Nature has learnt how to eat our plastic! (Mei 2024)
Plastic, polymeer materiaal dat kan worden gevormd of gevormd, meestal door het toepassen van warmte en druk. Deze eigenschap van plasticiteit, vaak gevonden in combinatie met andere speciale eigenschappen zoals lage dichtheid, lage elektrische geleidbaarheid, transparantie en taaiheid, maakt het mogelijk om kunststoffen tot een grote verscheidenheid aan producten te maken. Deze omvatten stevige en lichtgewicht drankflessen gemaakt van polyethyleentereftalaat (PET), flexibele tuinslangen gemaakt van polyvinylchloride (PVC), isolerende voedselcontainers gemaakt van geschuimd polystyreen en onbreekbare ramen gemaakt van polymethylmethacrylaat.
In dit artikel wordt een kort overzicht gegeven van de essentiële eigenschappen van kunststoffen, gevolgd door een meer gedetailleerde beschrijving van hun verwerking tot nuttige producten en vervolgens recycling. Voor een beter begrip van de materialen waaruit kunststoffen zijn gemaakt, zie chemie van industriële polymeren.
De samenstelling, structuur en eigenschappen van kunststoffen
Veel van de chemische namen van de polymeren die als kunststoffen worden gebruikt, zijn bij de consument bekend geworden, hoewel sommige beter bekend zijn onder hun afkortingen of handelsnamen. Zo worden polyethyleentereftalaat en polyvinylchloride gewoonlijk PET en PVC genoemd, terwijl geschuimd polystyreen en polymethylmethacrylaat bekend staan onder hun handelsmerknamen, piepschuim en plexiglas (of perspex).
Industriële fabrikanten van plastic producten beschouwen plastics vaak als "commodity" -harsen of "specialiteit" -harsen. (De term hars stamt uit de beginjaren van de kunststofindustrie; het verwees oorspronkelijk naar natuurlijk voorkomende amorfe vaste stoffen zoals schellak en colofonium.) Grondstoffenharsen zijn kunststoffen die met een hoog volume en tegen lage kosten worden geproduceerd voor de meest voorkomende wegwerpartikelen en duurzaam goederen. Ze worden voornamelijk vertegenwoordigd door polyethyleen, polypropyleen, polyvinylchloride en polystyreen. Speciale harsen zijn kunststoffen waarvan de eigenschappen zijn afgestemd op specifieke toepassingen en die tegen een laag volume en tegen hogere kosten worden geproduceerd. Tot deze groep behoren de zogenaamde technische kunststoffen, of technische harsen, kunststoffen die kunnen concurreren met gegoten metalen in sanitair, hardware en autotoepassingen. Belangrijke technische kunststoffen, die minder bekend zijn bij de consument dan de hierboven vermelde standaardkunststoffen, zijn polyacetaal, polyamide (vooral die bekend onder de handelsnaam nylon), polytetrafluorethyleen (handelsmerk Teflon), polycarbonaat, polyfenyleensulfide, epoxy en polyetheretherketon. Een ander lid van de speciale harsen zijn thermoplastische elastomeren, polymeren die de elastische eigenschappen van rubber hebben maar bij verwarming herhaaldelijk kunnen worden gevormd. Thermoplastische elastomeren worden beschreven in het artikel elastomeer.
Kunststoffen kunnen ook worden onderverdeeld in twee verschillende categorieën op basis van hun chemische samenstelling. Een categorie is plastic dat bestaat uit polymeren met alleen alifatische (lineaire) koolstofatomen in hun ruggengraatketens. Alle hierboven vermelde grondstoffenplastic vallen in deze categorie. De structuur van polypropyleen kan als voorbeeld dienen; hier verbonden aan elk ander koolstofatoom is een hangende methylgroep (CH 3):
De andere categorie kunststoffen bestaat uit heterochain-polymeren. Deze verbindingen bevatten naast koolstof atomen zoals zuurstof, stikstof of zwavel in hun hoofdketen. De meeste van de hierboven genoemde technische kunststoffen bestaan uit heterochain-polymeren. Een voorbeeld is polycarbonaat, waarvan de moleculen twee aromatische (benzeen) ringen bevatten:
Het onderscheid tussen koolstofketen- en heterochain-polymeren wordt weerspiegeld in de tabel, waarin geselecteerde eigenschappen en toepassingen van de belangrijkste koolstofketen- en heterochain-kunststoffen worden getoond en van waaruit links rechtstreeks worden verstrekt naar vermeldingen die deze materialen in meer detail beschrijven. Het is belangrijk op te merken dat er voor elk polymeertype in de tabel veel subtypen kunnen zijn, aangezien een dozijn industriële producenten van elk polymeer 20 of 30 verschillende variaties kunnen aanbieden voor gebruik in specifieke toepassingen. Om deze reden moeten de in de tabel aangegeven eigenschappen als benaderingen worden beschouwd.
