Hoofdstuk 8, Polymeergroepen
8.1 Identificatie van polymeergroepen
Slecht acht kunststoffen beslaan 80% van het totale kunststofgebruik.
Vier thermoplasten: polyethyleen (PE), Polypropyleen (PP), polystyreen (PS) en polyvinylchloride
(PVC)
Vier thermoharders: polyurethanen (PUR), fenolharsen, urea’s en overzadigd polyester.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen technische en niet-technische kunststoffen. Technische
kunststoffen hebben een grotere sterkte, grotere omgevingsweerstand, of betere fysische
eigenschappen dan standsaard kunststoffen.
8.2 Standaard thermoplastische polymeren
Een homopolymeer is een polymeer zonder toevoegingen of mengingen. De volgende polymeren die
besproken worden zijn allemaal homopolymeren.
Ethyleenpolymeren
Relatief goedkoop. Verandert veel door een ander functioneel atoom toe te voegen.
Polyethyleen
De meest gebruikte kunststof. De basismonomeer is ethyleen. Op basis van dichtheid bestaan er vier
klassen van polyethyleen. Het basismateriaal is aardolie of aardgas. Door hoge druk en hoge
temperaturen ontstaat er lagedichtheidpolyethyleen en vice versa. De polymerisatie wordt gedaan
met behulp van katalysatoren. Dit heeft de voorkeur omdat het relatief weinig energie kost.
Structuur, verwerkbaarheid en gebruikseigenschappen variëren met de dichtheid.
Lagedichtheidsoorten hebben veel lange en korte vertakkingen. Dit zorgt voor een lagere
smelttemperatuur, sterkte en elasticiteit. Hogedichtheidsoorten zijn meer kristallijn.
Andere eigenschappen die verschil maken tussen verschillende soorten zijn de smeltindex en de
molecuulgewichtsverdeling. Een hoge smeltindex betekent een grotere vloeibaarheid bij
verwerkingstemperaturen. Bij toenemende molecuulgewichtsverdeling variëren de ketenlengtes
meer. Wanneer deze beide laag zijn heeft de kunststof vaak een hoge sterkte.
Lagedichtheidsoorten: verpakkingsfolie, papiercoatings (smelttemperatuur 110 graden)
Hogedichtheidsoorten: gespuitgiete consumptieartikelen, geblazen flessen (smelttemperatuur 135
graden)
Polyethyleen met een ultrahoog molecuulgewicht (3 tot 5 miljoen)(UHMWPE) is geschikt voor
slijtvaste onderdelen in machines. Het is moeilijk te vormen, bij 150 graden is het nog rubberachtig.
Daarom wordt het vooral geëxtrudeerd. Deze kunststof wordt ook wel gebruikt in kunstknieën en
,kunstheupen als wrijvend tegenoppervlak. De abrasieweerstand is vaak beter dan die van
koolstofstaal.
De kunststof onderscheid zich door de chemische weerstand en flexibiliteit. Nadelen zijn vooral de
lage sterkte en geringe warmteweerstand.
Polypropyleen
Het wordt gemaakt van propyleengas en er kunnen veel wijzigen in de ketenstructuur
gedaan worden door katalyse en speciale technieken.
PP lijkt op hogedichtheidspolyethyleen maar de mechanische eigenschappen zijn bij
gegoten PP beter. Het is stijver, harder en vaak sterker. PP heeft een grote
vermoeiingsweerstand. Nadelen zijn de geringere taaiheid en hogere brosheid bij lage temperaturen
dan PE. Ook is PP moeilijk te verlijmen.
Bij kamertemperatuur bestaat er voor PP geen oplosmiddel.
PP heeft een lage dichtheid en is daarmee de lichtste kunststof.
Producten: bagagekoffers, accubakken en gereedschapskisten en vezels of fijne draden.
PP-PE-blokcopolymeren
Dit is een kristallijn copolymeer van olefinen (onverzadigde koolwaterstoffen). In
het algemeen hebben deze stoffen een hoge kristalliniteit, met een combinatie
van eigenschappen van PE en PP.
Het polyallomeer laat zich makkelijk vervormen, maar heeft een uitstekende
buigingsweerstand. De treksterkte is meestal het gemiddelde van PP en PE. De
dichtheid is iets hoger dan die van PP.
