Kunststoffen en polymeren

De beroemde wetenschapper Hermann Mark deed eind jaren veertig van de twintigste eeuw Nederland aan. Voor een tjokvolle collegezaal legde hij voor de ogen van de verbaasde studenten allerhande veelkleurige kunststofvoorwerpen op tafel. Dit maakte een onuitwisbare indruk, want bijna niemand had ooit dit soort kunststoffen gezien. De bekendste kunststof - het bakeliet - vond meestal toepassing in donkergekleurde radiokasten. De nieuwe

kunststoffen konden allerlei kleuren en vormen krijgen, doordat ze - in tegenstelling tot bakeliet - na fabricage weer week gemaakt en gekleurd konden worden.

Er bestaan tegenwoordig duizenden verschillende kunststoffen. Zij zijn doorgaans opgebouwd uit een bepaald type polymeer gemengd met additieven om specifieke

eigenschappen van het eindproduct te verkrijgen: een bepaalde kleur, slagsterkte, elasticiteit, elektrische isolatie, brandbaarheid et cetera. De toeslagstoffen ofwel additieven zoals

kleurstoffen, vulstoffen, weekmakers, antioxidanten en stabilisatoren vormen een aparte wereldmarkt.

Men kan kunststoffen op verschillende manieren indelen. Een klassieke indeling is die van de

thermoharders, thermoplasten en elastomeren. Bakeliet is een thermoharder.

Thermoharders

Bij thermoharders of thermohardende polymeren voegen moleculen (monomeren) zich samen tot een lange keten van moleculen (polymeren), waarbij de ketens bovendien onderling sterke dwarsverbindingen aangaan. Door deze ‘vernetting’ zal een thermoharder niet gemakkelijk smelten of vloeibaar worden wanneer deze verhit wordt. Thermoharders als bakeliet worden in de fabriek bij hun productie direct in hun permanente vorm gegoten.

Thermoplasten

Bij de vorming van een thermoplastische kunststof uit monomeren zijn de lange

polymeerketens onderling met vrij zwakke bindingen verbonden. Deze kunststof is door verhitting gemakkelijk zacht te maken en tot een breed scala aan voorwerpen om te vormen.

Rubber ligt qua gedrag tussen de thermoplasten en thermoharders in. Dit soort kunststof wordt elastomeer genoemd, en niet voor niets. Vanwege de bijzondere wijze waarop de polymeermoleculen onderling verbonden zijn hebben zij elastische eigenschappen. Nederland had vanwege de rubberteelt in Nederlands Indië met name vóór 1950 een belangrijke natuurrubberindustrie. In en vlak na de oorlog deden Nederlandse bedrijven de eerste ervaringen met kunstrubbers op, zoals met isopreenrubber, vernet polyurethaan (PUR) en SBR-rubber.

Vijf grote families

Kunststoffen zijn ook terug te voeren tot vijf families van bulkpolymeren die de wereldmarkt domineren: polyetheen (PE), polypropyleen (PP), polystyreen (PS), polyvinyl chloride (PVC) en polyethyleentereftalaat (ofwel PET). De families hebben zo hun eigen toepassingsgebied en markt.

Polyetheen wordt bijvoorbeeld gebruikt voor plastic zakken, plastic kopjes, plastic flessen, krimpfolie, speelgoed en flexibele slangen. PE vormt de grootste familie van kunststoffen. Het is de meest gebruikte kunststof in de wereld en wordt ingedeeld naar HDPE, LDPE en LLDPE.

Polypropeen heeft een hogere smelttemperatuur en is sterker dan polyetheen. De kunststof bedient daarmee bepaalde niches van de verpakkingsmarkt zoals vaten en bakken. Auto’s zitten vol met polypropyleen: bekleding, accessoires, behuizingen, dashboards, bumpers et cetera.

Polystyreen is een uitstekende warmte isolator en geschikt voor bijvoorbeeld wegwerpbekers. Het kan ook de vorm aannemen van een sterke en harde kunststof en toegepast worden als cartridges, wegwerpbestek, kledinghangers en reageerbuisjes.

PVC is een veelzijdig materiaal en kent allerlei vormen. Zij laat zich makkelijk mengen met additieven. Wanden en plafonds kunnen van PVC zijn, evenals pijpen, waterleidingen, buigzame medische hulpmiddelen en mantels van elektrische en staaldraden.

