materiaalkunde deel 9: kunststoffen - termen

natuurlijke polymeren

• dierlijk/eiwit

• plantaardig/cellulose

• mineraal

semi-kunstmatige polymeren

• plantaardig/cellulose

• dierlijk/proteïne

kunstmatige polymeren

• thermoharders

• thermoplasten

• elastomeren

waarom plastics?

• nabootsen van natuurlijke materialen

  • schildpad, hoorn, parelmoer, …

• goedkoper te produceren

• toegankelijk maken voor iedereen

natuurrubber

• latex genoemd

• elastomeer (rubber)

• afgetapt van de hevea brasilliensi (Braziliaanse rubberboom)

schildpad en hoorn

• thermoplastische eigenschappen (TP)

• plastisch in warm water of alkalische oplossingen

• vermalen tot poeder en gemengd met een bindmiddel → mengsel wordt onder hoge hitte en druk in vormen geperst

gutta percha

• natuurlijk polymeer ca. 1822

• een natuurrubber van het geslacht van tropische bomen, Palaquium-soorten

• thermoplast (TP), goede isolator en kan gekleurd worden

• van nature donker bruin/zwart

• geur is zwavelachtig (rotte eieren geur)

• bruin zwart imitatie van ebbenhout

schellak

• afscheiding van tropische kever (Kerria Lacca) vermengd met vulstoffen zoals katoenvlok, houtmeel, …

• thermoplast (TP), maar vertoont eigenschappen van thermoharder (uitharden door cross-link)

• handelsnamen: Diatite, Peck

• fabricageproces: gieten door persen

• kleur: donkerbruin, zwart en soms bruin

• eigenschappen: ondoorzichtig, stijf en hard, zegellak geur, bros, …

• gebruik: de 78-toeren plaat (tot 1948), etuis voor daguerreotypieën, stijfsel voor bolhoeden, …

bois durci

• verhard hout

• thermoharder (TH)

• gemaakt van houtpoeder en bloed, in oplossing gebracht en geperst in een vorm

• imiteren van ebbenhouten snijwerk

ontstaan van plastics: historisch overzicht

1839: Gevulkaniseerd rubber (eboniet, vulcaniet)
1840: Cellulosenitraat (celluloid, parkesine) → CN
1869: Celluloseacetaat (viscosezijde) → CA
1909: Fenol-formaldehydehars (bakeliet) → FF
1912: Celluloseacetaat (film, kodac safetyfilm) → CA
1926: Ureum-formaldehydehars → UF
1930: Polyvinylchloride → PVC
1933: Polymethylmethacrylaat (plexiglas) → PMMA
1934: Melamine-formaldehyde (new bakelite) → MF
1935: Polystyreen → PS
1936: Polyvinylacetaat → PVAC
1938: Polyamide (nylon) → PA
1942: Polyethyleen → PE
1943: Siliconen, polyurethaan → SI, PUR
1947: Epoxy, polyethyleenereftalaat → EP, PET
1955: Polycarbonaat → PC

thermoharder (TH)

• verandert niet van vorm bij verhitting

• warmhardende en koudhardende

• er ontstaat een driedimensionaal nauwmazig netwerk

gevulkaniseerde rubbers (1839)

• elastomeren met een thermohardend karakter

• ontwikkeld: reactie bij verhitting met een groot percentage zwavel om het rubber sterker en elastischer te maken → vulkaniseren

• typische toepassingen: luciferdoosje, vulpen, imitaties, …

• kleur: meestal zwart of rood + altijd ondoorzichtig

• groep: thermoharder (niet vormbaar)

• handelsnamen: vulcaniet, eboniet

• geur: zwavelachtig/rubberachtig

Caseïne, CS (1899)

• kunsthoorn of Galalith (melk + formaldehyde)

• kenmerken: vervaardigd uit melk + reactiemiddel (een zuur)

• eigenschappen: rigide plastic, thermoharder maar tot zekere hoogte thermoplast, kan gekleurd worden, transparant of opaak gemaakt worden, imitatiemateriaal, …

