Kunststoffen (3)

CHEMIE VAN KUNSTSTOFFEN

De chemie van kunststoffen is het eenvoudigst uit te leggen door uit te gaan van het ethyleen-molecuul. Het ethyleen-molecuul bestaat uit twee dubbelgebonden koolstofatomen. E‚n van die twee bindingen is nog vrij voor een chemische reactie. Het kan zich binden aan een ander molecuul, bijvoorbeeld aan een koolstofatoom van een ander ethyleen-molecuul. Dit kan in theorie eindeloos doorgaan waardoor lange ketens van ethyleen-moleculen ontstaan. In de praktijk binden zich echter maximaal 100.000 moleculen. Het griekse woord voor ‘veel’ wordt gebruikt om aan te geven dat er veel ethyleen-moleculen in een keten verbonden zijn: poly- ethyleen. Een keten van veel moleculen, verbonden zoals hierboven beschreven, wordt een polymeer genoemd en het maken van de ketting polymerisatie.

Een ethyleen-molecuul heeft naast de twee koolstofatomen ook nog vier waterstofatomen. Uitgaande van het ethyleen-molecuul kan de opbouw van andere kunststoffen worden getoond. PVC, bijvoorbeeld, wordt gemaakt uit een vinylchloride. Dit molecuul lijkt op het ethyleen-molecuul, alleen is ‚‚n waterstof-atoom vervangen door een chlooratoom. Polypropeen, in 1943 ontwikkelt door Professor Natta uit Milaan, is een polymeer van propeen. Bij het propeen-molecuul zit aan een van de koolstofatomen van het ethyleen-molecuul een extra koolstofatoom. Aan dit derde koolstofatoom zitten drie waterstofatomen. In een tekening is het allemaal duidelijk te zien.

thermoplasten

Een kunststof bestaat uit verschillende ketens, polymeren, die zijn voor te stellen als spaghetti in een pan. Wanneer de spaghetti net is gekookt en dus nog warm is, is ze makkelijk te roeren in de pan. Bij afkoeling ontstaat echter een stevige massa. 85% van de kunststoffen zijn op deze manier verwerkbaar. Bij verwarming zijn ze vloeibaar of kneedbaar, afgekoeld zijn ze hard. We noemen deze kunststoffen thermoplasten. Van deze eigenschap komt waarschijnlijk het gebruik van het woord plastic, wat kneedbaar betekent.

Het basismateriaal voor veel kunststoffen is aardolie. Door distilleren splitst deze olie uit in verschillende bestanddelen, fracties genaamd, die daarna een verschillende behandeling krijgen. Uit de fractie ‘ruwe benzine’ wordt het etheen gehaald dat als basis dient voor veel thermoplasten. De kunststofindustrie gebruikt ongeveer 4% van de totale hoeveelheid aardolieprodukten, 2% als energie voor de produktie en 2% voor de grondstoffen.

VERWERKING VAN KUNSTSTOFFEN

Thermoplasten zijn kunststoffen die bij warmte vloeibaar zijn en pas bij afkoelen in een vorm (de matrijs) hun stevigheid krijgen. Hierbij komt geen chemisch proces meer te pas, het materiaal verandert niet tijdens de verwerking. Het is daarbij een omkeerbaar proces, wat betekent dat het kunststofprodukt gesmolten kan worden en opnieuw gevormd.

Spuitgieten wordt het meest toegepast. De thermoplast smelt daarbij in een verwarmde cilinder. Een schroef duwt de vloeibare kunststof naar voren en perst het door een koude matrijs. De kunststof is vloeibaar als stroop, niet als water, er is daarom extra druk nodig om de kunststof in de vormholte (matrijs) te spuiten.

Een andere veelgebruikte techniek is extruderen. Hierbij wordt de vloeibare kunststof door een pijpvormige matrijs gespoten. De binnenkant van de matrijs bepaalt de buitenvorm van het produkt. Door constante toevoer van kunststof kan het produkt bij het verlaten van de extrudeermachine direct op een haspel worden gewonden (slangetjes) of worden gesneden (pijpjes).

