Eigenschappen en toepassingen van polymeren
Waar worden kunststoffen gebruikt?

Wat zijn polymeren?

Polymeren zijn een specifiek type chemische stoffen die worden gekenmerkt door hun hoge molecuulgewicht . Bovendien hebben ze een specifieke structuur: ze bestaan ​​uit herhalende eenheden die mers worden genoemd. Het hoge molecuulgewicht betekent dat het losmaken of hechten van een enkel meer de chemische en fysische eigenschappen van de verbinding niet significant verandert. Dit is een belangrijk verschil met oligomeren (stoffen die uit een klein aantal meren bestaan) – in hun geval kan een dergelijke verandering bijvoorbeeld resulteren in een ander smeltpunt. Polymeren worden vooral geassocieerd met kunststoffen . In werkelijkheid is deze groep verbindingen echter veel breder. Naast synthetische polymeren , de bouwstenen van kunststoffen, zijn er ook natuurlijke polymeren , die veel voorkomen in de natuur. Ze zijn een van de basiscomponenten van levende organismen.

Chemische eigenschappen van polymeren

Elk polymeer kan zijn eigen individuele eigenschappen hebben. Het is echter mogelijk verschillende chemische eigenschappen van polymeren te onderscheiden die voor alle polymeren hetzelfde zijn. Deze zijn als volgt:

• Bestand tegen chemicaliën. Kunststoffen die voor verpakkingen worden gebruikt, reageren bijvoorbeeld niet met de chemicaliën die erin zitten.
• Elektrische en thermische isolatie. Polymeren zijn goede isolatoren. Hieruit worden de materialen geproduceerd die worden gebruikt voor beschermlagen op kabels of voor stopcontacten. Dankzij hun eigenschappen op het gebied van thermische weerstand kunnen deze materialen in huishoudens worden gebruikt, bijvoorbeeld in pannenhandvatten.
• Hoge sterkte en tegelijkertijd licht van gewicht . Sommige kunststoffen kunnen zelfs drijven.
• Gemakkelijk te verwerken . Polymeren kunnen op verschillende manieren worden verwerkt: ze kunnen worden gevormd tot dunne lagen (bijvoorbeeld textielvezels) en stevige ruggengraatstructuren. Ze kunnen gemakkelijk in een specifieke vorm worden gevormd.

Hoe worden polymeren geproduceerd?

De productie van polymeren kan worden uitgevoerd met behulp van een van de twee methoden: polymerisatie en polycondensatie. In het eerste proces vindt een kettingreactie plaats waarbij de monomeren met elkaar binden. Dit gaat niet gepaard met de vorming van eventuele bijproducten. Om de polymerisatie te laten plaatsvinden, is het noodzakelijk om een ​​initiator te gebruiken – een stof die de reactie initieert, waarbij deze wordt verbruikt. De verbindende monomeren kunnen zich oorspronkelijk in de vaste, vloeibare of gasvormige fase bevinden. Kunststoffen die voortkomen uit polymerisatie zijn onder meer:

• LDPE en HDPE polyethyleen ,
• polyvinylchloride (PCV) ,
• polypropyleen (PP) ,
• polystyreen (PS).

Door polycondensatie ontstaat een macromolecuul, dat wil zeggen een polymeer, plus als bijproduct een andere stof, zoals water, ammoniak of waterstofchloride . Bij deze reactie groeit de polymeerketen stapsgewijs. Tot de meest populaire kunststoffen geproduceerd door polycondensatie behoren:

• polyamiden,
• fenol-aldehydeharsen,
• epoxyharsen,
• bepaalde polyesters .

In de daaropvolgende stadia van de kunststofproductie zijn vaak verschillende soorten additieven, zoals stabilisatoren of modificatoren, nodig. Hiermee is het mogelijk materialen met specifieke eigenschappen te produceren. Een breed scala aan additieven voor kunststoffen is te vinden in het PCC Group-portfolio, dat beschikbaar is op het Productportaal .

Welke soorten polymeren zijn er?

Alle polymeren kunnen worden onderverdeeld op basis van verschillende criteria, bijvoorbeeld op basis van hun oorsprong, structuur en vorm en rangschikking van hun moleculen. Op basis van hun oorsprong kunnen polymeren zijn:

• synthetisch , dwz ze worden volledig via chemische synthese uit monomeren geproduceerd;
• natuurlijk , dwz ze worden geproduceerd door levende organismen; deze omvatten bijvoorbeeld cellulose , eiwitten of nucleïnezuren;
• natuurlijk maar gemodificeerd door chemische reacties, bijvoorbeeld celluloseacetaat of gemodificeerd zetmeel zijn gemodificeerde polymeren .

