Nieuwe polymere materialen : verwachtingen juist gebleken
Citation for published version (APA):
Lemstra, P. J. (1986). Nieuwe polymere materialen : verwachtingen juist gebleken. Chemisch Magazine,
(januari), 54-56.
Document status and date:
Gepubliceerd: 01/01/1986
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be
important differences between the submitted version and the official published version of record. People
interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the
DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page
numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at:
openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
duw
G e e n I O P
Naar miin weten werd er in Nederland 5 jaar geleden meer research gedaan op dit gebied dan thans. Het gebied is geen ron gewoiden maar er is wel gesproken over de wenselijk-heid an nieuwe chemie op basis van aardgas en zout, de twee grote inheemse chemische grondstoffen van ons land.
Toch zijn er kernen van onderzoek in Nederland bijgeko-men, b.v. een groep o.l.v. Prof . Van der Wiele op de rns die experimenten en evaluaties heeft gedaan naar de directe oxldatie van methaan met lucht (zuurstof) naar ethyleen.
De reden van de vertraagde ontwikkeling is geen tech-nisch/wetenschappelijke maar ligt in de lage belangstelling van de ziide van de bedriiven. De aandachtvan de bulkche-mie is zodanig gebonden aan het ingewikkelde proces van ruil van portefeuilles, het opgeven van zwakke produktielo-caties en sanering van de explosief gegroeide bedrijfstak, dat er geen bestuurlijke aandacht meer over is voor het be-seleiden van innovaties die elk voor zich nu eenmaal belang-;ijke investeringen met zich meebrengen.
Stand van zaken
De stand van zaken is thans dat er zich in diverse research-portefeuilles totaal nieuwe chemische proc€ssen bevinden, maar nog op laboratoriumschaal 0,1 tot 1 kg/uur, wlllaa,n op beschèidèn niveau wordt doorgewerkt en die eigenlijk al-leen in de octrooi-literatuur zichtbaar worden.
De belangrijkste trend blijft het vervangen van de endo-therme eleklrochemische of hoge-temperatuurreacties door katalytische, waarbij de temperaturen zo gekozen zijn dat onderlinge warmtewisseling mogelijk is. Aardgas is de grondstof, de produkten zijn gechloreerde koolwaterstof-fen, eenvoudige monomeren, lagere alcoholen, de proces-sen gebruikerr behalve de grondstof geen extra energie.
Het wachten is op de omslag in de business trend waarbij de bulk chemical processen en fabrieken economisch of technisch zo verouderd zijn, dat de prijsstructuur een inves-teringsgolf van vernieuwingen mogelijk gaat maken. Wan-neer dat gaat gebeuren is niet te voorspellen. Het is wel zaak dat researchmensen klaar staan om snel de ontwikkelingspe-riode te starten.
Een ding lijkt zeker: Nederland (Rotterdam en omge-ving) is een van de beste zware-chemielocaties van Europa, en àe vernieuwingsgolf zal zeker een verschuiving naar Rot-terdam met zich meebrengen.
NEDERLAND (Rotterdam en omgeving) is een van de beste zware-energielokaties van Europa, en de vernieuwingsgolf zal zeker een verschuiving naar Rotterdam met zich mee-brengen.
Nieuwe polymere
materialen:
verwachtingen
juist
gebleken
Het produktievolume van synthetische
polym_eren
bedraagt wereldwijd momenteel meer dan 50 x
106 tonl/jaar. De vaak negatieve klank die
oor-spronkelijk kleefde aan het begrip
'plastics'
is-ge-têiaenit verdrongen door de vele hoogwaardige
toepassingen
in diverse sectoren van synthetische
polymeren, kortom de evolutie van plastics naar
kunststof
.
P. J. Lemstra
In 1980
werden 'nieuwe polymere
materialen'
aangeduid
als
één van de gewenste
resèarchdoelen(1).
