van luchtinlaatspruitstukken) of indirect door de mogelijkheid energiebesparende elektronische onderdelen vlak bij het motorblok te plaatsen. Kunststoffen kunnen ook makkelijker in een bepaalde vorm gemaakt worden, waardoor de luchtwrijving kan worden gereduceerd of de aerodynamica verhoogd kan worden.

10

Chemie anders bekeken Grondstoffen voor kunststoffen o

Natuurlijke hernieuwbare grondstoffen zoals o.a.: - Polysacchariden: zetmeel, cellulose, alginaten - Eiwitten (zijn de natuurlijke polyamiden), wol, zijde - Polynucleotide: DNA - Polyterpenen: rubber (isopreen) - Mineraal: kwarts, asbest, glas

o

Grondstoffen bekomen door wijziging (modificering  to modify = veranderen) van hout- of plantenvezels: dit zijn ook hernieuwbare grondstoffen. - Nitrocellulose: schietkatoen, celluloid voor de vroege film - Cellulose-ethers: (methylcellulose) voor bindmiddelen, lijmen, ... - Cellulose (rayon)

o

Caseïne uit melk

o

Steenkool (recycleerbare kunststofmaterialen door het te hersmelten en het terug in een vorm te brengen, kunststoffen kunnen recycleerbaar zijn als vulstof voor ander materiaal (gemalen rubber en thermoharderdeeltjes in fluisterasfalt).

o

Aardolie: 

Hier herkent men het woordje polymeren: dit is afgeleid van polymerisatie. Hetzelfde geldt voor: polycondensaten: afgeleid van polycondensatie en polyadducten: afgeleid van polyadditie



Recycleerbare kunststofmaterialen door het te hersmelten en het terug in een vorm te brengen

o

Aardgas (idem als bij aardolie)

o

Zand: Het vervaardigen van kunststoffen uit zand vraagt nu nog veel energie.

Aardolie is vandaag nog de grootste grondstofbron voor kunststoffen. Slechts 4%van alle aardolie wordt gebruikt om kunststoffen samen te stellen. De resterende aardolie wordt vooral gebruikt voor huishoudverwarming (70%), motorbrandstof voor voertuigen (20%) en 3%voor de chemie.

11 Wat met kunststoffen als de aardolie op is? Geen nood, Gentse wetenschappers maken kunststof uit planten en bomen. Hetzelfde kan uit alle plantaardig afval. http://www.natuurenwetenschap.be/new-publicaties/archief/100056-vlaamse-wetenschappers-maken-plasticuit-planten-en-bomen En er is zand in overvloed. Siliconen zijn kunststoffen waarvan het molecuul bestaat uit een herhalende keten (polymeermolecule) van silicium- en zuurstofatomen met aan het siliciumatoom verbonden organische zijgroepen. Het element silicium Engels: silicon; symbool: Si - is na zuurstof het meest voorkomende element op aarde. Silicium komt niet als puur element in het milieu voor, maar veelal — bijv. in zand en glas — in verbinding met zuurstof als silica of siliciumdioxide (SiO2 ). Het meeste natuurlijke siliciumdioxide komt voor in kristallijne vorm (zand, gesteenten). Hoe meer kristallijn het polymeer (zie verder) is, hoe harder en breekbaarder is het materiaal. Kristallijn komt van het woordje kristallen. Kristallen zijn volgens een bepaalde regelmaat opgebouwd uit kristallen. (sneeuw, ijs, suiker, zout, metalen,…). Dit betekent ‘volgens een bepaalde regelmaat’ opgebouwd.

Echt de moeite om te lezen: ‘Een oude discussie over milieu’ Twee wetenschappers, de ecoloog Ehrlich en de econoom Simon, gaan in 1980 een verrassende weddenschap aan. Ze ging erover of het milieu binnen afzienbare tijd ten onder zou gaan of juist niet. https://sites.google.com/site/kenniswetenschapfilosofie/een-oude-discussie-over-milieu De weddenschap tussen de beide wetenschappers had betrekking op het al dan niet terecht voorspelde tekort aan grondstoffen. Ehrlich zou op papier voor 1000 dollar vijf soorten metalen kopen (koper, nikkel, chroom, tin en wolfram), elk in een hoeveelheid die in 1980 tweehonderd dollar kostte. In 1990 zou bekeken worden wat de prijs van de vijf metalen was. Was de prijs gestegen, dan zou Simon het verschil uitkeren. Was de prijs van de metalen echter gedaald, dan zou Ehrlich het verschil aan Simon betalen. Ehrlich verwachtte uiteraard dat de prijs van de metalen als gevolg van de schaarste sterk zou gaan stijgen. Simon geloofde (en gelooft) niet in schaarste en voorspelde dan ook een daling van de prijs van de door Ehrlich uitgekozen metalen. Wat waren de argumenten van beide wetenschappers?

12 Aardolie is niet rechtstreeks bruikbaar Aardolie is een vermenging van vele soorten stoffen. Deze stoffen worden in de distillatiekolom van een raffinaderij gescheiden. Om kunststoffen te vervaardigen worden van het aardoliemengsel als grootste moleculen de benzinemoleculen gebruikt. Deze benzinemoleculen worden via het zogenaamde kraakproces in kleinere delen gescheiden. Denk hier evt. aan het doorbreken van lange spaghettislierten in kleine delen. Tijdens het kraakproces wordt de benzine zonder zuurstoftoevoer verwarmd tot op hoge temperatuur. Zuurstof zou alles zeer snel doen verbranden, wat uiteraard niet de bedoeling is. Hierdoor breken die benzinemoleculen in kleine stukjes. Deze stukjes noemen we monomeren. Bovenstaande tekening stelt het monomeer propeen voor.

Zo een monomeer - een ander woord voor molecule - heeft een bepaalde functie die typisch is voor dat monomeer. Er bestaan duizenden verschillende soorten monomeren (moleculen) die elk hun eigen functie hebben. Wanneer we deze monomeren zouden afbreken in kleinere delen (atomen) wat kan, dan verliest dit monomeer zijn functie. Vergelijkingen gaan nooit op, maar vergelijk een monomeer eens met een treinrijtuig. Er bestaan zeer veel soorten treinrijtuigen: voor reizigersvervoer, autotransport, vervoer van stalen rollen, vervoer van vloeistoffen, rijtuigen voor ertsvervoer, post, ... Wat is de bouw en de functie van een reizigersrijtuig? Het is een gewoon spoortransportmiddel voor reizigers. Opgebouwd uit een licht frame, afgewerkt met bankjes. Op de bankjes zitten reizigers; ze slapen, lezen, werken op hun laptop of praten met elkaar totdat ze hun station van bestemming bereiken. Wanneer men de wielen van deze spoorwegrijtuigen zou weghalen wat kan, verliest dit rijtuig zijn functie. Hij kan niet meer als reizigersrijtuig gebruikt worden. Zoals een treinrijtuig uit vele onderdelen met elk een eigen functie (wielen, remsystemen, koppelingsmechanismen, hefbomen, …) bestaat kan een molecule (monomeer) uit vele onderdelen (atomen) met een eigen functie bestaan.(koolstof C, waterstof H, zuurstof O, stikstof N, fosfor P, zwavel S, chloor Cl, Fluor F, Broom Br, Silicium Si, …). De basis van elke organische stof en ook de meeste kunststoffen is koolstof.

Een koolstofverbinding kan met een compleet rijdbaar onderstel van een rijtuig zonder enige opbouw vergeleken worden. Het is als het ware, zoals bij een rijtuig de ruggengraat van een molecule. Zonder bovenbouw weet men niet waarvoor dit rijtuig zal dienen. Bovenop dit onderstel wordt een bovenbouw gemonteerd. Eens de bovenbouw op het onderstel gemonteerd, herkent men de functie van dit rijtuig: reizigers- , auto’s-, bulk-, ertstransport…

13

Ruggengraat voor kunststoffen

De ruggengraat van kunststoffen is een aaneenschakeling van C-atomen (voor de meeste kunststoffen) De covalente binding (binding waarbij de bindende atomen eenzelfde aantrekkingskracht uitoefenen op het bindend elektronenpaar) is hier aangewezen. Alle covalente bindingen dienen even sterk te zijn anders breekt de keten op de zwakste plek.

Bij een trein zijn de verbindingssystemen tussen de rijtuigen ongeveer even sterk (covalent). Wat zijn belangrijke eigenschappen van koolstof of silicium voor kunststoffen o o o

o

Koolstof en ook silicium noemt men onverschillige atomen (onverschillig = niet tot metalen of niet tot niet-metalen willen behoren) Koolstof is vierwaardig (4 streepjes rond de koolstof). Koolstof kan ketens vormen  open ketens  vertakte ketens  gesloten ketens Buiten het element koolstof kunnen kunststoffen nog uit volgende elementen bestaan: zuurstof, stikstof, fosfor, zwavel, chloor, fluor, broom, … Onthoud dat indien een of meer atomen van de drie laatste opgesomde elementen (Cl, Br,I) of verbindingen ervan in kunststoffen voorkomen deze kunststoffen brandvertragend of brandwerend werken.

Door de aanwezigheid van chloor in het PVC-materiaal, is het vuur in deze automatische zekering vanzelf gedoofd

14 Polyvinylideenchloride bevat dubbel zoveel chloor dan PVC en wordt gebruikt voor onbrandbare bouwmaterialen. Polytetrafluoretheen met 4 fluor atomen per monomeer (handelsnaam voor teflon) is onbrandbaar (wordt gebruikt als antiaanbaklaag in braadpotten en –pannen).

Polymeren Samenstellen van treinen uit verschillende soorten treinrijtuigen Een spoorwegmaatschappij kan de grootste winst maken wanneer het een efficiënt goederentransport organiseert. Wanneer een autotransporttrein vanuit een autofabriek vertrekt, dan zal deze trein alleen uit autotransportrijtuigen bestaan. Een ander type rijtuig eraan hangen dat voor dat transport geen functie heeft veroorzaakt onnodige energie- en montagekosten en is zinloos. Wanneer een goederentrein van de haven van Gent naar een staalfabriek in Luik spoort, dan kan deze trein twee types spoorwagens voortrekken: rijtuigen voor zware rollen met staal en open ertsrijtuigen. Juist voldoende rijtuigen van elk type zodat elk rijtuig juist geladen is. Wanneer men met de fiets voor een gesloten overweg staat te wachten bemerkt men vaak dat er drie of meer verschillende types spoorwagens aanhangen: autotransport- , bulktransport- , erts- of grindtransportwagens, ... De rijtuigen hangen vaak met groepen van hetzelfde type aan elkaar. Zo is het ook met kunststoffen. De zeer grote moleculen waaruit een kunststof is opgebouwd kunnen bestaan uit groepen van 2 of meer verschillende bouwstenen (monomeren of moleculen). Een voorbeeld hiervan is acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) een bijna onverwoestbare kunststof waarvan stofzuigers of andere huishoudtoestellen zijn vervaardigd die tegen schokken en stoten moet kunnen. ABS wordt ook gebruikt als interieurmateriaal in een auto. Men herkent ABS gewoon al aan het geluid die het maakt wanneer de motor op een bepaald toerental draait. Afhankelijk van de eigen frequentie van de interieuronderdelen gaan ze plots meetrillen met het toerental van de motor. Deze kunststof is ABS. Samenstellen van (homo)polymeren of macromoleculen uit monomeren Bovenstaande redenering i.v.m. treinrijtuigen kan men toepassen op kunststoffen. Een polymeermolecule of macromolecule kan men vergelijken met een trein en de verschillende types rijtuigen met de verschillende types monomeren. Wil men een kunststofmateriaal efficiënte eigenschappen geven, dan is het belangrijk dat men deze polymeren met de juiste monomeren opbouwt. Een trein wordt gevormd uit meerdere rijtuigen (van gelijke of van verschillende types) die elk via een zeer sterke snelkoppeling met elkaar verbonden zijn. Een spoorwegmaatschappij zal aan een locomotief niet meer reizigersrijtuigen hangen dan nodig om een optimaal transport van alle reizigers te bekomen.

15 Te veel rijtuigen aanhangen waar toch geen reizigers inzitten, vraagt teveel onnodige energie om rendabel vervoer te organiseren. Een langere trein zal ook steeds veel meer energie nodig hebben om te vertrekken en te versnellen. Een reizigerstrein kan men vergelijken met een homopolymeermolecule. Goederentransporttreinen hebben meerdere soorten rijtuigen achter de locomotief hangen. Het aantal van iedere soort hangt af van het aantal goederen en het soort goederen dat getransporteerd moet worden. De logistieke afdeling van de spoorwegmaatschappij zal het soort rijtuigen voor ieder te transporteren goed bepalen en gepast inzetten.

Een rijtuig kan men vergelijken met 1 schakel of 1 monomeer of 1 kleine molecule. Een trein kan men vergelijken met een polymeer of macromolecule. Heeft u de dunne lijn doorheen de bolletjes al opgemerkt? Mono betekent één en meros betekent deeltjes Ketting = polymeermolecule of macromolecule Poly betekent veel en meros betekent deeltjes. De benaming polymeermolecule wordt meestal gebruikt bij volledig kunstmatige lange moleculen Macro betekent groot. Macromoleculen kunnen in de natuur voorkomende zeer lange moleculen of kunstmatige moleculen zijn.

16 Net zoals men rijtuigen aaneenschakelt tot een trein, zo worden bij het polymeriseren monomeren achter elkaar geschakeld tot een polymeermolecule. De omgekeerde bewerking nl. depolymerisatie is het verkleinen van de polymeermolecule. Een meer gangbare naam voor depolymerisatie is afbreken. Men kan groepen rijtuigen van de trein afkoppelen.

Tekening van een monomeer (bijv. etheen) Monomeer: enkelvoudige moleculen, schakels in de keten, chemische naam voor de bouwstenen. Een monomeer bestaat uit atomen. Indien men deze atomen door andere atomen wisselen, dan bekomt men andere monomeren (met andere eigenschappen), waaruit andere kunststoffen (met andere eigenschappen) kunnen worden gemaakt.

Polymeren: poly: veel en meros: deeltjes Tekening van een polymeermolecule (bijv. polyetheen):

Polymeermolecule: lange moleculen opgebouwd uit korte moleculen of monomeren. Polymeren zijn macromoleculen, het is de naam voor de lange ketens. Het proces van het aaneenrijgen van de monomeren noemt men het polymerisatieproces.

17 LDPE bv. is gedeeltelijk kristallijn (deelkristallijn of ook semi-kristallijn genoemd). Kristallisatiegraad bedraagt 40 tot 50 %. De reden hiervan is het ontstaan van vrij veel lange zijketens, zie verder ‘vertakte ketens’(30 - 35 zijketens/ 1000 C-atomen) tijdens het polymerisatieproces. Deze zijketens bemoeilijken het vormen van kristallijne gebieden. Het kristallijne smeltpunt bedraagt van 105 °C tot 115 C. Hoe hoger de kristallisatiegraad, hoe hoger het kristallijne smelttraject. (kort smelttraject)

Voorbeelden van kunststoffen met een smeltpunt o

Polytetrafluoretheen (PTFE ook wel met de handelsnaam teflon genoemd, denk aan het afdichtingslint ‘teflon’) is een kristallijne, translucente thermoplast. Translucente betekent ‘wel lichtdoorlatend maar geen doorkijk’. Bijv. bij lichtreclame: translucente platen laten natuurlijk licht slechts beperkt door. Een actieve lichtbron kan deze platen tot leven brengen. Het doorschijnende licht straalt verstrooid en zacht ofwel diffuus uit. Bij normale temperaturen is de structuur kristalachtig (wit en wasachtig, doorschijnend bij geringe dikte). Verwarmd tot 327C wordt ze licht doorschijnend, beperkt vloeibaar en licht vervormbaar. Door de hoge kristallisatiegraad is PTFE niet lakbaar, bedrukbaar, moeilijk lijmbaar en taai tot zeer lage temperaturen van ± -200C.

o

Polyoxymethyleen (POM of polyacetaal) is een hoogkristallijne thermoplast (POM HOM). Hierdoor is het het meest stijve en sterke niet-versterkte thermoplast. Het is hard, taai, wit translucent en zeer moeilijk lak- of bedrukbaar. Gunstige glij- en slijtage eigenschappen. Zeer vormvast (zeer weinig koudevloei, zie verder). Polyoxymethyleen (POM of polyacetaal) heeft zoals polypropeen (PP) een scharniereigenschap (Zie grondstoffen PP). Wat betekent dat? Een gespuitgiet plaatje uit PP of POM met een plooi, na het spuitgieten enkele keren heen en weer bewegen. De macromoleculen richten zich daar loodrecht op de plooi en versterken de plooi aanzienlijk. Na deze bewerking kan men het plaatje als schanier gebruiken.

Extra herkenningsmiddel: evenals polystyreen heeft POM een metaalachtige klank wanneer men ertegen tikt of wanneer het op de vloer valt. Wanneer POM zich gedurende langere tijd op hoge temperatuur in de cilinder van de matrijs bevindt ontstaan er ontplofbare gassen. Nooit polyvinylchloride (PVC) zonder naspoelen met een neutrale kunststof of was na POM verwerken of omgekeerd. Er is kans op ontploffingsgevaar in de cilinder.

18

Voorbeeld van een kunststof met een smelttraject: Polystyreen (PS) is een amorf materiaal. Zijn spuitgietverwerkingstemperatuur is normaal 150...250C met een matrijstemperatuur van 10C...40C. Deze temperatuur bepaalt de oriëntatiegraad van de ketens en de daarmee samenhangende gevoeligheid voor spanningsscheuren (zie verder: milieuspanningsbrosheid of stress-cracking). De spuitgietcondities moeten zo gekozen worden dat een zo spanningsarm mogelijk product bereikt wordt.

Polystyreen wordt samen met enkele percenten butadieen (rubber) gebruikt in boter- kaas- en andere verpakkingsvlootjes. Als blokcopolymeer (zie verder) in ABS voor speelgoed (lego), telefoontoestellen en elektrotechnische onderdelen. Constructieonderdelen met geringe belasting, dashboarden. Kijkglazen e.d. voor instrumenten. Dozen voor suiker, zout, ... Als schuim voor de verpakkingsindustrie, verschuimde artikelen, krimpfolie, ... In Vlaanderen kent men het verschuimde polystyreen onder de handelsnaam ‘ISOMO’ (Zie verder templates en staaltjes in de KIK-OV-koffer). Polystyreen (PS) kan door zijn amorfe structuur, gemakkelijk ingekleurd, gelijmd, gelakt en bedrukt en zeer gemakkelijk verchroomd worden om blinkende oppervlakten te bekomen. Toepassingen hiervan: gordijnstokken, keukentoestellen, autodashboardelementen. In deze toepassing wordt er een blend gebruikt van 35% ABS en 65% PC. Vanaf meer dan 65%PC wordt verchromen zeer moeilijk. Nu is er een grondstof van Bayblend met 65% PC op de markt gekomen, die men kan verchromen. Belangrijk weetje: Wanneer men door deze toelichtingsteksten surft, merkt men dat alle kunststoffen ergens de deelbenaming ‘POLY’ krijgen. De polystyreenfamilie vormt een uitzondering: styreenacrylonitril, acrylonitrilbutadieenstyreen.

19

Brazilianen bouwen hoogste toren met Legoblokjes

Met Lego kan men zowat alles maken: een boot of een trein, maar ook een toren. Zo'n 6.000 Brazilianen hadden vier dagen nodig om met meer dan een half miljoen blokjes een toren van 31,19 meter hoog te bouwen. Het leverde hen meteen een nieuw wereldrecord op, zo meldt de Britse tabloid Daily Telegraph. De Braziliaanse stervoetballer Cafu mocht het laatste Legoblokje op het indrukwekkende bouwwerk plaatsen. Het vorige record stond op naam van Chili. Hun toren was 25 centimeter korter. De eerste Legotoren werd in 1988 in Londen gebouwd. Die was amper 15 meter hoog. http://www.zie.nl/video/overige/Brazilianen-bouwen-hoogste-toren-van-Lego/m1gz2qvfajoz

Wordt er een onderscheid gemaakt tussen een polymeermolecule en een macromolecule? Zeer lange (grote) moleculen die in de natuur voorkomen noemt men meestal macromoleculen. Zeer lange (grote) moleculen die kunstmatig achter elkaar worden gehangen noemt men meestal polymeren. De benamingen macromoleculen en polymeren worden vaak door elkaar gebruikt.

20 Karakteristieke verschillen tussen monomeer en polymeermolecule o o o o

Monomeren van één bepaalde stof zijn altijd even groot. Polymeren kunnen lang, heel lang of super lang zijn. De lengte ervan wordt weergegeven door de polymerisatiegraad. Dit is het aantal monomeren waaruit een polymeermolecule bestaat. Wanneer monomeren opgelost zijn, dan zijn ze gelijkmatig over de vloeistof verdeeld (suiker in water). Polymeren verdelen zich meestal in groepen bij elkaar. Dat komt door de ladingen die ze dragen. De fysische eigenschappen van monomeren worden aangegeven door gemiddelde waarden. De oplossingen van monomeren zijn normaal, d.w.z. de moleculen zijn uniform verdeeld terwijl de polymeeroplossingen colloïdale eigenschappen vertonen.

Hoe langer een trein hoe zwaarder en trager deze trein is en hoe meer energie er nodig is om deze trein in beweging te krijgen. Bij kunststoffen: hoe langer de polymeermolecule hoe meer verstrengeld hij kan zijn, hoe trager hij evt. kan voortbewegen en hoe meer energie er nodig is om delen van dit polymeer los te maken of. hoe vaster de polymeermolecule.

Onvertakte en vertakte keten. Welke eigenschappen kan je voor kunststoffen voor beide ketenmogelijkheden afleiden? Metalen zijn sterk en stijf omdat ze opgebouwd zijn uit ontelbare atomen die voor 99,9%mooi in een ruimtelijk netwerk verbonden zijn. Dit netwerk noemt men kristallen. Macromoleculen laten zich door hun lengte niet zo mooi in zulke geordende structuren leggen. Hoe langer macromoleculen zijn hoe meer ze verward en verknoopt kunnen zijn. Meisjes met zeer lange haren herkennen elke morgen dit fenomeen. Macromoleculen zijn nooit even lang. De ketengrootten zijn normaal verdeeld van zeer korte tot ultra lange moleculen. Waar zeer veel actieve plaatsen zijn, ontstaan zeer veel kortere ketens. Op plaatsen met minder actieplaatsen groeien ketens verder uit tot lange slierten. Men kan zich de vraag stellen of zeer lange macromoleculen met het blote oog zichtbaar zijn. Zuiver naar de ketenlengte bekeken zouden macromoleculen lengten van 0.1 mm kunnen behalen. Doordat zij maar een miljardste van een mm dik zijn, zijn ze met het blote oog onzichtbaar. Opdracht: Theoretisch kan een polymeermolecule uit een onbeperkt aantal monomeren bestaan, maar praktisch zijn er beperkingen. Som drie beperkingen op. Zoek op het internet op: de verklaring voor "Polymerisatie en polymerisatiegraad.

21 Macromoleculen kunnen op verschillende wijze groeien. De groeiwijze is sterk afhankelijk van het soort monomeer (treinrijtuig) waaruit ze zijn opgebouwd. Hier volgen enkele voorbeelden. Onvertakte keten (vergelijk dit met een trein) Tekening van een onvertakte keten (homopolymeermolecule):

Materiaaleigenschappen als gevolg van een onvertakte keten: o o o o o o o o

groot volumemassa (zwaardere kunststof) meestal deelkristallijn (al redelijke hardheid en stijfheid) meestal melkachtig wit tot ondoorzichtig meestal goede mechanische eigenschappen (wat betreft hardheid en stijfheid) meestal minder goed oplosbaar (door de kristallijn georiënteerde macromoleculen, de secundaire bindingskrachten bieden redelijk weerstand) meestal minder goed lijmbaar (dit heeft ook te maken met het polair en apolair eigenschap) meestal sterker en taaier (de secundaire bindingskrachten bieden goed weerstand) benaderen beter de eigenschappen van metaal omdat hier beter de kristallijne structuur kan ontstaan.

Vertakte keten Tekening van een vertakte keten (homopolymeermolecule):

Materiaaleigenschappen als gevolg van een vertakte keten: o o o

kleiner volumemassa (zijtakken verhinderen het bij elkaar komen ven de macromoleculen, minder materie / cm3) meestal amorf (macromoleculen liggen ongeordend) meestal melkachtig wit tot doorzichtig (door het ontbreken van regelmaat in ordening)

22 o o o o o

meestal minder goede mechanische eigenschappen (de secundaire bindingskrachten zijn relatief zwak door de grotere afstanden van de hoofdketens) meestal goed oplosbaar (minder sterke secundaire bindingskrachten), polaire eigenschap van de kunststof speelt ook hier een rol), oplossingsvloeistof kan ook gemakkelijker in kunststof doordringen meestal goed lijmbaar (hangt af van de polaire eigenschap, door amorfe eigenschap veel meer hechtingsplaatsmogelijkheden) meestal sterker en taaier benaderen minder de eigenschappen van het metaal (omdat hier door de zijketens plaatsen van wanorde kunnen ontstaan).

Wat zijn copolymeren? Welke typen bestaan er? Copolymeren zijn macromoleculen die opgebouwd zijn uit twee of meer soorten monomeren (twee soorten treinrijtuigen met hun eigen functie). Blokcopolymeermolecule: Lineaire blokcopolymeren

Merk op: er kunnen zeer grote grootteverschillen zijn tussen beide monomeren!

23 o

Als polymeersegmenten van A en B zich verbinden in blokken, deze kunnen onderverdeeld zijn in twee typen: Geënte of graftcopolymeren:

Entcopolymeermolecule:

Heb je de lijnen door de bolletjes al opgemerkt? Later worden in deze cursus voor alle structuren alleen nog deze lijntjes getekend. Statistisch of randoncopolymeermolecule: Monomeren zijn onregelmatig en per toeval verdeeld over de macromoleculaire keten. AAAABAABBBBBBBAABBBBBBBAAAAAAABA

Mogelijke opdracht: kleur de bolletjes  A: blauw en B: rood

24 Cross-linked copolymeren: Wanneer tussen de macromoleculaire keten van het monomeer, bruggen gevormd worden door segmenten van het andere monomeer, deze ketens hebben een driedimensionale structuur.

Mogelijke opdracht: kleur de bolletjes  lineaire ketens: rood en dwarsverbindingen: groen

Alternatief of alternerend copolymeermolecule: Monomeren wisselen zich regelmatig af.

Mogelijke opdracht: kleur de bolletjes  A:rood en B: groen Tekening van een atactische keten:

Opmerkingen: o o o

Zijtakken staan willekeurig op de hoofdketen Minst goede situatie Meestal al of niet doorzichtig

25 Tekening van een isotactische keten:

Opmerkingen: o o o

Zijtakken staan aan één zijde van de hoofdketen Beste situatie Meestal ondoorzichtig door de kristalliteit

Tekening van een syndiotactische keten:

Opmerkingen: o o o

Zijtakken staan afwisselend aan twee zijden van de hoofdketen Goede situatie Meestal ondoorzichtig door de kristalliteit De gebruikstemperatuur van polyvinylchloride (PVC) kan men verhogen door PVC na te chloreren. Men weet dat chlooratomen in polymeren, deze meer brandwerende eigenschappen geven.

Extra vormvaste PVC-typen worden bereid door de PVC-keten na te chloreren tot een chloorgehalte van 65% of door vinylchloride bij zeer lage temperaturen te polymeriseren, waarbij een meer syndiotactische verdeling van de chlooratomen over de keten optreedt en de kristalliseerbaarheid sterk wordt verhoogd. In beide gevallen wordt de temperatuursbestendigheid met 30 C verhoogd, wat meer toepassingen geeft.

26 Waarom bv. copolymeren vormen? Zonder maatregelen hebben Polyoxymethyleen (POM)-verbindingen de neiging om te depolymeriseren waarbij formaldehyde wordt afgesplitst. Door oxidatie (trage verbinding met zuurstof) wordt dit formaldehyde omgezet tot mierenzuur en dit mierenzuur functioneert weer als katalysator voor de depolymerisatie. Om verder afbraak van de POM-verbindingen te vermijden is het belangrijk dat deze afbraakreacties worden doorbroken. Dit doet men door een tweede of derde soort monomeer te gebruiken. Men verkrijgt dan de co- of terpolymeren. Copolymeren van POM hebben doorgaans een veel stabielere eigenschap; de tussengroepen schermen hier het depolymeriserende formaldehyde af.