Blazen is een met glasblazen vergelijkbare techniek. Het wordt gebruikt voor flessen. Wil de fabrikant feestmaskers of wegwerpbakjes maken dan zal hij de vacum-techniek toepassen. Een plaatje kunststof wordt daarbij tussen een, uit twee delen bestaande, verwarmde matrijs gebracht. Door nu een vacum te zuigen tussen de twee matrijs delen krijgt het produkt de gewenste vorm. Kalanderen, tenslotte, is een techniek die gebruikt wordt om kunststofplaten en -folies te maken. De vloeibare kunststof wordt door walsen, te vergelijken met deegrollers, uitgewalst.

EIGENSCHAPPEN VAN KUNSTSTOFFEN

Een van de meest interessante eigenschappen van kunststoffen is dat het de plaats van veel andere materialen kan overnemen. Kunststoffen, in ieder geval de thermoplasten, zijn makkelijk kneedbaar. Ze laten zich eenvoudig plooien om een vorm, matrijs, of gieten. Daardoor zijn ze handig voor het maken van allerlei produkten voor huishoudelijke- en beroepsomgeving.

Kunststoffen zijn vrijwel altijd al als vervangend materiaal toegepast. Vaak blijkt dat uit het woordgebruik: synthetisch rubber, imitatiebont, kunstzijde etc. Soms blijft de oude naam gehandhaafd terwijl het natuurlijke materiaal allang is vervangen door kunststof. Een vloerkleed of tapijt is zelden nog van textiel en een glas hoeft niet van glas te zijn. Zijden kousen werden nog zijden kousen genoemd terwijl ze van kunststof waren om ze te onderscheiden van nylons. En die zijn ook al niet meer van nylon. Dat kunststof zo makkelijk andere materialen vervangt komt in de eerste plaats door de algemene eigenschappen zoals: goed isolerend, waterdicht, onbreekbaar, slijtvast en lichter dan de meeste metalen. Niet alle kunststoffen hebben dezelfde eigenschappen, een fabrikant zal daarom zoeken naar de kunststof met de gewenste eigenschappen of kunststoffen combineren. Daarnaast blijven fabrikanten experimenteren met kunststoffen. Niet om nieuwe polymeren te ontwikkelen, maar om de bestaande kunststoffen te verbeteren of verder aan te passen aan bepaalde wensen. Er zijn slechts 25 soorten kunststof, maar er bestaan tenminste 5000 verschillende handelsnamen. Het ontwikkelen van nieuwe kunststoffen is bijzonder kostbaar. Daarom houden alleen enkele multinationals zich daarmee bezig. Dit valt onder andere af te leiden aan hun patent-aanvragen, want ze zijn er zelf zeer zwijgzaam over. Een reden om nieuwe kunststoffen te ontwikkelen zijn de patentrechten. Op het moment betalen multinationals veel geld voor grondstoffen waarvan het patent bij anderen ligt. Aan de andere kant kunnen chemici bij een nieuw polymeer veel meer rekening houden met eigenschappen die tegenwoordig van kunststoffen worden verlangd. Polymerisatie, zoals het hierboven is beschreven, lijkt wellicht heel eenvoudig. In de praktijk is het een uiterst ingewikkeld en nauwkeurig proces. Door kleine veranderingen tijdens het maken van een polymeer kan de kunststof stugger zijn, harder of afwijken in een andere eigenschap. Naast het veranderen van de aanmaak-omstandigheden kan de kunststof-producent ook stoffen toegevoegen. Dit is vaak zelfs noodzakelijk om de kunststof te kunnen verwerken. De keuze van toevoegingen hangt nauw samen met de eigenschappen van het polymeer en de toepassing.