Het grote voordeel is een betere combinatie van vormbaarheid en mechanische eigenschappen dan
PP en PE los hebben.
Polybutyleen
Wordt gemaakt van polyisobutyleen, een distillatieproduct van ruwe olie. Er zijn veel
eigenschappen door de verschillende vormen. Butyleenrubber wordt gebruikt als
rubber, als additief of al kleefstof. Als kleverige vloeistof kan het worden gemengd met
aardolie, waardoor deze niet meer wegstroomt.
Wordt gebruikt als pakking of afdichting in machines, of als smering van assen van lineaire
lagerbussen.
Polyvinylchloride
Geplastificeerd PVC is vinyl. Dit heeft een geringe sterkte en wordt gebruikt voor
imitatieleer of stoffering en corrosiebestendige coatings op metalen. PVC is niet
brandbaar. Isolatiemateriaal op elektriciteitsdraden is daarom van PVC.
Geëxtrudeerd wordt stijf PVC gebruikt voor leidingen. Normaal PVC voor koud water en
gechloorde PVC voor warm water. Ook kan stijf PVC worden gebruikt voor onderdelen die bestand
,moeten zijn tegen corrosie. Het is goed bestand tegen zuren, maar niet tegen sommige organische
oplosmiddelen.
Een ander nadeel is de geringe taaiheid en grote kerfgevoeligheid.
Polyvinylideenchloride (PVDC)
PVDC wordt huishoudelijk veel gebruikt voor verpakkingen. In de industrie wordt het
voor dezelfde doeleinden gebruikt als PVC. Groot voordeel tov. PVC is dat het beter
bestand is tegen hoge temperaturen en oplosmiddelen. Daarbij heeft PVDC een hogere
sterkte.
Polyvinylacetaat (PVA)
Dit zijn relatief zachte thermoplasten die vooral worden gebruikt voor coatings en
kleefstoffen. PVA wordt veel gebruikt voor latexverf.
Producten: houtlijm, textielvezels.
Polyvinylalcohol (PVAL)
Ook dit materiaal wordt veel gebruikt voor coatings. PVAL is in water oplosbaar en is
daarom beperkt toepasbaar. Het wordt soms gebruikt als omhulsel van pillen. Het kan
goed gebruikt worden als film. Ook kan het worden gebruikt als kleefstof van
enveloppen. In de industrie wordt het soms gebruikt voor buizen die bestand moeten
zijn tegen olie of vet. De mechanische eigenschappen zijn hetzelfde als die van vinyl.
Polystyreen
Het is goedkoop en wordt vooral gebruikt voor wegwerpartikelen. Polystyrenen zijn
hoofdzakelijk amorf en atactisch. De aanwezigheid van benzeen op een koolstofketen
zorgt voor ketenverstijving. Dit komt doordat ketens los van elkaar minder goed kunnen
bewegen. Dit zorgt weer voor brosheid en hardheid. Polystyreen heeft een geringe
slagvastheid, en kan daardoor niet in machines gebruikt worden. De smelttemperatuur
is met 115 graden laag, en de kunststof kan makkelijk vervormd worden. Ook kan er
piepschuim van worden gemaakt indien het geschuimd wordt. Polystyreen is op zich
doorzichtig, maar verkleurt snel. Daarbij is het niet corrosiebestendig, en wordt het
aangetast door oplosmiddelen. Ook is het zeer brandbaar, vooral als schuim.
8.3 Thermoplastische technische kunststoffen op ethyleenbasis
Polymethylpenteen
Helder, kan tot 150 graden worden gebruikt. Elektrische eigenschappen zijn hetzelfde als
die van fluorkoolstoffen. Wordt veel gebruikt voor onderdelen van verlichting en
huishoudelijke apparaten.
, Acrylonitrilbutadieenstyreen (ABS)
Styreenbutadieen () wordt vaak gebruikt in latexverf en als basis
van rubber. Door weekmakers toe te voegen verbetert de
slagvastheid.
Styreenacrylonitril heeft een betere slagvastheid, warmtebestendigheid en
omgevingsweerstand. Het wordt oa. gebruikt in duurzame drinkbekers.
Een combinatie van de twee bovengenoemde stoffen levert ABS op.