Hierbij *9ld
1.991-tertijd opgJmerkt
dat het begrip
'nieuw'zeer betrekkelijk is
daaizowàl bij de groep van
'cómmodity
polymers'
als ook
bij de voor een meêr specifiek
doel geproduceerde
polyme-reï, de 'specialities',
de kans op technische
maar vooral
commerciêle
realisatie uiterst gèring is. De verwachting
werd toen uitgesproken
dat bij een groeiende
behoefte
aan
materialen
mét specifieke
eigenschappen
slechts
een klein
gedeelte
van dezè behoefte
zál worden gedekt door geheel
íieuwe polymeer typen; het accent
zou komen te liggen op
modificàties van bestaande polymeren zoals polymere
mengsels,
composieten
en copolymeren.
In-retrospeci is dlt verwachtingspatroon
juist gebleken'
De grote vièr'commodity
polymers':
polyetheen'
polypro-peeÀ, polystyreen
en polyvinylchloride,.
omvatten nog
iteeds
Àeér dan 213
van het-totale
produktievolume
terwijl
de 'speciality polymers' ondanks alle inspanningen
-een
markivolumó
aànóeel
innemen
van minder
dan5Vo'Yeel-belovende
ontwikkelingen
zoals
hoge-temperatuur
besten-dige polymeren
bij v. PÈEK (polyetheretherketon),
zelfv
er
-stàrkènáe
polymeien op basis
van aromatische
polyes.ters
en
geleidendé
polymeren
bp basis
van polya.cetylenen
zijn nog
íi"t ru.c"tuol (en niet alleen om kóstprijs-redenen)'
Dit betekent niet dat de polymeertechnologie
op een
dood spoor is geraakt,
integendeel:
tal van interessante
ont-wikkelingen
zijn in de afgèlopen
jaren.aan
de gang-gezet'
ook in Nàderland
en somsln sámenwerking
tussen
industrie,
technische
hogescholen/universiteiten
en het rnlrNo-Delft'
Hieronder vol-gen
enkele voorbeelden
en trends'
Commodity/Commod
itY-Plus
In het algemeen
hebben
iype-aanduidingen
van
'commodi-ty' polynïeren
anno 1986
rióg slechts
een generische
beteke-tís. Of, zoek naar nieuwe toepassingsmogelijkheden.
het-ben kunststofproducenten
tal vàn sub-typen
ontwikkeld die
qua bruto stiuctuurformule nog iets, gemeenschappelijks
Éebben
maar voor de rest qua toepassing
en eigenschappen
onderling
sterk verschillen.
Het gaat veelal niet om
specta-culaire verbeteringen
in eigenschappen
maar om een ver'
breding van de toépassingsmogelijkheden.
Via
optimalisa-tie vante polymeriÀaoptimalisa-tie-recepturen
(mol' weight tailoring)'
via copolymeiisatie
en door blenden
kan daarbij aan de spe'
cificaties
van bijv. de automobielindustrie
worden voldaan.
Deze ontwikkeÍing
wordt soms aangeduid
met
'commodity-plus' (2), zie ook figuur 1.
januari 1986 54
I
-##eP :
Dat men evenwel ook, op basis van eenvoudige (eenvou_ dig qua chemische structuur),commodity, fotyil"i.n, pio_ dukten kan vervaardigen met spectaculaire mechanische
:ige_lschageg:.
i'.9" afgelopen
vijr juui áuiàènlr
e"*àià"n
ïllT_gntwikkeling
molec.ulengestart
bij osil. Door de ràn!. -u.rà_
parallel en perfect te ordenen, is men èr techno_ j:Fj:.^l]" g.slaagd,vezets re vervaardigen op basis van po_ tyerheen met_een hoge treksterkte en stilfheid zoals vàor ucnzefi spreekt uit tabel l.