HET MILIEU

Momenteel maakt iedereen zich sterk voor het milieu. Misschien is het te hopen dat dit van voorbijgaande aard is, want de milieu- aspecten worden vanuit verschillende standpunten belicht, maar vooral ook vanuit verschillende belangen gebruikt. Onder de mantel van ‘het milieu’ kunnen zaken worden gedaan die niets met milieu te maken hebben. ‘Kunststoffen en milieu’ zou moeten worden bekeken door de grondstoffen en de vervuiling te beoordelen. In de praktijk blijkt het echter onmogelijk om de eigenschappen, economische belangen en politieke relaties buiten beschouwing te laten. Bij grondstoffen gaat het om de stoffen waaruit een kunststof is opgebouwd. Alles wat we maken, van welke grondstof dan ook, vermindert de aanwezige voorraad op aarde. Sommige grondstoffen, zoals hout, groeien weer aan, maar niet met de snelheid waarmee wij het gebruiken. Andere grondstoffen, waaronder het voor kunststoffen zo belangrijke aardolie, kunnen niet worden aangevuld. We moeten daarmee dus zuinig omgaan. Naast de beschikbaarheid van de grondstof moet ook worden gekeken naar eigenschappen van de grondstof. PVC, bijvoorbeeld, bestaat naast vinylchloride uit stabilisatoren, weekmakers en stoffen die PVC minder brandbaar maken. Wat kan gezegd worden over deze stoffen, zijn ze milieu-vriendelijk, zijn er alternatieven… De vervuiling is een andere zaak. Het behandelt het probleem van het afval. Welke stoffen komen er vrij bij afvalverwerking. Maar ook de hoeveelheid energie en water die nodig is om kunststofprodukten te produceren behoort tot de vragen die hierbij moeten worden beantwoord. In de besluitvorming over kunststoffen en milieu zal een politicus echter ook rekening houden met het feit dat grote bedrijven, zoals DSM en Shell, zich met kunststofproduktie bezig houden. Het verbieden van een plastic kan dan enorme economische gevolgen hebben. Een fabrikant, daarentegen, zal op eigenschappen van een materiaal moeten letten en bijvoorbeeld geen computer van karton maken. Daarnaast moet hij zijn kosten in de gaten houden wat wel eens in strijd kan zijn met milieu-criteria.

kunststoffen en niet-kunststoffen

Tegenwoordig wordt steeds vaker onderscheid gemaakt tussen de verschillende kunststoffen. Dat is een goede zaak want de ene kunststof is de andere niet. Er zijn soms eenvoudig aantoonbare verschillen. Verbranden van ethyleen geeft als restprodukten water en kooldioxide, bij verbranden van PVC ontstaat ondermeer waterstofchloride. Andere verschillen zijn moeilijker aan te geven, bijvoorbeeld omdat ze alleen onder een bepaalde voorwaarden van toepassing zijn. Wanneer een fabrikant een plastic-verpakking moet maken om zoutzuur te vervoeren dan kan hij kiezen uit bijvoorbeeld PolyPropyleen (PP) en PVC. Bestaat de kans dat de verpakking temperaturen warmer dan 60øC moet weerstaan dan zal hij PP gebruiken. PVC is matig bestand tegen zoutzuur warmer dan 60øC. Bij fosforzuur kiest hij echter in dezelfde situatie PVC, omdat PP matig bestand is tegen fosforzuur warmer dan 60øC. Bij milieu-overwegingen zouden dit soort afwegingen ook moeten worden toegepast in samenhang met niet-kunststoffen. Nu grijpen levensmiddelen-fabrikanten, na de negatieve berichten over PVC- verpakking en uit PR- en marketingoverwegingen, al snel naar karton. Ook zijn er, net als in de zestiger jaren, weer actievoerders die roepen om de terugkeer van glas. Het kan soms beter zijn een kunststof te vervangen door een ander kunststof, dan te kiezen voor een niet-kunststof. Een voordeel van kunststof boven sommige niet-kunststoffen kan bijvoorbeeld zijn dat het herbruikbaar is. Dit houdt in dat oude, kapotte en versleten kunststof-produkten kunnen worden gesmolten en opnieuw gebruikt. Ander voordeel is dat een kunststof-producent de eigenschappen kan aanpassen door toevoegingen. Bij het vergelijken van kunststoffen en niet-kunststoffen kijkt een milieu-deskundige ook naar de hoeveelheid energie en water die nodig is om een bepaalde grondstof te verwerken tot een. Om glas te maken en her te gebruiken is ruim 25 keer zoveel water nodig dan voor het maken van Poly-ethyleen. Karton-produktie verbruikt bijna 55 keer meer water dan Poly-ethyleen. In energieverbruik is glas het voordeligst. Voor een verpakking van Poly-ethyleen of karton is drie keer zoveel energie nodig als voor een glasverpakking. Ook het volume van een stof, het gewicht en de warmte die vrij komt bij verbranding zijn zaken die een milieu-deskundige vergelijkt.