| Eigenschappen en toepassingen van commercieel belangrijke kunststoffen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| * Alle getoonde waarden zijn voor glasvezelversterkte monsters (behalve polyurethaan). | |||||
| polymeerfamilie en type | dichtheid
(g / cm 3) |
mate van
kristalliniteit |
glas
transitie temperatuur (° C) |
kristal
smeltpunt temperatuur (° C) |
doorbuiging
temperatuur bij 1,8 MPa (° C) |
| Thermoplasten | |||||
| Carbon-ketting | |||||
| hoge dichtheid polyethyleen (HDPE) | 0.95–0.97 | hoog | –120 | 137 | - |
| lage dichtheid polyethyleen (LDPE) | 0,92-0,93 | matig | −120 | 110 | - |
| polypropyleen (PP) | 0.90–0.91 | hoog | −20 | 176 | - |
| polystyreen (PS) | 1.0–1.1 | nihil | 100 | - | - |
| acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) | 1.0–1.1 | nihil | 90–120 | - | - |
| polyvinylchloride, ongeplastificeerd (PVC) | 1.3–1.6 | nihil | 85 | - | - |
| polymethylmethacrylaat (PMMA) | 1.2 | nihil | 115 | - | - |
| polytetrafluorethyleen (PTFE) | 2.1-2.2 | matig hoog | 126 | 327 | - |
| Heterochain | |||||
| polyethyleentereftalaat (PET) | 1.3–1.4 | matig | 69 | 265 | - |
| polycarbonaat (pc) | 1.2 | laag | 145 | 230 | - |
| polyacetaal | 1.4 | matig | –50 | 180 | - |
| polyetheretherketon (PEEK) | 1.3 | nihil | 185 | - | - |
| polyfenyleensulfide (PPS) | 1,35 | matig | 88 | 288 | - |
| cellulose diacetaat | 1.3 | laag | 120 | 230 | - |
| polycaprolactam (nylon 6) | 1.1–1.2 | matig | 50 | 210-220 | - |
| Thermosets * | |||||
| Heterochain | |||||
| polyester (onverzadigd) | 1.3-2.3 | nihil | - | - | 200 |
| epoxies | 1.1–1.4 | nihil | - | - | 110-250 |
| fenol-formaldehyde | 1.7-2.0 | nihil | - | - | 175–300 |
| ureum en melamine-formaldehyde | 1.5-2.0 | nihil | - | - | 190-200 |
| polyurethaan | 1,05 | laag | - | - | 90-100 |
| polymeerfamilie en type | trek-
sterkte (MPa) |
verlenging
bij onderbreking (%) |
buig-
modulus (GPa) |
typische producten en toepassingen | |
| Thermoplasten | |||||
| Carbon-ketting | |||||
| hoge dichtheid polyethyleen (HDPE) | 20-30 | 10–1.000 | 1-1,5 | melkflessen, draad- en kabelisolatie, speelgoed | |
| lage dichtheid polyethyleen (LDPE) | 8–30 | 100-650 | 0.25–0.35 | verpakkingsfolie, boodschappentassen, landbouwmulch | |
| polypropyleen (PP) | 30-40 | 100-600 | 1.2–1.7 | flessen, voedselcontainers, speelgoed | |
| polystyreen (PS) | 35-50 | 1-2 | 2.6-3.4 | eetgerei, geschuimde voedselcontainers | |
| acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) | 15-55 | 30–100 | 0,9-3,0 | apparaatbehuizingen, helmen, buisleidingen | |
| polyvinylchloride, ongeplastificeerd (PVC) | 40-50 | 2–80 | 2.1–3.4 | pijp, leiding, gevelbekleding, raamkozijnen | |
| polymethylmethacrylaat (PMMA) | 50–75 | 2–10 | 2.2–3.2 | slagvaste ramen, dakramen, luifels | |
| polytetrafluorethyleen (PTFE) | 20–35 | 200–400 | 0,5 | zelfsmerende lagers, anti-aanbak kookgerei | |
| Heterochain | |||||
| polyethyleentereftalaat (PET) | 50–75 | 50–300 | 2.4-3.1 | transparante flessen, opnametape | |
| polycarbonaat (pc) | 65–75 | 110–120 | 2.3-2.4 | compact discs, veiligheidsbrillen, sportartikelen | |
| polyacetaal | 70 | 25–75 | 2.6-3.4 | lagers, tandwielen, douchekoppen, ritsen | |
| polyetheretherketon (PEEK) | 70-105 | 30–150 | 3.9 | machine-, auto- en ruimtevaartonderdelen | |
| polyfenyleensulfide (PPS) | 50–90 | 1-10 | 3.8-4.5 | machine-onderdelen, apparaten, elektrische apparatuur | |
| cellulose diacetaat | 15–65 | 6–70 | 1.5 | fotografische film | |
| polycaprolactam (nylon 6) | 40–170 | 30–300 | 1.0-2.8 | lagers, katrollen, tandwielen | |
| Thermosets * | |||||
| Heterochain | |||||
| polyester (onverzadigd) | 20–70 | <3 | 7-14 | scheepsrompen, autopanelen | |
| epoxies | 35–140 | <4 | 14-30 | gelamineerde printplaten, vloeren, vliegtuigonderdelen | |
| fenol-formaldehyde | 50–125 | <1 | 8-23 | elektrische connectoren, handgrepen van het apparaat | |
| ureum en melamine-formaldehyde | 35–75 | <1 | 7.5 | werkbladen, serviesgoed | |
| polyurethaan | 70 | 3–6 | 4 | flexibele en harde schuimen voor stoffering, isolatie | |
Voor de toepassing van dit artikel worden kunststoffen in de eerste plaats niet gedefinieerd op basis van hun chemische samenstelling, maar op basis van hun technische gedrag. Meer specifiek worden ze gedefinieerd als thermoplastische harsen of thermohardende harsen.