Dit wordt een ent-terpolymeer genoemd. Dit betekent dat de
butadieenketen aan de zijkant van de acrylonitrilstyreenketen zit. ABS heeft
een heel goede taaiheid, en redelijk hoge sterkte en stijfheid. Het is ook
relatief makkelijk te verwerken.
Polymethylmethacrylaat (PMMA)
Transparant. Wordt gebruikt voor sommige ruiten, goedkope cameralenzen,
zaklampen en veiligheidsbrillen. PMMA behoort tot de groep van acrylaten.
Deze worden verkregen door een zuur te laten reageren met een alcohol.
Acrylaten zijn onbuigzaam en transparant. Het wordt ook wel gebruikt voor
coatings. Bijvoorbeeld als lak of verf.
Producten: kunstgebitten, lenzen van autolampen, horlogeglazen.
Fluorkoolstoffen:
Hieronder wordt een aantal verschillende soorten beschreven.
Polytetrafluorethyleen (PTFE / Teflon)
Een van de meest chemisch inerte materialen. Daarom wordt het gebruikt voor
afdichtingen, buizen en kleine vaten voor zeer agressieve chemicaliën. Ook wordt het
gebruikt als anti-aanbaklaag in pannen, de maximumgebruikstemperatuur ligt rond de 280
graden. Het belangrijkste nadeel is de hoge prijs, een geringe sterkte en kruipvastheid, en
dat het moeilijk te fabriceren is. Het kan niet worden gebruikt als constructiemateriaal. Het
smelt en vloeit niet, en is niet vervormbaar met de ‘gewone’ technieken. PTFE vormen en onderdelen
worden als poeder geperst en gesinterd. Omdat het moeilijk te fabriceren is, is er een aantal
verbeteringen op gemaakt.
Polytrifluorchloorethyleen (PTFCE)
Dit kan wel gespuitgiet worden, en wordt voor dezelfde toepassingen gebruikt als
PTFE. De gebruikstemperatuur is niet hoger dan 200 graden.
Gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP)
Een copolymeer van PTFE en hexafluorpropyleen dat de eigenschappen
van PTFE heeft. Het wordt meestal toegepast in chemische behandelingen.
8.1 Identificatie van polymeergroepen
Slecht acht kunststoffen beslaan 80% van het totale kunststofgebruik.
Vier thermoplasten: polyethyleen (PE), Polypropyleen (PP), polystyreen (PS) en polyvinylchloride
(PVC)
Vier thermoharders: polyurethanen (PUR), fenolharsen, urea’s en overzadigd polyester.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen technische en niet-technische kunststoffen. Technische
kunststoffen hebben een grotere sterkte, grotere omgevingsweerstand, of betere fysische
eigenschappen dan standsaard kunststoffen.
8.2 Standaard thermoplastische polymeren
Een homopolymeer is een polymeer zonder toevoegingen of mengingen. De volgende polymeren die
besproken worden zijn allemaal homopolymeren.
Ethyleenpolymeren
Relatief goedkoop. Verandert veel door een ander functioneel atoom toe te voegen.
Polyethyleen
De meest gebruikte kunststof. De basismonomeer is ethyleen. Op basis van dichtheid bestaan er vier
klassen van polyethyleen. Het basismateriaal is aardolie of aardgas. Door hoge druk en hoge
temperaturen ontstaat er lagedichtheidpolyethyleen en vice versa. De polymerisatie wordt gedaan
met behulp van katalysatoren. Dit heeft de voorkeur omdat het relatief weinig energie kost.
Structuur, verwerkbaarheid en gebruikseigenschappen variëren met de dichtheid.
Lagedichtheidsoorten hebben veel lange en korte vertakkingen. Dit zorgt voor een lagere
smelttemperatuur, sterkte en elasticiteit. Hogedichtheidsoorten zijn meer kristallijn.
Andere eigenschappen die verschil maken tussen verschillende soorten zijn de smeltindex en de
molecuulgewichtsverdeling. Een hoge smeltindex betekent een grotere vloeibaarheid bij
verwerkingstemperaturen. Bij toenemende molecuulgewichtsverdeling variëren de ketenlengtes
meer. Wanneer deze beide laag zijn heeft de kunststof vaak een hoge sterkte.