PVC

Een plastic waar de laatste tijd veel over is gesproken is PVC. Het lijkt alsof er niets goed is aan PVC. We moeten ons er echter van bewust zijn dat PVC-publiciteit eenvoudig als doel is gekozen door milieu-organisaties. Vooral in de consumentensector heeft dat tot paniek geleid. Zoals we hierboven al aangaven grepen veel levensmiddelenfabrikanten naar karton of een andere niet-kunststof. Ook een kruidenier die op de kleintjes let, de detaillist Albert Heyn, kan zijn macht inzetten voor het milieu. Minder rigoureus streeft AH naar vervanging van alle PVC-houdende verpakkingen voor 1 juni van dit jaar, eventueel door andere kunststoffen. Dat met de berichtgeving hierover in de media vele reacties worden opgeroepen mag duidelijk zijn. PVC wordt voor de consument nogmaals negatief onder de aandacht gebracht, AH en andere bedrijven komen milieu-vriendelijk naar voren en de kunststofindustrie krijgt een zoveelste prikkel om naar een oplossing te zoeken.

vinylchloride

De milieu-organisaties hebben natuurlijk niet voor niets voor PVC gekozen. Het is inderdaad een van de meest twijfelachtige kunststoffen. Om te beginnen is er de grondstof waaraan PVC zijn naam ontleend: (Poly)vinylchloride. Na constatering van leverkanker bij PVC-fabrieken zijn twintig jaar geleden maatregelen genomen voor het veiliger produceren van PVC. Het maken van PVC vindt nu in westerse landen plaats binnen allerlei wettelijke regels. Deze regels hebben niet alleen betrekking op de omstandigheden tijdens de produktie, ze bevatten ook normen voor het gebruik van PVC- artikelen. Een andere al jaren bekend probleem van PVC is dat bij de verbranding van PVC waterstofchloride ontstaat. Uit onderzoek blijkt ongeveer 45% van het waterstofchloride dat vrijkomt bij de verbranding van huisvuil afkomstig van PVC. De overige 55% komt uit ander afval. Is 45% al een hoog percentage, het is enorm in samenhang met het gegeven dat PVC-afval slechts 1% van de totale hoeveelheid huishoudelijk afval vormt. Moderne verbrandingsovens houden met filters het waterstofchloride tegen of ‘wassen het chemisch’, waarmee voor kunststofproducenten deze kwestie lijkt opgelost. Sommige actievoerders vinden het argument ‘moderne ovens’ niet juist omdat niet alle verbrandings- plaatsen zijn uitgerust met moderne ovens. Daarbij vinden zij het alleen een oplossing voor het waterstofchlorideprobleem, terwijl vervanging van PVC door een ander kunststof alle problemen van PVC oplost. Kunststoffabrikanten onderkennen het probleem. Zij adviseren om geen PVC te gebruiken voor artikelen die snel in het afval komen. Voor rioolbuizen is het volgens hen echter uitstekend geschikt en niet te vervangen door een andere kunststof. Een PVC-buis kan 30 tot 50 jaar in de grond blijven en daarna worden hergebruikt. Na ongeveer 70-80 jaar wordt het pas verbrand. Andere kunststoffen vergaan sneller, een Polyethyleen-buis zou ongeveer 4-6 jaar in de grond kunnen blijven.