Polyethyleentereftalaat kennen we van de PET-flessen. De kunststof wordt ook gebruik voor industriële vezels, textielvezels (onder andere fleece) en keukengerei.

Naast de grote vijf zijn er nog andere, kleinere families van kunststoffen, bijvoorbeeld fenolharsen (waartoe bakeliet behoort) en polyamiden (waartoe nylon behoort). In totaal zijn er circa 20 families waarmee onderzoekers nieuwe kunststoffen ontwikkelen en fabrikanten de duizenden soorten kunststoffen in elkaar knutselen.

Bronnen:

A. E. Schouten en A.K. van der Vegt, Plastics. Hoofdlijnen van de huidige kennis en toepassing van de

synthetische macromoleculaire materialen (Utrecht 1966, vijfde druk 1974)

Kader 4: Kunststofbuizen

Het gebruik van kunststofproducten in de praktijk van alle dag heeft soms een lange

voorgeschiedenis. Zo duurde het jaren voordat de PVC buis door loodgieters en fitters in de bouw geaccepteerd werd. Rond 1950 kwam de PVC buis op de markt. Aanvankelijk liep de prijs van kunststof en koperen buizen niet ver uiteen. Koper bleef de voorkeur hebben. Het werken met koper was voor de professionele gebruiker vertrouwd, terwijl het overstappen op kunststof onbekende risico’s met zich meebracht. In 1949 zocht de firma Polva, producent van kunststofbuizen, contact met het Keuringsinstituut voor Waterleidingartikelen (KIWA) om een KIWA-keurmerk te verkrijgen. Toen eenmaal KIWA samen met het

Kunststoffeninstituut van TNO keuringseisen had geformuleerd, moest Polva de wanddikte van zijn kunststofbuizen vergroten. Ook concurrent Wavin had zich inmiddels gemeld en kreeg het keurmerk in april 1954.

Het uitbreken van de Koreaoorlog begin jaren vijftig zorgde voor een groeiende

belangstelling voor de buizen onder waterleidingmaatschappijen, installateurs, aannemers en architecten, doordat de prijs van koper, lood en staal door die oorlog sterk steeg.

Toch kwamen kunststofleidingen nog niet voor in het Handboek voor het Waterleidingvak uit 1956 uitgegeven door de Vereniging van Exploitanten van Waterbedrijven in Nederland (VEWIN). In het lesboek Bouwkunde voor het middelbaar technisch onderwijs van een jaar later werd wel aandacht besteed aan het gebruik en de verwerking van kunststof (polisanite) buizen.

De kunststofproducenten richtten zich vooral op waterleidingmaatschappijen, waaraan ze kilometers kunststofleidingen konden leveren. Eventuele hulpstukken als bochten en T-stukken werden niet meegeleverd. De fitters van de waterleidingmaatschappijen maakten zelf de verbindingen en hulpmiddelen. Voor de loodgieters in de bouw waren hulpstukken als bochten en T-stukken van wezenlijk belang om kunststofleidingen te kunnen verwerken. Het maken van aftakkingen aan de buizen bleek geen sinecure te zijn en het ontbreken van hulpstukken belemmerde het gebruik van kunststofleidingen. In 1954 nam Wavin proeven met verbindingen en schreef onder het personeel een prijsvraag uit over alternatieve

verbindingstechnieken. Het bedrijf nam de vervaardiging van kunststof hulpstukken in 1958 ter hand.

Nu hulpstukken en andere technische voorzieningen, zoals afsluiters, via de gebruikelijke methode van flenzen in het leidingsysteem waren ingepast en de buizen een

kwaliteitskeurmerk kenden, nam het gebruik van kunststofbuizen snel toe. In 1961 was het gebruik van kunststoffen voor diverse buizen en leidingsoorten zo algemeen dat de prijzen ervan werden opgenomen in het blad Bouwmarkt. Uit de richtprijzen kan worden opgemaakt dat elektriciteitsbuizen, aan- en afvoerleidingen voor water en buizen voor binnenriolering en regenwaterafvoer goedkoper waren in kunststof uitvoering dan in de oorspronkelijke

uitvoering. De kunststofbuis had zijn plek blijvend veiliggesteld.

Bron:

E.M.L. Bervoets en F.C.A. Veraart met medewerking van M.Th. Wilmink, ‘Bezinning, ordening en afstemming 1940-1970’, in: J. Schot, H. Lintsen en A. Rip, Techniek in Nederland in de twintigste eeuw (Zutphen 2003), Deel VI, 224-229.