27 Eén polymeermolecule is nog geen kunststof Om een blokje kunststoffen van 1 mm3 te vervaardigen heb je miljarden polymeermoleculen nodig die bij elkaar gehouden worden door onzichtbare aantrekkingskrachten. Men noemt deze onzichtbare aantrekkingskrachten intermoleculaire bindingskrachten. Hetgeen wat men dan bekomt noemt men een polymeer. Samenvattend: Een polymeer is een verzameling van miljoenen of miljarden polymeermoleculen die door aantrekkingskrachten (intermoleculaire bindingskrachten) samengehouden worden. Het resultaat hiervan is een vast zichtbaar materiaal met bepaalde mechanische, elektrische, chemische, … eigenschappen. De intermoleculaire krachten zijn aantrekkingskrachten. Het resultaat ervan kan men vergelijken met de werking van een magneet en een stalen plaatje. Staat het plaatje tegen de magneet en is deze magneet krachtig, dan heb je een relatief grote kracht nodig om het plaatje van de magneet los te trekken. Wanneer het plaatje dicht bij de magneet is, dan voel je de inwerking (aantrekkingskracht) van deze magneet op het plaatje. Zoveel te verder men het plaatje van de magneet houdt, zoveel te minder voelt men de aantrekkingkracht. Bij een bepaalde afstand is er totaal geen interactie meer tussen het plaatje en de magneet. De intermoleculaire bindingskrachten (aantrekkingskrachten) verzwakken wanneer de kunststof warmer en weker wordt. Zij versterken wanneer de omgevingstemperatuur verlaagt. Het is niet hetzelfde, maar je kunt deze onzichtbare bindingskrachten vergelijken met de aantrekkingskrachten tussen een metalen plaatje en een magneet. De onzichtbare krachten zijn er wel, maar je ziet ze niet. Een betere vergelijking vind je wanneer je bij een waterdruppel nog een waterdruppel toevoegt. Je krijgt een grotere waterdruppel waarbij de vorm van een druppel behouden blijft. De ene waterdruppel trekt de andere zeer innig aan. Bij rubbers zijn de intermoleculaire bindingskrachten zo zwak dat de moleculen gemakkelijk t.o.v. elkaar kunnen bewegen en zonder uitwendige beïnvloeding een willekeurige vorm aannemen, ergens tussen een toestand van volledige uittrekking en een zo compact mogelijke oprolling. De structuur van de rubbers is uiteraard amorf (zoals water)

Waarom kunnen kunststoffen niet in dampvorm voorkomen? Delen van de ketens zullen als gevolg van de temperatuur zo hard trillen dat de covalente verbindingen (te vergelijken met de koppelingen tussen de treinrijtuigen) het niet houden en de macromoleculen in stukken breken vooraleer de dampvorm bereikt wordt.

28 Weet je nog wat een copolymeermolecule is? Ja dit!

Hieruit moet het polymeer gevormd worden waarbij de dubbele bindingen worden gebruikt in de polymerisatiereactie. Ook op vorige structuren van toepassing. Voorbeelden om de les te illustreren: o

PVC is van nature uit zeer helder, hard en bros. Door PVC met rubber te copolymeriseren kan men de impactvastheid of de slagvastheid van PVC verhogen. Polyvinylchloride (PVC) is van natuur uit een amorfe zeer harde kunststof. Polyvinylchloridekorrels (PVC-korrels) mag men vergelijken met een harde spons die zeer poreus is en hierdoor gemakkelijk vocht kan opnemen. PVC mag niet zomaar in de tuin verbrand worden!

PVC bevat brandwerende chlooratomen. Buiten de vlam dooft het vuur snel. In de vlam blijft PVC doorbranden. PVC-producten in de tuin verbranden mag men nooit doen! Door een ongecontroleerde verbranding van PVC kunnen er kleine hoeveelheden zoutzuur (HCl) vrijkomen. Zo kunnen dioxines gevormd worden. Er is wel nooit aangetoond dat bij PVC-houdend afval meer dioxines vrijkomen dan zonder PVC. Kan PVC gebruikt worden voor toepassingen in de verpakkingsindustrie? Hard PVC wordt door zijn barrière-eigenschappen (aroma-dicht) in de verpakkingsindustrie veel gebruikt (diffusiedichte flessen, kuipjes en containers en voor blisterverpakkingen). PVC is inert. Dit betekent dat het geen reactie aangaat met de inhoud.

29

Ook polystyreen (PS) is van nature uit zeer helder, hard en bros. Je kunt dat zelf vaststellen. Kaaspotjes uit heldere polystyreen breken zeer gemakkelijk. Test de breekbaarheid ervan eens zelf uit. Daarom gaat men styreenmonomeren met butadieenmonomeren polymeriseren (door deze rubbercomponent neemt de brosheid af en omgekeerd de taaiheid toe).

Butadieengehalte: 4 - 8%. Hoe groter dit percentage hoe slagvaster PS.   

Bij een laag butadieenpercentage: LOWIMPACT PS (Wit koffiebekertje) Bij een middelhoge butadieenpercentage: MEDIUMIMPACT PS (Allerhande slagvaste toepassingen) Bij een zeer hoge butadieenpercentage: SUPERHIGHIMPACT PS (Autobanden)

Blend Polymeren of macromoleculen kunnen ook eenvoudig met elkaar gemengd worden. Het gerecycleerde kunststofafval van EKOL (zie doos 5 in de KIK-OV-koffer) is verwerkt tot een blend waaruit het piketpaaltje in de KIK-OV-koffer is uit vervaardigd. Zie je het verschil met een copolymeermolecule? Wat kunnen hiervan de gevolgen zijn?

30 Krachten tussen atomen en macromoleculen Vanaf nu worden de bolletjes of de vierkantjes die monomeren voorstellen weggelaten. Alleen de lijntjes worden nog getekend. De rode punten zijn de aantrekkingskrachten (vanderwaalskrachten, dipool-dipool, waterstofbruggen, verstrikking en de verstrengeling van de verschillende polymeerketens of polymeermoleculen en kristallijne gebieden), tussen de macromoleculen. Hoe meer plaatsen er zijn waar deze krachten optreden hoe hoger de temperatuur moet zijn om deze kunststof te doen smelten. De vanderwaalskrachten zijn zwakke tot zeer zwakke krachten tussen atomen of moleculen, genoemd naar de Nederlandse natuurkundige Johannes Diderik van der Waals. In ruime zin omvat het begrip alle krachten die niet het gevolg zijn van covalente bindingen of elektrostatische krachten tussen ionen. De vanderwaalskracht is van belang als kracht die moleculen in een vaste stof of een vloeistof bij elkaar houdt. In macromoleculaire stoffen (met een grote molecuulmassa) (kunststoffen, cellulose, zetmeel ...) is de vanderwaalskracht het grootst. In de gasfase is er geen vanderwaalsbinding meer tussen de moleculen De grote moleculen bezitten in vaste fase een vaste plaats. Als geheel bewegen de moleculen niet, wel kunnen gedeelten van de moleculen om hun vaste plaats trillen. Bij verwarming neemt de intensiteit van de trilling van de bewegende molecuuldelen toe. Bij een bepaalde temperatuur raken delen van de keten los en kunnen verspringen om terstond weer een binding met een andere keten aan te gaan. De molecule (als dusdanig) komt nog steeds niet van zijn plaats. (alleen bv. 20 of 100 schakels kunnen verspringen). De eigenschappen van de stof veranderen door gedeeltelijke bewegingsvrijheid van de molecule. De massa wordt rubberachtig. Bij een hogere temperatuur treedt een toestand in, waarbij de ketens in hun geheel langs elkaar kunnen schuiven. Gehele ketens gaan zich verplaatsen. De vloeistof heeft een grotere viscositeit en is minder beweeglijk dan de kleine moleculen. De vloeistoffase treedt geleidelijk in. Bij een nog hogere temperatuur zou de smelt in theorie overgaan in een damp van grote moleculen, maar hiervoor is zo een grote energie nodig, dat de chemische verbindingen hiertegen niet bestand zijn. Vandaar de ontleding voor de dampvorm optreedt. Er bestaat geen dampvorm voor de macromoleculen. Deze drie fazen kunnen visueel worden voorgesteld door het verloop van de elasticiteits(modulus)lijn. De lijn laat enkele gebieden zien en de bij die gebieden behorende bewerkingen en verwerkingen. Waterstofbruggen houden de polymeerstrengen bij elkaar. Een waterstofbrug is een niet-chemische binding tussen twee moleculen. Deze binding is gebaseerd op de ongelijke ladingsverdeling van de afzonderlijke moleculen, die daardoor elk een positieve en een negatieve pool hebben. De tegengestelde polen trekken elkaar aan: er ontstaat een binding tussen een waterstofatoom aan de positief geladen kant van de ene molecule en bijv. een zuurstofatoom aan de negatieve pool van de tweede molecule. Eén zo een binding is niet sterk genoeg om twee polymeermoleculen degelijk aan elkaar te hechten. Met drie waterstofbruggen lukt het beter, en met vier functioneert de binding als goede cement tussen de bouwstenen. Voor de intermoleculaire stoffen zijn het de covalente bindingen die de atomen in de moleculen bij elkaar houden Naast de krachten die in het molecuul aanwezig zijn, zijn er ook krachten tussen verschillende moleculen (intermoleculaire krachten): De sterkte van de (polair-) covalente bindingen (intra-moleculaire krachten) bepaalt de sterkte van de moleculen en bijvoorbeeld de ontledingstemperatuur van de stof. De krachten die de moleculen op elkaar uitoefenen (intermoleculaire krachten) bepalen de hoogte van bijv. het kook- en smeltpunt.

31 De optelsom van deze individuele krachten en het type van de structuur veroorzaken de verbindingen bij normale temperatuur en in veel gevallen op een zeer hoge temperatuur. Zij beletten het verschuiven van de macromoleculen. Structuur van de kristallijne thermoplasten Metalen hebben een zuivere kristallijne structuur. Hierdoor zijn mechanische eigenschappen (trek- druk, buigsterkte, stijfheid, …) beter dan deze van kunststoffen. Materiaalontwerpers willen dat kunststoffen ook zoveel als mogelijk kristallijn opgebouwd zijn. Waar metalen 100% kristallijn zijn, zijn kunststoffen dit maar voor een gedeelte, bijv. 40 tot 50 %. Bij PET(P)-materialen is een kristallisatiegraad tussen 30 en 40%haalbaar. Het amorfe gedeelte is dan 70% tot 60%. Hierdoor bereikt men voor mechanische constructieve toepassingen al goede fysische en mechanische eigenschappen. Als mechanisch constructiemateriaal is spuitgieten de meest favoriete verwerkingstechniek voor PET(P). Een probleem waar de verwerker van PET(P) in dit geval tegen aanloopt is de lage kristallisatiesnelheid (40 keer lager dan bij POM, zelfs 500 keer lager dan bij hoge dichtheid polyetheen HDPE). De toevoeging van kiemvormers is noodzakelijk om de cyclustijden binnen aanvaardbare grenzen te houden. PET(P) bereikt bij 175C zijn hoogste kristallisatiesnelheid. In de praktijk wordt doorgaans gewerkt met temperaturen rond 140C omdat bij het kristallisatieproces zelf ook nog warmte vrijkomt. Hoge matrijstemperaturen vormen nog een ander belangrijk kenmerk bij de verwerking van deelkristallijn PET(P).

Structuur van de amorfe thermoplasten

32 Beperkingen als constructiemateriaal o o o o o

Geringere mechanische sterkte dan staal Metalen en keramieken zijn bij hogere temperaturen te gebruiken Minder maatvast door grotere warmte-uitzetting of door zwelling door van de vochtopname Vaak niet als stroomgeleider te gebruiken Vaak rekening houden met de brandbaarheid

Kunststoffen zijn een marktgevoelig object geworden: o o

Door oliecrisis kan grondstofschaarste ontstaan Traditionele kunststoffen vergaan niet of zeer moeilijk

Voordelen kunststoffen veel groter dan nadelen. Thermoplastische kunststoffen in meerdere gedaanten Bijv.: Afhankelijk van de procesparameters kan polyetheentereftalaat (PET(P)) een kristallijne of een amorfe thermoplast zijn. In zijn amorfe vorm is PET(P) hoog transparant. Sommige typen halen een helderheid die vergelijkbaar is met glas. Voor toepassingen in de verpakkingssfeer een belangrijk gegeven. Het feit dat het materiaal vrijwel reuk- en smaakloos is, speelt daarbij ook een belangrijke rol. Als mechanisch constructiemateriaal is PET(P) ondoorzichtig. Als constructiemateriaal wordt PET(P) gebruikt voor slijtvaste onderdelen in de fijnmechanica, de machinebouw en de elektrotechniek: tandwielen, glijlagers, nokkenschijven, koppelingen zijn hiervan bekende voorbeelden.

33 Polypropeen wordt plastisch en vervormbaar als je het voldoende verwarmt. Tot welke groep van de synthetische materialen behoort het? Thermoplasten natuurlijk.

Wat is correct: polypropyleen of polypropeen? Polypropeen is een smeltbare kunststof met een zeer breed toepassingsgebied waaronder bv. Australische bankbiljetten. Polypropeen staat ook bekend onder de oudere benaming polypropyleen die waarschijnlijk uit het Engels is afgeleid. Nog te vaak wordt ‘polypropeen’ gebruikt door de producenten en verbruikers van deze kunststof. Dus correct is polypropeen. Australië eerste land met kunststof bankbiljetten Tussen 1992 en 1996 werden de biljetten van katoen vervangen door biljetten van polypropeen en daarmee was Australië het eerste land dat bankbiljetten van kunststof in gebruik nam.

Bekijk ook het biljet in de KIK-OV-koffer.

Structuur van de halfkristallijne thermoplasten

Deze kunststoffen worden week bij verwarming. Kunnen gemakkelijk gevormd worden. Zijn gemakkelijk te recycleren. Er is een fysische aantrekking tussen de ketens. Hoornachtig taai. Het heeft een smeltpunt. Het afval is in principe te herverwerken.

34 Eén macromolecule kan men ook vergelijken met een pier of een slang: lang, dun en sommige delen in beweging. Slangen en pieren kunnen kronkelen of kronkelend kruipen. Macromoleculen zijn geen slangen of pieren. De beweging van pieren en slangen kan gebruikt worden om de bewegingen van macromoleculen mee te vergelijken. Eén korreltje granulaat van ± (1 mm X 1 mm X 1mm) kan bij kamertemperatuur miljoenen macromoleculen bevatten. Delen van deze macromoleculen trillen rond een evenwichtstoestand. Ter vergelijking: de slangen liggen langzaam te kronkelen in de slangenmand van de Fakier of pieren kronkelen langzaam over de grond. Dat korreltje kan al bij 50 - 80C vervormd worden! Ter vergelijking: er zijn slangen die hun kop al naar boven steken. Bij 150 - 250C Het korreltje wordt een druppel.  Macromoleculen trillen met een grotere amplitude en maken zich los van elkaar. Ter vergelijking: de fakier speelt op zijn fluit, de slangen richten zich op. Aan de bovenzijde van de slangenmand dansen de slangenlijven op en neer. Bij afkoelen van de gesmolten kunststof. Ter vergelijking. De fakier stopt met fluitspelen. De slangen zakken langzaam terug in de slangenmand.

Na afkoeling: slangen kronkelen weer rustig over tegen en over elkaar.

Opdracht Teken in de onderstaande rechthoeken: Amorfe vaste toestand: slangen liggen te kronkelen, wanordelijk door elkaar

35

Kristallijn: slangen liggen kronkelend, geordend met elkaar

Deelkristallijn: slangen liggen gedeeltelijk wanordelijke en gedeeltelijk ordelijk door elkaar.

36

Structuur van de thermoharders Thermoplasten worden week bij verwarming. Kunnen gemakkelijk gevormd worden. Zijn gemakkelijk te recycleren. Hoe is dat bij de thermoharders?

Thermoharders: Deze kunststoffen worden niet week bij verwarming. Zij kunnen slechts éénmaal verwerkt worden. Zij zijn op een normale wijze niet te recycleren. De keten is door de vernetting als het ware één grote macromolecule (drie dimensioneel) geworden. Zij zijn onsmeltbaar en onoplosbaar, soms zwellen ze op. Bij een te hoge temperatuur heeft een macromoleculaire ontleding plaats. Type 1

Type 2

37 Hoge temperatuur en hoge druk

Omgevingsdruk en –temperatuur

Dure machines en matrijzen

Verwerking met relatief eenvoudige middelen

Lange perstijden

De uithardingstijd is afhankelijk van het type en de samenstelling

Voor bepaalde toepassingen zou het wenselijk kunnen zijn dat het verwekingspunt niet optreedt. De moleculen mogen dus bij verwarming niet t.o.v. elkaar verschuiven. Dit is te bereiken door de zijtakken van de ketens onderling te verbinden. Dit wordt een netstructuur genoemd. De meeste thermoharders worden met een betrekkelijk groot percentage vulstof verwerkt. De vulstof kan dienen tot versterking van de kunststof of ter verbetering van bepaalde eigenschappen. De thermohardende kunststoffen worden onderverdeeld volgens de structuur de structuur van de molecule. -

Type 1: het uitharden geschiedt door druk en warmtetoevoer. Er worden meestal dure matrijzen gebruikt. Type 2: thermoharders worden onder normale omstandigheden van temperatuur en druk uitgehard d.m.v. een katalysator- en versnellersysteem. Een type is in onbruik geraakt. Het zijn halfsynthetische producten; alleen caseïneformaldehyde (kunsthoorn) wordt soms nog gebruikt in de knopenindustrie.

Nadelen type 1 en 3 Lange perstijden Afval is niet meer te verwerken tot nieuw thermoharderproduct. Het afval van thermoharders wordt gebruikt in wegenbouw (fluisterasfalt) en in andere vulstoftoepassingen . De chemische reactie is een moeilijk te beheersen polymerisatieproces, zowel wat grootte en regelmaat van de mazen van het netwerk als de doorharding betreft, waardoor dit proces in de matrijs niet onder homogene omstandigheden plaatsvindt. De ontwikkeling van steeds betere met glasvezels versterkte thermoplasten, die de eigenschappen van de thermoharders kunnen evenaren zonder bovengenoemde bezwaren te hebben. De opbouw van het ruimtelijk netwerk van type 2 vindt op een andere manier plaats. Er wordt eerst een lineaire molecule opgebouwd, waarbij de ketenlengte meestal zodanig is, dat het materiaal bij kamertemperatuur nog vloeibaar is. Deze keten bevat nog reactieve groepen die bij de opbouw van de keten niet hebben gereageerd. Door nu een derde monomeer (meestal styreen) toe te voegen, dat met de reactieve groeten in de keten reageert, ontstaat de netstructuur. Deze laatste reactie kan bij kamertemperatuur zonder druk plaatsvinden door toevoeging van een katalysator/versnellersysteem. De ketens zijn na de derde reactie onderling verbonden door dwarsverbindingen, de cross links.

38 Voordelen van deze werkwijze zijn: -

Geen te dure matrijzen Regelmaat van het netwerk is veel groter De dikte van het voorwerp kan zonder extra warmtetoevoer.

De gebruikte harsen worden als matrix (het leem en de ontlasting bij de lemen hutten) gebruikt bij de composietmaterialen Belangrijke sleutelvergelijkingen tussen de thermoplasten en de thermoharders

Glasovergangstemperatuur: de temperatuur die hoort bij de overgang van de glasfase (hard en bros) naar de rubberfase. Rubberovergangstemperatuur: temperatuurovergang van glasfase (hard en bros) naar de rubberfase

39 Samenvatting Thermoplasten Uitgangsmateriaal is granulaat Granulaathoudbaarheid is praktisch onbeperkt

Thermoharders Uitgangsmateriaal is poeder (pastilles) Houdbaarheid (zonder spontane uitharding) ligt tussen enkele maanden./.jaren en is afhankelijk van de omgevingstemperatuur.

Opgebouwd uit lineaire macromoleculen: kristallijn of amorf

Netstructuur

Samenhang tussen de ketens door fysische aantrekking: vanderwaalskrachten en waterstofbruggen

Samenhang tussen de ketens door chemische binding: covalente binding

Door temperatuursverhoging kunnen de ketens t.o.v. elkaar bewegen. Het materiaal is in deze toestand te vervormen

De ketens kunnen hier niet t.o.v. elkaar verplaatst worden omdat ze rechtstreeks aan elkaar verbonden zijn. Het materiaal is vanuit poedervorm en een chemische reactie in de matrijs te vormen

Kunnen bij kamertemperatuur hard tot soepel zijn. Verweken bij verwarming

Zijn meestal hard tot stijf en blijven dit bij verwarming Hoge toelaatbare bedrijfstemperatuur

Afval kan men herverwerken (bij regelmatige herverwerking degradeert de structuur)

Afval kan niet herverwerkt worden

Krimp Gevoelig voor grote wanddikteverschillen: krimpholten, inval, …

Krimp Weinig gevoelig voor grote wanddikteverschillen

Worden vaak zonder vulstoffen gebruikt (wel glasvezel en grafiet)

Worden altijd met vulstoffen of vezelvulling gebruikt (houtmeel, leisteen, mica, asbest, textiel, …)

Kunnen in geschikte oplosmiddelen geheel oplossen. De oplosmiddelen dringen tussen de moleculen. De ketens zijn op een gegeven moment niet meer vast aan elkaar verbonden en kunnen vrij in het oplosmiddel bewegen

Kunnen in oplosmiddelen zwellen, maar lossen niet op, daar de ketens aan elkaar verbonden zijn. Naarmate de vernetting groter wordt, zal de zwelling minder zijn De mate van zwelling is ook afhankelijk van de maaswijdte van het moleculaire net

Zijn te lassen PTFE is beperkt lasbaar.

Zijn niet te lassen

Zijn te lakken, bedrukken, zeefdrukken, ..…

Zijn met speciale behandeling te lakken, bedrukken

40 Voor kristallijne massa’s is een speciale behandeling nodig Kennen min of meer koude vloei

Kennen bijna geen koude vloei

Productprijs t.o.v. overeenkomstige thermoharderproduct ligt lager (als gevolg van de kortere cyclustijden)

Productprijs t.o.v. overeenkomstige thermoplastproduct ligt hoger (door langere perstijden)

± 70% van de kunststofmarkt

± 30% van de kunststofmarkt

Verwerkingen: PTFE is door zijn fysische eigenschappen niet via spuitgieten te verwerken. Weliswaar gaat het materiaal net als andere thermoplasten bij hogere temperaturen over in een thermoelastische toestand (PTFE bij 330C), de viscositeit is dan echter met een waarde van 10 000 Pa.s nog zo hoog dat verwerking op een spuitgietmachine niet mogelijk is. Extruderen Thermisch vormen Blaasvormen Dompelen Gieten Dieptrekken Buigen Stampen Verwerking Kalanderen Sinteren Bewerkingen Verspanen Boren Frezen Draaien Zagen…

Verwerkingen: Spaanloos Stampen Verwerking Spuitgieten Persen Lamineren Gieten

Bewerkingen Verspanen Boren Frezen Draaien Zagen…

41 Verschil tussen verwerken en bewerken Bron KIK-OV Nieuwsbrief 1 Kunststofverwerking en kunststofbewerking: twee totaal verschillende werelden. In België zijn er ongeveer 1300 bedrijven - veelal kmo’s - met één of meer machines voor kunststofverwerking in hoofd- of nevenactiviteit. Zeshonderd ervan hebben kunststofverwerking als hoofdactiviteit. De kunststofgrondstoffabrikanten, de kunststof- en rubberverwerkers en de composietfabrikanten stellen samen in België meer dan 60.000 mensen tewerk en behaalden in 2010 een omzet van 15 miljard euro. De kunststofproductie en -verwerking leveren de grootste bijdrage tot de positieve handelsbalans van België. Vooral bij bedrijven die kunststofonderdelen ontwerpen en gebruiken zijn er technici en ingenieurs met kennis van kunststoffen en matrijzen nodig. De kunststof- en rubberverwerking in België gebeurt met snelle, efficiënte en uiterst nauwkeurige robotgestuurde machines. Deze machines laten toe meerdere productiestappen in één verwerkingsproces uit te voeren. Een kunststofverwerker vertrekt van kleine kunststofkorreltjes – ook granulaten genoemd - en zet deze korreltjes via het spuitgiet- of extrusieproces om naar een eindproduct of een halffabricaat. Bekijk even op YouTube onderstaande korte filmpjes waarin jongeren enkele van deze beroepen voorstellen.

42 Machineregelaar spuitgieten

Machineregelaar vlakextrusie

Machineregelaar blaasextrusie

Kunststofbewerker

De kunststofbewerker vertrekt van geëxtrudeerde of gegoten staven of blokken en verspaant deze verder naar het eindproduct.

Warmteontwikkeling en de slechte warmtedoorlaatbaarheid tijdens het bewerken van kunststoffen. Bij het bewerken van kunststoffen wordt arbeid erop uitgeoefend. Deze wordt omgezet in warmte. Op zich niets bijzonders, ook bij het bewerken van metalen gebeurt dat. Bij metalen echter kan de warmte door zijn goede warmtegeleidingsvermogen gemakkelijk afgevoerd worden. Bij kunststoffen blijft deze warmte hangen op de plaats waar deze ontstaat, bijv. het boren in het boorgat. Thermoplasten kunnen bij zo een bewerking plaatselijk tot smelten komen (een voordeel bij het wrijvingslassen, meestal een nadeel bij verspanende bewerkingen). Thermohardende kunststoffen bevatten vaak harde vulstoffen, die in combinatie met de warmteontwikkeling grote werktuigslijtage veroorzaken. Belangrijke sleutelvergelijkingen tussen de kristallijne bijv. POM, PA en amorfe kunststoffen zoals bijv. PVC en PS Kristallijn: Hoe hoger de kristallisatiegraad, hoe hoger het kristallijne smeltpunt. (kort smelttraject) Smeltpunt (middelhoog tot zeer hoog)

Amorf

Toepasbare piektemperatuur net onder het smeltpunt (onbelast)

Toepasbare piektemperatuur net onder het rubbergebied (onbelast)

Bijna alle massa’s opaal, translucente

Bijna alle massa’s transparant

Beperkte maatvastheid

Redelijke maatvastheid

Matrijskrimp tussen 1 en 4% (is afhankelijk van kristallisatiegraad)

Matrijskrimp tot 8%

Smelttraject

43 De matrijskrimp is een moeilijk algemeen omschrijfbaar fenomeen, omdat factoren zoals, druk, afkoelsnelheid, wanddikte, vloeirichting en matrijsoppervlak een rol spelen. In de literatuur vindt men vooral gemiddelden. Tolerantie op productmaat ± 0,3%

Tolerantie op productmaat ± 0,1%

Nauwkeurige productmaat is vaak moeilijk te realiseren (zie puzzelbol in KIK-OV-koffer Taai en weinig bros Zowel taai als bros bij kamertemperatuur Slijtvast

Beperkt slijtvast

Gemakkelijk braamvormend

Weinig braamvormend

Meestal goed chemisch bestendig. Bij kamertemperatuur onoplosbaar in; aceton, ether, …

Bij kamertemperatuur oplosbaar in; aceton, ether, …

Slecht te lijmen. Geen enkel materiaal hecht zich aan PTFE. Wilt men het Goed te lijmen op andere materialen lijmen, bijv. een PTFE-mantel op metaal walsen, of op non-ferrometalen, hout, bakeliet of rubber, dan moet het te lijmen oppervlak speciaal worden voorbehandeld. Slecht te bedrukken Goed te bedrukken Gemakkelijke vloei, relatief kleine macromoleculen Moeilijke vloei, relatief langere macromoleculen Vergelijking van de kristallijne thermoplasten met de amorfe thermoplasten Besluiten Kunststoffen ontstaan door de scheikundige synthese van de macromoleculen Kunststoffen worden toegepast bij temperaturen die niet veel lager liggen dan hun vormgevingstemperatuur Vormgevingstemperatuur: 

PVC:

± 150°C



PS

± 170 °C



PP

± 200°C



PF

± 180°C

44 

Staal

> 1000°C



Keramiek

> 1000°C



Glas

> 700°C

De eigenschappen van kunststoffen zijn evenredig met tijd en temperatuur Eigenschappen worden aangepast aan de omstandigheden Wat zijn de typische eigenschappen van rubber?

Vooraleer de vulkanisatie, de vernetting door bijv. zwavel, heeft plaatsgehad, vertonen rubber nog thermoplastische eigenschappen. Nadien vertonen ze eigenschappen van de thermoharders en zijn door temperatuur niet meer te verwerken. Ze kunnen zeer grote elastische uitrekkingen ondergaan en nemen na het wegnemen van trekkracht zeer snel en volledig hun oorspronkelijke vorm terug in. Ze zijn enkel sterk (hoge treksterkte en hoge E-modulus) wanneer zij belast zijn. (katapult, auto- en fietsbanden, .....). Zij kennen slechts twee fasen: de rubber- en de glasfase. Zij kunnen meestal tegen zeer lage en relatief hoge temperaturen.

45 Teken de structuur van de elastomeren of rubbers. Leg deze structuur uit.

Leg deze structuur uit: Rubbers zijn opgebouwd uit hoogmoleculaire lineaire macromoleculen Materiaal bevindt zich boven de glasovergangstemperatuur, anders zijn autobanden zo hard als glas. De moleculen zijn onderling verbonden door een gering aantal sterke verankeringspunten (primaire bindingskrachten) De eigenschappen van de rubbers zijn afhankelijk van het aantal dwarsverbindingen. De eigenschappen van de gevulkaniseerde rubbers komen overeen met deze van de thermoharders. Eboniet is een rubber dat zoveel dwarsverbindingen heeft dat deze rubber de eigenschappen van een thermoharder heeft. Het aantal dwarsverbindingen bepaalt of een rubber de eigenschappen van een rubber of deze van thermoharders heeft. Men kan zeggen dat de structuur van de rubbers ligt tussen de structuur van de thermoharders en de thermoplasten in. Wanneer je rubbers uittrekt, dan komen de moleculen dichter bij elkaar. Indien je de kracht loslaat dan zorgen de verknooppunten ervoor dat de moleculen terug verder van elkaar gaan staan. Trek je te hard, dan trek je ze over. 21 mei 2011 Michelin wil zichzelf herstellende band commercialiseren

http://www.standaard.be/artikel/detail.aspx?artikelid=DMF20110521_041

46 Onder welke toestand kunnen de rubbers grote belastingen ondergaan. In belaste toestand: denkt maar aan een katapult, rubberboot en fiets of autobanden. De structuur van de polymeerketens is dan zodanig dat ze in uitgerekte toestand op een ordelijke wijze opgestapeld kunnen worden, m.a.w. in een kristallijne structuur. Zo heeft men een wanordelijke structuur omgezet in een meer ordelijke structuur; m.a.w. de entropie is verlaagd. Na het wegnemen van de trekkracht is er niets meer dat de moleculen in deze ordelijke structuur vasthoudt. De secundaire bindingskrachten tussen de moleculen zijn immers zwak boven de glasovergangstemperatuur. Onder de glasovergangstemperatuur zijn de moleculen ‘bevroren’ in opgerolde posities door de intermoleculaire bindingskrachten en zijn er grote krachten nodig om het materiaal te vervormen.