• vroege toepassingen: knopen, haarborstels, handvaten en breinaalden

• merknamen: Galalith, Ivoride, Erinoid, Lactoid, Dorcasine, Syrolit, Aladdinite, Karolith, Kyloid, Ameroid,…

thermoplasten

• worden week/plastisch bij temperatuurstijging

• amorf of ‘zonder vorm’, geen duidelijke structuur

• kan terug verwerkt worden

Cellulosenitraat, CN (1862)

• groep: thermoplasten (TP), lineaire moleculen

• ontwikkeling: tentoongesteld op internationale tentoonstelling van 1862 in Londen → eerste gewone huishoudkunststof (later als zijde)

• handelsnamen: Parkesin, Xyloniet en Celluloid

• kenmerken: alle mogelijke kleuren, doorzichtig tot ondoorzichtig, stijfheid heeft breed scala, voelt hard aan, kamfer geur, …

• toepassingen: gitaarplectrums, imitatie schildpad, ivoor en parelmoer, …

Cellulose acetaat, CA (1869)

• groep: thermoplasten (TP)

• ontwikkeling: eerste bereiding in 1865, aangepast om viscosezijde te vormen in 1892, cellofaan = transparante folie (1908); algemeen gebruik in 1920, terugval in 1970 en huidige heropleving als hernieuwbare grondstof

• handelsnamen: Estron, Celanese, Kodak Safety Film, Lumarith, Tenite, Rayon, Cellofaan en Viscosezijde

• kenmerken: alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, sterk maar enigzins zacht, kan flexibel zijn, voelt hard aan, rijkt naar azijn, …

• toepassingen: als vloeistof om vleugels/rompen van vroege vliegtuigen stijf en waterdicht te maken, in vaste vorm in brilmonturen, film, …

kunststoffen/plastics (definitie)

synthetische macromoleculen die door plastische vormgeving hun materiaalfunctie krijgen, materialen die bestaan uit lange molecuulketens, ook wel polymeren genoemd. Die lange ketens worden opgebouwd uit kleine bouwstenen: monomeren

soorten polymerisatiereacties

1. polymerisatie

2. polycondensatie

3. polyadditie

additieven

• weekmakers

• vulstoffen

• pigmenten

• lichtstabilisatoren

• vlamvertragers

weekmakers

smeermiddel doet ketens makkelijker langs elkaar glijden (kunststof wordt flexibel)

vulstoffen

CaCO₃ poeder doet het volume van de kunststof vergroten

pigmenten

kleuren van de kunststof (bv., TiO₂ = wit pigment)

lichtstabilisatoren

beschermt polymeer tegen afbraak door UV-licht

vlamvertragers

metaaloxiden verlagen de brandbaarheid van de kunststof

fenol formaldehyde, FF (1907)

• groep: warmhardende thermoharder (TH)

• ontwikkeling: op zoek naar elektrische isolator, uitgevonden door Leo Hendrik Baekeland (België), eerste synthetische kunststof

• handelsnamen: Durez, Durite, Indur, Resinox, Red-monal

• kenmerken: donkere kleuren, roodbruin tot zwart, opaak, vulstoffen zijn zichtbaar

• toepassingen: elektrische isolatoren & componenten, knopen, fittingen, telefoons, camera’s, onderdelen & behuizingen van toestellen, biljartballen, …

melamine formaldehyde, MF (1933)

• “New Bakelite”

• groep: warmhardende thermoharders (TH)

• handelsnamen: Catalin, Carvacraft, Marblette

• kenmerken: felle kleuren imitaties van amber en jade

• toepassingen: knopen, juwelen, speelgoed, tafelgerei, keukengerei, laminaat

ureum formaldehyde, UF (1920)

• “New Bakelite” of Linga Longa + uitvinder Harrods

• groep: warmhardende thermoharders (TH)

• handelsnamen: Bandalaste, Beatl, Plaskon

• kenmerken: lichte tot witte kleuren, kan ook opaak en gemarmerd, sterke fenol geur

• toepassingen: tafelgerei, picknick sets, radio’s

epoxy, EP (1936)

• groep: koudhardende thermoharder (TH), giethars

• kenmerken: licht, sterk, weer- en waterbestendig

• toepassingen: gebruikt in boten, basis voor producten, …

glass reïnforced plastics, GRP (1950)

• groep: thermoharder (TH) → glasvezels en kunststof

• ontwikkeling: tijdens WOII, voor eerst gebruikt in civiele sector in de jaren 1950