tabel 1: SpeciÍieke sterkte/stijÍheid van vezels (speciÍiek is de meetwaarde in Gpa (t0siit.m-1, sooiLlijke massa in g.cm-g : N/Tex)
I
Fi
materiaal speciÍieke speciÍieke sterkte modulus (N/Tex) (N/Tex) gtasvezel staaldraad koolstoÍvezel aromatische polyamide (Kevlar- Du Pont/Twaron-AKZO ) HP-PE (PE-vezet/DSM) PE (standaard) 0 , 7 0 , 3 1 , 8 z3 , 5
<0,05
30 40 1 5 0 90 1 3 0 < 2Í
I
s
^ , H : , i t d u i d e l i j k d a t een ontwikkeling. waarbij men op ba_ s l s v a n d e ' c o m m o d i t y ' . p o l y m e r e n s t i u c t u r e n - p r o b e e r t t e vervaardigen met excellèntè mechanische eigenschupp.n,
I::] l:19.T
DUvoorbeelclgaat dan de commodity-plus-treia.
ver!ËÏ;r
de eigenschappen van standaard pn zoa-is we dle kennen van de folie, plaat en buis met de eigenschappen van de np-ps vezel.
Composielenipolymeermen
gsels
ëen unlek fett ls dat een klein land als Nederland met de ontwikkeling op het gebied van de supersterke vezels voor_ op toopt, n.t. AKZolENKA met de ontwikkeling van de arami_ de vezel en DSM met de gelversponnen pE_uezéI. In 19g6 start een rop-composieten met het doel om met name de interac_ tle tussen vezel en matrix te bestuderen in o.m. .advanced composites'. Naast fundamentele aspecten m.b.t. de hech_ ting vezel-matrix komen ook meer éxploratieve zaken aan d e . o r d e . In d i t lop programma partiiiperen o.m. KRrrNo_ D e l f t . t r - D e l f t . rn-Èinàhouen en de nl_Groningen. Naar verwachting zullen de resultaten van dit rop_programma ten goede komen aan de ontwikkeling en het ge'U.u"it van nieu_ we vezelsterke composiet-materiàlen.
Binnen dlgroep van kunststoffen voor constructieve toe_ passlngen, 'Engrneering plastics'is uit de samenwerking tus_ sen rs-Twente en DSM een nieuwe loot ontstaan, .en nllon_ cggo-lymeer met een hoog smeltpunt .sranyl' (nyion +dll-_ l{ijl pij General Electrié (Bergen op ZóoÀ)'e"; ;ié;;;
l]:19 i:",11,*ikkeld
op basis_v_a"n
polycarbonaar
en potybu_
teenterephthalaat 'Xenoy'. Hiermee is cr er in gèsláagd naast hun'l{9ryt' (polystyree n/pol yphenyleenoxide) wede"r_ om een unieke combinatie te vindeh van lalthans gêdeelte_ liit) mel.SUare polymeren. Mengbaarheid van polfmeren is :::Tl:t_tr""dering dan. regel daar de geringe mengentropie van range macromoleculen veelal prohibitief is voor een mo_ f"uJutr: menging.IVÍengen van polymeren via bijv. ,-"fi."_ trusre blrJtt dan ook vaak bepe_rkt tot dispergeren van poly_ meer.A in
I (of omgekeerd.-afhankelijk van"de volumàver_ nouctrng, relatieve viscositeiten etc.); de morfologie van de resulterende blend is sterk afhank.iíjt uan de veïwerking_ somstandigheden. Polymeriseren in aanwezigheid van d-e dlsperse fase (bijv. rubber-latex) verdient dan-ook vaak de voorkeur (ers, High-Impact rs).