Samenvatting: Enkele toepassingen voor polyurethaanrubbers: Polyurethaanrubber voor het vervaardigen van printerrollen Voor het vervaardigen van printerrollen kiest men een sleetvast rubber dat ook een goede inkt-, olie-, zuurstof- en ozonbestendigheid bezit. Daar deze rubber erg duur is worden de printers met meerdere smalle rollen ontworpen. Polyurethaanrubber voor het vervaardigen van speelgoed, sportartikelen, sanitaire dichtingen en schoenindustrie (skischoenen en delen van voetbalschoenen). o

zeer goede barst- en sleetbestendigheid

o

grote trek- en scheursterkte

o

zeer goede olie-, zuurstof-, O3-, lichtbestendigheid

47 In wat verschilt Chlorinated polyetheen (CM), Chlorosulfonated polyetheen (CSM) en siliconenrubber (Q) met de meeste andere rubbersoorten. Vulcanisatiemiddel is peroxiden of bestraling of metaaloxiden en niet zwavel. Eigenschappen van polynorbornene. Kleverige rubber met goede koude flexibiliteit (lage hardheid en met blijvende vervormingsmogelijkheid). Kan tot 200 % vulstoffen opnemen. Fluor verbranden (ook fluorrubber) is zeer schadelijk voor de gezondheid en voor het milieu. Andere eigenschappen van fluorrubber die zeer belangrijk zijn om te onthouden o

Herkennen door hoge dichtheid

o

Herkennen door specifieke toepassingen en zijn duur

o

Goede chemische bestendigheid

o

Hittebestendigheid

o

Vuurbestendigheid

o

Oxidatiebestendigheid

o

Ozonbestendigheid

o

Hoge chemische bestendigheid

Zuurstof kan kunststoffen aantasten. Nu blijkt het dat ozon een nadelige invloed op rubbers heeft. Heeft het mengen van etheen-propeen-dieenrubber (EPDM-rubber) met andere rubbersoorten hiermee te maken? Ja, EPDM is zeer goed O3-bestendig en door menging van EPDM met andere rubbers verbetert de O3-bestendigheid van andere rubbers. De EPDM komt door diffusie aan de oppervlakte en beschermt de ondergelegen lagen. Een fietsband kan hierdoor verduren (wordt hard en bros en kan hierdoor breken).

48 Rubbers voor het vervaardigen van vliegtuigbanden Rubbersoort: NR of NR + SBR Hittebestendigheid Wanneer een vliegtuig landt dan zal door de wrijving een grote warmteontwikkeling ontstaan, omdat het wiel eerst nog op snelheid moet komen en dan zo snel mogelijk moet afremmen. Vliegtuigbanden gaan niet veel km mee. Na enkele landingen zijn ze versleten. Rubbers als reddingsboei Rubbersoort: IIR Verklaring: Geringe gasdoorlaatbaarheid Deze rubber is goed bestand tegen gasdoorlaatbaarheid, waardoor hij lang op zee kan ronddobberen. Deze rubber is tevens goed bestand tegen water en heeft een goede chemische bestendigheid. Hij is relatief goedkoop omdat hij veelvuldig toegepast wordt. Rubbers voor dichtingen in de ruimtevaart. Rubbersoort:NITROSORUBBER = duurste rubber Verklaring: Kan een relatief hoge en lage temperatuur verdragen. Is chemisch goed bestand. Wat zijn de recyclagevoordelen wanneer men het BTM-proces toepast?

Waarom gebruiken fabrikanten liever een handelsnaam dan een chemische naam voor hun kunststoffen? Het aantal typen kunststoffen binnen een bepaalde soort is zeer groot. Om deze reden en omdat de spreiding in molecuulgrootte van dezelfde stof bij de ene fabrikant anders is dan bij de andere fabrikant, gebruiken de fabrikanten liever een handelsnaam dan een chemische naam. Nylon en Erthalon zijn bekende handelsnamen voor polyamide (PA).

49 Praktische kunststofverwerking Verwerken van kunststoffen? Drie verwerkingsmethodes van thermoplasten en thermoharders

Men spreekt over verwerken van kunststoffen wanneer kunststofproducten uit “vormloos” materiaal zoals granulaat, poeder of vloeistoffen worden gespuitgiet, geextrudeerd, geperst, …of wanneer kunststoffen van halffabricaat verder worden verwerkt via thermisch vormen. Bij thermoharders bestaat het verwerken uit het mengen van de componenten, het in de gewenste vorm brengen van het mengsel en het uitharden, wat een chemische reactie is. Onder bewerken verstaat men die technieken, die uitgaan van een halffabricaat en die een volgend halffabricaat of een eindproduct opleveren. Het bewerken kan in koude toestand plaatsvinden of in warme toestand. Het eerste is van belang bij thermoplasten en thermoharders, het tweede is uiteraard slechts toepasbaar bij thermoplasten. Spuitgieten en persen zijn twee toegepaste verwerkingstechnieken bij thermoharders. Persen wordt momenteel minder gebruikt omdat de cyclustijden hoger liggen dan bij spuitgieten van thermoharders. Het doseren is moeilijker daarom maakt men gebruik van poeder in tabletvorm of in pilvorm (voor juiste dosering). Persen zijn relatief dure machines. Oorzaak: de hoge persdrukken die ontwikkeld moeten worden.

50

De matrijs: het belangrijkste gereedschap voor kunststofverwerking Het logo van KIK-OV geeft het al aan. Het stelt een matrijs voor in zijn eenvoudigste vorm. Matrijzen zijn de gereedschappen waarin de kunststofvoorwerpen hun definitieve vorm krijgen. Ze zijn zeer ingewikkeld en zeer duur. Het zijn bijna machines op zich. Sommige matrijzen zijn even duur als een goed gelegen en afgewerkte villa in Vlaanderen. Wat zijn de redenen voor deze hoge prijzen? De verscheidenheid en de speciale materialen waaruit de vele onderdelen vervaardigd zijn, de zeer nauwkeurige afwerking, het inbouwen van minuscuul kleine spuitneusjes, het enorme machinepark en de ruimte die nodig is voor de verschillende bewerkingen, de dure logistiek nodig om de zware matrijzen en/of onderdelen van het ene naar het andere werkstation te brengen en de hoge directe en indirecte loon- en energiekosten. Om de levensduur van een matrijs te verhogen, worden de eigenlijke vormdelen, de zogeheten ‘inzetstukken’ verwisselbaar gemonteerd. Kunststofonderdelen vindt men overal terug. Van de kleinste elektronicatoepassingen over huishoudartikelen, fietsen, auto’s, treinen tot in vliegtuigen, zee- en ruimteschepen toe. Daarom worden aan kunststofproducten zeer hoge kwaliteitseisen qua maat en afwerking gesteld. Sommige klanten eisen dat de kunststofproducten zeer glad afgewerkt zijn met nauwkeurigheden die gaan tot een honderdste van een millimeter en in alle kleuren verkrijgbaar zijn. De inzetstukken waarin de kunststofproducten gevormd worden, moeten bijgevolg veel gladder en nauwkeuriger – tot op een duizendste van een millimeter - dan de producten zelf worden afgewerkt. Bij de aankoop van een koffiezetapparaat bijvoorbeeld verwachten mensen dat het uitzicht er perfect glad, gaaf en mooi ingekleurd uitziet. Dat houdt in dat de vormen binnen in de matrijzen spiegelglad en mooi gevormd moeten zijn. Wanneer kunststofproducten kleiner en compacter zijn, blijven de matrijzen vaak even groot, maar vergroot het aantal producten dat in de inzetstukken kan worden vervaardigd. Onze matrijzenbouwers dienen daarom steeds sneller, nauwkeuriger en preciezer te werken, wat de prijzen voor de matrijzen weer doet stijgen. Noot: met nauwkeurig zijn bedoel ik: de juiste maat hebben en met precies zijn: werken met een zeer kleine maatvariatie.

51 Foto’s: Fakoplast BV Lochem

Verschil in het aantal en het soort aggregatietoestanden tussen laag moleculaire stoffen zoals water, koper, … en de kunststoffen Water, koper, enz. hebben drie aggregatietoestanden: vast, vloeibaar en gasvormig. Kunststoffen echter hebben er slechts twee nooit drie, nl.: vast en vloeibaar. Binnen de vaste toestand hebben kunststoffen nog 2 fasen, nl.: de glasfase en de rubberfase. Bij verwarmen gaan de moleculen uit elkaar. De stof zet uit. Bij het bereiken van een bepaalde voor de stof karakteristieke temperatuur valt het kristalrooster uiteen. De moleculen kunnen zich t.o.v. elkaar verplaatsen en de stof wordt hierdoor vervormbaar. Deze temperatuur wordt smelttemperatuur ook wel stollingstemperatuur genoemd, want het mechanisme werkt in de twee richtingen. Bij het afkoelen van de vloeistof, passeert de temperatuur van de kunststof de stollingstemperatuur en ontstaat er een vaste stof, wat een sterke volumeverkleining, de stollingskrimp mee gepaard gaat. De macromoleculen verschuiven niet maar kronkelen ter plaatse. De macromoleculen gaan harder trillen en schuiven hierdoor uit elkaar. Het materiaal bevindt zich dan in de zogenaamde rubberfase. Gedrag in de vloeistoffase. Verschil in gedrag tussen de kristallijne en de amorfe thermoplasten De glasovergangstemperatuur is de temperatuur die hoort bij de overgang van de glasfase naar de rubberfase. Thermoharders hebben slechts één fase: ‘de glasfase’. Amorfe thermoplasten vertonen boven de glasovergangstemperatuur eerst een elastisch gedrag. Bij voldoende hoge temperaturen vertonen alle smelten van thermoplasten een meer of mindere mate van plastisch gedrag; d.w.z. het materiaal kan iedere snelle en kortstondig aangebrachte verandering volgen en heeft niet de neiging om ze ongedaan te maken. Het gedrag bij temperatuursverhoging van overwegend elastisch gedrag verandert in een overwegend plastisch gedrag. Deze formulering verklaart de kruipverschijnselen en de elastische verschijnselen in de smeltfase, die het gevolg zijn van het bij vrij lage temperatuur verwerken van materiaal. Kruipen is het vloeien van materiaal bij lage temperatuur en lage belasting. Iedereen kent daar voorbeelden van. Een dikke zalf dat in een potje opgehoopt wordt zal na enige tijd weer zijn oorspronkelijke vorm als vloeistof aannemen. Gedrag in de ontledingsfase Bij thermoplasten die aan hogere temperaturen zijn blootgesteld, treedt op de duur ontleding of verbranding op. De hoogste verwarmingstemperatuur van een materiaal is sterk afhankelijk van de verhittingstijdtijd. Grote kortstondige verhitting is meestal minder nadelig dan een langdurige verwarming bij veel lagere

52 temperatuur. Een goede stroomlijn in het verwerkingssysteem is belangrijk. Vermijdt "dode hoeken". Dit zijn plaatsen waar de verwarmde kunststof kan achterblijven en verbranden. Geheugenwerking bij kunststoffen. Invloed van deze geheugenwerking op de verwerkbaarheid Kunststofplaten worden tijdens het thermisch vormenproces tot bv. het product van ‘alfa-projects’ (zie koffer) verwerkt. De ketenmoleculen zijn uitgerokken en door afkoeling in deze stand gefixeerd. Deze verwerking gebeurt in de rubberfase. Wanneer na de vormgeving het gevormde voorwerp terug verwarmd wordt keert het bijna volledig terug naar zijn oorspronkelijke vorm. De ketens willen terug naar de gekronkelde toestand en het geheel zal in zijn oorspronkelijke vorm terugveren. Men noemt dit het geheugen van het materiaal.

De viltstift (Zie doos 2: Extrusie in de KIK-OV-koffer) De kunststofproductie en -verwerking is wereldwijd verspreid, maar kent toch een sterke concentratie in Vlaanderen. De opdrachten voor onze Vlaamse kunststofindustrie komen van over de hele wereld. Wist je dat de kunststofnijverheid in Vlaanderen absolute koploper is op wereldvlak? Per hoofd van de bevolking wordt hier het grootste aantal kilo kunststof geproduceerd en verwerkt. Vlaanderen levert zo kunststofelementen en/of halffabricaten aan bedrijven over de hele wereld. Dit levert in Vlaanderen een behoorlijke tewerkstelling op.

Als voorbeeld van een kunststofverwerkend bedrijf in Vlaanderen, halen wij Tekni-Plex Europe nv aan. Dit is een kunststofverwerkend bedrijf, gelegen in Erembodegem, bij Aalst, waar meer dan 250 mensen kunststoffen verwerken voor een wereldwijde export: Medische buisjes voor bijv. openhartoperatie, voor infusen en dialyse, stijgbuisjes en dichtingsmaterialen voor spuitbussen en vernevelaars, dichtingen voor draaidoppen, hoge barrière film voor blisterverpakking van medicatie, en buisjes voor de schrijfwarenmarkt.

De afgewerkte viltstift in de KIK-OV-koffer wordt niet volledig in één bedrijf vervaardigd maar is een samenwerking van verschillende bedrijven verspreid over meerdere landen. De huls van deze stift wordt in Erembodegem geëxtrudeerd, en wordt getransporteerd naar Duitsland, om daar bij de klant te worden afgewerkt tot een gebruiksklare viltstift. Van hieruit gebeurt de verdeling over heel Europa. De 300 viltstiften voor de KIK-OVkoffers hebben we dus vanuit Duitsland laten overkomen.

53 Plaats je cursor op onderstaande foto. (ctrl + klik erop) en ontdek hoe dit gebeurt.

Om de huls van de viltstift te extruderen, gebruikt men bij Tekni-Plex Europe nv twee afzonderlijke extruders (hoofd- en co-extruder), één voor elke kleur. De hoofdextruder verwerkt het polypropeen (PP) granulaat dat op voorhand met de ‘masterbatch’ gemengd werd. De masterbatch is voor deze stift een polypropeenkorrel met een grote concentratie aan oranje kleurstof (pigment). Doordat de masterbatchkorrel smelt komt de kleurstof in de extruder vrij. Door de vermenging van de masterbatch met de ongekleurde polypropeen wordt de gesmolten polypropeen in de massa ingekleurd. Een extruder kan men zich het best voorstellen als een holle cilinder waarin een schroef gemonteerd is. Via een trechter (= hopper) wordt de grondstof (granulaat) in de extruder gebracht. Door middel van wrijvingswarmte tussen de korrels onderling en de korrels met de wanden en de warmte opgewekt door elektrische weerstanden rondom de cilinder wordt het granulaat gesmolten. Aan de ‘uitgang’ van de extruder, waar het materiaal door de ingestelde temperatuur de juiste vloeibaarheid (viscositeit) en kleur heeft, wordt een vormstuk (matrijs) gemonteerd. De hete polypropeen (tot 240°C) wordt hier continu doorgeduwd. Bij deze viltstift is de vorm waardoor de gesmolten kunststof vloeit zeskantig. Net voordat het materiaal het vormstuk verlaat, zorgt een tweede kleine co-extruder ervoor dat de zes hoeken worden ingekleurd met een witte lijn. Omdat deze tweede extruder zo kort is en het materiaal hierdoor niet goed gemengd kan worden, gebruikt men hier geen masterbatch, maar wordt de korrel bij de leverancier al onmiddellijk wit ingekleurd. Hierdoor garandeert men bij Tekni-Plex Europe nv een optimale kleurspreiding en dekking van de hoeken. Via een ingenieus systeem wordt via een stalen “doorn” (gemonteerd binnen in het vormstuk) onder een hoge constante druk perslucht geblazen, die de binnendiameter maakt in de huls, waardoor dit een hol buisje wordt. Wanneer de hete (nog vervormbare) massa het vormstuk verlaat, is het dus al zeskantig, met witte hoeken en met een ronde binnendiameter. Door dit materiaal onmiddellijk te koelen in koud stromend koelwater zal het krimpen, harden en de uiteindelijke vorm aannemen. Op het einde van het koelkanaal, waardoor koud water in tegenstroom circuleert om de warmte uit de kunststof te halen, staat een toestel dat de tube of buis aan een constante snelheid vooruit trekt (de trekker). De tube is nu gekoeld en niet meer vervormbaar. Een snijmachine snijdt de tube op de gewenste lengte. Deze stifthulzen vallen op een transportbandje. De productiemedewerker die deze lijn bedient doet

54 dadelijk een kwaliteitscontrole. Hij controleert de afmetingen en het uitzicht (krassen of bramen, …). Hij verpakt de stifthulzen in dozen en stapelt deze op een pallet. Deze verpakte hulzen vertrekken naar het magazijn, helemaal klaar voor hun rit naar het buitenland. De precisie waarmee deze hulzen vervaardigd worden is erg groot. De productiemedewerker meet met oa een meetklok, schuifmaat en kalibers de verschillende afmetingen en dat met nauwkeurigheden van 0,01 mm. In de lijnopstelling staat een optische meettoestel dat non-stop de buitendiameter van deze tube opmeet, en weergeeft via de computer. De stiftvorm moet perfect zeskantig zijn, terwijl de binnendiameter mooi rond is. De zijvlakken mogen niet bolvormig of holvormig zijn, terwijl de wand overal even dik is. De witte hoeklijntjes mogen in afstand tot elkaar niet afwijken, de snede moet recht zijn, … Als hier iets mis gaat, moet de productiemedewerker het proces bijsturen. In één uur produceert Tekni-Plex Europe nv op één machine gemakkelijk 18.000 stuks. Op jaarbasis produceert Tekni-Plex Europe nv zo een 20 tot 25 miljoen stuks voor één klant. Voor dit product is Tekni-Plex Europe nv slechts een kleine leverancier. Dit betekent dat op dezelfde productielijn ook nog verscheidene andere buisjes worden geproduceerd. Het proces is gelijkaardig, maar de grondstof, de vorm, de afmetingen en de toepassingen zijn erg verscheiden.

www.tekni-plex.be

55 Verwerkbaarheid van kunststoffen is erg belangrijk

Metalen knuffels in de schatkamers van Vlaanderen Ga je mee op zoek naar schatkamers vol waardevolle voorwerpen? Ja, want ze bestaan nog! Geen tientallen maar honderden in Vlaanderen en geklimatiseerd nog wel! Zelfs in jouw gemeente, misschien zelfs in jouw straat. Bankkluizen zijn het niet maar wel andere grote ruimten waarin tientallen dure matrijzen bewaard worden in afwachting tot ze weer voor bepaalde productieseries kunnen ingezet worden op spuitgiet- of extrudeermachines.

Sommige matrijzen zijn even duur als een mooie goed gelegen villa in Vlaanderen. Geen wonder dat ze in kunststofverwerkingsbedrijven gekoesterd worden als waren het knuffels.

Om economisch te werken moeten de machinecyclustijden zo kort mogelijk zijn. Het temperatuursregelbereik (breedte van het smeltpuntgebied) van de kunststoffen dient voldoende groot te zijn zodanig dat door kleine proceswijzigingen geen uitval ontstaat. Bij een te hoge temperatuur verbrandt de kunststof. Bij te lage temperatuur laat de kunststof zich niet verwerken. De matrijstemperatuur ligt veel lager, waardoor de kunststof op een gepaste tijd verstard. Enkele voorbeelden: Polyamiden (PA): De verwerkbaarheid is goed door de zeer goede vloei (lage viscositeit). Braamvorming is moeilijk te voorkomen. Zoals in het pakket grondstoffen gebruikt men water als weekmaker. Door vochtgevoeligheid is voordrogen een vereiste. Conditioneren afhankelijk van de temperatuur. Verwerkingstemperatuur o Normaal 220C tot 270C o Kortstondig max. 280 C Matrijstemperatuur: 60C...80C Etheen-vinylacetaat copolymeren

56 De verwerkbaarheid van etheen-vinylacetaat copolymeer (EVA) is goed. Bij hogere vinylacetaatpercentages (bv.: 28 %) plakt het iets in de matrijs (noot: lijmen kunnen tot 40 % vinylacetaat bevatten). Voordrogen van het materiaal is vereist (8h bij 60 C).

Verwerkingstemperatuur: - Normaal: 180 - 260C. - Kortstondig: ± 200 C. Matrijstemperatuur: 20...50 C. Polyetheentereftalaat PET(P) Als constructiemateriaal is spuitgieten de favoriete verwerkingstechniek voor PET(P). Temperaturen van de smelt variëren doorgaans tussen 270C en 290C. Wil men een optimale kristallisatiegraad bereiken dan zijn, het is al aangestipt, relatief hoge matrijstemperaturen noodzakelijk. De kristallisatiesnelheid bereikt bij 175C zijn optimum. In de praktijk wordt doorgaans gewerkt met temperaturen rond 140C omdat bij het kristallisatieproces zelf ook nog warmte vrijkomt. Voor verwerking van PET(P)-producten met een amorfe eigenschappen volstaan matrijstemperaturen van 60C of nog lager. Folies, platen en staven worden via extruderen bereid. Ook hier liggen de smelttemperaturen tussen 260C en 290C, met gereedschapstemperaturen die tussen 260C en 270C variëren. Smeltlassen wordt veel toegepast als verbindingstechniek voor PET(P)-delen, waarbij gewerkt wordt met temperaturen van (260 ± 10)C. Bij hogere concentraties veresteringsstoffen en bij gebruik van vlamvertragers verliezen de lasnaden echter aan kwaliteit. In deze situaties wordt de voorkeur gegeven aan wrijvingslassen en ultrasoonlassen. Als lijmverbindingen worden vooral cyanoacrylaten, polyurethanen en siliconen gebruikt, voor folies oplosmiddellijmen. Het lakken van PET(P)-oppervlakken wordt bemoeilijkt door de goede chemicaliënbestendigheid van het materiaal. Speciale lakken zijn nodig om voldoende hechting te bereiken. Metalliseren lukt alleen onder hoogvacuüm. Door de hoge hardheid laten PET(P)-oppervlakken zich heel goed polijsten. PET(P) moet voorgedroogd worden. De neiging tot braamvorming is aanwezig o Productkrimp tot 1,7-2,1 %  Verwerkingstemperatuur  Normaal: 230 tot 270C  Kortstondig: 290C Herverwerking is mogelijk.(is echter afhankelijk van de toepassing) Matrijstemperatuur: 60 tot 80C

57 PET(P) kan worden gemetalliseerd. Welke waren de andere kunststoffen die gemetalliseerd kunnen worden? Inderdaad: Polyoxymethyleen (POM) en Acrylonitrilbutadieenstyreen (ABS) Wat was er weer speciaal aan ABS? (tip: benaming) Door zijn goede eigenschap om gassen tegen te houden en zijn fysiologisch onbesproken gedrag wordt PET(P) (in zijn amorfe vorm) ook veel gebruikt in de verpakkingsindustrie. Tot de alom bekende voorbeelden behoren ongetwijfeld de PET(P)-flessen voor frisdranken en andere producten in de levensmiddelensfeer. Op dit terrein heeft PET(P) vandaag een groot deel van de markt veroverd ten koste van het traditionele materiaal glas. Ten opzichte van sommige andere kunststoffen heeft PET(P) daarbij het voordeel dat het warm afvulbaar is. Ook in de vorm van foliemateriaal wordt PET(P) veelvuldig toegepast in de verpakkingsindustrie. Een voordeel daarbij is de relatief hoge temperatuurbestendigheid, zodat de te verpakken materialen warm afgevuld kunnen worden. Andere toepassingen van PET(P)-folie zijn audio- en videobanden en in opgedampte vorm, als diëlektrisch medium in foliecondensatoren. PET(P) is al lang gekend als vezel (Terlenka, Trevira,...) en als grondstof voor video- en audio-opnames, fotografische film, verpakkingsfolie. Knopenindustrie, ritssluitingen Elektrotechnische precisiestukken. Transparante fles voor koolzuurhoudende dranken. Dikkere stijve PET(P) folies lenen zich tot het warmvormen van verpakkingen (trays, blisters, schotels) Polyvinylchloride (PVC) Met de polymerisatiegraad wordt de verwerkbaarheid moeilijker. De verwerkbaarheid kan worden verbeterd door copolymerisatie met geringe hoeveelheden (5 tot 20%) propeen, vinylether, ABS, vinylacetaat. Hard PVC heeft belangrijke nadelen als thermoplast. -Slechte verwerkbaarheid. Meestal worden glijmiddelen toegevoegd om de verwerking te verbeteren. De verwerkbaarheid van weekgemaakte PVC is beter dan die van hard PVC.

Zacht PVC laat zich ook bij aanzienlijk lagere drukken verwerken (vanaf 300 bar) dan hard PVC (boven de 1000 bar). o Omdat bij het spuitgieten snelle ontleding mogelijk is moet de kunststofmassa gestabiliseerd worden. o Verwerkingstemperatuur  Normaal 170...190C  Kortstondig max. 200 C Matrijstemperatuur: 20C...60C. Door waterafstoting is voordrogen niet nodig. De machine en de matrijs kunnen tijdens de verwerking van PVC aangetast worden. Het staal behandelen tegen aantasting.

58 Polymethylmethacrylaat (PMMA) Verwerkingstemperatuur: normaal 190 tot 240C Het PMMA kan naast de bekende verwerkingsmethoden zoals spuitgieten,extruderen, ...ook via verspanende bewerking gevormd worden. Voordrogen voor de verwerking is gewenst (3u./.80C). De verwerkbaarheid is redelijk: weinig neiging tot braamvorming: productkrimp ±0,6%, maatvariatie ±0,1%. Verwerkingstemperatuur: o o

normaal 190 tot 240C kortstondig 260C

Matrijstemperatuur 50 tot 70C PMMA kan ook tot een blok, staaf of plaat gegoten worden. Er wordt dan een zo goed als spanningsvrij materiaal verkregen met zeer goede optische eigenschappen. Door dit inwendig spanningsvrij zijn ontstaat een helder materiaal, dat nog transparanter is dan glas. Het heeft als bijkomend voordeel dat het vlug kan polymeriseren en dat de polymerisatie en de vormgeving gelijktijdig kan gebeuren. Daarbij wordt het stroperige MMA-monomeer tussen twee glasplaten gegoten die op de gewenste dikte van elkaar zijn geplaatst. Het polymerisatieproces wordt vervolgens op gang gebracht door onderdompeling in een vloeistofbad bij een bepaalde temperatuur. Restpolymerisatie vindt vaak plaats in een oven. Bij deze verwerkingstechniek zijn plaatdikten van 250 mm haalbaar. Het totale polymerisatieproces duurt in dat geval veertien dagen. PMMA is nogal gevoelig voor de opbouw van spanningsscheuren tijdens de verwerking. Dat kan leiden tot de vorming van haarscheurtjes bij nabehandelingen als lijmen en lakken en tot een versnelde afbraak van mechanische en optische eigenschappen. Lijmen vormt de belangrijkste verbindingstechniek voor PMMA-delen. Hetelucht- en hoogfrequentlassen zijn technisch mogelijk. PMMA is goed te polijsten wat normaal bij thermoplasten niet het geval is. Ook andere mechanische bewerkingen zijn soms met aangepast gereedschap mogelijk. Door een deel van de styreen en de acylnitril te vervangen door methylmethacrylaat is men er in geslaagd transparante ABS-typen te bereiden Het terpolymeer MABS is transparant.

PA (nylon) wordt vaak gebruikt voor het vervaardigen van dameskousen. Welke kunststof uit de polyolefinegroep wordt er ook voor gebruikt? De versterkte vezel van PP neemt al in een groot aantal gevallen de plaats van PA in (dameskousen, onderlaag voor tapijten).

59

Hoe worden uit onverzadigde polyesterharsen ruimtelijke netwerken bekomen? Monomeren verbinden zich graag aan elkaar en aan de reactieve plaatsen van de polyestermacromoleculen. Men bekomt een ruimtelijk netwerk. Een thermoharder.

Polycarbonaat (PC) is dankzij zijn amorfe structuur glashelder en heeft bovendien een hoge oppervlakteglans. Kleurloos, brons- of grijskleurig. De vlakken zijn plat of hebben een bepaald reliëf. Producten bezitten hoge oppervlakteglans Polycarbonaat kan gesteriliseerd worden. Het heeft een hoge verwekingstemperatuur. Motorsport auf dem traditionsreichen Hockenheimring in Baden-Württemberg Het gebrul van motoren is al van ver te horen op de Hockenheimring in Baden-Württemberg. De Formula Student race is er volop aan de gang.

