View
8
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Kunststoffen
Departement TG Geel - Paul Janssen1
Kunststoffen
Diesel & stookolie70%
Motorbenzines13%
Verven, aceton,...3%
KUNSTSTOFFEN
4%
grondstoffen voor chemie7%
Benzine20%
andere10%
aardolie100%
Departement TG Geel - Paul Janssen2
Kunststoffen
Geschiedenis
– 1859 Patent cellulose – gebruikt voor koffers - GB
– 1909 Baekelant – fermolformaldehyde (bakeliet) – BE
– 1939 LDPE op productieschaal – GB
– 1955 patent op HDPE
– 1957 PP op productieschaal
De eerste kunststoffen werden aangemaakt op basis van natuurlijke grondstoffen (hout en plantenweefsel, katoen, melkeiwit,…).
Basisproduct voor de aanmaak van kunststoffen is aardolie.
Departement TG Geel - Paul Janssen3
Kunststoffen
Kunststoffen of polymeren
Poly = veel = som van “monomeren”
Vb. polyethylene = ethyleen-ketting
Toevoeging van hulpstoffen
Kleurstoffen, vulstoffen (talk), weekmakers, brand-vertragers,…
Departement TG Geel - Paul Janssen4
Kunststoffen
Naamvorming
• Naam van het monomeer
“poly” + naam van het monomeer
Polycarbonaat Polytetrafluoretheen
• Lettercodering (internationaal gekend)
PC PTFE
• Handelsnaam (merknaam)
Lexan Teflon
Departement TG Geel - Paul Janssen5
Kunststoffen
Nadelen t.o.v. metalen
– Thermische uitzetting tot 10x of meer
– Slapper
– Mechanische eigenschappen verminderen als de
temperatuur stijgt (visco-elastisch gedrag)
– Smelten bij relatief lage temperatuur bij thermoplasten
(Tg = glasovergangstemperatuur)
– Brandbaar
– Relaxeren => vormverandering na langdurende belasting
Departement TG Geel - Paul Janssen6
Kunststoffen
Voordelen t.o.v. metalen
– Lage dichtheid
– Corrosievast
– Bestand tegen veel chemische stoffen
– Elektrisch en thermisch isolerend
– Gemakkelijke vormgeving
– Onbeperkte inkleurmogelijkheden
– Lager energiekostenpakket (vrijere vormgeving)
Vb. spuitgieten
Departement TG Geel - Paul Janssen7
Kunststoffen
Vorming van macromoleculen
De vorming van macromoleculen (polymeren) kan op 3 manieren gebeuren
1. Polymerisatie
2. Polycondensatie
3. Polyadditie
Departement TG Geel - Paul Janssen8
Kunststoffen
Polymerisatie
– Monomeer => polymeer
moleculen worden als een ketting achter elkaar gekoppeld
– Bepaalde druk en temperatuur nodig om te binden
– Geen vorming van bijproducten
– vb: C2 H4 (etheen) => ( C2 H4 ) n (polyetheen)
met n = 500 - 3000
Departement TW Geel - LM 9
Kunststoffen
Polycondensatie
– 2 verschillende of identieke stoffen bij elkaar brengen
– Er ontstaat water als bijproduct (af te voeren)
Departement TG Geel - Paul Janssen10
Kunststoffen
Polyadditie
– 2 verschillende stoffen bij elkaar brengen.
– Volgorde van de atomen in de moleculen zijn gewijzigd
t.o.v. het monomeer
– Er ontstaan geen nevenproducten
– Meestal is er een katalysator en hoge druk/temperatuur
nodig
Departement TG Geel - Paul Janssen11
Kunststoffen
Moleculair gewicht
• Wordt bepaald door:
– de lengte van de polymeerketen
– atomen in de keten
• Bepaalt de eigenschappen van de kunststof
Vb. HDPE heeft heel andere eigenschappen dan LDPE
• De ketenlengte van een polymeer is een gemiddelde waarde
(ketens verschillen van lengte)
• Bepalen van moleculair gewicht vereist speciale apparatuur
Departement TG Geel - Paul Janssen12
Kunststoffen
Als het moleculair gewicht toeneemt dan:
• neemt de treksterkte toe• Neemt de buigsterkte toe• slechter te verwerken (gieten, persen, vormen,…)
Departement TG Geel - Paul Janssen13
Soorten kunststoffen
Indeling volgens de macromoleculaire opbouw
Departement TG Geel - Paul Janssen14
THERMOPLASTEN THERMOHARDERS ELASTOMEREN
KUNSTSTOFFEN
Soorten kunststoffen
Indeling volgens de chemische samenstelling
Departement TG Geel - Paul Janssen15
Soorten kunststoffen
Thermoplast Elastomeer Thermoharder
lineair of vertakt grote mazen nauwe mazen
2D structuur 2D en 3D structuur 3D structuur
geen verbindingen verbindingen veel verbindingen
Departement TW Geel - LM 16
Thermoplasten
• Lineair of vertakte ketens
• Geen verbindingen tussen ketens
• Zijn telkens opnieuw plastisch vervormbaar
• Vast => week bij temp. stijging => plastisch (Tglas)
• Uitgebreide mogelijkheden tot vormgeving
=> spuitgieten en extruderen
• Zijn de meest gebruikte ‘plastics’ (± 85%)
• Vb. polyethyleen (PE), polyamide (PA), polyacetaal (POM),…
• Kan AMORF zijn of KRISTALLIJN
Departement TG Geel - Paul Janssen17
Thermoharders (harsen)
• Driedimensionaal netwerk, nauwe mazen
• Sterke verbindingen tussen ketens
• Starre structuur
• Enkel te verwerken als ze in smeltfase zijn
• Zijn niet terug verwerkbaar (smelten niet meer)
• Bij temp. stijging => gaan ontbinden (degradatie)
• Bestand tegen hogere temperatuur
• Vb. Bakeliet, Melamineformaldehyde (MF)
Departement TW Geel - LM 18
Thermoharders (harsen)
Voorbeeld – “Duroplast”
– Mengsel van katoen en phenolhars
– Duroplast werd voornamelijk gebruikt door de “VEB SachsenringAutomobilwerke Zwickau” omwille van het gebrek aan staal in Oost-Duitsland
– De buitenbeplating van de Trabantbestaat uit Duroplast.