COMMODITY-pLUS; Het gaat hier veelal niet om spectacu_ laire verbeteringen in eigenichappen, maar om een verbre_ ding van de- toepassin-gsmogenjtheden. In deze figuur de prii.s-prestatie-verhouding tógen het volume voor synthe-tische polymeren. (figuuil)
-In dit verband biedt .Reaction -Injection Moulding,_nrlr, oorspronkelijk ontwikkeld voor polyurethaan maar nu ook toepasbaar voor o.m. Nylon-6 (íia óaprolactam), epoxy en acrylaten, inreressante mogelijÈhede1 o- potyÁe.Ë .;"g_ sels.en composieten te vervaardigen. Bij de-nrna_technologíe vindt polymerisatie.plaats in de iratrijs"en het proces heËft een grote flexibiliteit m.b.t. de uitgangsmateriálen; aan het te_polymeriseren monomeer in-dehalriis kunnen namelijk tal van additieven zoals andere polymeren, vezels en schuimmiddelen worden toegevoegà. be laatste jaren is binnen ons land osu actief op het gèUl"a van de nllr_Nylon technologie.
Het voornoemde nadeel van mengen via smeltextrusie d.w.z. in continue verwerkingsuppa.uíuu., kan in een voor_ deel worden omgebogen wanneer men in staat is de morfo_ Iogle te sturen en te controlerel tijdens de verwerking. Men heeft in principe een additionele u.iih.idrg.uad om dJgedls_ pergeerde fase tijdens verwerking fe defdrmeren in eàn ge_ wenste vorm, bijv. ve.zel, lamel etc., via een specifieke rEk_ :l,Td.t: srroming (3). Hoewel deze ontwiktéting nog in de Krnderschoenen staat, zijn er gerede aanwijzingen daier op basis, van niet-mengbare polyireren ,gn. ,ri.uiturized poty_ mer blends' te vervaardigen zijn met Inieke eigenschappJn ( 4 ) .
lpeciality PolymersiSpeciatity
products
Op het gebied van de 'speciality polymers' is in Nederland een aantal interessante ontwikkelingèn te noemen van de af_ gelopen vijf jaar.
!r zijn voor med-ische toepassingen pro_ 9ykr ontwikkeld (nu-Groningen, rn-T#ente) ïaárbij brocompatibele/afbreekbare polymeren wellicht Íret meesi tot de verbeelding spreken, o.m. kunstaders op basis van fó_ lvmelkzuur.-
Er is een rop-membranen gestart (rH-Twente, rruo) en de o^ntwi kkeli ng v an .zgn.,superslurperè' Uil tret x*irNo (aq ual_ l o y ) m a g z e k e r nlet onvermeld blijven.
januari 1986 55
Conclusie
Hoewel we ook in de komende vijf jaren geen stroom van nieuwe polymeren kunnen verwachten, is uit het boven-staande hopelijk duidelijk geworden dat er ook op basis van bestaande polymeren, in combinatie met een betere beheer-sing van de verwerkingstechnieken, nog tal van mogelijkhe-den zijn om produkten te vervaardigen met unieke eigen-schappen.
Literatuur
l. Chemisch Weekblad, febr. 1980, ó1 2. Chemisch Magazine, febr. 1984, 72
3. A. K. van der Vegt, Chemisch Magazine, dec. 1984, 755 4. P. J. Lemstra en R. Kirschbaum. Polvmer 1985.26, 1372
Steenkool in de
energrevoorzrenrng:
afname
onderzoeksactiviteiten
De toepassing
van steenkool werd vijf jaar
gele-den gekozen als één van de researchdoelen.
De
onverwachte gebeurtenissen
in de olievoorziening
in 1973 en de sterke prijsstijging van energie in
1980leidden tot een grote belangstelling
voor
an-dere brandstoffen dan olie. Onder de
research-doelen \ryaren
verschillende andere
energieprojec-t e n .
W. van Gool
Het heeft enige jaren geduurd alvorens men het steenkool-onderzoek weer van de grond had getild: na de vondst van het aardgas in de zestiger jaren was veel van het steenkool-onderzoek gestaakt. Maar omstreeks 1980 was er een lande-liike activiteit in de vorm van het Nor, een multi-universitair pioject en industriële activiteiten bij b.v. Shell en Esso.