• handelsnamen: Fibreglass

• fabricage: persgieten of fabricage met de hand in een open mal

• kenmerken: alle kleuren, doorschijnend tot ondoorzichtig, stijf en hard, heeft geen geur

• toepassingen: grote containers, scheepsrompen, autopanelen, beeldhouwwerken, …

polyurethaan, PU of PUR (1937)

• groep: koudhardende thermoharder (TH), maar ook thermoplast

• ontwikkeling: vanaf 1937, nog steeds op grote schaal

• handelsnamen: in aangepaste vorm Lycra of Spandex

• kenmerken: alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, stijf tot zacht, gevoel varieert, geen geur

• toepassingen: meubels, verf, schoenzolen, synthetische lederachtige stoffen, fietszittingen, schuim, …

polyvinyl chloride, PVC (1926)

• groep: amorfe thermoplast (TP)

• handelsnamen: Vinyl, Naugahyde, Duran, Fabrilite, Ultron, …

• kenmerken: rigide of flexibel

• toepassingen: imitatieleder, kleding en stoffering, poppen, platen, elektrische bekleding, omslagen, …

polystyreen, PS (1929)

• groep: amorfe thermoplast (TP)

• handelsnamen: Lacqrene, Polystyrol, Styron, piepschuim, ISOMO

• kenmerken: lost op in aceton, alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, hard, voelt altijd stijf

• toepassingen: wegwerppennen en scheermesjes, bestek, CD-doosjes, yoghurtpotten, modelbouw, …

polymethylmetacrylaat, PMMA (1932)

• groep: amorfe thermoplasten (TP)

• ontwikkeling: vanaf 1932, commercieel gebruik vanaf 1934, in mode in 1960

• handelsnamen: Oroglas, Perspex, Plexiglas, Luciet, Corian, Diakon

• kenmerken: alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, betere optische eigenschappen dan glas, stijf, hard en geen geur

• toepassingen: beglazing vliegtuigen, recipiënten vervaardigd uit blad, handtassen, juwelen, …

acrylonitril-butadieen-styreen, ABS (1948)

• groep: amorfe thermoplast (TP)

• ontwikkeling: meteen veel in gebruik na uitvinding

• kenmerken: alle kleuren, bijna altijd ondoorzichtig, stijf materiaal, neiging tot vergeling

• toepassingen: behuizingen van huishoudelijke apparaten en computers, lego, …

polycarbonaat, PC (1958)

• groep: amorfe thermoplast (TP)

• ontwikkeling: meteen veel in gebruik na uitvinding

• handelsnamen: Makrolon

• kenmerken: alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, stijf, voelt hard, buitengewoon sterk, geen geur, stabiel maar kan barsten

• toepassingen: veiligheids- en ruimtehelmen, compact discs en DVD’s, auto-onderdelen, grote flessen, …

polyamide, PA (1938)

• groep: semi-kristallijne thermoplasten

• handelsnamen: nylon

• kenmerken: imitatie van zijde, flexibel maar toch rigide, natuurlijk wit maar kan gekleurd worden

• toepassingen: alternatief voor kunstzijde, tandenborstelhaar, nylonkousen, velschermen, …

polyethyleen, PE (1948)

• groep: semi-kristallijne thermoplasten

• lage of hoge dichtheid: LDPE en HDPE

• ontwikkeling: ontwikkeld in 1933 als eerste thermoplastische synthetische kunststof → tupperware

• handelsnamen: Alkathene, Tyvek

• kenmerken: alle kleuren, natuurlijk doorschijnend, half stijf tot soepel, gevoel varieert adhv dichtheid, wasachtige geur

• toepassingen: vervangen geëmailleerd keukengerei, eerste uitknijpbare flessen, wegkegels, …

polyethyleenereftalaat, PET (1942)

• groep: semi-kristallijne thermoplast

• ontwikkeling: in 1941 aangekondigd als een commercieel polymeer, op grote schaal vanaf 1980

• handelsnamen: verwante film Melinex en Mylar

• kenmerken: alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, stijf en sterk, gevoel varieert, geen geur

• degradatie: relatief stabiel

• toepassingen: flessen voor koolzuurhoudende dranken, video- en audiobanden

polypropyleen, PP (1954)