Ook op basis van hun ketenstructuur kunnen verschillende soorten polymeren worden onderscheiden. Er zijn onder andere lineaire, vertakte, ladder- of verknoopte polymeren. Bovendien kunnen polymeermoleculen ongebruikelijke vormen hebben, vergelijkbaar met kettingschakels of een boom. Een andere classificatie is gebaseerd op het aantal verschillende meren in één keten. Als de keten uit één type meren bestaat, is het een homopolymeer . Als er twee of meer van zijn, worden dergelijke verbindingen copolymeren genoemd. De meeste polymeren zijn organische verbindingen. Er bestaat echter een vrij grote groep anorganische polymeren , dat wil zeggen polymeren die geen koolstofverbindingen bevatten. Deze omvatten polysulfiden, polysiloxanen of polyfosfazenen. Op basis van andere kenmerken van de structuur kunnen de volgende soorten polymeren worden onderscheiden:

• polyolefinen , die uitsluitend uit koolstof en waterstof bestaan ​​en lange koolstofketens bevatten; deze groep omvat onder meer polyethyleen, polystyreen en polypropyleen;
• vinylpolymeren , die ook lange koolstofketens bevatten maar worden gevormd door de bindingen tussen koolstofatomen te verbreken; een voorbeeld van deze groep is polyvinylchloride;
• polyethers : polymeren die etherbindingen bevatten;
• polyamiden : polymeren met amidebindingen (−NH−C(O)−);
• polyurethaan : polymeren die urethaanbindingen bevatten (−NH−C(O)−O−);
• polyesters : polymeren met esterbindingen (−C(O)−O−);
• polycarbonaten : polymeren met carbonaatbindingen (−O−C(O)−O−).

Een belangrijk kenmerk dat de toepassingen van polymeren beïnvloedt, is hun moleculaire rangschikking. Sommige stoffen kunnen amorf zijn, zonder enige structuur of orde. Ze zijn meestal transparant en kunnen dus bijvoorbeeld worden gebruikt bij de vervaardiging van verpakkingen of contactlenzen. In andere soorten polymeren zijn de atomen gerangschikt in patronen die kristallijne structuren vormen. Dergelijke materialen zijn ondoorzichtig. De kristalliniteit van sommige polymeren kan tot op zekere hoogte worden gecontroleerd, waardoor hun eigenschappen veranderen, bijvoorbeeld door hun sterkte, stijfheid en chemische weerstand te vergroten.

Polymeren – voorbeelden van kunststoftoepassingen in de industrie en de bouw

De meest voorkomende polymeren (polyester, polyamide of polyethyleen) zijn hierboven al genoemd. Nu is het tijd om de informatie te ordenen en te laten zien waarvoor verschillende soorten polymeren worden gebruikt. Tegenwoordig is er vrijwel geen enkel gebied waarop polymeren niet worden gebruikt. Ze worden gebruikt in de geneeskunde, elektronica, cosmetica en waarschijnlijk ook in uw huishouden. De gebieden waarin ze het meest worden gebruikt, zijn echter de industrie en de bouw. Hier zijn geselecteerde voorbeelden van polymeertoepassingen in deze industrieën:

• fenoplastics – kunststoffen op basis van harsen gevormd bij de polymerisatie van fenol en formaldehyde, gebruikt bij de vervaardiging van handvatten van gereedschap, rem- en koppelingsvoeringen, als additief voor vernissen, lijmen en bindmiddelen;
• epoxyharsen – thermohardende kunststoffen die bijvoorbeeld worden gebruikt bij de productie van laminaten, metaalkleefstoffen, corrosiewerende en isolerende vernissen;
• polyethyleen – een onderdeel van verschillende verpakkingsmaterialen: films, melkpakken, wegwerpzakken;
• polypropyleen – een populair onderdeel van bedrading, medische apparatuur, technische stoffen, vloeren, buizen, speelgoed;
• polyvinylchloride – wordt onder meer gebruikt bij de productie van vloerpanelen, buizen en slangen, en als ingrediënt van lijmen en vernissen;
• polyamide – gebruikt bij de productie van nylonvezels, evenals tandwielen, drukleidingen en andere machineonderdelen, verpakkingsfolies, vloerbedekkingen;
• polycarbonaat – vanwege zijn hoge sterkte is het geschikt voor de productie van transparante beglazing: in goed bewaakte gebouwen, vliegtuigen, ruimtehelmen of Formule 1-auto’s;
• polyurethaan – gebruikt om schuim te maken dat wordt gebruikt in de meubel-, auto- en textielindustrie, maar ook in de bouwsector voor afdichting.

Lees ook: classificatie van kunststoffen naar toepassing