Nu, in 1985, ziet men een afname van deze onderzoekacti-viteiten. Er is nog wel een universitair vervolgproject (ruc,l) en er is ook nog een aantal andere activiteiten, maar voor steenkoolvergassing is de belangstelling nog maar gering. Dit is geen gunstige ontwikkeling: researchwerk vraagt een grotere continuïteit, zeker als de kennis met veel inspanning moet worden opgebouwd.
Was steenkool dan een verkeerde keus als researchdoel? Naar mijn mening blijft steenkoolonderzoek van veel be-lang voor de be-lange termijn. Maar het is waarschijnlijk niet gelukkig om zo'n onderwerp onder te brengen op een popu-laire Top-Ten lijst. Want het is duidelijk dat die lijst nu an-dere onderwerpen zou bevatten, zoals b.v. sensoren, hoge-dichtheid keramiek en composietmaterialen. Hier ligt het dilemma: met de huidige financieringsproblemen moet men wel bij de politieke populariteit aanhaken om extra midde-len te bemachtigen, maar men is dan erg kwetsbaar. In het volgende worden zowel de energie-aspecten als de onder-zoekkant nader toegelicht.
Het heeft na 1973 vele jaren geduurd alvorens het ener-giebeleid tot tastbare resultaten leidde. De complexiteit van onze bestuursvormen laten geen snelle beslissingen toe. Ook in de industrie duurt het iaren alvorens men tot ener-gie-zuinige investeringen kan -overgaan. Energiebesparin-januari 198ó 56
ALLEEN IN DE ELEKTRICITEITSPRODUKTIE gaan ko-len een steeds belangrijker rol speko-len. Voor steenkoolvergas' sing is de belgngstelling nog maar gering. Hier een steenko' lenvergasser in Sasol (Zuid-Afrika). (Fotoservice Gasunie) gen, de ene poot van het beleid, werd dan ook pas goed merkbaar na 1980, mede door de extra impuls van de sterke prijsstijging rond die tijd. Het energieverbruik ging teruglo-ir"n - waaiUil ook de economische recessie een rol speelde
- maar de inkomsten bleven wel toenemen door de koppe-ling van gasprijs aan die van olie en recentelijk door de ster-ke koersstijging van de dollar. Maar met de nu dalende dol-lar en met dalende olieprijzen ontstaat er enige paniek: de gasinkomsten kunnen niet worden gemist. Men heeft beslo-ien om weer onbeperkt aardgas aan de industrie ter beschik-king te stellen. Zo komt er van de tweede poot van het beleid - de diversificatie van de grondstoffen - ook niet veel te-recht. Alleen in de elektriciteitsproduktie gaan kolen een steeds belangrijker rol spelen. Hoewel men op de wereld-markt zwavelarme kolen koopt, moeten de verbrandings-gassen worden gezuiverd teneinde de luchtverontreiniging tot een acceptabel niveau terug te brengen.
Systeemstudies
nodig
Het researchbeleid ten aanzien van de steenkool is niet erg gelukkig geweest. Het Nox kwam vrij laat tot stand en heeft nogal onder de invloed van het industriebeleid gestaan. Zo is er niet een goede analyse gemaakt van de vraag waar men de zuivering moet toepassen: de steenkool zelf, tijdens de verbranding of achteraf (rookgassen). Op een langere duur zou de zuivering van de kool zelf, gevolgd door één of ande-re vorm van fluïdisatie, wel eens een beteande-re weg kunnen zijn om tot een schone en industrieel-inzetbare brandstof te ko-m e n .
De gang van zaken overziend kan men stellen dat ook de keus van research-onderwerpen op energiegebied meer be-geleid zou moeten worden door systeemstudies. Daarbij moet men vooral ook de tijdsafhankelijkheidvan de ontwik-kelingen betrekken. Heeft men een weg uitgestippeld, dan moet het research- en ontwikkelingswerk niet afhankelijk worden gemaakt van de korte-termijnwisselingen van olie-prijzen en dollarkoersen. I l