Een keer per jaar komen studenten uit de hele wereld samen om het vermogen van hun racewagens te testen op de "International Design Competition for students. De Technische Universiteit (TU) van Berlijn neemt deel met zijn FaSTTUBe-team (Formula Student Team van de TU Berlijn) en hun nieuwste raceauto, de FT2009, voorzien van massieve Makrolon ® polycarbonaatplaten. De racewagen is dé uitdaging voor het team, want hij moet snel, wendbaar, betrouwbaar, veilig en innovatief zijn en dat aan een zeer lage kostprijs. De racewagen moet tevens voldoen aan de breukvastheidsvereisten en de eigenaars moeten de brandbeveiligingsclassificatie kunnen voorleggen. De wagen moet gebouwd kunnen worden in een kleine productieserie van maximum 1000 stuks en dat tegen een verkoopprijs van € 20 000 per wagen. We wensen het FaSSTUBe-team veel succes. PC: Polycarbonaat Gebruikt voor koepels, veiligheidsbeglazing in scholen, sporthallen, winkels, wachthuisjes aan autobushalten, op landbouwmachines, kranen, politieovervalwagens, cockpitruiten en vliegtuigramen, patrijspoorten voor schepen, helmvizieren, veiligheidsschermen aan, leuningen van trappen en balkons. De combinatie van goede mechanische eigenschappen (stijfheid, hardheid, slagtaaiheid) en transparantie maken PC bij uitstek geschikt voor openbare gebouwen, sportstadions, straatverlichting en verkeerstekens. Alles in 'vandalismebestendige'-uitvoeringen. Maar PC is krasgevoelig. De

60 speciale kras- en UV-bestendige coating die bij dit soort toepassingen wordt aangebracht beschermen het materiaal tevens tegen de kwalijke effecten van bijvoorbeeld graffiti. Zelfs kogel- en explosiewerende typen worden op de markt gebracht. Lichtdaken en -koepels in openbare gebouwen vormen eveneens een groot toepassingsgebied. Een nieuwe ontwikkeling op dit gebied vormt een zonwerend beglazingsmateriaal dat het daglicht doorlaat maar geen warmte. Hierbij wordt de PC-plaat voorzien van een gemetalliseerd kunststoflaagje. Polycarbonaat wordt door zijn vormvastheid bij hoge temperaturen (in de elektrotechniek) veel ingezet voor behuizingen, maar ook als lamphouders, stekkers en talrijke andere componenten in apparaten. In de audio-sfeer draait de hele compact disc industrie op PC. In de machine-industrie vindt PC toepassing in vloeistofpompen, nokkenschijven, hevels, ventielen en pneumatische sturingen. Ook als veiligheidsschermen wordt PC ingezet. De kantoormachine-industrie is een ander marktsegment waar veel gebruik wordt gemaakt van PC voor een breed scala aan componenten. Douchecabines, schalen en kleine huishoudelijke apparatuur vormen een ander toepassingsgebied. Kleine tandwielen, isolatiemateriaal medische apparatuur (goed steriliseerbaar). TV-onderdelen, spoelkokers, Armaturenverlichting, door de goede weersbestendigheid Spots, koffieapparaten, doorzichtige deksels van kookpannen, steriliseerbare medische apparatuur, huishoudelijk vaatwerk (onbreekbaar), fijne mechaniek, injectiespuitjes, zuigflessen, schaaltjes en bakjes, carrosserieplaten (schokbrekers), ... Wat is de typische eigenschap van PC? Het is praktisch onbreekbaar. Glas en polymethylmethacrylaat (PMMA) kwamen niet in aanmerking, wel de massieve en onbreekbare polycarbonaatplaten (PC).

61 Toevoegstoffen bij kunststoffen Compounding en compounds Kunststofverwerkers verstaan onder kunststoffen veel meer dan de gemiddelde Vlaming. Zonder erbij na te denken hebben we vaak een scala aan producten in handen waarin kunststof is verwerkt. Voor een gezellig muziekje zetten we de radio of cd-speler aan; om even bij te kletsen nemen we de telefoon en als we informatie zoeken dan maken we gebruik van een computer en internet. Kunststoffen maakt het bestaan van al deze producten mogelijk. Steeds meer producten worden van dit materiaal gemaakt en daar is een goede reden voor. Kunststof heeft namelijk uitstekende eigenschappen: het is licht, hygiënisch, vergt weinig onderhoud, is in alle mogelijke vormen te maken en het is bovendien recycleerbaar. Bij kunststof gaat het niet om één materiaal, maar om verschillende soorten met elk zijn specifieke eigenschappen. Zo zijn er kunststofmaterialen die heel sterk, elastisch of heel hittebestendig zijn. Andere zijn juist zacht, schuimachtig, doorzichtig of geschikt om vezels van te maken. Al die verschillende eigenschappen zorgen ervoor dat de meest uiteenlopende producten tegenwoordig uit kunststof en rubber zijn gemaakt, van boterhamzakje tot zeilschip, van autoband tot 'ademende' regenkleding. De eigenschappen die het polymeer moet hebben zijn voornamelijk afhankelijk van het toepassingsgebied. Een polymeer kan men vergelijken met een bundel zeer lange kettingen maar dan miljoenen keren kleiner. Omdat via bulkproductie slechts een zeer beperkt aantal extra eigenschappen kan meegegeven worden, is het noodzakelijk dat aan producten voor een speciale toepassing nog een of meerdere toeslagstoffen worden toegevoegd, zoals stabilisatoren, kleurstoffen of vulmiddelen. Om de gewenste samenstellingen in de fabriek te kunnen maken is minstens nodig dat de kunststof en toeslagstoffen op een of andere manier gewogen en gedoseerd worden. Vervolgens moeten de kunststof en toeslagstoffen (compounds) zijn de eigenlijke toevoegstoffen zelf gemengd worden. Zodra andere stoffen toegevoegd worden, spreekt men van « COMPOUNDEREN », dat wil zeggen dat uit verschillende stoffen een mengsel wordt samengesteld. Zuivere thermoplasten dit zijn kunststoffen die terug gesmolten en herverwerkt kunnen worden, zijn vaak maar beperkt houdbaar: ze ontleden, hydrolyseren of oxideren langzaam (vooral bij toepassing op hoge temperatuur) of worden aangetast door UV-licht. Bepaalde toeslagstoffen kunnen dit verhelpen. Men kan ook de mechanische eigenschappen van de kunststof (stijfheid, flexibiliteit, slagvastheid ed.) met toeslagstoffen

62 veranderen, de kunststof versnijden met vulstof, inkleuren in de massa, beschermen tegen aantasting door micro-organismen zoals schimmels, brandwerend maken enzovoort. De mogelijkheden zijn legio, en de ene kunststof of toepassingscombinatie vraagt andere toeslagstoffen dan de andere. In grote lijnen kan men zeggen dat er toeslagstoffen zijn die:  verwerking mogelijk maken,  eigenschappen veranderen,  houdbaarheid vergroten,  kleur geven. DSM Specialty Compounds te Genk, een dochteronderneming van de Nederlandse multinational DSM, produceert kunststofcompounds voor klanten over de hele wereld. Compounds op basis van polyetheen, polypropyleen, EPDM-rubber, polyamide en polycarbonaat maken het grootste deel uit van hun productie. Deze compounds zijn bestemd voor de automobielindustrie en voor andere, heel uiteenlopende toepassingen, voornamelijk in de elektrische en elektronische industrie. Al hun compounds worden geproduceerd volgens de ISO 9001 / TS 16949-norm. Compounds die met voedsel in aanraking komen worden geproduceerd volgens de regels van Good Manufacturing Practice. (GMP). Een voorbeeld van toepassing is materiaal voor computerconnectoren. Zo een compound wordt samengesteld uit een mengsel van polyamide, glasvezel en een brandvertragende stof waardoor het de stabiele en brandvertragende kenmerken krijgt die nodig zijn in computers.

Concrete recepten voor PVC-profielen Elke chefkok in een klasserestaurant houdt zijn recepten geheim. Hetzelfde gebeurt in een kunststofverwerkingsbedrijf. Deze mengrecepten bepalen de kwaliteit van de producten. De toevoegstoffen voor PVC worden ingedeeld in primaire toevoegstoffen (additieven) en secundaire toevoegstoffen of stabilisatoren. Primaire additieven: Bijv.: o b-zouten (niet voor medische of voedingstoepassingen).

63 o Ba Ca Sr (Cd = zwaar metaal en bijgevolg zeer giftig) o Cd Zn (Ca en Zn voor PVC in voedings- en medische toepassingen) Stabilisatoren Bijv.: Voorbeelden van een PVC-samenstelling (compounds): Harde PVC-buizen zijn meestal zeer stijf. De wrijving in de machine is vrij groot. Men dient smeermiddelen te gebruiken! PVC (K-waarde:65 - 68) Tribasisch Pb-sulfaat dibasisch Pb-stearaat Calciumstearaat Parraffine (was) Pigmenten

Verhouding op 100 delen 0,5...1,6d 0,1...0,2d 0,1...0,2d 0,2...0,4d wisselend %

Samenstelling voor een wit raamprofiel: PVC (K-waarde:65 - 68) Verhouding op 100 delen Impact modifier 6,0...12d modified tin carboxylate 2,0...2,5d stabilisator Paraffine 0,6...1,2d Oxidised polyethene wax 0,6...1,2d Antioxidans AO 0,1d TiO2 5,0...7,0d Kalk 5,0..10d

Opmerking

smeermiddel smeermiddel

Opmerking Gechloreerd PE of EVA

Geoxideerd PE-was

Gelukkig zijn toeslagstoffen duur, waardoor er al uit economische redenen voorzichtig mee wordt omgegaan. o

Toeslagmaterialen die een betere verwerking mogelijk maken (warmtestabilisatoren, interne en externe glijmiddelen, …). Sommige kunststoffen zijn in zuivere vorm niet te verwerken, de moleculen zijn bij de hoge verwerkingstemperaturen niet stabiel, ze breken of reageren met de zuurstof van de lucht.

o

Toeslagmaterialen waarmee de eigenschappen gewijzigd worden (UV-stabilisatoren, …). Bijv. de slagvastheid bij lage temperatuur verbeteren, de stijfheid wijzigen, de kleur veranderen.

64

o

De levensduur beïnvloeden. Toeslagmaterialen waarmee de houdbaarheid van een product vergroot wordt (anti-oxidanten, …)

o

Het drukken van de kostprijs. Toeslagmaterialen waarmee de prijs van het product verminderd wordt (niet-organische vulstoffen, …). Dit zijn vulstoffen Deze worden gebruikt om de mechanische eigenschappen te verbeteren of om op het polymeerverbruik te besparen. Ze worden vooral gebruikt bij de thermoharders. In thermoplasten worden ze ook steeds meer toegepast. Bij rubbers gebruikt men vulstoffen om de rubber beter kneedbaar te maken voor de vulcanisatie, ze mogen geen effect hebben op de fysische eigenschappen van het eindproduct. Soorten vulstoffen: houtmeel, krijt, leisteenpoeder: voor het verlagen van de materiaalprijs bij thermoharders. Textiel en papiervezels: voor een grotere mechanische sterkte bij thermoplasten Grafiet of bronspoeder: (vooral bij thermoplasten) voor betere lagereigenschappen. Nika: voor verbetering van de elektrische eigenschappen Glasvezels: bij thermoharders (polyesters, weefsels) voor het bekomen van gewapende kunststof met een grote stijfheid. Bij thermoplasten (glasvezels, glasbolletjes) voor verhoging van stijfheid, slagsterkte en maatvastheid

o

Andere toeslagmaterialen voor het inbrengen van andere functies

o

Katalysatoren zijn stoffen die de reactie beïnvloeden. Ze kunnen dienen om de reacties te starten zoals bij polyesterharsen, om de reactie onder controle te houden, om ze te versnellen om de activeringsenergie te verkleinen ... De stereospecifieke katalysatoren houden de niet-symmetrische monomeren altijd in dezelfde stand ten opzichte van de hoofdketen alvorens ze te verbinden. Dit geeft precisiemacromoleculen en bijgevolg betere eigenschappen.

o

Emulgatoren bevorderen de vorming van emulsies, verhinderen schuimvorming en verwijderen vettig vuil. Soms voegt men stoffen toe om de kunststoffen tegen ongunstige invloeden te beschermen. Typische vulstoffen bij thermoharders

o

Phenolformaldehyde is van oorsprong vrij bros. Het materiaal is dus niet schokbestendig, daarom dient men meerdere soorten vulstoffen toe te voegen zoals o.a.: o Houtmeel: om de schokbestendigheid te verhogen en dit soms tot 50% en meer (tevens wordt het product hierdoor goedkoper). o Asbest: beter bestand tegen hoge temperaturen en weersinvloeden, geringe ontvlambaarheid en lage uitzettingscoëfficiënt. o Mika: betere elektrische eigenschappen, schimmelvast, moeilijker te persen. o Rubber: matig elektrisch bestand. o Grafiet: lagereigenschappen en geleiding (lage wrijvingscoëfficiënt). o Nylon: zeer goede elektrische eigenschappen. o Textiel: (katoenvezels en afvalproducten van textiel) Grote mechanische sterkte.

65 Invloed van warmtestabilisatoren op kunststoffen Doel: de ontleding tijdens de verwerking tegen te gaan. Dit is vooral van belang bij bijv. PVC. PVC verwarmen kan zoutzuurgas vrijgeven. Door de afbraak van de PVC verandert het overblijvende polymeer van kleur en eigenschappen. Werking: deze stoffen gaan een binding aan met de polymeren en houden deze polymeren bij elkaar bij temperatuursverhoging. Veel van deze stabilisatoren zijn giftig, zodat er voorzichtig mee moet worden omgegaan. Stabilisatoren worden in een verhouding van 1% tot 4% bij kunststof toegevoegd. In het verwerkingsproces gedragen ze zich vaak als glijmiddel. Hierdoor kunnen er minder interne en externe glijmiddelen nodig zijn. Antioxidanten Bij hoge temperaturen reageren sommige thermoplasten gemakkelijk met de zuurstof uit de lucht en met de zuurstof die in de verwerkingsmachines aanwezig is. Hierdoor daalt de viscositeit van de smelt. Het polymeer gaat verkleuren en stinken. Om deze reactie met zuurstof (oxideren) tegen te gaan, voegt men antioxidanten toe. De concentraties zijn meestal klein, bijv. 0,1%. Interne of inwendige glijmiddelen Doel: het vloeigedrag van de gesmolten kunststof verbeteren. De warmteontwikkeling tijdens de verwerking wordt in toom gehouden. Zo is er minder warmtestabilisator nodig en ontstaan er geen schadelijke neveneffecten. De interne of inwendige glijmiddelen lossen in de kunststof op en zorgen ervoor dat de moleculen beter langs elkaar schuiven. Inwendige smeermiddelen zitten tussen de macromoleculen. De afstand tussen de macromoleculen is hierdoor groter. Minder aantrekking tussen de macromoleculen (denk aan het plaatje en de magneet). Zij werken een beetje zoals weekmakers. De kunststof smelt hierdoor vlugger. Een overmaat aan inwendig werkende glijmiddelen fungeert als uitwendig werkend glijmiddel. Van twee inwendig werkende glijmiddelen kan de één de ander verdringen, waardoor er één als uitwendig glijmiddel gaat fungeren. Inwendig werkende glijmiddelen worden in kunststoffen toegepast in concentraties van 0,1% tot 1%. Uitwendige of externe glijmiddelen Glijmiddelen lossen niet op in de gesmolten kunststof. Zij zorgen voor een smeerfilm tussen de metaaloppervlakken en de kunststofsmelt. De smelt schuift beter in de verwerkingsmachines en de matrijs. Het zijn o.a. wassen, maar ook meer gecompliceerde verbindingen zoals reactieproducten van glycerol en stearinezuur. Uitwendige glijmiddelen verminderen de wrijving tussen de kunststofdeeltjes onderling en de contactoppervlakken van de machines, daardoor vertragen ze echter het smelten. Ze worden toegepast in kleinere concentraties van bijv. 0,1 tot 0,2./.100 delen kunststof. Vloeiverbeteraars Vloeiverbeteraars zijn zelf polymeren die gemakkelijker smelten dan de te verwerken thermoplast en geven daardoor in een half gesmolten kunststofmassa zodanige samenhang, dat het smelten sneller verloopt, waardoor verschijnselen zoals smeltbreuk (het ontstaan van een ruw oppervlak van een product bij zeer hoge spuitsnelheden), onderdrukt worden. De concentraties liggen in de grootteorde van enkele delen per 100 delen kunststof.

66 Weekmakers Weekmakers kunnen in (microscopisch fijn) poedervorm of als een olieachtig product zijn. Zij plaatsen zich tussen de ketens, waardoor de aantrekking van de ketens onderling kleiner is. Hierdoor staan de macromoleculen vrijer ten opzichte van elkaar dan zonder weekmakers. Zij maken de kunststof zacht en soepel. Zij worden meestal gebruikt bij stijve kunststoffen zoals bijv. PVC. Eisen aan weekmakers: o

Ze moeten door het eindproduct goed vastgehouden worden en mogen niet uit de kunststof diffunderen en verdampen. De kunststof wordt plakkerig en stijver.

o

Ze mogen niet giftig zijn.

o

Ze moeten goed mengbaar zijn met de kunststof.

o

Ze moeten een goed weekmakend vermogen bezitten.

o

De duurzaamheid moet groot zijn. (lange werking hebben)

Vulstoffen Er zijn vulstoffen die: o

De slagvastheid verbeteren

o

De slijtweerstand verhogen

o

De buigweerstand verbeteren

o

De uitzetting en krimp door temperatuurwisseling verminderen. Het zijn stoffen zoals glasvezels en calciumcarbonaten, die in vrij hoge concentraties worden toegepast, 10 delen vulstof./.10 delen kunststof.

Verbeteraars van slagsterkte Dit zijn rubberachtige kunststoffen, die de slagsterkte verbeteren, waardoor o.a. de kunststof pas bij lagere temperatuur bros wordt dan normaal het geval is. Meestal verdwijnt hun effect als ze te goed ingemengd worden. Men past concentraties toe van ± 5 tot 10 delen/100 delen kunststof. Kleurstoffen Kunststoffen kunnen inkleuren is een belangrijke eigenschap. Men kent kleurstoffen die dekkende en die transparante kleuren geven.

67 Men onderscheidt drie soorten pigmenten: o

Pigmenten die oplosbaar zijn in het polymeer

o

Organische pigmenten

o

Anorganische pigmenten

De voornaamste eisen die aan kleurstoffen gesteld worden zijn: o

Goede warmte en lichtstabiliteit

o

Niet migreren of reageren met weekmakers

o

Niet giftig zijn

De inkleurmethode wordt vooral bepaald door: o

De toestand van de kunststof (granulaat of poeder), de afschuivingsfactor

o

De mengzones in de verwerkingsmachines

o

De homogeniteit en intensiteit van de kleur

o

De kostprijs

Bacteriëndodende stoffen Vooral toegepast bij PVC omdat de weekmaker een voedingsbodem voor bacteriën is. Wordt in geringe concentratie toegepast.

Wat te denken van hondenkluiven uit eetbare kunststof? Van een eetbare hondenkluif, tot producten waarvoor (nog) geen industriële interesse bestaat: zoals een spaarpotje, een handvat voor een doodskist, een houdertje voor waxinelichtjes, kleiduiven en punten voor vuurpijlen. http://www.volkskrant.nl/vk/nl/2672/Gezondheid-wetenschap/archief/article/detail/487299/1997/06/07/Aardappelplastic-lost-op-in-de-hond.dhtml

68 Antistatische additieven Veel kunststoffen ontwikkelen aanzienlijke elektrostatische ladingen, dit kan voor problemen veroorzaken. Verpakken van film, aantrekken van stofdeeltjes, trekken van vonken (PET(P) kleding), ... Antistatische additieven verminderen dit effect gevoelig. Om elektrostatische oplading van PC-producten te voorkomen is een behandeling met antistatische middelen noodzakelijk. Vlamdovende additieven Om de brandbaarheid van bijv. PET(P) te verminderen en om aan bepaalde veiligheidsnormen te voldoen worden chloor-, broom- of antimoonverbindingen toegevoegd. In zijn zuivere vorm is PET(P) brandbaar. Door toevoeging van brandvertragende additieven is het echter mogelijk om PET(P) te laten voldoen aan de UL94 V-O standaard. Rookonderdrukkers Zij zullen de rookvorming bij het branden verminderen. Chemische blaasmiddelen Het chemisch blaasmiddel is een poedervormige stof, die bij een temperatuur die in de buurt van de verwerkingstemperatuur van de kunststof ligt, ontleedt en gas afsplitst. Dit gas vormt belletjes in de kunststofsmelt, na afkoelen bekomt men een geschuimd product. Kickers Stoffen die het ontleden van het chemisch blaasmiddel versnellen. Fysische blaasmiddelen op kunststoffen Dit zijn vloeistoffen met een laag kookpunt. Deze doen de kunststof schuimen. Vaak is een kleine hoeveelheid fysische blaasmiddel nodig om een regelmatige celvorming te krijgen. Masterbatchtechniek. Dit zijn granulaten van de te verwerken kunststof met een hoge concentratie kleurstof, die door de compounder, die daarvoor is uitgerust, vervaardigd worden. De verwerker hoeft slechts een kleine hoeveelheid masterbatch toe te voegen aan de kunststof. Voordelen: o

Geen vervuiling door pigmentpoeder of pasta van de verwerkingsapparatuur en omgeving

o

Gemakkelijke en propere behandeling

69 o

Nauwkeurige doseringstechniek is mogelijk

Factoren die de inkleurtechniek bepalen. o

De toestand van de kunststof (granulaat of poeder)

o

De afschuivingsfactor in de mengzones in de verwerkingsmachines

o

De homogeniteit en intensiteit van de kleur

o

De kostprijs

Belangrijke grootheden van kunststoffen Dichtheid en gewicht Verschil tussen massa en gewicht Massa: hoeveelheid deeltjes waaruit een voorwerp is opgebouwd. Bijv. een berg zand bestaat uit een grote massa zanddeeltjes. Gewicht wordt enkel bepaald door de aantrekkingskracht van de aarde. Bijv.een man op aarde heeft massa= 65 kg of gewicht van ± 650N. Dezelfde man heeft in de ruimte een massa van 65 kg en een gewicht van 0N. De aantrekking van de aarde is daar nul! De massa van een voorwerp bepaalt men met een weegschaal. Het gewicht bepaalt men met een dynamometer. Indien men met gewichten werkt, dan drukt men deze gewichten uit in N (Newton) en massa's in kg. Bijv.: een gewicht met een massa van 100 kg. Wat is data en wat weegt het?’ Data is informatie onder alle mogelijke vormen en het weegt niets! Akkoord? Neen, niet altijd, want wanneer men schrijft is het de bedoeling dat er op het papier inktsporen achterblijven en inkt heeft wel degelijk een gewicht. Hoe meer men schrijft, hoe zwaarder een boek. Hoeveel data kan er in een stapel van 1 meter boeken? Gemiddeld zou een stapel van 1 meter boeken, teksten, tabellen, tekeningen, … 100 MB aan data bevatten. En een dvd’tje? Afhankelijk van het type kan een dvd 17 GB (gigabytes) of ± 17.000 MB (megabytes) aan informatie bevatten. Wordt een dvd’tje zwaarder bij het beschrijven ervan en hoeveel data bevat het dan? Een dvd’tje (dvd 9) weegt ongeveer 0,16 N (Newton). Dit komt overeen met ongeveer 16 gram massa. Een dvd 5 (tot 4,5 GB) weegt iets minder, een dvd 18 iets meer en kan meer data bevatten dan 170 meter boeken.

70 Hoeveel is dat nu concreet? De Eifeltoren (inclusief antenne) is 324 meter hoog. Zonder deze antenne meet hij 300 meter. Op minder dan 2 dvd’tjes gaat evenveel informatie als in een stapel boeken zo hoog als de Eifeltoren. En wat weegt dan deze stapel boeken? Even rekenen! De oppervlakte van een A0 is exact 1 m2. Er passen juist 2 A1’tjes in één A0 en 2 A2’tjes in een A1 ... Dus exact 16 A4’tjes in één A0 van 1 m2. Hoeveel is dat dan in kg? Papier’80 g./.m2 ‘ heeft een massa per blad van juist 5 gram en heeft een dikte van gemiddeld 0,11 mm. Indien men het uitrekent dan bevat één meter boeken 9090 bladen A4-formaat. Dit komt overeen met: 9090 bladen x 0,005 kg = 45,5 kg massa of 446 N gewicht. 1 dvd van 16 gr massa kan gemiddeld evenveel informatie bevatten als 170 meter boekenkolom of omgerekend 170 x 45,5 kg = 7.725 kg of 7,7 ton aan papier.

Wat is dichtheid? De mate waarin atomen en/of moleculen in een bepaalde ruimte zijn opgestapeld. Men stelt dichtheid voor door ρ en is de verhouding tussen massa en volume (kg/m3). Definitie: dichtheid is de massa per eenheid van volume. Bijv.: 1 kg lood heeft een zeer klein volume, pluimen echter hebben voor 1 kg massa een zeer groot volume. In het SI-systeem wordt de dichtheid uitgedrukt in kg/m3, vaak echter wordt ook de niet-SI-eenheid g/cm3 Bij verandering van druk of temperatuur verandert de dichtheid ook, de dichtheid wordt meestal gegeven bij een druk (p) van p0 en een temperatuur van 293 K(20oC). ρ = m/V ρ = dichtheid (kg/m3) m = massa (kg) V = volume (m3)

71 De dichtheid is de verhouding tussen massa (m in kg) en volume (V in m3).

Aan welke voorwaarden dient ballonnenmateriaal te voldoen? Lage dichtheid (volumemassa of soortelijke massa) en een hoge treksterkte. Dichtheid of volumemassa m.b.t. macromoleculen! Staan de macromoleculen dicht bij elkaar; materiaal heeft een hoge dichtheid. Bevinden de macromoleculen zich ver van elkaar; materiaal heeft een lage dichtheid. Dichtheid is de wijze waarop macromoleculen in een bepaald volume opgestapeld worden (volumemassa). De dichtheid van kunststoffen vergelijken met de dichtheid van water. Dichtheid van kunststoffen is ± gelijk aan deze van water. PP en PE drijven op water, PS is iets zwaarder, anderen nog zwaarder (bijv. met glasvezelversterkte kunststoffen kan de dichtheid oplopen tot 2 kg/dm3). Samengevat: de meeste kunststoffen hebben een dichtheid tussen 900 tot 1400 kg/m3. Sommige kunststoffen drijven op water, anderen zinken in water. Hout drijft op water: 1m3 hout heeft een dichtheid van 800 kg/m3 en water heeft een dichtheid van 1000 kg/m3.  Hout drijft op water. De dichtheid van kunststoffen vergelijken met de dichtheid van metalen. Twee blokjes met hetzelfde volume in water. Eén blokje drijft op het water, het ander zinkt. Hoe komt dit? Het blokje met een massadichtheid kleiner dan de massadichtheid van het andere blokje zal drijven. Het blokje met een massadichtheid groter dan de massadichtheid van het andere blokje zal zinken. De dichtheid van kunststoffen is laag t.o.v. die van metalen. De lage dichtheid is van belang om toch nog stijve constructies te vervaardigen, zoals bijv. ommantelingen van apparaten. Staal zinkt in water: 1 m3 staal heeft een dichtheid van 8000 kg/m3.  Staal zinkt in water.

72 Hoe komt het dat een stalen schip drijft op het water? Indien deze boot een stalen blok zou zijn, dan zinkt deze zeer snel in het water. Een schip bevat veel lucht, hierdoor drijft dit schip op het water. Laadt men dit schip vol met lading, dan zal dit schip dieper het water inzakken omdat lucht vervangen wordt door de lading. In welke toepassingen voor kunststoffen wordt de lage dichtheid gewaardeerd. Transportmiddelen: lucht- en ruimtevaart, wegtransport, ... De meeste onderdelen van een auto worden uit kunststof gemaakt, omdat zij dan licht zijn. Hierdoor verbruiken zij minder brandstof, waardoor zij goedkoper rijden. Mechanisch voordeel van LLDPE t.o.v. LDPE? LLDPE heeft t.o.v. LDPE het voordeel dat bij eenzelfde ‘lage soortelijke massa’ een hogere stijfheid en vormvastheid gerealiseerd wordt. Herkennen door het meten ven hun soortelijke massa of dichtheid ρ (g/cm3) Indien men de zichtbare eigenschappen van beide soorten kunststoffen met elkaar vergelijkt, dan heeft men geen mogelijkheid om beiden te onderscheiden. Of toch? Inderdaad, uit een onderzoek naar de soortelijke massa kan men beiden onderscheiden. Metingen van dichtheid of volumemassa, methode 1 (Zie bundeltje ‘Practicum’) Eventuele toeslagstoffen zoals roet, glasvezel …, zullen de soortelijke massa sterk beïnvloeden.

Oplossing (bij 20 C) Methanol Alcohol 60% Keukenzoutoplossing, 311 g NaCl/l Verzadigde magnesiumdichloride oplossing Verzadigde calcium-chroom-aluin oplossing, 807,5 g/l Verzadigde zinkchloride oplossing

Dichtheid ρ (g/cm3) 0,79 0,915 1,20 1,34 1,62 2,01

Deze oplossingen kunnen hygroscopisch (wateraantrekkend) zijn. Ze moeten in gesloten flessen bewaard worden.