Lagedichtheidsoorten: verpakkingsfolie, papiercoatings (smelttemperatuur 110 graden)
Hogedichtheidsoorten: gespuitgiete consumptieartikelen, geblazen flessen (smelttemperatuur 135
graden)
Polyethyleen met een ultrahoog molecuulgewicht (3 tot 5 miljoen)(UHMWPE) is geschikt voor
slijtvaste onderdelen in machines. Het is moeilijk te vormen, bij 150 graden is het nog rubberachtig.
Daarom wordt het vooral geëxtrudeerd. Deze kunststof wordt ook wel gebruikt in kunstknieën en
,kunstheupen als wrijvend tegenoppervlak. De abrasieweerstand is vaak beter dan die van
koolstofstaal.
De kunststof onderscheid zich door de chemische weerstand en flexibiliteit. Nadelen zijn vooral de
lage sterkte en geringe warmteweerstand.
Polypropyleen
Het wordt gemaakt van propyleengas en er kunnen veel wijzigen in de ketenstructuur
gedaan worden door katalyse en speciale technieken.
PP lijkt op hogedichtheidspolyethyleen maar de mechanische eigenschappen zijn bij
gegoten PP beter. Het is stijver, harder en vaak sterker. PP heeft een grote
vermoeiingsweerstand. Nadelen zijn de geringere taaiheid en hogere brosheid bij lage temperaturen
dan PE. Ook is PP moeilijk te verlijmen.
Bij kamertemperatuur bestaat er voor PP geen oplosmiddel.
PP heeft een lage dichtheid en is daarmee de lichtste kunststof.
Producten: bagagekoffers, accubakken en gereedschapskisten en vezels of fijne draden.
PP-PE-blokcopolymeren
Dit is een kristallijn copolymeer van olefinen (onverzadigde koolwaterstoffen). In
het algemeen hebben deze stoffen een hoge kristalliniteit, met een combinatie
van eigenschappen van PE en PP.
Het polyallomeer laat zich makkelijk vervormen, maar heeft een uitstekende
buigingsweerstand. De treksterkte is meestal het gemiddelde van PP en PE. De
dichtheid is iets hoger dan die van PP.
Het grote voordeel is een betere combinatie van vormbaarheid en mechanische eigenschappen dan
PP en PE los hebben.
Polybutyleen
Wordt gemaakt van polyisobutyleen, een distillatieproduct van ruwe olie. Er zijn veel
eigenschappen door de verschillende vormen. Butyleenrubber wordt gebruikt als
rubber, als additief of al kleefstof. Als kleverige vloeistof kan het worden gemengd met
aardolie, waardoor deze niet meer wegstroomt.
Wordt gebruikt als pakking of afdichting in machines, of als smering van assen van lineaire
lagerbussen.
Polyvinylchloride
Geplastificeerd PVC is vinyl. Dit heeft een geringe sterkte en wordt gebruikt voor
imitatieleer of stoffering en corrosiebestendige coatings op metalen. PVC is niet
brandbaar. Isolatiemateriaal op elektriciteitsdraden is daarom van PVC.
Geëxtrudeerd wordt stijf PVC gebruikt voor leidingen. Normaal PVC voor koud water en
gechloorde PVC voor warm water. Ook kan stijf PVC worden gebruikt voor onderdelen die bestand
,moeten zijn tegen corrosie. Het is goed bestand tegen zuren, maar niet tegen sommige organische
oplosmiddelen.
Een ander nadeel is de geringe taaiheid en grote kerfgevoeligheid.
Polyvinylideenchloride (PVDC)
PVDC wordt huishoudelijk veel gebruikt voor verpakkingen. In de industrie wordt het
voor dezelfde doeleinden gebruikt als PVC. Groot voordeel tov. PVC is dat het beter
bestand is tegen hoge temperaturen en oplosmiddelen. Daarbij heeft PVDC een hogere
sterkte.
Polyvinylacetaat (PVA)
Dit zijn relatief zachte thermoplasten die vooral worden gebruikt voor coatings en
kleefstoffen. PVA wordt veel gebruikt voor latexverf.
Producten: houtlijm, textielvezels.
