Een technische kijk op polymeersynthese en additieven

Plastics uit plantaardige materie

Oorspronkelijk werden kunststofharsen gemaakt van plantaardig materiaal, waaronder cellulose van katoen, furfural van haverschillen, oliën uit zaden en verschillende zetmeelderivaten. Bakeliet (fenolformaldehydehars), een van de eerste kunststoffen gemaakt van synthetische componenten, werd in 1907 ontwikkeld door de in België geboren scheikundige Leo Backeland in New York. Bakeliet wordt gemaakt door een eliminatiereactie van fenol met formaldehyde. Het werd oorspronkelijk gebruikt vanwege zijn elektrische niet-geleidbaarheid en hittebestendige eigenschappen in elektrische isolatoren, radio- en telefoonbehuizingen. Omdat het er mooi uitziet, werd het ook gebruikt om consumentenproducten zoals sieraden te maken. Tegenwoordig worden de meeste kunststoffen echter gemaakt van petrochemicaliën, waaronder aardgas.

Polymeersynthese:hoe kunststoffen worden gemaakt

Kunststoffen zijn organische materialen die elementen bevatten als koolstof (C), waterstof (H), stikstof (N), chloor (Cl) en zwavel (S). Ze zijn meestal gemaakt van grondstoffen zoals olie, aardgas en steenkool. De eerste stap bij het maken van kunststoffen is de polymerisatie van de grondstof, een monomeer genaamd.

Krakingsfase

Koolwaterstoffen worden verwarmd in een "kraakfase". In dit proces worden in aanwezigheid van een katalysator grotere moleculen afgebroken tot kleinere zoals ethyleen (ethaan) C2H4 propyleen (propaan) C₃ H₆ , butaan C₄ H₆ en andere koolwaterstoffen. De opbrengst aan geproduceerd etheen wordt geregeld door de kraaktemperatuur en kan meer dan 30% zijn bij een temperatuur van 850°C. In volgende reacties kunnen styreen en vinylchloride worden geproduceerd.

De twee belangrijkste soorten polymerisatie zijn additie- en condensatiereacties. Deze processen kunnen plaatsvinden in de gasvormige, vloeibare en soms in een vaste fase van het monomeer.

Condensreactie

In een condensatiereactie , combineren twee moleculen met het verlies van een kleiner molecuul zoals water of een alcohol of zuur. Bij dit type reactie hebben monomeer één en monomeer twee beide waterstof (H) en hydroxylgroepen (OH). Wanneer ze samenkomen met een katalysator, verliest het ene monomeer een waterstofatoom terwijl het andere de hydroxylgroep verliest. De waterstof en de hydroxylgroep combineren samen om water te maken (H₂ ). De elektronen die overblijven vormen een covalente binding tussen de monomeren, waardoor een lange keten van copolymeren ontstaat.

De resulterende monomeren kunnen vervolgens worden gebonden in chemische ketens die polymeren worden genoemd. Verschillende polymeren worden gemaakt door ketens van verschillende monomeren, elk met individuele eigenschappen en kenmerken. De variabiliteit zorgt voor kunststoffen die kunnen worden gevormd tot producten die voldoen aan toepassingsvereisten zoals hittetolerantie, chemische weerstand, sterkte en meer.

Toevoeging Reactie

In een aanvulling reactie , worden elektronen met een dubbele binding herschikt binnen het monomeer om enkele bindingen te vormen met andere monomeren. Onderstaande additiereactie tussen een ethaanmolecuul en een chloormolecuul laat de vorming van een polymeer zien.

H               H                                                   Cl   Cl

   \             /                                                       │   │

       C =C         +         Cl – Cl       →     H ― C ― C ― H

     /               \                                                  │     │

H                 H                                                 H    H  

Hier wordt de dubbele binding tussen de koolstofatomen een enkele binding met aan elk uiteinde chlooratomen.

Aditieven

Nadat het basispolymeer is gevormd, kunnen chemische additieven worden toegevoegd om bepaalde eigenschappen te verbeteren. Deze omvatten antioxidanten om het polymeer te beschermen tegen afbraak door ozon of zuurstof, vlamvertragers, antistatische additieven en smeermiddelen voor een grotere polymeerflexibiliteit. Daarnaast zijn weekmakers om de flexibiliteit te verbeteren, ultraviolet-stabilisatoren om degradatie door de UV-stralen van de zon te voorkomen en pigmenten om kleur toe te voegen inbegrepen. Composieten kunnen worden gemaakt door glas, koolstof en andere vezels aan de harsen toe te voegen. Kunststoffen kunnen worden samengesteld die bestand zijn tegen sterke zuren, basen en alkaliën, brand in woninginrichting vertragen, smeermiddelen voor lagers bevatten of bestand zijn tegen de tropische zon.

Vragen? Opmerkingen? Laat het me weten in de comments hieronder.

Op zoek naar meer informatie over polymeren? Download onze gratis gids voor hoogwaardige materialen!