• groep: semi-kristallijne thermoplast

• ontwikkeling: toenemend gebruik vanaf 1976, in de jaren 1990 in zwang geraakt in vorm van doorschijnende platen

• handelsnamen: Propathene

• kenmerken: alle kleuren, transparant tot ondoorzichtig, kan redelijk glanzende krassen krijgen

• toepassingen: stoelhoezen, tuinmeubelen, bagage, autobumpers, benzineblikken, …

elastomeren

3D wijdmazig netwerk:

1. gevulkaniseerde rubbers

2. hersmeltbaar TPR (thermoplastische rubbers)

eerste synthetische rubber, SR (1930)

• groep: elastomeer

• ontwikkeling: wijdmazig netwerk ketens, op enkele plaatsen met elkaar verknoopt

• toepassingen: banden (SBR: Styreen Butadieen Rubber)

neopreen (1940)

• groep: elastomeer, hersmeltbaar TPR

• toepassingen: surfpakken

silicone (1934)

• groep: elastomeer, synthetische polymeer uit silicium

• ontwikkeling: commercieel gebruik vanaf 1942

• degradatie: relatief stabiel

• kenmerken: alle kleuren, doorschijnend tot ondoorzichtig, flexibel, voelt zacht en veerkrachtig, geen geur, waterafstotend, kan tegen hoge hitte

• toepassingen: bak- en ijsbakken, ovenwanten, borstimplantaten, babyspenen, …

geprofileerde vezels: spinopeningen

• kruisprofiel

• sterprofiel

• kruisprofiel (2.0)

• driehoekprofiel

viscose VI

• viscose rayonne

• koperrayonne

• acetaatrayonne

extruderen (1840)

kunststofkorrels worden in een verwarmde cilinder gebracht, een draaiende schroef smelt en perst de kunststof, de gesmolten kunststof wordt door een matrijs geperst tot een doorlopend profiel en het profiel wordt gekoeld met lucht of water

kalanderen (1874)

gesmolten polymeer korrels worden in een extruder aan hitte en druk blootgesteld en vervolgens via een aantal paren kalanderwalsen tot folie gevormd, de temperatuur en de snelheid van de rollen beïnvloeden de eigenschappen van de folie en kalanderen maakt speciale oppervlaktebehandelingen mogelijk, zoals reliëfdruk

spuitgieten

schelpvormige materialen worden gespoten in een “mal”, deze machine maakte het ook mogelijk materiaal te mengen vóór injectie, zodat gekleurde of gerecycleerde kunststof aan nieuw materiaal kon worden toegevoegd en grondig kon worden gemengd alvorens te worden geïnjecteerd

thermoformeren of vacumeren (1890)

een voorgevormde plaat materiaal wordt verwarmd en over een mal gedrapeerd, er is geen hoge warmte of druk nodig, zodat mallen kunnen worden gemaakt van goedkope materialen zoals Medium Density Fibreboard MDF, dit procedé kan ook worden gebruikt om staven en buizen te vormen

rotatievormen

carrouselsysteem, roteert heel traag (hele proces duurt 1 uur), mattrijs wordt gevuld met kunststofpoeder en wordt verwarmd, daarna wordt de mattrijs gekoeld

extrusieblaasvormen

continu product, holle complexe vormen gemaakt in matrijs, wanddikteverschillen, er zullen naadlijnen en een blaasopening zijn

injectieblaasvormen (1881)

hete lucht wordt in een voorgevormde buis van halfgesmolten kunststof geblazen, een zogeheten parison, onder druk van de geblazen lucht zet de parison uit, als een ballon, en vult de holte die door een tweedelige, meestal metalen, matrijs wordt gevormd, de buis wordt gespuitgiet waardoor een schroefdraad voor een deksel of een ander detail kan worden gevormd

herkennen van kunststoffen

• de vorm: toepassing

• het uiterlijk: kleur, transparant/opaak

• het aanvoelen: droog/vettig, hard/zacht, …

• het buigen: hard/soepel, kleurverandering op buigrand

• de klank bij vallen: metaalachtig/dof

• de brandproef: geur, manier van branden, …

• de densiteit: zinken/drijven

• gedrag tov chemicaliën