73

0,9 - 1,0 PE PP PB

PS ABS PMMA PC PA CAB POM PVC

SOORTELIJKE MASSA ρ (g/cm3 1,0 - 1,5 1,5 - 1,8 PVDC PA + GV PC + GV UP + GV EP + GV

> 1,8 PTFE SI UP + GV EP + GV

Project Schuimen hebben een soortelijke massa of dichtheid vanaf 0.4 g/cm3. Hoe bepaal je de soortelijke massa van schuimen? Werk dit uit! Voer dit uit! Noteer je besluiten! Nauwkeurige dichtheidsmetingen, methode 2 Men merkt op dat voor het herkennen van LDPE en HDPE, de dichtheid nog nauwkeuriger dient te gebeuren. Met water kan PE zeer vlug van de andere niet tot de polyolefinen behorende kunststoffen gescheiden worden. Noot: eventuele toeslagstoffen zoals roet, glasvezel ...., zullen de soortelijke massa sterk beïnvloeden. Nauwkeurige dichtheidsmeting Men vergelijkt de massa van een voorwerp uit kunststof met de opwaartse massa van hetzelfde voorwerp wanneer het zich in een vloeistof bevindt. ρ kunststof = massakunststof (g) / massakunststof in vloeistof (g) . ρ (water) (g/cm3) Nauwkeurig bepalen van de dichtheid van PE (vloeistof is methanol met ρ = 0,79 g/cm3). ρkunststof = m (g) / mo (g) . 0,79 (g/cm3) m= mo =

g g

ρ kunststof =

g/cm3

74

Gasdoorlaatbaarheid Gasdoorlaatbaarheid is bij kunststoffen vaak een belangrijke kwestie. Om welke reden zakt een met gasgevulde ballon na enige tijd naar beneden? Hoe komt het dat de banden van je fiets na een tijdje niet meer hard staan? Het antwoord is zeer eenvoudig ‘diffusie’. Geen enkele kunststof is volledig gasdicht. De gassen kunnen zich vaak door de kunststofporiën heen verplaatsen. Gasdoorlaatbaarheid kan van in een voorwerp naar buiten (ballon) of vanuit de omgeving naar de inhoud van de verpakking. Dit is niet altijd wenselijk. Bijv. melkflessen die langere tijd dicht bij geurend waspoeder staat of roomijs dat samen met prei in een vriezer wordt geplaatst. Dit verschijnsel heeft grote invloed op verpakkingen van koolzuurhoudende dranken, gesteriliseerde voorwerpen, fiets- en autobanden, rubberboten, ballonnen, ..... De gasdoorlaatbaarheid van PP is gering. Het wordt gebruikt als koekjesverpakkingsmateriaal. Het is algemeen bekend; PET(P) heeft de eigenschap om waterdamp, gassen (aroma’s) en vooral CO2 tegen te houden. Beter nog dan bijv. PVC. Polyvinylideenchloride: perfect gasdicht gerekte folies met een zeer lage gasdoorlaatbaarheid (voor verpakkingen met het CRY-O-VAC-procédé) Polystyreen (PS) wordt als verpakkingsmateriaal veel gebruikt in de verpakkingsindustrie. Is het gebruik van PS gezond en is het aromadicht? Polystyreen levert geen problemen op voor de gezondheid. Bij toepassing als verpakkingsmateriaal moet voorzien worden dat folies van dit materiaal niet helemaal "aroma"-dicht zijn. Geurstoffen in het verpakte materiaal kunnen door het PS-folie verplaatsen (diffunderen), wat het materiaal niet geschikt maakt voor alle producten. Omgekeerd kan ook van buitenaf zuurstof doordringen tot het product, en ook dat is niet altijd wenselijk. De barrière-eigenschappen van POM zijn eveneens uitstekend en POM laat vrijwel geen damp- of gasmoleculen door. Wil je een materiaal met een zeer lage gasdoorlaatbaarheid, kies dan voor polyvinylideenchloride (PVDC). Isobuteen-isopreenrubber (IIR) is zeer geschikt om er reddingsboeien uit te vervaardigen. Het heeft een zeer lage gasdoorlaatbaarheid waardoor men lang op zee kan ronddobberen. Deze rubber is ook goed bestand tegen water en heeft een goede chemische bestandheid. Hij is relatief goedkoop omdat hij veelvuldig toegepast wordt. Deze rubber wordt om dezelfde redenen ook gebruik in de bandenindustrie.

75

Kunnen flessen uit polyetheen gebruikt worden als verpakking voor etherische oliën, eau de cologne, parfums, .....?

o

Neen en dat door de gasdoorlaatbaarheid van polyetheen. De lekkere geuren zullen vrij snel verdwenen zijn. De nadelige gasdoorlaatbaarheid maken dunwandige verpakkingen ongeschikt voor het langdurig bewaren van aan bederf onderhevige artikelen (is er een behoorlijk snelle doorvoering van bv. melk, dan kan het zonder bezwaar gebruikt worden), voor verpakkingsmateriaal verbindt men de polyetheenfilm soms met andere materialen; zoals papier, aluminium, textielweefsels (katoen en jute). Niet-bruizend water?  geen probleem, tenzij dit gedurende lange tijd in een omgeving staat waar een bepaalde geur hangt. Gasdoorlaatbaarheid van buiten naar binnen de verpakking.

o

Koffie(bonen)?  Neen, aroma zal snel verdwenen zijn. Opgelet: PE is waterafstotend; vocht zal niet van buitenaf binnen dringen.

o

CO2-houdende dranken?  Neen, daarom PET(P)-flessen. Deze hebben een zeer lage gasdoorlaatbaarheid.

o

Koekjesverpakking?  Niet in geval van geurende koekjes.

Tegenwoordig vervaardigt men benzinereservoirs uit polyetheen! Is dit veilig? Zijn metalen benzinereservoirs niet veiliger? PE is een gasdoorlatende kunststof. In dit geval is gasdoorlaatbaarheid een voordeel. Brandstofgassen die tijdens warme zomerdagen ontstaan kunnen door de poriën van de brandstoftanks ontsnappen, waardoor bij een ongeval de benzinetanks niet meer onder druk staan. De kans op ontploffing is gering. Bij een ongeval kan deze tank evt. scheuren. Hierdoor druppelt de brandstof uit de tank, maar het zal zonder vlam niet zo snel ontsteken. Metalen tanks echter laten weinig gassen door en kunnen bij een ongeval door de druk bij uitzetting ontploffen. De in de tank resterende brandstof verspreidt zich zeer snel over het ganse voertuig. Inzittenden hebben weinig kans om tijdig hieruit te ontsnappen. Milieuspanningsbrosheid Polyetheen kan niet gebruikt worden als verpakkingsmateriaal voor tafelolie. (PE behoort tot de groep van de polyolefines) Wat betreft de gasdoorlaatbaarheid wel, maar LDPE is erg gevoelig voor tafelolie. Het zal bij langdurige belasting kunnen scheuren door de inwerking van de milieuspanningsbrosheid of stress cracking. Kijk maar, in de keukentoepassingen zal de tafelolie verpakt zijn in PET(P)-flessen. Geldt dit ook voor polypropeen? Polypropeen behoort toch ook tot de groep van de polyolefinen. De bestandheid van PP tegen vetten en oliën is veel beter dan LDPE.

Wat betekent: "milieuspanningsbrosheid" of stress-cracking”? Het materiaal is gevoelig én voor wat er in evt. verpakking zit én voor spanning die evt. ontstaat door druk om iets vast te nemen. Door de combinatie van beiden ontstaan er kleine scheurtjes in de kunststof, waardoor deze bij de minste spanning scheurt. (evt bij lichte druk tijdens het vastnemen tussen de vingers).

76 Polystyreen(PS) is eveneens zeer gevoelig voor stress-cracking! PS is een zeer bros materiaal en heel erg gevoelig aan milieuspanningsbrosheid. Om de bestandheid tegen vetten te verhogen wordt PS gecopolymeriseerd tot SAN. SAN wordt ook spanningsongevoelig of chemisch bestendig polystyreen genoemd. Maar het bestanddeel acrylnitril is vochtaantrekkend. SAN absorbeert water uit de lucht: voordrogen is nodig. Het vocht veroorzaakt zilverachtige strepen aan het productoppervlakte. Door de vochtaantrekking heeft SAN weer minder goede elektrische eigenschappen. Polycarbonaat (PC) is ook gevoelig voor olie-inwerking (milieuspanningsbrosheid). Om scheurvorming door stress cracking te voorkomen mag de vervorming van het materiaal door belasting niet boven de 1,9% komen. Scheurvorming door spanningen is te beperken door gebruik te maken van glasvezelvulling. Het gebruik van inserts(insert moulding) is af te raden. De metalen cilindertjes worden handmatig of per robot in de matrijs ingelegd en nadien wordt het overspoten met de kunststof. Dit doet men op een normale 1K machine. In dit geval zijn inserts toegestaan, maar zelftappers beperkt toepassen. Vroeger gebruikte men vaak metalen inserts. Bij dit wieltje wordt een 'slijtvaste PA-GF insert' gebruikt. (Template ‘2K – 3K-toepassingen). PA-GF is Poly Amide Glass Filled, 30% glasvezel. Reden: slijtvast lager van het wieltje. Dit is een vervanger van een metalen insert, omwille van de prijs. Gebruik de voor polycarbonaat specifieke zelfsnijdende tappers. Bij PET(P) is de gevoeligheid voor spanningsscheuren beduidend lager. Denk aan onze olijfolieflessen in de keuken.

Vochtgehalte in kunststoffen Door vocht kan bij sommige materialen ontleding van de smelt ontstaan. De aanwezigheid van vocht is meestal ongewenst bij de verwerking. Dit betekent dat bepaalde kunststoffen, die van natuur uit hygroscopisch (wateraantrekkend) zijn, voor het spuitgieten of het extruderen voorgedroogd moeten worden. Vocht kan bij sommige materialen door een chemische reactie (hydrolyse) "verkorting van de gemiddelde ketenlengte van de macromoleculen" van de smelt doen ontstaan met een lagere smeltviscositeit tot gevolg. Dit komt de verwerkbaarheid van het materiaal soms ten goede, maar macromoleculen beïnvloeden op nadelige wijze de eigenschappen van de gevormde producten. (polyamide en polycarbonaat zijn hiervan bekende voorbeelden). Hoe kan je bepalen of kunststoffen vocht (water, benzine of andere stoffen) aantrekken en waarom kan PE zo moeilijk gelijmd worden? Dit kan men verklaren met het volgend proefje. PE-plaatje met waterdruppel bevochtigen:

77

Hou het plaatje nu langzaam schuin, teken hier wat je opmerkt. Polaire vloeistof (waterdruppel) op PE Wat bemerkt men nu? Wanneer men het PE-plaatje schuin houdt en de waterdruppel laten aflopen bevochtigt de waterdruppel het PE-plaatje niet. De waterdruppel loopt af zonder het plaatje te bevochtigen. Het PE-plaatje trekt de waterdruppel zichtbaar niet aan. Besluiten: Polaire stoffen trekken elkaar aan. Dit is een zeer eenvoudige (en goedkope) methode om tekenen van dipooleigenschap op te sporen. Apolaire vloeistof (benzinedruppel) op PE Wat bemerkt men nu? Wanneer men het PE-plaatje schuin houdt en de benzinedruppel laten aflopen bevochtigt de benzinedruppel het PE-plaatje. De benzinedruppel loopt af en bevochtigt (kleeft) aan het plaatje. Het PE-plaatje trekt de benzinedruppel zichtbaar aan. Besluiten: Apolaire stoffen trekken elkaar aan. Zeer eenvoudige (en goedkope) methode om tekenen van dipooleigenschap op te sporen. Meten van de vochtopname door bv. polyamiden Droogoven inschakelen op .............................................................. C en laten voorverwarmen Weegschaal inschakelen Op weegschaal 1 bakje leggen Weegschaal op nul instellen

78 100 g PA afwegen (mkamervochtgehalte) Water over de kunststof in het bakje gieten tot kunststof onderstaat Met PA en water gevuld bakje in de voorverwarmde oven zetten gedurende ........................ uur Bakje uit de oven nemen Kunststofkorrels met water in een vergiet gieten uitwendig vocht van de PA-korrels verwijderen Weegschaal inschakelen Op weegschaal 1 bakje leggen Weegschaal op nul instellen PA afwegen mna uitwendige droging= ................................................................................................... g Massa vocht in de kunststof: mvocht = mna uitwendige droging g - 100 g = ............................................. g Vochtpercentage: mvocht (g) / 100 (g) .100(%) = ....................................................................... % Besluiten: .................................................................................................................................... Wat betekent: "Een kunststof is hydrofiel?" Hydro betekent water en fiel betekent vriend. Vriend van water  Vochtaantrekkend materiaal. Een hydrofiel (deel van een) molecule is typisch elektrisch gepolariseerd en in staat tot het aangaan van waterstofbruggen. Hierdoor lost het gemakkelijk op in polaire vloeistoffen, zoals water, en minder goed op in apolaire vloeistoffen, zoals olie. Een hydrofiele stof kan echter toch gemengd worden met olie door gebruik te maken van een emulgator. PE is apolair; bijgevolg niet wateraantrekkend. Het moet niet voorgedroogd worden.

79 Polycarbonaat is hydrofiel (vochtgevoelig). De wateropname bij kamertemperatuur bedraagt 0,2% (bij een luchtvochtigheid van 65%) tot 0,36% bij onderdompeling in water. De eigenschappen worden door de vochtopname nagenoeg niet beïnvloed, wel de verwerkbaarheid. Merkwaardig is dat PC ondanks zijn evt. vochtgehalte een goede isolator blijft en de elektrische eigenschappen zijn bovendien vrijwel onafhankelijk van temperatuur en vochtgehalte. De verwerking van PC vergt de nodige aandacht. Een vochtgehalte beneden 0,02% is een eerste voorwaarde, omdat anders het gevaar bestaat van blaasvorming. Best PC enige uren voordrogen bij 120C. Polysulfon (PSu) is hydrofiel (vochtgevoelig). Maar in tegenstelling met polycarbonaat veroorzaakt het geabsorbeerde vocht hier echter geen afbraak van de moleculen tijdens de verwerking, zodat het gevolg van gebrekkig voordrogen niet tot uiting komt in vermindering van de mechanische eigenschappen, echter in verslechtering van de oppervlaktegesteldheid. De verwerking levert geen speciale moeilijkheden op. Men moet evenals bij polycarbonaat, rekening houden met de vochtopname. Voordrogen voor en tijdens de verwerking is vereist. Door de waterafstotende eigenschap van LDPE en HDPE bezitten beide kunststoffen zeer hoge diëlektrische eigenschappen, ook voor hoogfrequente stromen. Moeten niet voorgedroogd worden maar bij etheen-vinylacetaat (EVA) is voordrogen vereist (8h bij 60C). Ook polyphenyleen sulfide (PPS) is niet wateraantrekkend Polyvinylchloridekorrels (PVC-korrels) mag men vergelijken met een harde spons die zeer poreus is en hierdoor gemakkelijk vocht kan opnemen. Bij polyetheentereftalaat PET(P): is de wateropname bij temperaturen van 25 °C gering (0,1 tot 0,2% na 24 uur ), maar polybuteen terephtalaat (PBT(P) moet voorgedroogd worden. Vochtig gespoten PBT(P) geeft brosse producten. De elektrische eigenschappen van ABS zijn minder goed dan HIPS, door de vochtgevoeligheid van de aanwezige acrylnitrilgroep (hierdoor een geringe statische lading). Een opvallend nadeel dat voor alle polyamiden (PA) geldt is hun vochtabsorptievermogen. De amide functies veroorzaken hier de vochtgevoeligheid. Bij PA6 daalt de glasovergangstemperatuur van 60C (bij het droge materiaal) tot -15C bij een vochtgehalte van 10%, wat samengaat met een aanzienlijk wekere eigenschap. (Door de vochtabsorptie kunnen ze een zekere opzwelling vertonen, die gepaard gaat met "soepeler" worden en met een verandering van afmetingen, het vocht werkt als een weekmaker). Ook de maatnauwkeurigheid verandert met het vochtgehalte. Dit is voor veel toepassingen een kwalijk nevenverschijnsel. Omdat PA11 en PA12 een meer apolair PE-achtig eigenschappen hebben dan PA 6, ligt de wateropname daar met een maximum niveau van ongeveer 1,5% een heel stuk lager. Het ligt voor de hand dat voor producten waar een grote maatnauwkeurigheid wordt vereist de voorkeur uitgaat naar minder vochtgevoelige typen. Voor precisiedelen onder wisselende vochtcondities (bij vaste vochtcondities is de zwelling in de maatvoering te verwerken) wordt daarbij veelal uitgeweken naar PA69, PA610, PA11 en PA12.

80 Bij de temperaturen die voor de verwerking gebruikelijk zijn, gaat water in dampvorm over en vormt "dampbellen" in de smelt. Hoe hoger de temperatuur hoe groter het dampvolume van eenzelfde hoeveelheid vocht. Deze dampbellen veroorzaken poreusheid in de gevormde artikelen. Ook kunnen dampbellen bij het inspuiten van de smelt, langs de matrijswand worden fijngewreven en uitgesmeerd, waarbij het zogenaamde regen- of mica-effect ontstaat. Hetzelfde effect kan ontstaan, wanneer bij ontleding van de smelt gasvormige producten ontstaan. Invloed die vocht heeft op de verwerkingseigenschappen van thermoharders Bijna alle kunststoffen kennen tijdens hun verwerking een moment waarin zij VLOEIBAAR (als vloeistof) zijn en door nauwe openingen geleid worden. Ook de thermoharders! Daarom het woordje ‘vloei’. De vloei is afhankelijk van de viscositeit van de kunststof. De ‘viscositeit’ is de weerstand die een materiaal biedt tegen het vloeien. Hoe hoger de viscositeit, hoe moeilijker de vloei en omgekeerd. Thermoharders zonder teveel toevoegstoffen zijn tijdens hun verwerking (door de hoge druk en temperatuur) zo vloeibaar dat zij ondanks de hoge druk waarmee de matrijs gesloten gehouden wordt, toch bramen aan de werkstukken gevormd worden. Vocht heeft invloed op de vloei van het materiaal maar het heeft ook invloed op enkele andere belangrijke eigenschappen. Ook de doorhardingsreactie (door afkoeling) wordt door vocht vertraagd. In bepaalde gevallen, bijv. bij polyesterharsen, reageert de initiator minder goed als het vochtgehalte te hoog is. De krimp en de nakrimp wordt door vocht ongunstig beïnvloed, omdat het vocht na de vormgeving verdampt en dan een nakrimp veroorzaakt. De grootte ervan komt overeen met het percentage verdampend vocht. Dit komt vooral tot uiting bij producten van houtmeel- of cellulose gevulde phenol- en ureumharsen. De elektrische eigenschappen gaan sterk achteruit bij gebruik van vochtig materiaal. Toepassingen waarin de akoestische eigenschappen een belangrijke rol spelen Bijv.: o o o o

Luidsprekerskasten: waardoor men een zuivere weergave van de klank wenst. Rubberblokken: voor absorptie van trillingen van machines. Deze worden al lang in de industrie gebruikt. Geschuimde materialen: gebruikt in de bouwsector als akoestische isolatie. Een gevolg van de akoestische eigenschappen van de kunststoffen: de mogelijkheid tot ultrasoon lassen.

Optische eigenschappen van kristallijne en amorfe kunststoffen De kristallisatiegraad bepaalt of een polymeer al dan niet transparant is. Een kristallijn polymeer verstrooit het licht. Hierdoor zijn bijv. polyetheen en polypropeen melkachtig wit.

81 Amorfe polymeren zijn transparant (glasklaar). Zij laten licht volledig door. Belangrijke en bekende voorbeelden: PVC, PS en PMMA. PMMA is helderder dan glas. De lichttransmissie is beter dan bij glas en het heeft het vermogen om licht op een formidabele wijze te geleiden, te reflecteren en om een hoek geleiden: ‘Lightpiping’. (periscoop en product van Fremach Europ NV in KIK-OV-koffer). PMMA wordt gebruikt bij: lichtkoepels, lichtpanelen, dakbedekking, ... De brekingsindex van PMMA is ongeveer gelijk aan die van glas en verandert nauwelijks met de tijd. PMMA is zelfs helderder dan glas. Polymethylmethacrylaat is uitermate geschikt als materiaal voor het vervaardigen van armaturen voor lichtreclames en verlichte wijzerborden. De weersbestendigheid van PMMA is vrijwel onovertroffen. Na jaren verliest het niets van zijn helderheid en oppervlakteglans. Bijgevolg goed bestand tegen veroudering. Maar PMMA is niet bestand tegen polaire oplosmiddelen, ketonen, esters, ethers, aromatische en gechloreerde koolwaterstoffen (trichlooretheen, tetrachlooretheen: beide vroeger gebruikt als ontvetter en oplosmiddel in de metaalsector). Bepalen van massa- en volumepercentages van hars-, versterkings-, en andere anorganische materialen in composieten Bepaling van het asgehalte van het versterkingsmateriaal (in dit geval glasvezel) en de eventuele anorganische vul- en kleurstoffen. De verkoling gebeurde gedurende ± .0,5 uur in een moffeloven op ± 600C. Gegeven is mkroes en mstaaltje mtotaal = massa van het staal (hars, versterkingsmateriaal, vulstoffen, kleurstoffen, ... na drogen in droogoven (1u op 80C:. mbruto = massa (kroes en staal) na verkoling. mbruto = 15,21 g mkroes = massa van de kroes. mkroes = 14,90 g mglasvezel = massa van het glasvezel. mglasvezel = mbruto - mkroes =0,31g m%glasvezel = mglasvezel / mtotaal . 100 = 0,31/15,83*100= 1.95% ρ glasvezel = 2,6 g/cm3 en ρpolyesterhars = 1,13 g/cm3. mpolyester = mtotaal - mglasvezel = 15,52 g m%polyester = mpolyester / mtotaal . 100 = 98,05%

mtotaal = 15,83g)

82

V%versterking (of hars) = Vversterking (of hars) / Vtotaal . 100 (%) met Vglasvezel = mglasvezel / ρglasvezel= 0.12 cm3 Vpolyester = mpolyester / ρpolyester=13.73 cm3 Vtotaal = Vglasvezel + Vpolyester =13,84 cm3 V%glasvezel =. 0,12 . . . . . / 13,85. . . . . .100 = 0,87 % V%hars =. . .13,73 . . . . . / . .13,85 . . . .100 = 99,13 % BESLUITEN: 1. m%polyester + m%versterking = 98,05+1,95=100% 2. V%polyester + V%versterking =99,13+0,87=100% % Het betreft een harsrijk composiet met heel weinig versterking. Dit betekent een bros en gemakkelijk breekbaar materiaal. De versterking is nu harsvrij en kan gemakkelijk met handen en vingers losgemaakt worden. Men herkent zeer gemakkelijk glasweefsel. Kruip/relaxatie Kruip en relaxatie zijn normale verschijnselen voor materialen die belast worden in een bereik dat dicht bij de omgevingstemperatuur van de grondstof ligt. Wanneer een stalen plaat belast wordt op buiging, zal bij normale gebruikstemperatuur, de doorbuiging constant blijven in de tijd. Dit zal niet het geval zijn bij kunststof. Hoe langer hier de belasting duurt, hoe sterker de plaat zal doorbuigen. Dit verschijnsel noemt men kruip. De kruip is afhankelijk van de temperatuur en dit zelfs bij normale omgevingstemperatuur. Voor een gegeven belasting kan bij elke temperatuur en duur van de belasting de vervorming worden bepaald waarmee rekening dient gehouden te worden bij het construeren met een kunststof. Onder relaxatie verstaat men, de afname in de tijd van de spanning teweeggebracht door een constante vervorming. Slagvastheid De slagvastheid is de weerstand die het materiaal biedt tegen schokken en stoten. Welke kunststoffen zijn gekend om hun goede slagvastheid: HDPE, PE, PC, ABS en o.a. MELAMINE zijn gekend om hun goede slagvastheid.

83 Polystyreen (PS) heeft een slechte slagvastheid. Om de slagvastheid van PS te verbeteren, copolymeriseert men PS met de rubbercomponent butadieen. Hierdoor neemt de taaiheid toe. De slagvastheid van PS hangt af van het butadieengehalte. Dit bedraagt: 4...8%. Hoe groter dit percentage hoe slagvaster PS. Men bekomt zo de IPS-polystyreensoorten: Bij weinig butadieenpercentage  LOW IMPACT PS (LIPS) Bij lager butadieenpercentage  MEDIUM IMPACT PS (MIPS) Bij een zeer hoge butadieenpercentage SUPER HIGH IMPACT PS (SHIPS) Hardheid Is de weerstand die een kunststof biedt tegen het indringen van een indruklichaam van een harder materiaal. Wrijving bij kunststoffen Soms is wrijving gewenst: rubber banden op de weg, Op andere momenten is wrijving ongewenst: toetsen van kader van het radio CD-systeem De wrijvingscoëfficiënt is een belangrijke grootheid voor toepassingen als glijmateriaal, vb. lagers. De wrijvingscoëfficiënten van kunststoffen vergelijken met deze van metalen. De wrijving is het laagste tussen kunststoffen en kunststoffen met metalen. Bij metalen onderling is de wrijving groter. Verband tussen slijtage en hardheid van een kunststof Naarmate een voorwerp harder is zal de slijtage kleiner zijn. In welke toepassingen voor kunststoffen wordt een lage wrijvingscoëfficiënt gewaardeerd? Lagers, autobanden, en alle toepassingen waar geen of zeer weinig wrijving mag voorkomen (tandwielen). Welke kunststoffen zijn gekend om hun goede wrijvingscoëfficiënt? PA, PTFE, POM De hoge hardheid en gladheid van POM-oppervlakken hebben een gunstige uitwerking op de glijeigenschappen en de slijtage. Molybdeensulfide en PTFE worden toegevoegd om de glijeigenschappen extra te verbeteren. Oliesmering is in principe overbodig, maar wordt aanbevolen om de warmteontwikkeling te beperken.

84 Voor- en nadelen van kunststoflagers Voordelen: o

Worden niet door corrosie aangetast.

o

Geen of weinig smering nodig.

o

Kunnen slijtdeeltjes opnemen

o

Zijn elastisch

o

Geluidsarm

Nadelen: o

Het lage warmtegeleidingsvermogen

o

Hoge uitzettingscoëfficiënt (extra speling nodig)

o

Mechanisch zwakker (te gebruiken bij lage belastingen en lage snelheden).

Wrijvingseigenschappen van rubber Bij rubber is de wrijving van belang in loopvlakken van autobanden. De wrijving blijkt voornamelijk bepaald te worden door de mechanische verliezen bij trillingen met hoge frequentie. Een rubber met zeer lage verliezen zoals BR, dat een zeer hoog terugverend vermogen vertoont, heeft een lage wrijving en kan daarom niet ongemengd in loopvlakken worden toegepast. Door mengen met andere rubbers (NR, SBR) wordt voor elke toepassing het beste compromis gezocht tussen slijtage, warmteverliezen en wrijving. Slijtage Heeft te maken met (ongewenste) wrijving of erosie (lichtreclame in weer en wind). Helvoet Lommel verwerkt thermoharders en vooral phenolformaldehydematerialen. Thermoharders zijn een tijdje op de achtergrond verdrongen door de met glasvezel versterkte thermoplasten en dat door het feit dat de cyclustijd om een thermoharderproduct te verwerken groter is dan bij thermoharders. Nadat een thermoharderproduct via het spuitgieten in een spuitgietmatrijs ingespoten wordt, wordt de matrijs niet gekoeld zoals bij de thermoplasten maar nog eens extra verwarmd om het vernettingsproces te laten verlopen. Dat is in wezen het enige grote verschil met het spuitgieten van thermoplasten. Daarna is het product keihard (en zeer heet) en kan het uit de matrijs uitgestoten en verder mechanisch verwerkt worden.

85 De stijfheid van een materiaal i.f.v. de temperatuur met aanduiding van de mogelijke verwerkings- en bewerkingsvormen Wat verstaat men onder stijfheid? Het materiaal buigt moeilijk door In welke toestand bevindt een ketchupfles zich bij kamertemperatuur? In de rubberfase: het materiaal is kneedbaar zonder dat het breekt. Welke van de volgende voorwerpen heeft de hoogste stijfheid (E-modulus): springplank, hengelstok, ketchupfles, bureaustoel? Bureaustoel: het moet voldoende stijf zijn om een goede ondersteuning te bieden. Er zijn twee soorten van stijfheid: Materiaalstijfheid: dit is de materiaalconstante E (elasticiteitsmodulus in N/mm2) Constructiestijfheid: is afhankelijk van de vorm en de afmetingen I (traagheidsgrootheid mm4) Verhogen van de treksterkte en de elasticiteitsmodulus (materiaalstijfheid) Veel kunststoffen zijn taai en stijf. De treksterkte en de elasticiteitsmodulus kunnen verhoogd worden door versterkingsmaterialen te gebruiken (glasvezel, aramidevezel, ...). Andere kunststoffen zijn zeer buigzaam PE-deksels, PP-schanieren. Belangrijk wat betreft de treksterkte! De duur van de belastingen waaraan kunststoffen zijn onderworpen, samen met de grootte van de belasting. Temperatuursinvloeden. Veroudering. Het gedrag van de materialen als deze gelijktijdig onderworpen zijn aan verschillende factoren, zowel mechanische, thermische als chemische. Elasticiteitsmodulus (of stijfheidsfactor): Dit is een typische materiaaleigenschap. Het is de verhouding tussen spanning en vervorming (N/mm2). De E-modulus (N/mm2) is een maat voor de stijfheid van een materiaal en is voor ieder materiaal (bij kunststoffen bij kamertemperatuur) constant. De E-modulus wordt bepaald door de trekproef, de buigproef, de drukproef, ..... Opgelet: de vervorming mag niet groot zijn. Bij de wringproeven bepaalt men de G-modulus (ook constant voor metalen). Voor metalen is er een verband tussen E en G. Bij composieten is dat niet zo omdat composieten niet homogene materialen zijn.