Departement TW Geel - LM 19
Elastomeren of rubbers
• 3D netwerk, met grote mazen
• Met verbindingen tussen ketens
• Zijn reeds week bij kamertemperatuur
• Rubberelastisch (veren terug)
• Hogere elasticiteit te verkrijgen door vulkaniseren, d.i. het behandelen met zwavel.
• Zijn niet terug verwerkbaar
• Bij temp. stijging => verschroeien
• Vb. Ethyleen-propyleen-Dieeen monomeer (EPDM)
Departement TW Geel - LM 20
Thermisch gedrag van polymeren
Tg = glasovergangstemperatuur (verwekingspunt)
Departement TW Geel - LM 21
Chemische opbouw van kunststoffen
Polymeerchemie - voornaamste bouwstenen
C, H, O, Cl en N => de bouwstenen zijn organische elementen (organische chemie)
C: 4 covalente bindingen
H: 1 covalente binding
O : 2 covalente bindingen
N: 3 covalente bindingen
Cl: 1 covalente binding
Departement TG Geel - Paul Janssen22
Chemische opbouw van kunststoffen
Enkele koolstof-waterstof verbindingenNota: dit zijn zeer korte ketens => gasvorm
Departement TG Geel - Paul Janssen23
H C C C C H
H H H H
H H H H
H C C C H
H H H
H H H
H C H
H
H
H C C H
H H
H H
Chemische opbouw van kunststoffen
In plaats van enkele binding => dubbele binding
Departement TG Geel - Paul Janssen24
H C C H
H H
H H
H C C C H
H H H
H H H
C C
H H
H H
C C C H
H H H
H HCH3
Chemische opbouw van kunststoffen
H vervangen door een ander element (groep)
Departement TW Geel - LM 25
C C
H Cl
H H
C C
H H
H H
C C
H CH3
H H
polyetheen
Polypropeen: PP
Polyvinylchloride: PVC
Departement TG Geel - Paul Janssen26
Granulaten
Departement TG Geel - Paul Janssen27
Kunststoffen
Polyetheen (Polyethylene) - PE
• LDPE • HDPE
Departement TW Geel - P Janssen 28
Kunststoffen
Polyetheen PE - toepassingen
LDPE
– “Zachte” supermarktzakjes
– Isolatie elektrische draden
– Flessen voor chemische
producten
– Verpakkingszakken
– Diepvrieszakken
– Krimpfolie
HDPE
– “Krakende”
supermarktzakjes
– Emmers
– Harde zwarte buizen voor
buiten (water)
– Opruimbakken
– Flessenkratten
– Afdichtingmateriaal
Departement TG Geel - Paul Janssen29
Kunststoffen
Eigenschappen
LDPE
– lage dichtheid PE
• 0,91 - 0,93 kg/dm³
– hoge druk procédé
– zachte PE
– molecuulmassa:
• tss 20.000 - 25.000
– smelttemp: 110°C (Tg)
– lage wrijvingscoefficient
– niet maatvast
– niet lijmbaar (…)
HDPE
– hoge dichtheid PE
• 0,94 - 0,96 kg/dm³
– lage druk procédé
– harde PE
– molecuulmassa
• tss 500.000 - 1 miljoen
– smelttemp: 136°C (Tg)
– lage wrijvingscoefficient
– niet maatvast
– niet lijmbaar (…)
Departement TG Geel - Paul Janssen30
Kunststoffen
Polypropeen (Polypropylene) - PP
Departement TG Geel - Paul Janssen31
Kunststoffen
Polypropeen (Polypropylene) - PP
Toepassingen
• Huishoudartikelen, opslagtanks voor zuren• Trekkabels (skiërs)• Ziekenhuisbenodigdheden (spuitjes,…)• Kunststofscharnieren (ingegoten)
Algemene eigenschappen
• Zeer lage dichtheid (0,9 - 0,915 g/cm³)• Werktemperatuur tot 130°C• Wordt bros beneden 0°C• Buitengewoon goed bestand tegen chemicaliën• Grote weerstand tegen buigvermoeidheid
Taak
Huishoudbewaardozen worden dikwijls gemaakt uit polypropeen. Verklaar aan de hand van de materialentabel waarom.
Departement TG Geel - Paul Janssen32
Taak
Voor heupprotheses is er in de loop van de jaren een evolutie geweest van toegepaste materialen om uiteindelijk tot een titanium-legering te komen. Wat zijn de redenen om voor onderstaande materialen te kiezen? (gebruik de materialentabel en de tabel i.v.m. de invloed van de legeringmaterialen bij staal)
1) RVS 316 (Fe+Cr+Ni)
2) Cr+Co+Mo
3) Ti+Al+V
Departement TG Geel - Paul Janssen33
Taak
Zoek tegen volgende week enkele samples met onderstaande kenmerken:
Departement TG Geel - Paul Janssen34
Recommended