Polyvinylalcohol (PVAL)
Ook dit materiaal wordt veel gebruikt voor coatings. PVAL is in water oplosbaar en is
daarom beperkt toepasbaar. Het wordt soms gebruikt als omhulsel van pillen. Het kan
goed gebruikt worden als film. Ook kan het worden gebruikt als kleefstof van
enveloppen. In de industrie wordt het soms gebruikt voor buizen die bestand moeten
zijn tegen olie of vet. De mechanische eigenschappen zijn hetzelfde als die van vinyl.
Polystyreen
Het is goedkoop en wordt vooral gebruikt voor wegwerpartikelen. Polystyrenen zijn
hoofdzakelijk amorf en atactisch. De aanwezigheid van benzeen op een koolstofketen
zorgt voor ketenverstijving. Dit komt doordat ketens los van elkaar minder goed kunnen
bewegen. Dit zorgt weer voor brosheid en hardheid. Polystyreen heeft een geringe
slagvastheid, en kan daardoor niet in machines gebruikt worden. De smelttemperatuur
is met 115 graden laag, en de kunststof kan makkelijk vervormd worden. Ook kan er
piepschuim van worden gemaakt indien het geschuimd wordt. Polystyreen is op zich
doorzichtig, maar verkleurt snel. Daarbij is het niet corrosiebestendig, en wordt het
aangetast door oplosmiddelen. Ook is het zeer brandbaar, vooral als schuim.
8.3 Thermoplastische technische kunststoffen op ethyleenbasis
Polymethylpenteen
Helder, kan tot 150 graden worden gebruikt. Elektrische eigenschappen zijn hetzelfde als
die van fluorkoolstoffen. Wordt veel gebruikt voor onderdelen van verlichting en
huishoudelijke apparaten.
, Acrylonitrilbutadieenstyreen (ABS)
Styreenbutadieen () wordt vaak gebruikt in latexverf en als basis
van rubber. Door weekmakers toe te voegen verbetert de
slagvastheid.
Styreenacrylonitril heeft een betere slagvastheid, warmtebestendigheid en
omgevingsweerstand. Het wordt oa. gebruikt in duurzame drinkbekers.
Een combinatie van de twee bovengenoemde stoffen levert ABS op.
Dit wordt een ent-terpolymeer genoemd. Dit betekent dat de
butadieenketen aan de zijkant van de acrylonitrilstyreenketen zit. ABS heeft
een heel goede taaiheid, en redelijk hoge sterkte en stijfheid. Het is ook
relatief makkelijk te verwerken.
Polymethylmethacrylaat (PMMA)
Transparant. Wordt gebruikt voor sommige ruiten, goedkope cameralenzen,
zaklampen en veiligheidsbrillen. PMMA behoort tot de groep van acrylaten.
Deze worden verkregen door een zuur te laten reageren met een alcohol.
Acrylaten zijn onbuigzaam en transparant. Het wordt ook wel gebruikt voor
coatings. Bijvoorbeeld als lak of verf.
Producten: kunstgebitten, lenzen van autolampen, horlogeglazen.
Fluorkoolstoffen:
Hieronder wordt een aantal verschillende soorten beschreven.
Polytetrafluorethyleen (PTFE / Teflon)
Een van de meest chemisch inerte materialen. Daarom wordt het gebruikt voor
afdichtingen, buizen en kleine vaten voor zeer agressieve chemicaliën. Ook wordt het
gebruikt als anti-aanbaklaag in pannen, de maximumgebruikstemperatuur ligt rond de 280
graden. Het belangrijkste nadeel is de hoge prijs, een geringe sterkte en kruipvastheid, en
dat het moeilijk te fabriceren is. Het kan niet worden gebruikt als constructiemateriaal. Het
smelt en vloeit niet, en is niet vervormbaar met de ‘gewone’ technieken. PTFE vormen en onderdelen
worden als poeder geperst en gesinterd. Omdat het moeilijk te fabriceren is, is er een aantal
verbeteringen op gemaakt.
Polytrifluorchloorethyleen (PTFCE)
Dit kan wel gespuitgiet worden, en wordt voor dezelfde toepassingen gebruikt als
PTFE. De gebruikstemperatuur is niet hoger dan 200 graden.
Gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP)
Een copolymeer van PTFE en hexafluorpropyleen dat de eigenschappen
van PTFE heeft. Het wordt meestal toegepast in chemische behandelingen.