86 Oefening:Bepaal voor onderstaande materialen de afmetingen van de balkjes opdat zij een gelijke stijfheid tegen buiging hebben. E.I = constant Gegevens: Estaal= 203 000 N/mm2

EPE= 900 N/mm2

Ealuminium= 69 000 N/mm2

Ecomposiet= 30 000 N/mm2

Ekoper= 125 000 N/mm2

EPVC= 3 300 N/mm2

Emessing= 77 000 N/mm2

EPMMA= 8 000 N/mm2

Men besluit balkjes te fabriceren die een gelijke stijfheid bezitten. De breedte van deze balkjes is 20 mm. Bepaal de dichtheid, E.I, de oppervlakte van de doorsnede en de massa/cm product van deze materialen (zie onderstaande tabel). De oppervlakte van de doorsnede van het balkje uit staal is 2 cm x 2 cm = 4 cm2. Materiaalsoort

Dichtheid (g/cm3)

Hoogte h (cm)

Oppervlakte A (cm2)

Massa/cm (g)

Traagheidsmoment I (cm4)

Staal

7,84

2

4

31,36

1,3333

Aluminium

2,81

2,86

5,72

16,07

3,9227

Koper

9,8

2,35

4,7

46,06

2,1653

Messing

6,86

2,76

5,52

37,86

3,5151

PE

0,91

12,17

24,34

22,14

300,7407

Composiet

1,5

3,78

7,56

13,53

9,0222

PVC

1,36

7,89

15,78

21,46

82,0202

PMMA

1,18

5,87

11,74

13,85

33,8333

Besluit: o Composiet heeft hier de beste combinatie-eigenschappen wat betreft volumemassa, stijfheid, afmetingen, ... Maar doch wil ik even voorbehoud maken voor de prijs, want deze is hier niet in rekening gebracht. De prijs van composieten ligt op dit ogenblik nog

87 redelijk hoog. Wanneer composieten meer zullen gebruikt worden zal de prijs dalen. o

Doorsnede van de balkjes van deze verschillende materialen

o

Tien toepassingen waarvoor dit composietmateriaal kan worden gebruikt  Sport en ontspanningsapparatuur  Transport op de weg: auto's, autobus, vrachtwagens (gecombineerd met isolatie)  Transport op het water (gecombineerd met isolatie)  Transport in de lucht (gecombineerd met isolatie)  Koffers, reistassen  Tuingereedschappen  Weginfrastructuur met inbegrip van bruggen  Waterontkalksystemen  Vaten en reservoirs voor chemische stoffen  Leidingsystemen voor chemische stoffen

Welke nabewerkingen kunnen er bij thermoharders uitgevoerd worden wat niet kan bij thermoplasten? Thermoharders zijn zo hard dat ze geschuurd en gepolijst (leppen) kunnen worden. Opgelet: leppen kan ook op ringen, zodat zij perfect overal de juiste dikte hebben. Het dient om de juiste maatnauwkeurigheid en een goede oppervlaktegesteldheid te bekomen. Thermoplasten zijn meestal te zacht om ze met een schuurmiddel te bewerken. Bij de vezelversterkte thermoplasten komen sommige vezeltjes voor een gedeelte bloot te liggen. Zo krijg je het omgekeerd effect dan beoogd wordt. Uit wikipedia: Leppen is een verspaningstechniek. Het is een vorm van slijpen waarbij de korrels zich los tussen het gereedschap en het product in bevinden. De korrels vormen samen met olie een leppasta, of met petroleum een lepvloeistof. Het product en het werkstuk glijden in onregelmatige bewegingen over elkaar heen, met de leppasta ertussen. Hierdoor schuren de korrels zowel over het product als over het gereedschap, zodat van beide materiaal wordt afgenomen. Leppen worden gebruikt voor in gaten, het gereedschap is dan kegelvormig. Tijdens het leppen worden de korrels versplinterd, waardoor steeds

88 fijnere korrels ontstaan en op het product een zeer glad oppervlak ontstaat. Leppen wordt onder meer toegepast bij de fabricage van zuigerringen, koppelingsringen en onderdelen voor meetapparatuur. Van welke factoren hangt slijtage af? Beschadigingen aan het oppervlak waardoor gewichtsvermindering optreedt. Slijtagebestendigheid stijgt met toevoeging van versterkende vulstoffen. Bij welke kunststoffen worden de laagste slijtagewaarden gevonden? Dit omdat zij taai of zeer hard zijn. PA, HDPE, LDPE, PP PET(P) en PBT(P). Slijtage van PET(P) De deelkristallijne PET(P)-typen hebben een uitgesproken stijve en harde eigenschap. Deze materialen onderscheiden zich eveneens door lage glij- en slijtage-eigenschappen en een goede vormvastheid, ook over langere tijd. De vormvastheid is onder mechanische belasting bij deelkristallijn PET(P) bijvoorbeeld nog beter dan van POM. Thermische uitzetting Wat is thermische uitzetting? Dit is het dimensionaal groter of kleiner worden t.g.v. temperatuursveranderingen. De thermische uitzetting van kunststoffen is 5 tot 10 keer hoger dan deze van metalen. POM: De lineaire uitzettingscoëfficiënt is met ± 100.10-6 /K hoger dan bij metalen, hoewel voor kunststofbegrippen is dit nog relatief laag Hoe kan de thermische uitzetting verminderd worden? Door toevoeging van glasvezel en andere vulstoffen kan de uitzetting verminderd worden tot ± het niveau van 1 tot 2 x deze van de metalen. Krimp in de matrijs. Zie puzzelbal in doos 5 van de koffer. Door de verschillende vormen van krimp is het zeer moeilijk om nauwkeurige stukken te vervaardigen. Nakrimp Het stuk wordt uit de matrijs genomen op een temperatuur van 40 tot 100C boven de omgevingstemperatuur. De nakrimp binnen de zone van 40 tot 100C kan belangrijk zijn en moeilijkheden veroorzaken bij een product met een geringe stijfheid. De nakrimp kan soms 1 jaar duren. Wanneer het product uitgestoten is kan het de volgende 24 uur nog 1 tot 2% nakrimpen.

89 Uitzettings- en krimpverschijnsel bij kristallijne en amorfe kunststofmaterialen Ook kunststoffen zetten uit, zelfs meer dan de meeste andere stoffen. In de vaste fase is de thermische uitzetting volgens de aangegeven waarden. Bij de overgang van vast naar vloeibaar stelt men vast: o o

Bij amorfe kunststoffen gaat deze overgang nauwelijks gepaard met structuurveranderingen. Er treedt weinig verandering in volume op. Bij de kristallijne kunststoffen is deze overgang gekoppeld aan het verdwijnen van de kristalstructuren. Hierdoor zal het volume bij deze overgang sterk stijgen.

Eenmaal de stof gesmolten is zal de smelt - ongeacht of die van een amorf of kristallijn polymeer afkomstig is – bij temperatuursverhogingen verder uitzetten. Tijdens het stollen zal de smelt eerst krimpen volgens de thermische uitzettingsregels. Bij het vast worden zal een deelkristallijn materiaal een sterke stollingskrimp te zien geven, een bij een amorf materiaal zal hier niet veel van te merken zijn. Nakrimp: Het stuk wordt uit de matrijs genomen op een temperatuur van 40 tot 100 C boven de omgevingstemperatuur. De nakrimp binnen die zone kan belangrijk zijn en moeilijkheden veroorzaken. Bij de kristallijne materialen is nakrimp extra krimp die kan optreden nadat het materiaal geheel is afgekoeld. De oorzaak is dan nakristallisatie, die samenhangt met de snelheid, waarbij het vormen van kristallijne gebieden in de matrijs plaats vond. Hoe langzamer die is verlopen, hoe groter de kristallisatiegraad is, waardoor er in een later stadium minder nakristallisatie (minder nakrimp) optreedt. Gebruikstemperatuursbereik van kunststofmateriaal Momenteel is polypropeen het goedkoopste materiaal met een temperatuursbestendigheid boven de 100C. In elk geval mogen een hele reeks kunststoffen niet aan temperaturen boven die van kokend water worden blootgesteld. De mechanische eigenschappen zijn zeer temperatuursafhankelijk Mechanische eigenschappen zoals: stijfheid, allerhande soorten van sterkte, … zijn voor alle kunststoffen temperatuursafhankelijk. In normale omstandigheden moeten kunststoffen voldoen aan de normale omstandigheden van (omgevings)temperatuur en druk (1,01325 bar). In bijzondere omstandigheden, denk maar aan de vliegtuig- en ruimtechnologie, kunnen kunststoffen aan zeer hoge en zeer lage temperaturen en drukken onderhevig zijn. Men verwijst hier naar de rubberen dichtingsring die door de vrieskou tijdens de nacht voor de lancering zijn soepelheid was verloren en die de ontploffing van de ruimtependel “Challenger”, een halve minuut na de lancering op Cape Canaveral in 1986 veroorzaakt zou hebben. Het probleem was al eerder aangekaart door een ingenieur bij een van de onderaannemers. Maar besparingen en tijdsdruk om de vluchtschema's te volgen, kregen voorrang op veiligheid. De shuttles werden tweeëneenhalf jaar aan de grond gehouden.

90

Soortelijke warmte De soortelijke warmte is klein. Het speelt een rol tijdens de afkoeling van de matrijs en in mechanische constructietoepassingen waar de verwarming belangrijk is. Warmtegeleidbaarheid bij kunststoffen Deze is bij kunststoffen zeer klein en wordt bepaald door de onregelmatigheden in de opbouw van de macromoleculen. Kunststoffen geleiden warmte meestal slecht. Sommige kunststoffen kunnen branden, Ze hebben meestal een lage brand- en delaminatieweerstand. Elektrische weerstand Kunststoffen zijn meestal elektrische isolatoren. Hun soortelijke weerstand ligt boven deze van glas en porselein. De elektrische weerstand speelt een belangrijke rol bij: o

Temperatuur

o

Vochtigheid van de kunststof en van de lucht

o

Aanwezigheid van vulstoffen

o

Verontreinigde oppervlakken

91 De elektrische ladingen kunnen afgevoerd worden door kunststoffen meer geleidend te maken bijv. door de toevoeging van roet. De diëlektrische eigenschappen zijn belangrijk bij belasting met een wisselspanning. Een gedeelte van de doorgelaten wisselspanning gaat in het materiaal verloren en wordt uitgestraald in de vorm van warmte. De eigenschappen zijn van groot belang in de elektrotechniek, voornamelijk bij zeer hoge frequenties. Polyetheen bijv. kan niet hoogfrequent gelast worden. De elektrische sterkte of doorslagspanning is tijdsafhankelijk. Bij hoge wisselspanningen wordt de doorslag veroorzaakt door de diëlektrische verliezen. De ontwikkelde warmte veroorzaakt een temperatuursstijging die gepaard gaat met een stijging van de verliesfactor. Dit gaat door tot het materiaal smelt of ontleedt met doorslag als gevolg. Bij veel lagere spanningen groeit na enige tijd een fijn kanaal in het materiaal. Deze is vaak grillig geknikt en vertakt. Dat leidt uiteindelijk zonder warmteontwikkeling tot een lokale doorslag. De elektrische sterkte daalt bij toenemende temperatuur. De elektrische sterkte is ook afhankelijk van de dikte van de folie. Dunne folies hebben een aanzienlijke hogere sterkte. Verontreinigingen kunnen aanleiding geven tot kruipstromen langs het productoppervlak. Soms kan er zoveel warmte ontwikkeld worden dat het materiaal verkoolt of dat er zelfs elektrische boogontladingen optreden met mogelijke brandrisico’s tot gevolg. PVC en phenolharsen hebben een geringe kruipstroomvastheid (Ook bij bijv. met houtmeel gevulde thermoharders). Goede kruipstroomvastheid hebben PE, PMMA, PA en PS.

Kort overzicht van de chemische eigenschappen Hiermee verstaat men het al of niet bestand zijn aan de inwerking van zuren, basen en andere chemicaliën.

o o o o o

Is het verbranden van kunststoffen aan te raden als herkenningsproef? Neen, er kunnen giftige dampen ontstaan. Doe om die reden de verbrandingsproef steeds als het laatste herkenningsmiddel. Neem de grootst mogelijke veiligheidsvoorzieningen in acht, zoals o.a. Staaltje kunststof nooit met een gasaansteker aansteken Neem een zo lang mogelijk staal. Draag veiligheidsbril en veiligheidshandschoenen Voorzie in de afgezogen ruimte steeds een metalen bakje met water om de evt. vallende druppels in te doven. Indien nodig, het brandend staaltje erin werpen. Het staaltje steeds onder dampafzuiging aansteken en laten branden.

Wanneer men toch een staaltje kunststof aansteekt, wat bemerkt men dan? Staaltje brandt zwart: ontstaan van roet door de verbinding van koolstof uit het staaltje met de zuurstof uit de lucht.

92

Komt dit verschijnsel alleen maar voor bij het verbranden van kunststoffen? Ook bij het verbranden van vlees of andere organische materialen. Meestal hebben kunststoffen een hoge chemische bestendigheid. Polyetheen (PE): Omdat het aantal toepassingen van PE zo groot is wordt het vooral uit aardolie gewonnen (d.i. een rendabele grondstof, waardoor PE vrij goedkoop is: ± 1.5 €/kg). Het zijn dus koolwaterstoffen, maar wist je al dat deze stof ook in de natuur ontstaat als rijpingshormoon in fruit? Grote hoeveelheden van dit gas worden in de fruitsector gebruikt. Het is bekend dat fruit door etheen vlugger rijpt. Doe maar eens een harde kiwi, avocado of ander fruit samen met een appel in een goed afgesloten kunststofzak. Het klinkt raar, maar na één dag is deze vrucht al doorrijp. Dit komt omdat etheen een natuurlijk plantenhormoon is waardoor vruchten sneller rijp worden. Daarom worden grote hoeveelheden onrijp fruit, vooral tropisch fruit, zonder schade ingevoerd om hier gerijpt te worden in kasten, gevuld met etheengas. Lage dichtheid polyetheen (LDPE). o Blijft branden. Brandt zelfs buiten de vlam verder met heldere vlam. o Zelfdovende typen zijn beschikbaar. o Niet U.V.-bestendig. (Zie verder) o Water- en chemicaliënbestandheid is zeer goed. o Lage dichtheid polyetheen (LDPE) is zonder voorbehandeling niet lijm-, lak- en bedrukbaar. o Redelijk lasbaar. o Bij kamertemperatuur niet oplosbaar in organische oplosmiddelen. Bij hogere temperatuur zijn ze meer gevoelig voor oplosmiddelen. o Tafelolie doet PE opzwellen. Hoge dichtheid polyetheen (HDPE) o Het blijft branden. Brandt zelfs buiten de vlam verder met heldere vlam. o UV-bestendigheid: zie verder. o Zelfdovende typen zijn beschikbaar. o Chemicaliënbestandheid is zeer goed (tegen de meeste scheikundige producten, wordt aangetast door geconcentreerd salpeterzuur en lost op in sommige oplosmiddelen boven 60 en 80C. o HDPE is zonder voorbehandeling niet lijm-, lak- en bedrukbaar. o Redelijk goed lasbaar. o Bij kamertemperatuur niet oplosbaar in organische oplosmiddelen. o Door apolair eigenschap, bestand tegen vocht. Etheen-vinylacetaat copolymeer (EVA) o Blijft branden de verbranding. o UV-bestendigheid (zie verder). o Bij kamertemperatuur oplosbaar in vele organische oplosmiddelen.

93 Polypropeen (PP) o Het is steriliseerbaar. o Uitzonderlijk is zijn weerstand tegen buigingsmoeheid.(Scharnierwerking). Wordt vaak versterkt met korte glasvezels. o Homopolymeer wordt zeer bros bij temperaturen beneden 0C. o Laagste soortelijk gewicht van alle thermoplasten (0,9 g/cm3). Lagere dichtheid dan water, het stijgt dus snel in water. o Houdt gas en aroma’s tegen (koekjesverpakking). De bestandheid tegen vetten en oliën is belangrijk beter dan PE. o Chemisch zeer goed bestendig. Ook tegen sterke zuren, sterke basen en solventen, maar niet tegen geconcentreerd zwavelzuur, salpeterzuur en benzol. Bij kamertemperatuur niet oplosbaar in organische oplosmiddelen. o Brandt langzaam en blijft branden. Zelfdovende typen zijn beschikbaar. o Door oxiderende stoffen en UV-licht wordt polypropeen bros. Zoals PE is PP U.V.-gevoelig, stabiliseren tegen U.V.-stralen is goed mogelijk, daarom is PP ook alleen gestabiliseerd op de markt te koop. PP is gevoeliger voor oxidatie dan HDPE. Bij toepassing op hoge temperaturen treedt er vrij snel oxidatie op en dit door de aanwezigheid van de CH3-groepen. Polystyreen (PS) o De chemische bestendigheid van PS (vooral tegen organische oplosmiddelen) is zeer beperkt. De meeste oliën en vetten geven geen problemen. De wateropname is met een waarde van 0,1 gewichtsprocenten na 96 uur zeer gering. o Goed bestand tegen zuren en basen. o Goed oplosbaarheid bij kamertemperatuur in organische oplosmiddelen; bijv. goed oplosbaar in aceton, methyleenchloride. o Het blijft branden. Zonder speciale toevoegingen is PS niet vlamdovend. o UV-bestendigheid (zie verder). o PS-oppervlakken kunnen, na het aanbrengen van een primerlaag, worden voorzien van een spiegelende laag door het opdampen van metalen, bijv. aluminium. Styreenacrylonitril (SAN) o Goede bestandheid tegen basen en niet te sterke zuren. o SAN is beter dan PS bestand tegen de inwerking van benzine, oliën, vetten en aromaten. Logen en verdunde zuren geven eveneens geen problemen, maar contact met geconcentreerde zuren, esters, ketonen, aromatische en gechloreerde koolwaterstoffen moeten vermeden worden. o Behoorlijk bestand tegen oliën en vetten. Wordt in de plaats van PS gebruikt als materiaal voor keukentoestellen (doorzichtige kunststof met fuméeachtige kleur). o Het blijft branden. o Niet U.V.-bestendig. High Impact Polystyreen (HIPS) o Het blijft branden.

94 o Zelfdovende typen zijn beschikbaar. o Niet U.V.-bestendig, maar dit kan verbeterd worden door U.V.- bestendige rubber (EPDM-rubber) als copolymeer te gebruiken. o Prijs: door de aanwezigheid van de rubbercomponent duurder dan PS. o Slagvaste PS kan men herkennen indien bij buiging een witte aftekening zichtbaar wordt. Het ruikt naar rubber. Acrylonitril Butadieen Styreen (ABS) o Bij acrylnitrilgehalten rond 15 gewichtsprocent steekt ABS HIPS op alle fronten de loef af. Logen, zwakke zuren, alcoholen, vetten, oliën en water laten ABS onberoerd. Geconcentreerde zuren, esters, ethers en ketonen moeten uit de buurt gehouden worden, net als aromaten en gechloreerde koolwaterstoffen. o Het blijft branden. Langzaam brandbaar. o Zelfdovende typen zijn beschikbaar. o Niet U.V.-bestendig, maar kan verbeterd worden door U.V.- bestendige rubber zoals etheen-propeen-dieenrubber (EPDM-rubber) te gebruiken. o Chemisch gedraagt ABS zich als SAN, zeer goede bestandheid tegen basen en niet te sterke zuren. Oplosbaar in solventen. o ABS is zeer goed lijm- en lasbaar, goed lak- en bedrukbaar. Methylmethacrylaatbutadieenstyreen (MABS) o Het terpolymeer MABS is transparant. o Door een deel van de styreen en de acylnitril te vervangen door methylmethacrylaat is men er ook in geslaagd transparante ABS-typen te bereiden. o Verder heeft het dezelfde eigenschappen als ABS. Is het aan te raden polystyreen te gebruiken voor het vervaardigen van voorwerpen die gedurende zeer lange tijd helder dienen te blijven? Neen, is zeer U.V.-gevoelig, gebruik buitenhuis moet worden afgeraden. Kan polystyreen herverwerkt worden? Is thermoplast, terug smeltbaar en herverwerkbaar indien het zuiver is. Polystyreen kan je wat betreft de eigenschappen goed vergelijken met andere kunststoffen. Som deze kunststoffen op. HIPS, ABS, SAN: zij behoren tot dezelfde familie. PMMA, PVC: ook bros, moeilijk verwerkbaar, breekbaar. Om welke reden(en) ontwikkelde men acrylnitril-butadieen-styreen. Welke eigenschappen hebben de afzonderlijke monomeren. Styreen: hard, helder, bros, breekbaar Om welke reden (en) ontwikkelde men superhighimpactpolystyreen.

95 Om PS dat zeer bros en breekbaar is, totaal ongevoelig te maken voor schokken en stoten. De brosheid van het pure polystyreen is een groot nadeel. Men heeft een aantal methoden gevonden om deze brosheid tegen te gaan. Men heeft gezocht naar een slagvast polystyreen, dat minder snel breekt. Acrylnitril: verbetering weerstand tegen spanningsbrosheid Butadieen: verbetering taaiheid Polystyreen breekt zeer gemakkelijk bij kamertemperatuur. In welke fase bevindt PS zich dan? Glasfase Om welke redenen worden producten uit PS veelal gespuitgiet of geextrudeerd? PS laat zich zeer goed spuitgieten en extruderen, zodat de meeste producten hieruit volgens deze methoden vervaardigd worden. Om welke reden is de productkrimp van PS gering? Door amorfe structuur is productkrimp gering (0,5...0,7%) met een maattolerantie van ±0,1 %. Kan PS verschuimd worden? Met behulp van een blaasmiddel kan men PS gemakkelijk (goedkoop) verschuimen. Men krijgt dan een zeer licht schuim, geëxtrudeerd (homogeen) PS-schuim genoemd, met een soortelijke massa van 0,013 tot 0,1 dat bij plaatdikten van 2 tot 10 cm nog een goede vormvastheid bezit. Dit schuim wordt veel toegepast als verpakkingsmateriaal en als warmte- en geluidsisolatiemateriaal. Met PS kan ook structuurschuim vervaardigd worden. Indien men de smelt van SAN met deze van PS vergelijkt, wat merkt men dan op? Beiden zijn zeer goed verwerkbaar, smelt van SAN is viskeuzer dan van PS. Andere eigenschappen komen ± overeen. Hoe is de verwerkbaarheid van HIPS en ABS? HIPS o Zeer goed verwerkbaar. o Verwerkingstemperatuur: Normaal 180...240C o Kortstondig max. 260 C o Matrijstemperatuur: 40C...70C o Herverwerking is mogelijk. o Door amorfe structuur is productkrimp gering (0,5...0,7%) met een maattolerantie van ±0,1 %. o Voordrogen is niet nodig. ABS o o o

Iets minder goede vloei dan PS maar toch voldoende Verwerkingstemperatuur: Normaal voor: Novodur 190 - 250C.

96

o o o o PVC o o o o

Cycolac 220 - 260C. Kortstondig max. 280 C Matrijstemperatuur: 40C...80C. Herverwerking is mogelijk. Productkrimp bedraagt (0,4...0,6%) met een maattolerantie van ±0,1 %. Voordrogen is nodig.

Goed bestandheid tegen zuren en basen. Oplosbaarheid bij kamertemperatuur in organische oplosmiddelen. Blijft niet branden. Is goed U.V.-bestand

Herkenning: zacht PVC (met weekmaker) brandt met een zelfdovende blauwe vlam met grauwe randen, PVC krimpt in elkaar en verkoolt, tijdens het branden ruikt het naar chloorgas. PVC-C is een nagechloreerde PVC-soort. Hierdoor wordt aan de bestaande eigenschappen van deze thermoplast een aantal voordelen toegevoegd, voornamelijk betreffende chemische weerstand en temperatuursbestendigheid (tot 100C). Het materiaal is bestand tegen zuren en basen in geconcentreerde of verdunde vorm, zoals alcohol, mineralen en plantaardige oliën. Aromatische en chloorwaterstoffen, esters en ketonen lossen het materiaal niet op. Bovendien is het uitermate chloorbestendig. PVC-C is bestand tegen een continue temperatuur van 100C en kan bijgevolg voor alle warmwaterleidingen gebruikt worden. Het materiaal is bovendien uitermate stabiel. De geringe soortelijke massa en de hoge hardheid laten, zelfs bij hoge temperaturen, een vlotte installatie toe. PET(P) o Kan kristallijn of amorf zijn afhankelijk van het procesverloop. o Zeer sterk, maatvast en impactbestendig. o Zeer goede glij- en slijteigenschappen en zijn zeer corrosiebestendig. o Zijn goed bestand tegen oliën, vetten en vele organische oplosmiddelen (solventia) o Houdt waterdamp, gassen en vooral CO2 tegen. o Kan worden gemetalliseerd. o Is al lang bekend als vezel (Terlenka, Trevira,...) o Zijn zeer goed bestand tegen oliën, vetten en vele organische solventia. o Zeer goed bestand tegen het merendeel van organische en anorganische oplosmiddelen. Alleen bij sterke zuren en alkaliën en bij blootstelling aan phenol laat het materiaal het afweten. o Vooral de kristallijne PET-typen zijn gevoelig voor hydrolyse. Langdurige blootstelling aan water op waterdamp van 70C of hoger moet daarom vermeden worden. o Bij het steriliseren van PET-producten wordt om die reden uitgeweken naar behandelingen onder ethyleenoxide-atmosfeer of bestralingen. De wateropname is met waarden van 0,1 tot 0,2 procent na 24 uur (bij temperaturen van 25C) gering

97 PBT(P): o is steeds kristallijn o Is onoplosbaar in organische oplosmiddelen o Is zeer moeilijk lijmbaar, lakbaar of bedrukbaar o Trekt water aan o Blijft branden o Is gevoelig voor UV-straling o Het kan zelfdovend gemaakt worden o Het is niet goedkoop o Heeft matige elektrische eigenschappen PA (meer types beschikbaar) o PA en PA6.6 worden het meest gebruikt. o Zijn sterke en onder geconditioneerde vorm, heel taaie kunststoffen o Zeer slijtvast, hard en hoornachtig. o Lage wrijvingscoëfficiënt, en hoog trillingsdempend vermogen. o Hoge barrière voor gassen, vetten en aroma's. o Gebruikstemperatuur: -30...100C. o Dovende eigenschap en hoge chemische bestendigheid o Heeft een zeer dunne smelt o S.g.= 1,1 kg/dm3. o Polyamiden hebben een zeer goede bestendigheid tegen allerlei organische oplosmiddelen en stoffen als water (bij kamertemperatuur), oliën, vetten en benzine gemeen. o Niet bestand zijn de polyamiden tegen sterke zuren en sterke logen. De materialen zijn ook in hoge mate weersbestendig en worden slechts in lichte mate aangetast door de inwerking van vocht, zuurstof en oxiderende stoffen. o Bij temperaturen boven 450C worden brandbare ontledingsproducten gevormd. PA is zonder speciale voorzorgsmaatregelen brandbaar en niet vlamdovend, ook na verwijdering van de vuurbron blijft het materiaal branden. o PA herkent men aan de blauwe vlam met gele toppen, het druppelt en ruikt naar verbrande wol. Het lost op in kokend mierenzuur. o Aromatische polyamiden: Lijmbaar is mogelijk met dimethylformaldehyde o Afhankelijk van het type is polyamide lijmbaar met lijm op phenolbasis of op basis van geconcentreerd mierenzuur. o PA wordt veel toegepast in de automobiel- en transportsector door hun stijfheid en bestandheid tegen chemicaliën Polycarbonaat PC o De chemische bestendigheid van PC is beperkt, vooral door de polaire carbonaatgroepen die gevoelig zijn voor hydrolyse. o De apolaire aromatische groepen in de keten zorgen weliswaar voor een zekere afscherming, maar die is onvoldoende op PC een meer dan middelmatige chemische resistentie te geven. Verdunde zuren en logen, alcoholen (met uitzondering van methanol), vetten, oliën en dergelijke vormen geen probleem. o PC is echter niet bestand tegen het overgrote deel van de organische oplosmiddelen, gechloreerde koolwaterstoffen en sterke zuren en logen.

98 o o o o

Is niet bestand tegen basen (speciaal NH3) en oplosmiddelen, wel bestand tegen verdunde zuren. De UV-bestandheid is goed. Blijft niet branden (zelfdovend), wel ontstaan er brandende druppels. Brandt knetterend onder roetvorming. In zijn zuivere vorm is PC brandbaar, hoewel zelfdovend wanneer de brandhaard wordt verwijderd. De brandbaarheid kan worden verminderd door het toevoegen van speciale additieven.

Polytetrafluoretheen (PTFE) o Zeer hoge chemische en/of thermische (van -190 °C tot 255C continu) bestendigheid. o Zeer lage wrijvingscoëfficiënt (zelfs lager dan ijs). o Moeilijk verwerkbaar. o Teflonlint is verschuimd materiaal. o Zeer duur. o Bij verbranding komen giftige fluordampen vrij. o Bij ontleding komen giftige gassen vrij, daarom moet men voorkomen dat PTFE tijdens de verwerking in tabak terecht komt. Niet roken tijdens het werken met PTFE. Geen brandproeven op PTFE uitvoeren. o Het materiaal is praktisch bestand tegen alle chemicaliën. Bij kamertemperatuur is er geen oplosmiddel bekend. Bij hogere temperatuur veroorzaken sommige oplosmiddelen bij PTFE een lichte zwelling. Dit heeft praktisch geen invloed op de mechanische eigenschappen. o Ook tijdens het sinteren komen giftige gassen vrij. In zo een geval werken in ovens met afzuiging. Polyvinylideen fluoride (PVDF) o Is niet oplosbaar in oplosmiddelen. o De bestandheid tegen zuren en basen is zeer goed behalve die tegen rokend zwavelzuur. o De continue gebruikstemperatuur bedraagt 150C, de invriestemperatuur -30 tot -40C. o Blijft niet branden. o Is UV-bestand en waterafstotend Polyoxymethyleen (POM) ook polyacetaal genoemd is niet bestand tegen (sterke) zuren, basen en oxidatiemiddelen. o o o

o o

Brandt langzaam en is niet zelfdovend. Translucent uiterlijk. Lijmen van POM vraagt voorbehandeling. Lijmen levert moeilijkheden op als gevolg van de hoge chemische resistentie. Als het niet anders kan worden hechtlijmen als cyanoacrylaten en 2-componentensystemen toegepast, in combinatie van een activering van het POM-oppervlak. Niet UVbestendig. POM leent zich ook voor het metalliseren van het oppervlak om een fraai en spiegelend uiterlijk van de producten te verkrijgen. Dit proces vindt plaats onder hoogvacuüm. Weinig chemisch verschil tussen POM homopolymeer en POM copolymeer.POM copolymeer is in vergelijking met POM copolymeer: Base(loog)bestand en is thermisch stabieler dan de POM-HOM. Lagere kristallisatiegraad dan deze van POM-HOM

99 o

Kristallijn smeltpunt van 164 tot 167 C. Dit is iets lager dan polyacetaal homopolymeer

Polyfenylether PPE o Is bestand tegen zuren en basen en slecht bestand tegen oplosmiddelen. UV-bestendigheid is slecht o PPE-mod blijft branden, speciale typen zijn zelfdovend. o PPE-mod staat bekend om zijn hoge hydrolysebestendigheid. Het absorbeert weinig water. De wateropname blijft, ook bij hogere temperaturen, beperkt tot hooguit enkele tienden van procenten. PPE-mod is daarom goed bestand tegen de inwerking van stoom (steriliseerbaar) en allerlei waterige oplossingen. o Verdunde zuren, sterke logen, detergentia, alcoholen, vetten en oliën tasten PPE-mod niet aan. Maar PPE-mod is oplosbaar in gechloreerde koolwaterstoffen, ketonen, en aromaten en in veel andere koolwaterstoffen treedt zwelling op. Zeer vele oliën vetten lossingsmiddelen geven spanningsscheuren. Polysulfon (PSu) o Chemische eigenschappen: o Is niet bestand tegen sterke zuren en oplosmiddelen o De UV-bestandheid is matig. o Is zelfdovend, wel ontstaan er brandende druppels. Polyphenyleen oxyde gemod PPO o Is bestand tegen zuren en basen en slecht tegen oplosmiddelen. o UV-bestendigheid is slecht o Noryl blijft branden, speciale typen zijn zelfdovend.

Lichtbestendigheid (weersbestendiging) Licht kan door een voorwerp weerkaatst, doorgelaten of geabsorbeerd worden. De doorlaatbaarheid van het U.V.-licht bepaalt de lichtbestendigheid. Hoe beter een materiaal de UV-stralen doorlaat, hoe lichtbestendiger het is. Niet doorgelaten UV-licht wordt door het materiaal geabsorbeerd en omgezet in energie voor het afbreken van de moleculen. Copolymeren inschakelen of antioxidantia toevoegen kan een betere UV- en weersbestendigheid teweeg brengen. LDPE en HDPE zijn niet U.V.-bestendig. Door toedoen van UV-licht wil het oxideren, waardoor het na een tijd uiteenvalt. Antioxidanten sluiten licht uit. Ook roet wordt hiervoor gebruikt. (afdekzeilen in de landbouw). EVA is goed U.V.-bestand. Stabilisatoren verminderen dit probleem. De UV-bestendigheid van de styreenpolymeren is ook niet goed, zodat buitenhuisgebruik afgeraden wordt.

100

Het butadieenrubber in de acrylon-butadieen-styreen (ABS) is er de oorzaak van dat zonder voorzorgsmaatregelen de UV- en weersbestendigheid gering zijn en dat ABS niet in transparante vorm geleverd kan worden. De therm ABS is specifiek gereserveerd voor entpolymeren waarbij gebruik wordt gemaakt van butadieenrubber. Ook andere rubbersoorten komen in principe in aanmerking. Algemeen wordt dan gesproken over AXS-verbindingen. Doorgaans wordt de keuze van de andere verbindingen ingegeven om een betere UV- en weersbestendigheid te bereiken. EPDM (etheen-propeendieenrubber) is een voorbeeld van een rubberverbinding die als alternatief in rubbertoepassingen kan worden toegepast. Bij polyvinylchloride (PVC) veroorzaakt het U.V.-licht een achteruitgang van het materiaal. Hierbij wordt zoutzuur afgescheiden. Daarom steeds UVstabilisatoren toevoegen. Bij polyamide (PA) is de UV-bestendigheid beperkt tot matig. POM kan uitgesproken slecht tegen UV-straling. Toevoeging van lichtstabilisatoren is hier noodzakelijk. Vooral roet werkt wat dat betreft zeer goed. Zonder deze stabilisatie vindt ketenafbraak plaats (waarbij ook hier het door oxidatie van formaldehyde gevormde mierenzuur als katalysator optreedt). Vooral bij dunwandige uitvoeringen kunnen de eigenschappen snel teruglopen. De weers- en UV-bestendigheid en de bestendigheid tegen andere energierijke stralen van PC is goed. Een speciale kras- en UV-bestendige laag die op PCplaten wordt aangebracht verbeterd dit nog. De speciale kras- en UV-bestendige coating die bij dit soort toepassingen wordt aangebracht beschermen het materiaal tevens tegen de kwalijke effecten van bijvoorbeeld graffiti. PET(P) is in vergelijking met veel andere kunststoffen behoorlijk weerbestendig. Door toevoeging van speciale additieven (als UV-bescherming) kan deze eigenschap nog flink worden verbeterd. Hoewel het materiaal niet echt gevoelig is voor oxidatie (wat aanleiding geeft tot ketenafbraak) worden meestal toch antioxidanten toegevoegd om elk nadelig effect op dit gebied uit te sluiten. PBT(P) echter is gevoelig voor UV-straling. Brandgedrag bij kunststoffen. Kunststoffen worden vooral uit aardolieproducten vervaardigd. Brandbaarheid is hier niet uit te sluiten. Bij siliconenkunststoffen is silicium (anorganisch) het hoofdbestanddeel. Men maakt bij kunststoffen een onderscheid tussen niet brandende materialen, zelfdovende materialen en brandbare materialen. Vele materialen kunnen zelfdovend gemaakt worden door toevoegstoffen. Voor toepassingen in de elektrotechniek en de bouw bestaan brandspecificaties voor de te gebruiken materialen. Tijdens brand is er bij de PVC-toepassingen in de bouw (ramen, deuren, koepels, …) het probleem van het vrijkomen van giftige gassen (zoutzuur).

101 Toxiciteit van kunststoffen. Verschillende kunststoffen worden gebruikt voor verpakking van levensmiddelen en geneesmiddelen. Het gebruik van deze materialen is onderworpen aan de richtlijnen en controles vastgelegd door de norm. Als meest gebruikte materialen komen voor: PE, PS, PVC en cellofaan, onder de vorm van gespoten of geblazen voorwerpen en filmen. Factoren die de viscositeit beïnvloeden: o o o o o

De ketenbouw (kunststofsoort) De ketenlengte (kunststoftype) Temperatuur Afschuifsnelheid Toevoegingen

Viscositeit en melt index Viscositeit = weerstand tegen vloeien. Melt index MFI (vooral toepasbaar op extrusiematerialen) MFI= aantal gram dat per 10 minuten door een bepaalde opening stroomt. MFI= aantal ml dat per 10 minuten door een bepaalde opening stroomt. Lage MFI ---> hoge viscositeit Hoge MFI ---> lage viscositeit MAAR viscositeit is ook afhankelijk van de doorstroomsnelheid. Bij verwerkingsmachines zijn er hogere doorstroomsnelheden dan in het MFI-apparaat Concrete voorbeelden: Siroop is zeer visceus. Vloeit moeilijk, heeft hoge weerstand tegen vloeien  getal meltindex is laag. Alcohol is zeer vloeibaar. Heeft een lage weerstand tegen vloeien  getal meltindex is hoog. Bij spuitgietmachines bepaalt men de vloeibaarheid op een andere wijze: Men spuit een genormaliseerde spiraal. Hoe vloeibaarder de kunststof is hoe verder ze in de spiraal geperst zal worden. Polyamide vloeit zeer goed (vergelijkbaar met het vloeien van water). Hierdoor zijn grote sluitkrachten van de matrijs nodig, anders verkrijgt men braamvorming. o

Wat bepaalt de MFI? Aantal gram kunststof dat gedurende 10’ bij smelttemperatuur door een genormaliseerde opening stroomt.

102 o

Voor welke verwerkingsmethode is MFI belangrijk? Extrusie

o

Wat is het verband tussen MFI en viscositeit? Indien viscositeit laag is is MFI hoog en omgekeerd

o

Welke van twee types PE heeft de laagste viscositeit? (Met X - aanduiden a.u.b.) O PP met MFI van 0,4 gr/10 min O PP met MFI van 1,5 gr/10 min

Algemeen betreffende viscositeit: Een dunne, laag visceus hars heeft een laag getal Een dik, hoog visceus hars heeft een hoog viscositeitgetal Invloed van de ketenbouw (kunststofsoort) op de viscositeit Het gemak waarmee de ketens zich t.o.v. elkaar kunnen verplaatsen, hangt in sterke mate af van de bouw van de ketens (of de ketens een "ruw" of "glad" oppervlak hebben). De ruwheid van de ketens wordt veelal bepaald door de aanwezigheid van kleine zijketens aan de hoofdketen (bijv. HDPE en LDPE).

Invloed van de ketenlengte (kunststoftype) op de viscositeit De ketenlengte heeft invloed op de inwendige wrijving. Hoe langer de vezels, hoe moeilijker ze zich t.o.v. elkaar verplaatsen. De vezels kunnen door hun lengte in elkaar verstrengelen en zelfs verward raken. Dit verhoogt de viscositeit. Kunststoffen worden in diverse "types" geleverd, die meestal in ketenlengte van elkaar verschillen. Grotere ketenlengten zijn meestal gunstig voor de sterkteeigenschappen van het materiaal, maar ongunstig voor de vloei-eigenschappen (de verwerkbaarheid). Soms kan ook juist voor de verwerkbaarheid een hoge viscositeit (grote ketenlengte/sterkte samenhang tussen de ketens) van groot belang zijn om het uitzakken van de smelt te voorkomen, bijv. bij het blazen van holle voorwerpen. De vloei-eigenschappen (viscositeit) van polymeren is sterk afhankelijk van de molecuulmassa. Polymeren met een lage moleculaire massa zijn vaak stroopachtig bij kamertemperatuur. Er bestaan uitsluitend lage secundaire krachten tussen de moleculaire ketens zodat ze gemakkelijk over elkaar kunnen schuiven. Met lage krachten kunnen deze materialen vervormd worden. Zij kunnen ook gedeeltelijk verdampen.

103 De viscositeit van een vloeistof kan gemeten worden door de tijd te meten die een vloeistof nodig heeft om door een gekalibreerde opening van een buisje te stromen. Indien deze waarde vergeleken wordt met de tijd die dezelfde hoeveelheid water nodig heeft dan kan men besluiten of de viscositeit van de vloeistof hoger of lager is dan water. Olie heeft meer tijd nodig dan water en alcohol minder. Invloed van de temperatuur op de viscositeit Het gevolg van de ketenstructuur van de thermoplastische kunststof is dat in gesmolten toestand de ketens zich langs elkaar kunnen bewegen. Naarmate de temperatuur hoger wordt, zal de afstand tussen de ketens groter worden (de stof zet uit), waardoor de ketens zich gemakkelijker t.o.v. elkaar kunnen bewegen. Ook wanneer het materiaal al in gesmolten toestand is overgegaan, blijft zich bij verhoging van de temperatuur de afstand tussen de ketens vergroten, waardoor de inwendige wrijving kleiner wordt. De viscositeit is laag, het materiaal vloeit beter. De smeltviscositeit van een bepaald materiaal wordt dan ook in hoge mate beïnvloed door de temperatuur. Invloed van de afschuifsnelheid op de viscositeit De kunststofsmelt verplaatst zich min of meer "laagsgewijs" in de stromingsrichting. Hierdoor bestaat er wrijving tussen de lagen. Door de krachten, die hierbij in het spel zijn, hebben de vezeltjes, waaruit de smelt is opgebouwd, de neiging om zich min of meer in de stromingsrichting te gaan oriënteren (richten). Hoe groter de afschuifspanning en hoe groter de afschuifsnelheid, hoe sterker deze neiging is. Het gevolg van deze stromingsoriëntatie is dat de ketens zich hierdoor gemakkelijk t.o.v. elkaar gaan verplaatsen, omdat zij "gelijkgericht" zijn en daardoor minder gemakkelijk verstrengelen of "in de knoop geraken". Samenvatting: door hoge afschuifsnelheden daalt de smeltviscositeit en dat t.g.v. de stromingsoriëntatie. Dit effect versterkt naarmate de ketenlengte vergroot, m.a.w. meestal zal een smelt met een hoge viscositeit sterk afschuifgevoelig zijn en een smelt met een lage smeltviscositeit niet. Invloed van de inwendige smeermiddelen op de viscositeit De wrijving tussen de ketens kan in meer of mindere mate worden verlaagd door de toevoeging van "inwendige smeermiddelen". Deze stoffen worden mee in de kunststofkorrels ingebracht en moeten bestand zijn tegen de hoge verwerkingstemperatuur van de kunststof. Zwellingsverschijnsel dat optreedt bij het verwerken Kunststofsmelt is zeer elastisch en dat is van belang bij het extrusieproces, vooral bij het vormblazen (flesgewicht) en profielproductie (maatverschillen tussen extrusieopening en kalibreerbus). Wanneer de smelt van een thermoplast door een nauwe opening geperst wordt, zwelt deze direct na het verlaten van de opening.

104

Verwerkingsproblemen bij kunststoffen Smeltbreukverschijnsel dat optreedt bij het verwerken Bij extrusieprocessen, vormblazen en kabelommantelingen kan de smelt zich onvoldoende plastisch gedragen en is er een kans op smeltbreuk. Dit treedt op wanneer een smelt stromend uit een opening, bij verhoging van de stroomsnelheid, plotseling niet meer glad van oppervlakte is. Problemen die optreden door de "Oriëntatie van macromoleculen" na de verwerking. Als men een kunststofsmelt met een hoge snelheid door een nauwe spleet perst dan oriënteren de macromoleculen zich in de stromingsrichting. Bij het spuitgieten kan voorkomen dat de kunststofsmelt zo wordt afgekoeld dat in het afgewerkt product, de macromoleculen in één richting gerekt parallel naast elkaar liggen. Bij een temperatuursverhoging van het afgewerkt product kan dit scheeftrekken tot gevolg hebben. Het product wordt brosser t.g.v.de ingevroren spanningen. Deze verschijnselen vermijden door het gesmolten materiaal tijdens de vormgeving zoveel mogelijk de echte vloeistoftoestand te doen benaderen. Optreden van de ontleding en de verbranding van de smelt Ontleding of verbranding treedt op wanneer thermoplasten aan hogere temperaturen blootgesteld worden. Men herkent verbranding van de smelt door de geelachtige, bruine tot zwarte verkleuring van het materiaal. Ontleding en verbranding zijn afhankelijk van: o o

De oververwarmingstemperatuur: dit is afhankelijk van de tijd waarop het materiaal op deze hogere temperatuur gehouden wordt. Sterke oververwarming over een zeer korte tijd is meestal minder nadelig dan langdurige oververwarming bij veel minder hoge temperaturen. Een goede doorstroom van de smelt, waarbij haperingen t.g.v. de zogenaamde "dode hoeken" vermijden. Kunststofsoort; hier bestaat een groot verschil in gevoeligheid voor oververhitting of thermische stabiliteit. Sommige kunststoffen kunnen maar gedurende zeer korte tijd tot boven de minimale vormgevingstemperaturen worden verhit (PVC) andere kunststoffen hebben een veel ruimer verwerkingsgebied (PE, PA).

Verbranding treedt meestal op bij de aanwezigheid van (lucht)zuurstof. (langdurig verblijf bij hogere temperatuur) Verbranding van de kunststof in de matrijs treedt op, wanneer het ontluchting in de matrijs onvoldoende functioneert. De in de matrijs aanwezige lucht wordt bij de injectie van de smelt in de caviteit zo snel samengeperst dat de temperatuursverhoging, die als gevolg daarvan ontstaat, verbranding van de smelt veroorzaakt (het zogenaamde dieseleffect).

105

Verwerken van thermoharders Gedrag van thermoharders bij verwarming Thermoharders blijven hard bij verwarming. De stijfheid blijft ± constant. Bij een bepaalde temperatuur neemt de stijfheid even een weinig af. Is de ontledingstemperatuur bereikt, dan ontleedt de thermoharder. De onderdelen verbranden. De thermoharder brandt. De stijfheid neemt zeer plots af tot nul. (verticale val van de E-modulus). Factoren waarvan de vloei van thermoharders afhankelijk is o

De materiaalsoort: Epoxyharsen vloeien gemakkelijker dan polyesterharsen, terwijl phenolformaldehydeharsen meestal beter vloeit dan ureum- en melamineformaldehydeharsen.

o

De korrelverdeling: Hoe regelmatiger het korrelig materiaal, hoe gunstiger is dit voor de vloei. Vermeden moet worden, dat het materiaal erg grof of juist erg fijn van korrel is. Bij een ongelijkmatige korrelgrootte treden soms grote verschillen op in de vloei, waardoor het onmogelijk wordt de productieomstandigheden te beheersen.

o

Het vochtgehalte: Het vochtgehalte van het materiaal heeft een grote invloed op de vloei. Gevoelig zijn vooral materialen met een organische vulstof zoals houtmeel, papier, of cellulose, die gemakkelijk vocht aantrekken. Hoe hoger het vochtgehalte in het materiaal is, hoe beter vloeit het. Hieruit mag echter niet worden afgeleid, dat een (vrij) hoog vochtgehalte gunstig zou zijn. Integendeel, door een (te) hoog vochtgehalte zullen andere eigenschappen vaak verslechteren.

o

Soort en hoeveelheid vulstof: Deze hebben een invloed op de vloei. Het ligt voor de hand, dat vooral hoge percentages vulstof de vloei nadelig beïnvloeden.

De invloed van de krimp van de vulstof op de verwerkingseigenschappen van thermoharders tijdens de doorhardingsreactie. Onder krimp wordt het verschil tussen de matrijsholte en het daaruit vervaardigde product verstaan. Nakrimp is de krimp die buiten de matrijs plaatsvindt. Deze krimp is vooral afhankelijk van de materiaalsoort en de vulstof, terwijl daarnaast de verwerkingsomstandigheden een belangrijke rol spelen. Bij de doorhardingsreactie van sommige thermoharders komt water vrij, wat resulteert in een grote nakrimp. Dit is het geval bij phenol-, ureum-, en melamineformaldehydeharsen. (Er zijn PF-types waarbij de krimp relatief klein is) De vulstof is van grote invloed op de krimp. Meestal wordt door vulstoffen te krimp verminderd. Niet alleen de soort, maar meer nog de vorm, waarbij de vulstof is gebruikt, speelt hierbij een rol (poedervormig of vezelachtig).

106 Algemene regels die gelden voor de krimp van thermohardermateriaal wanneer vulstoffen worden gebruikt. Additieven: - Vaste, vloeibare of opgelost in het monomeer - Worden toegevoegd in kleine hoeveelheden - Geen invloed op mechanische of mechanische eigenschappen - Stabiliseren monomeren of polymeren voorbeelden: - Weekmakers te wijzigen mechanische eigenschappen - Glijmiddel: vereenvoudiging van de verwerking - Anti-oxidanten en UV-filters: bescherming tegen veroudering - Antistatische middelen, vlamvertragers, blaasmiddelen, kleurstoffen: het opwekken van producteigenschappen Composiet: vulstoffen en matrix moet chem. obligaties of intermoleculaire krachten met elkaar zo dicht mogelijk aangesloten. Als algemene regel geldt dat: o

Met organische vulstoffen een grotere krimp optreedt

o

Minerale vulstoffen meestal een kleinere krimp geven

o

Hoe meer vulstoffen het materiaal bevat, hoe kleiner de krimp is. Er wordt minder polymeer gebruikt, dus minder krimp. Vulstoffen zijn vaak anorganisch die bij de verwerkingstemperaturen van de kunststoffen niet smelten. Van deze kant uit kan er dus geen krimp optreden.

o

Vezelige vulstoffen geven minder krimp dan andere vulstoffen.

In dit geval moet gewezen worden op het anisotroop gedrag van vezelige vulstoffen. Deze zullen de neiging hebben zich te oriënteren in de vloeirichting. Het gevolg daarvan is dat de krimp in de lengterichting van de vezels (vloeirichting) kleiner is dan de krimp dwars op de vloeirichting. Er ontstaan zo krimpverschillen in hetzelfde product, die enige tienden procenten kunnen bedragen. Hierdoor treedt vaak vervorming op (kromtrekken) of er ontstaan hoge inwendige spanningen in het artikel.

107

Een bijzonder rubber Thermoplastische elastomeren of thermoplastische rubbers (TPE) Het verschil tussen rubbers en TPE's is dat de polymeerketens bij rubber chemisch aan elkaar verbonden zijn en bij TPE's niet. TPE's zijn mengsels met een hard en een zacht gedeelte. Men kan dat vergelijken met boomstammen die op een rivier drijven. De niet smeltbare rubberdeeltjes en de smeltbare matrix zijn beiden in de vaste toestand. Wanneer deze TPE verwarmd wordt smelt enkel het thermoplastisch gedeelte. Het ontsmeltbaar gedeelte kan zo via de gesmolten massa tijdens de verwerking verplaatst worden. Bij kamertemperatuur zijn TPE’s rubberachtig hard. TPE's hebben het voordeel dat ze als normale thermoplasten te verwerken zijn. Dat maakt de productie eenvoudiger en goedkoper. De rubbers verslaan de TPE's door hun goede temperatuursbereik en elasticiteit bij lage temperatuur.

108

Concrete toepassingsvoorbeelden voor kunststoffen PE: Polyetheen Van loden buizen tot kunststofleidingen Tot 1950 waren de drinkwateraanvoerbuizen op straat en in de woningen loden waterleidingsbuizen. Na 1950 schakelden men over op koperen of gegalvaniseerde leidingen. Dankzij de renovatie van woningen en de vernieuwing van het gemeentelijk waterleidingsnet zijn de loden buizen vervangen door deze uit kunststof. Door de apolair eigenschap is polypropeen PP en polyetheen PE waterafstotend. Beiden komen hiervoor in aanmerking. Beide kunststoffen staan aan de top wat betreft de milieuvriendelijkheid. Ze lossen niet op en geven bij verbranding slechts koolstofdioxide, water en warmte vrij. Koolstofdioxide kent men als bubbels in frisdrank. In de life-cycle-analyses komen PE en PP beter uit de bus dan papier. Daar tegenover is lood is een zeer giftige stof waaraan de blootstelling zo klein mogelijk moet gehouden worden en dat vooral bij kinderen en zwangere vrouwen. In drinkwater komt lood voor door het oplossen van het lood uit oude gelode watertellers en uit de buizen, verbindingen en soldeersels van oude sanitaire installaties (loodgieterij). Het vrijkomen van lood is afhankelijk van de zuurgraad (pH), de temperatuur, de hardheid en de tijd van stilstand van het water in de buizen (vb. meer lood na langdurige afwezigheid). Zacht, zuur water absorbeert het meeste lood (en eventueel andere metalen) uit de leidingen. Bij renovatiewerken raden we aan de nog aanwezige loden leidingen volledig te vervangen. Een loden waterleiding is grijs van kleur, een koperen waterleiding is roodbruin of lichtgroen van kleur. Ze zijn in principe te herkennen, maar veel leidingen in huis zitten in de muur of de vloer of zijn geschilderd. Vaak zijn ook maar enkele leidingen vernieuwd, meestal alleen deze die gemakkelijk bereikbaar zijn. Nog enkele tips! Zijn er nog loden drinkwaterleidingen in huis, geef dan uw zuigeling of kleine kinderen water uit flessen. Bij vervanging van het loden waterleidingsnet door deze uit kunststof, controleer dan of de aarding van uw huis nog in orde is. Als (een deel van) de aarding via de metalen waterleiding liep, moet bij renovatie in de plaats ervan een nieuw aardleidingnet voor in de plaats komen. Polyetheen wordt gebruikt voor: elektrotechniek, elektrische isolatiedoeleinden: vooral hoogfrequente toepassingen: coaxiale kabels voor TVaansluitingen en radar. Flessenkratten, melkflessen, verpakkingsfolies, zeer lichte en dunne draagtassen (foliedikte: 7 tot 10 μm), Containers en flessen voor: wasmiddelen, voedsel, lijmen, verven. De nadelige gasdoorlaatbaarheid maken dunwandige verpakkingen ongeschikt voor het langdurig bewaren van aan bederf onderhevige artikelen (is er een behoorlijk snelle doorvoering van bv. melk, dan kan het zonder bezwaar gebruikt worden), voor verpakkingsmateriaal verbindt men de polyetheenfilm soms met andere materialen; zoals papier, aluminium, textielweefsels (katoen en jute).

109 Waterleidingen, emmers, afwasbakken. Voor medische toepassingen zoals o.a. slangen, leidingen, injectiespuiten, vervangen van zieke hartkleppen. Hoge mechanische belastbare onderdelen, ruitensproeiertankje, hoes voor reservewiel, jerrycans, benzinetanks, containers. Surfplanken, speelgoed. Onderdelen van vliegtuigen, boten, treinen, allerhande machines en apparaten en noem maar op ... Meest gebruikte kunststof, is vrij goedkoop. Gevoelig voor spanningscorrosie en weinig vormvast (tafelolie doet PE opzwellen). Grote scheurweerstand en bestand tegen lage temperaturen (-40C). Voelt wasachtig aan en heeft een glad oppervlak. Goed waterdicht en lichter dan water. Hoge barrière voor waterdamp, niet voor gassen en aroma's. Goed isolerend voor hoogfrequente stromen. Bij verbranding ontstaat alleen H2O en CO2. Het is absoluut niet giftig. Het is niet zo milieuonvriendelijk als dat men soms denkt. CO2 is een basisbestanddeel in de levenscyclus van bomen en planten. Zij zetten dit gas samen met water om in noodzakelijke voedingsstoffen en zuurstof. Tegenwoordig worden door wetenschappelijke onderzoekteams om milieu- en energieredenen life-cycle-analyses op alle materialen uitgevoerd. Uit hun verslagen blijkt zelfs dat polyetheen milieuvriendelijker is dan papier.

Waarom wordt PE gebruikt als constructiemateriaal voor waterleidingen? PE is waterafstotend. Het zwelt niet door waterabsorptie en het zal dan ook niet barsten, ... Uit welk natuurlijk product kan PE bekomen worden? Uit fruit (rijpingshormoon) Proefje met stuk rijp fruit in PE-zakje met onrijp fruit. http://www.trouw.nl/tr/nl/4324/nieuws/article/detail/1313535/2007/07/30/Hoe-kun-je-keihard-fruit-sneller-laten-rijpen.dhtml Wat is XPE? Tip: kijk naar de moderne elektrische kabels. Vroeger waren zij uit VVB, nu uit XVB. De X slaat op bestraling om de dubbele bindingen die niet geactiveerd werden te activeren. Zo krijg je een betere netstructuur: een hardere slijtvastere kunststof. Bestralen kan overal waar door polymerisatie dubbele bindingen opengebroken worden. Is een na het spuitgieten gecrosslinkte versie van HDPE. Dat crosslinken kan in de matrijs gebeuren door peroxide (bij een temperatuur van 200C tot 230 C) of achteraf door een energierijke straling. Door de ontstane netstructuur treedt bij hogere temperaturen slechts een elastische verweking op. Kortstondig kan XPE tot temperaturen van 200C worden toegepast.

110

Kan polypropeen gebruikt worden voor het vervaardigen van scheepstrossen. o o o o o o

Eigenschap Reden Zeer licht drijft op water Zeer taai denk aan plooischanier Zeer sterk moet schip verankeren Chemisch goed bestendigd: verontreinigingen in water Waterafstotend: wordt niet zwaarder door wateropname

EVA: etheen-vinylacetaat copolymeer copolymeer Gebruikt voor: buigzame producten (stootranden en stopjes), PVC-verzachters, verven, ... Waarom wordt EVA gebruikt als PVC-verzachter? EVA heeft rubberachtige eigenschappen. Hierdoor kan het PVC soepeler maken. Dit is veiliger dan het gebruik van weekmakers.

Nog enkele andere toepassingen voor Polypropeen (PP) Gebruikt voor: plooischarnieren, met glasvezel versterkte machineonderdelen, scheepstrossen. (Alle drie de eigenschappen zijn al besproken!) Door zijn chemische bestendigheid en steriliseerbaarheid: injectiespuitjes, onderdelen voor hart-longmachine. Door zijn goede mechanische eigenschappen: volgende toepassingen voor auto-onderdelen: klepdeksel, sierplaatje voor radio, stuurwiel, huis voor instrumentengroep, gaspedaal met ingebouwd scharnier. Verder: stofzuigeronderdelen, schaaltjes, bakjes, onderdelen voor wasmachines. Cosmetica, fotografie, haardroogkap. Buizen voor chemische industrie en huishoudelijke en sanitaire toepassingen, chemische leidingen en gootstenen. Verpakkingsfolie. Textielweefsels, de versterkte vezel van PP neemt al in een groot aantal gevallen de plaats van PA in (dameskousen, onderlaag voor tapijten, ...).

111

PIB: Polyisobuteen Het wordt veel toegepast in folievorm voor afdichtingen, bescherming van funderingen tegen grondwater, dakbedekking, bekleding van ketels, zachte kleefstoffen, sterk gevuld voor stroken voor corrosiebescherming, ... PIB wordt vaak onderverdeeld bij de rubbers. PS: Polystyreen Voor: massa- of consumptiegoederen (binnenbekleding van koelkasten), huishoudartikelen, flitskubus, verpakkingen (wegwerpartikelen), speelgoed. Telefoontoestellen en elektrotechnische onderdelen. Constructieonderdelen met geringe belasting, dashboarden. Kijkglazen e.d. voor instrumenten. Injectiespuitjes, pillendoosjes, dozen voor suiker, zout, en Als schuim voor de verpakkingsindustrie, verschuimde artikelen, krimpfolie, …. Algemeen overzicht eigenschappen polystyreen (PS) o Glashelder, bros en krasgevoelig. o Grote dimensionele stabiliteit: enge toleranties kunnen aangehouden worden. o S.G.= 1,05 kg/dm3. o PS kan gemakkelijk verschuimd worden. o Gevoelig voor oliën en vetten (niet voor keukentoepassingen) o SAN is hier veel minder gevoelig voor (fumée-achtige kleur). o ABS kan gemetalliseerd worden (langs galvanische weg) en is een uitstekend constructiemateriaal (taai, vormvast, slag- en krasvast en vertoont een mooie oppervlakteglans) oMBS (Methylmethacrylaat-Butadieen-Styreen) is doorzichtig IPS:impact PS oHier onderscheidt men: LIPS, MIPS, HIPS, VHIPS o Voor: behuizingen voor technische apparaten en radio's (vooral draagbare radio's), T.V. en stofzuigeronderdelen, cassettes, knoppen, drinkbekertjes, yoghurtverpakking en boterkuipjes vervaardigd door het dieptrekken van folie, bloemompotverpakking, Lego (grote kinderblokken), toestelonderdelen, verpakkingen, dieptrekonderdelen, ... SAN: Styreenacrylnitril Voor: (deksels) in huishoudartikelen, accuhuizen, bouw van fijne apparatuur, radio-, lamp- (vooral in Duitsland) en fruitschalen, afdekkap platenspelers, onderdelen sapcentrifuge, raamventilator, decoratiedelen, tandenborstels, koelkastbakken, botervloot, lenzen, glazen, speelgoed, ….

112 ABS: acrylnitril-butadieen-styreen Voor: behuizingen van huishoudartikelen: stofzuigers, telefoontoestellen, walkietalkie, radio- en TV-toestellen, binnenbekleding van koelkasten, camerabuizen, deurkrukken en stofzuigeronderdelen. Carrosserieplaten, voertuiguitrustingen zoals o.a. onderdelen voor handschoenenkastje, knoppen op instrumentenbord, draaihandel van raammechanisme, sierstrip (verchroomd ABS), deksel van versnellingsbak, handvat van handrem, zijbekleding van zitting, bumpers, achterlichten, knoppen, sierstrippen, instrumentenbord en stuurwiel. Behuizingen voor bureaumachines, onderdelen voor bureauartikelen, ballpoints. Speelgoed (Lego). Onderdelen die geheel of gedeeltelijk gegalvaniseerd dienen te worden, afvoerbuizen voor Veiligheidshelmen, water en scheikundige stoffen tot 70C, Verchroomde ABS voor: sierlijsten, knoppen, handgrepen en beslag voor meubelen, deuren, koffers, ... Waarom wordt ABS veel gebruikt voor voorwerpen die aan schokken onderhevig zijn? ABS is door het rubber (butadieen) zeer slagvast

PTFE: Polytetrafluoretheen Voor: kunstmatige hoornvliezen, bloedvaten, vervanging van botten en zieke hartkleppen. Voor allerlei afdichtingen of als verschuimde tape (voor draadeinden van buizen, bijv. bij centrale verwarmingsinstallaties). PTFE is, door zijn chemische en temperatuursbestendigheid, veelvuldig te vinden in de chemische industrie in omgevingen waar met hete en corrosieve verbindingen wordt gewerkt, afdichtingsflenzen in de chemische industrie, buizen voor transport van chemische stoffen. Pakkingen, kraanpluggen. Lagermateriaal voor lage en hoge temperaturen en waar smeren onmogelijk is. Toepassingen waar een zeer lage wrijvingscoëfficiënt en zeer hoge temperaturen vereist zijn (zoals kabelisolatie in de elektronische apparatuur van vliegtuigen en raketten), TGV, , ... Coatings zool voor strijkijzer, contactverhinderende bekledingen (pannen en ketels) "Gourmet"-pannetjes, bekleding van lijmrollen en bakkerijwalsen (om aankleven te voorkomen, ,. Isolator bij condensatoren en draad, o.a. in de ruimtevaart, vliegtuigbouw, radarinstallaties en computers. Elektroindustrie, kabelindustrie (ommanteling). Als vervanging van menselijk weefsel, bijv. kunstaorta's en pacemakers. Ook bij de lambda-sonde (voor de regeling van katalysatoren in auto's) is PTFE toegepast. Mag men PTFE herkennen door de verbrandingsproef uit te voeren? Waarom? Neen, dan kunnen giftige fluordampen vrijkomen.

113 PMMA:Polymethylmethacrylaat Voor: verlichtingsarmaturen, veiligheidsglas voor vliegtuigen, afdakkappen. Kunstgebitten, botvervanging, hoornvliezen, contactlenzen, kunstogen, pleisterverband, medische instrumenten, hand- en beenprothesen, kunstmatige schouder-, heup-, en kniegewrichten, Textielvezels (Orlon), Doorzichtige modellen bv. van motoren, siervoorwerpen, ... Door zijn goede weersbestendigheid wordt PMMA zeer veel gebruikt als reclameverlichting en als armatuur voor verlichte wijzerborden. Voor lichtgeleiding in bijv. dashboard (als het product daartoe de geschikte vormen heeft, zal het licht dat ergens uitstraalt het vormstuk alleen verlaten op de plaatsen waar men dit wenst). Via blokpolymerisatie wordt bekomen: oNaadloze buizen in centrifugeergietvormen. oBlokken en platen via glas- en metaalplaten. Wat is de typische eigenschap van PMMA? Is helderder dan glas, kan licht beter geleiden dan glas en kan licht om een hoek leiden (zie periscoop en een product van Fremach).

Verwerkingsmogelijkheden van PMMA. Het kan als blok, staaf of plaat gegoten worden. Het kan polymeriseren. Het voordeel van PMMA is de vlugge polymerisatie dat de polymerisatie en de vormgeving gelijktijdig kan gebeuren, zodat er een eindproduct ontstaat zonder inwendige spanningen. Dit verklaart het ontstaan van een prachtig helder materiaal, dat nog transparanter is dan glas. Het kan gespuitgiet worden. Weinig neiging tot braamvorming. Voordrogen voor de verwerking is gewenst (3u/80C). Het kan goed geextrudeerd worden. Het kan verspanend bewerkt worden. Herverwerking is mogelijk, indien het niet wordt gebruikt voor optische doeleinden. POM: Polyoxymethyleen oVoor: kettingwielen, drukknoppen en machineonderdelen. oOnderdelen voor allerhande speelgoed. okranen. oVoertuigbouw waaronder o.a. koelventilator, carburatoronderdelen, buitenmantel van chokekabel, tandwielen van ruitenwisser, ruitensproeieronderdelen, onderdelen van het remsysteem, huis versnellingsbak, steun van stuurkolom, verstelknop van voorbank, onderdelen voor remcilinder, kabelpoli voor handrem, ... oPOM is, dankzij de inzet van speciale pigmenten, heel goed met laser te beschrijven en geeft een uitstekend contrast. Hoechst heeft daarop voortbouwend speciale typen op de markt gebracht, waarbij door het laserlicht een kleuromslag kan worden gerealiseerd. Vooral op het gebied van de

114 consumentenproducten geeft dit extra mogelijkheden. oDe toepassing van het product ligt vooral op het gebied waar eisen worden gesteld aan chemische bestendigheid, slijtvastheid, corrosiebestendigheid, geringe waterabsorptie en een grote stijfheid. oKenmerkende toepassingen zijn nog glijelementen voor centrale deurvergrendeling en voor de elektrische ramen en schuifdaken. De degelijke en betrouwbaar eigenschap van POM (hard, vorm- en slijtvast en chemisch bestendig) geeft voor deze toepassing de doorslag. oOnderdelen die van dit materiaal gemaakt worden zijn: delen voor textielmachines, ventilatorbladen, propellers voor buitenboordmotoren, oDelen voor rekenmachines en filmcamera’s. oPomphuizen en onderdelen: lagers, loopwielen, ringlagers (geruisloze werking bij transportbanden), tandwielen. oKlemconstructies, snapverbindingen. oConsoles voor bijvoorbeeld radiatoren, serviesgoed en andere huishoudelijke producten. oScharnieren, beslag en deurknoppen zijn voorbeelden uit de bouw en de meubelindustrie. Kan POM zonder problemen verwerkt worden? Neen, nooit POM na PVC verwerken (want samen kunnen zij exploseren) zonder de machinecilinder door te spuiten met een neutrale kunststof zoals bijv. PE.

Cellulosederivaten Cellulosederivaten:CN, CA, CB, CAB, ...

o

o Cellulose is natuurproduct en moet verbeterd worden, omdat het ontleedt voor de smelttemperatuur is bereikt. Op cellulose kan men de normale verwerkingstechnieken niet toepassen. Cellulose derivaten zijn meestal hoogglanzend transparant met onbeperkte kleurmogelijkheden.

Speelt de geur die een kunststof afgeeft een rol bij de materiaalkeuze? Ja, vooral bij voedingsverpakkingen. Cellulose butioraat is een kunststof vervaardigd uit hout en verzuurde boter. Het is een kunststof waar men een prachtig uiterlijk kan aan geven. Marmer- steenachtig uiterlijk. Prachtig om pralinedoosjes uit te vervaardigen maar ongeschikt voor het verpakken van levensmiddelen. CA: Celluloseacetaat Voor: daar waar een grotere taaiheid nodig is dan bij methacrylaat en polystyreen indien de veel slechtere eigenschappen en de lage werktemperaturen geen bezwaar zijn. In de elektriciteit als isolerende bekleding; als verpakkingsmateriaal (dozen met de stijfheid van karton. "Drinkrietjes", kammen en knopen Vulpen, balpen Brilarmatuur Verpakkingsfolie, boekomslagfolie. Als verpakkingsfolie zijn ze minder sterk, maar beter bestand tegen vocht dan cellofaan.

115 Kleefband: gesneden tot band worden ze gebruikt als recordertapes en voorzien van kleefstoffen als kleefband. Textielvezels. Brillen, gebruiksartikelen, handvatten voor gealchappen, ... CN: Cellulose nitraat Wordt toegepast in dunwandige artikelen. Het wordt geleverd in de vorm van plaat, folie, blok, staaf, buis, ... Speelgoed, namaakparels, tekenmallen. Beschermkappen voor rekenmachines, kammen, toiletartikelen, penhouders, verpakkingen, ... Het wordt ook gebruikt in de verfindustrie. Als eigenschap zou nog vermeld kunnen worden dat de cellulose nitraat alle andere thermoplasten in kleurbaarheid overtreft. Met transparante pigmenten kan men zeer heldere kleuren bereiken. Cellulose nitraat wordt verder gebruikt als grondstof voor de lak en lijmindustrie. CAB:Cellulose acetobutyraat Voor: buizen voor gasleidingen en aardolie-industrie (USA), reclameborden, stuurwielen (omhullingen) voor auto-industrie, brilarmaturen, sierstrippen, knoppen (handgrepen), buizenpostleidingen, rekenlinialen, toetsen voor toetsenbord, tandenborstels, penhouders, kiesschijf telefoon, handgrepen voor messen en ander gealchappen, als grondstof voor helder gekleurde lakken, koppelstukken voor waterleidingen, maat- en warmvast, technische onderdelen, ... UP:Onverzadigd Polyester Gebruikt voor bindmiddel voor kunstharsbeton, voor belastbare kleefproducten, technische gelaagde materialen (carrosserie- en tankbouw: boten, auto's, motorfietsen, ...)... Wat is een belangrijk voordeel van UP? Zij kunnen bij omgevingsdruk en omgevingstemperatuur (15-25 °C) tot ingewikkelde producten verwerkt worden. EP: Epoxyharsen Voor grote en zeer stevige constructies: boten en vliegtuigonderdelen, carrosseriebouw (TGV), Voor verven, lijmen (bindmiddel voor hoogwaardige betonproducten), lakken, gietharsen in elektronische toepassingen, ... Wat is het belangrijkste nadeel aan EP? De hoge prijs PUR: Polyurethaan Wordt gebruikt voor veel verschillende producten zoals kleefstoffen, bekledingsmaterialen, technische vormelementen, hard voor steunmateriaal, in zachte vorm voor vulmateriaal, matrassen, stoffering, geluidsabsorptiemateriaal, sponzen, ook polyurethaanrubber bestaat, ... Eigenschappen van thermoplastisch polyurethaan gelijken erg op de eigenschappen van polyamide (PA). PUR wordt meer toegepast dan PA omdat het ook

116 nog verschuimd kan worden. Wat is het belangrijkste nadeel aan PUR? De grondstofprijs Si: Siliconen Gebruikt voor technisch gelaagde materialen, (lak voor) elektrische isolatie en schoorstenen, dichtingen, hartkleppen, buizen, slangen, katheters, kleppen voor urineleiding, peesweefselvervangingsmiddel, smeermiddel, Komen Si enkel maar als thermoharders voor? Neen ook als thermoplast en siliconenrubber CF: Caseïneformaldehyde Gebruikt voor kunsthoorn: knopen, kammen, gespen,... Uit welk natuurlijk product wordt CF bekomen? Melk PF: Phenolformaldehyde Gebruikt voor technische harsen (bindmiddel voor materialen uit hout, ruw materiaal voor schuimstoffen zoals o.a. schuimen voor bloemstukken: oasis), als geperste onderdelen die sterk door temperatuur en vocht belast worden, voor elektrotechniek (hard papier) en tandwiel- en machinebouw (hardweefsel), wandbekledingen, meubel onderdelen, beschermkasten, knoppen, stopcontacten, ... UF: Ureumformaldehyde Gebruikt voor bindmiddel voor spaanplaten, schuimstof, installatiemateriaal, eet- en drinkgerei, grondstof voor lijm en verfindustrie, ... MF: Melamineformaldehyde Gebruikt voor idem als UF, decoratieve gelaagde materialen voor meubels, ... Welke oplossing kiest men om snel de warmte af te voeren die aangebracht wordt via hete kookpotten en pannen? Over het vezelhout legt men een dunne aluminiumfolie. Daarover brengt men melamineformaldehyde afwerkingslaag aan. De hitte kan via de aluminiumfolie over een grotere oppervlakte verspreid worden, waardoor de plaatselijke warmte onder de kookpot niet te hoog wordt.

117 PET(P): Polyetheentereftalaat Gebruikt voor knopenindustrie, ritssluitingen, elektrotechnische precisiestukken, transparante fles voor koolzuurhoudende dranken. Dikkere stijve PET(P) folies lenen zich tot het warmvormen van verpakkingen (trays, blisters, schotels) Als constructiemateriaal wordt PET(P) gebruikt voor slijtvaste onderdelen in de fijnmechanica, de machinebouw en de elektrotechniek: tandwielen, glijlagers, nokkenschijven, koppelingen zijn bekende voorbeelden. In de elektrotechniek wordt PET(P) ook toegepast als lampvoetjes en bij onderdelen voor schakelaars en stekkerdozen In de huishoudelijke sfeer kent PET(P) een breed toepassingsgebied in de vorm van behuizingen voor onder meer broodroosters, grillen en fondue-apparaten. Binnen de automobielindustrie is het materiaal terug te vinden in de vorm van lampbehuizingen, lampvoetjes en spiegeldelen. Door zijn eigenschap om gassen tegen te houden en zijn fysiologisch onbesproken gedrag wordt PET(P) (in zijn amorfe vorm) ook veel gebruikt in de verpakkingsindustrie. Tot de alom bekende voorbeelden behoren ongetwijfeld de PET(P)-flessen voor frisdranken en andere producten in de levensmiddelensfeer. Op dit terrein heeft PET(P) vandaag een groot deel van de markt veroverd ten koste van het traditionele materiaal glas. Ten opzichte van sommige andere kunststoffen heeft PET(P) daarbij het voordeel dat het warm afvulbaar is. Ook in de vorm van foliemateriaal wordt PET(P) veelvuldig toegepast in de verpakkingsindustrie. Een voordeel daarbij is de relatief hoge temperatuurbestendigheid, zodat de te verpakken materialen warm afgevuld kunnen worden. Andere toepassingen van PET(P)-folie zijn audio- en videobanden en in opgedampte vorm, als diëlektrisch medium in foliecondensatoren. PET(P) is al lang gekend als vezel (Terlenka, Trevira,...) en als grondstof voor video- en audio-opnames, fotografische film, verpakkingsfolie. Polyvinylderivaten: een bijzondere groep Polyvinylacetaat (PVAC) PVAC wordt verkregen uit acetyleen en azijnzuur. Eigenschappen: Polyvinylacetaat is kleurloos en lichtecht. Het is een bindmiddel en absoluut niet geschikt voor de vervaardiging van vormstukken, daar het materiaal koude vloei heeft, gecombineerd met een laag verwekingspunt. Laagmoleculaire soorten worden al bij 40 tot 50C zacht en kleverig. Bij kamertemperatuur is PVAC hard en bros. Boven het "witpunt" (12 - 16C) vormt een gedroogde laag een heldere, samenhangende, kleefkrachtige film door samensmelting van de latexdeeltjes. Door weekmakertoevoeging wordt dit witpunt verlaagd. Daarnaast hebben de weekmakers volgende effecten: -Verhoging van de plasticiteit -Verhoging van de buigzaamheid -Grotere kleefkracht op de oppervlakken -Bindkracht van vulstoffen PVAC is zeer goed oplosbaar in: alkanonen, esters, lagere alcoholen en chloorwaterstoffen. Minder goed oplosbaar in butanol, xyleen, tetrachloorkoolstof. Oplosbaar in water, benzine, hogere alcoholen, oliën, vetten en was. Toepassingen van de polyvinylgroep:

118

Polyvinyacetaat (PVAC) Gebruikt voor algemene toepassingen in houtlijm, als bindmiddel, impregneermiddelen, lakken, ... Zonder oplosmiddel: als smeltlijm Met oplosmiddel (combinatie met cellulosenitraat): als lijmstof. Emulsies: 1 tot 3μm: waterverven met pigmenten vulstof en weekmaker, kitten, spatelmassa's. Emulsies: 0,1 tot 0,3 μm: grondlaag op poreuze bouwmaterialen en appreteermiddel. Polyvinylacetaatpoeder (gedroogde emulsies): worden door roeren met water opnieuw geschikt voor verfdoeleinden. Copolymeren worden gemaakt voor analoge toepassingen: Met 15 tot 20% vinyl of acryl worden zachtere lagen verkregen. 20 tot 30% vinylchloride is het thermoplastisch verwerkbaar (hardheid stijgt en vochtopname daalt). Copolymeren van vinylacetaat en etheen worden ook veel gebruikt (EVA: Etheen-vinylacetaat copolymeer copolymeer). Polyvinylpropionaat Dit polymeer wordt toegepast als emulsiepolymeer in waterige emulsie op kleefstoffengebied en voor verven. De ontstane films zijn zeer week en elastisch, zodat toevoeging van weekmakers niet nodig is. Polyvinylformal (PVFM) Het wordt toegepast in de kabelindustrie en als grondstof bij het lijmen van aluminiumplaten in de vliegtuigindustrie. Polyvinylbutyrol (PVB) Een belangrijke eigenschap is dat het een zeer grote kleefkracht heeft, ook op zeer gladde oppervlakken. Een zeer belangrijke toepassing hierop is het veiligheidsglas. Men brengt een weekgemaakte folie van 0,3 tot 0,5 mm dikte tussen twee glasplaten in (of tegen een glasplaat), bijv. de voorruit van een auto. Wanneer het glas breekt, blijven alle scherven aan de folie plakken. De max. gebruikstemperatuur is 95 C (smelttemperatuur is 175 C) Het is zeer brandbaar en niet zelfdovend. De gassen die dan ontstaan zijn zeer schadelijk voor de gezondheid. De polyvinylacetalen hebben zeer goede elektrische eigenschappen. Verder worden ze toegepast waar chemische bestendigheid, slijtvastheid, corrosiebestendigheid, geringe waterabsorptie en een grote stijfheid geëist wordt zoals bij ventilatorbladen, propellers voor buitenboordmotoren, pomphuizen, ... Polyvinylalcohol (PVA) PVA is zeer taai, in water oplosbaar, is onoplosbaar in alle organische oplosmiddelen (oliën en andere vloeibare brandstoffen). PVA wordt gebruikt als lijm voor papier, als component van drukinkten, tandpasta's en cosmetische preparaten. De folie van PVA kan fungeren als verpakkingsmateriaal voor preparaten, die in een waterig milieu van deze oplosbare verpakking moeten worden ontdaan. PVA wordt ook gebruikt als verpakking van waspoeders, zodat de verpakking in het water oplost en zo komt het waspoeder vrij. PVA is goed bestand tegen vloeibare brandstoffen, daarom wordt het bijna altijd gebruikt voor brandstof- en olieleidingen, maar deze moeten dan uitwendig zeer goed afgeschermd worden zodat de buizen niet gaan oplossen in het grondwater. Een belangrijke toepassing van PVA is in de chirurgie. PVA wordt nl. gebruikt als hechtdraden, omdat ze langzaam en zonder schadelijke invloed oplossen in het weefsel zodat achteraf de draden niet moeten verwijderd worden.

119 Omwille van zijn taaiheid wordt het gebruikt in de lijmindustrie en bij oppervlakte behandeling van textiel en papier. PVA is in watervrije toestand bros. Deze brosheid wordt verminderd door: een gehalte aan acethylgroepen. wateropname: water werkt hier als weekmaker door toevoeging van glycerol of glycol. In deze combinatie is thermoplastische verwerking mogelijk. Door handhaving van 12% acethylgroepen wordt het verwekingspunt verlaagd, maar de treksterkte wordt groter. Toepassingen: In waterige oplossing: als schutcolloïd voor de dispersiepolymerisatie, verdikkingsmiddel voor kunststofemulsies, kleefstoffen, met kaliumdichromaat voor lichtgevoelige lagen, impregneringen van textiel en papier. Als films voor bekleding van gietharsvormen ter verhindering van het vast kleven; wateroplosbare verpakkingen, pakkingsmateriaal. Als vezels, weefsels voor beschermende kleding, filtermateriaal en netten.

Is kunststof goed voor het milieu? Weet je het antwoord dan heb je het zelf gegeven.

Recycleren van kunststoffen Recyclage moet minstens het streefdoel zijn. Kunststof en recycling Kunststofverpakkingen hebben veel voordelen. Ze zijn licht en er is weinig materiaal nodig voor de productie ervan. De houdbaarheid van levensmiddelen is meestal groter bij kunststofverpakkingen. Om milieuredenen is het van belang de verpakkingen zoveel mogelijk te recycleren. Lees verder: http://www.infocash.nl/dier-en-natuur/34-kunststof-en-recycling.html

120

Kunststofrecyclage uit kunststofafval Sinds enkele jaren beschikt het kunststofrecyclagebedrijf EKOL uit Houthalen over een tweede volledig operationele extrusielijn die een regranulaat van hoogwaardige kwaliteit aflevert. Regranulaat is uit kunststofafval herwonnen, zuivere kunststofkorrels die voor nieuwe, niet-kritische toepassingen gebruikt kunnen worden. Een klassieke extrusielijn bestaat uit de extruder, die de kunststoffen opsmelt, een matrijs, een kalibrerende eenheid die zorgt voor een snelle afkoeling en die de vormvastheid bepaalt, een koudwatertank voor afvoer van de restwarmte, een trekeenheid, een zaagtafel en een inpakmachine. Voor de nieuwe extruder werd eveneens een smeltfiltratie-eenheid en een granulatieapparaat aangekocht. Wanneer men deze apparaten aan de extruder koppelt, kan men een hoogwaardig regranulaat vervaardigen. De totale lengte van zo een installatie bedraagt ongeveer 35 meter. Gelijkaardige installaties kan men bekijken op de onderstaande korte KIK-OV-beroepenfilms. Als grondstof voor de regranulatie worden gewassen en verdichte kunststofsnippers gebruikt die voornamelijk uit polyetheen en polypropeen bestaan. Na ht opsmelten van de snippers in de extruder bij een temperatuur van 195°C wordt de gesmolten massa door een filter geduwd. Deze filter is een metalen rooster met gaatjes van 250 micrometer. Alle vervuiling die zich nog in het kunststofmengsel bevindt en die groter is dan 0.25 mm wordt door de rooster tegengehouden. De vervuiling kan bestaan uit stukjes PET (die pas bij veel hogere temperaturen smelten), stukjes hout, aluminiumfoliesnippers ... Deze vervuiling wordt van een rooster afgeschraapt en na vermaling opnieuw ingezet bij de productie van dikwandige producten. De gesmolten massa wordt achtereenvolgens door de filterrooster en door de matrijs geduwd en zo omgevormd tot draden van 3 mm diameter. Deze op spaghetti lijkende strengen worden bij het verlaten van de matrijs door een sneldraaiend mes in stukjes gesneden, waarna een waterbad voor de nodige afkoeling zorgt. Na deze afkoeling worden de korrels in een centrifuge gedroogd en in bigbags – dat zijn zeer grote zakken - opgeslagen. Het regranulaat kan voor velerlei toepassingen gebruikt worden. De producten op de foto’s zijn bij wijze van proef door de firma Del Ponti uit Hechtel-Eksel probleemloos op zijn spuitgietmachines vervaardigd uit 100% Ekol-regranulaat.

121 Op laboschaal is er uit het regranulaat zelfs een folie vervaardigd. Dit toont aan dat het regranulaat verregaand zuiver is en dus een mooie toekomst biedt voor een brede waaier van toepassingen. Een zakje met regranulaat én een verrassende toepassing zal je later in de KIK-OV-koffer terugvinden! Enkele voorbeelden: PPE-mod is goed recycleerbaar. PVC: In tegenstelling tot wat men beweert is PVC, net als de meeste andere thermoplasten, goed te recycleren: vloertegels, afvoerbuizen, tuinmeubelen en geluidsschermen zijn sprekende voorbeelden van een tweede PVC-leven. Herverwerking van PVC zacht is mogelijk.

PET(P): kan aan het eind van de levenscyclus van een product zeer goed gerecycleerd worden. Het is vandaag de meest hergebruikte kunststof. POM leent zich goed voor de chemische recycling (zie in koffer 5, templates recyclage). Dat heeft het voordeel dat het weer zuiver virgin materiaal kan worden verkregen, zonder de verstorende werking van menging en vervuiling van andere materialen. In het licht van de milieudiscussie kan het materiaal daarmee in de toekomst extra aantrekkelijk worden. Waarom is de recycleerbaarheid van een ketchupfles een probleem? Omdat een ketchupfles uit 8 verschillende lagen kunststoffen kan bestaan. 'Statiegeld tegen zwerfafval' genomineerd voor Duurzaam Lintje Supermarktondernemer Casper Heine bestrijdt zwerfafval in Eerbeek en omgeving door ‘statiegeld’ te geven op blikjes en kleine kunststof flesjes. Klanten ontvangen een milieubonus van vijf cent, die te besteden is in zijn Jumbo-winkel. http://www.recyclingmagazine.nl/nieuws/2552/-statiegeld-tegen-zwerfafval--genomineerd-voor-duurzaam-lintje.html Mogelijkheden voor het herverwerken van kunststoffen o Zeer goed herverwerkbaar omdat materialen zeer stabiel zijn: PE, PP, PS, … o Redelijk herverwerkbaar: PA. o Herverwerking is mogelijk: EVA o Herverwerking is niet aan te raden: PSu

122 o o

Herverwerking per toepassing bekijken: PPS Herverwerking is mogelijk, indien het niet wordt gebruikt voor optische doeleinden of voor gebitplaten: PMMA Gerecycleerd PMMA kan onzuiverheden bevatten die de helderheid van lenzen kunnen belemmeren.

Hergebruik van kunststoffen Enkele voorbeelden 'Statiegeld tegen zwerfafval' genomineerd voor Duurzaam Lintje Supermarktondernemer Casper Heine bestrijdt zwerfafval in Eerbeek en omgeving door ‘statiegeld’ te geven op blikjes en kleine kunststof flesjes. Klanten ontvangen een milieubonus van vijf cent, die te besteden is in zijn Jumbo-winkel. http://www.recyclingmagazine.nl/nieuws/2552/-statiegeld-tegen-zwerfafval--genomineerd-voor-duurzaam-lintje.html

Een boot gemaakt van 100% afval In Taiwan is een boot in de vaart gegaan die volledig van afval is gemaakt. De zeven meter lange boot, die bovendien gebruik maakt van duurzame energie, is ontworpen om aandacht te vragen voor de klimaatveranderingen.