Dioxine

Het waterstofchloride-probleem wordt, omdat het min of meer opgelost is, niet meer aangehaald door milieu-activisten. Zij richten zich nu veel meer op dioxine. In 1976 kwamen dioxines voor het eerst uitgebreid onder de aandacht na de giframp in het Italiaanse Soveso. Vanaf 1980 zijn in Nederland dioxines ontdekt op stortplaatsen van chemische afval en in de zomer van 1989 werd een te hoge concentratie dioxine geconstateerd bij koeien in het Rijnmondgebied. Dat er nu meer dioxine wordt geconstateerd wil echter niet zeggen dat het er voorheen niet was, het is eerder een gevolg van de verbeterde meetapparatuur. Dat er dioxine vrijkomt bij verbranding van huisvuil is reeds langere tijd bekend. Producenten spreken tegen dat de schuld daarvan bij PVC ligt. Het klopt dat door PVC alleen geen dioxine wordt aangemaakt. Dioxines zijn uiterst giftige chloorverbindingen die in talrijke combinaties kunnen voorkomen. PVC bevat chloor en daarmee kunnen dioxines gevormd worden, maar ook andere produkten op de vuilverbrandingsplaats bevatten chloor. Naast produkten die chloor bevatten zijn ook ander stoffen nodig om de chemische reactie te krijgen waaruit dioxines ontstaan. Uit zeer recent onderzoek van de vakgroep Milieu- en toxicologische chemie van de Universiteit van Amsterdam is gebleken dat ook bij de produktie van vinylchloride, de belangrijkste grondstof van PVC, dioxine ontstaat. Bij de produktie van vinylchloride zou dioxine ontstaan tijdens het hergebruik van gewonnen zoutzuur, een bepaalde fase van het chemische proces. Negentig procent van de vinylchloride producerende bedrijven gebruikt de techniek van terugwinning van zoutzuur in haar produktie-proces.

weekmakers

Wanneer het vinylchloride en de dioxines worden genegeerd blijft er een ander probleem. Het kunststof PVC bestaat namelijk niet volledig uit vinylchloride. Naast stabilisatoren en stoffen die PVC minder brandbaar moeten maken zijn dat weekmakers. Dit zijn stoffen die het van zichzelf harde PVC vervormbaar maken. Door de weekmaker groeit het aantal toepassingen. De Nederlandse overheid negeerde de weekmakers lange tijd, evenals andere stoffen zoals dioxine, DDT en asbest. Mede door de milieu- ‘rage’ en de aandacht voor PVC krijgt zij nu oog voor de risico’s die weekmakers vormen. Het is beslist niet zo, zoals milieu-bewegingen oms doen geloven, dat er altijd weekmakers worden toegevoegd of dat alle weekmakers schadelijk zijn. Voor een PVC-buis of -raamkozijn is weinig tot geen weekmaker nodig. Voor slappe PVC-produkten zoals regenjassen, infuusslangen en foli‰n worden ze wel gebruikt. Deze produkten bestaan soms voor 50% uit weekmaker. Van alle in PVC gebruikte weekmakers is DEHP met 80 tot 90% de meest gebruikte. DEHP staat voor di(2 ethylhexyl)ftalaat. Het is een stof waarover tegenstrijdig gedacht wordt door onderzoekers. Enkele jaren geleden verscheen in de Verenigde Staten een onderzoeksverslag waarin werd aangetoond dat relatief hoge doses DEHP leverkanker veroorzaakten bij ratten en muizen. In de VS, waar verschillende weekmakende stoffen op een verbodslijst staan, was het een reden om een speciaal congres te houden. In Europa werd over het algemeen rustiger gereageerd. Inmiddels is toch min of meer aangetoond dat DEHP kankerverwekkend is, zij het bij een behoorlijk grote dosis. Het vervelende van kankerverwekkende stoffen is alleen dat er geen veilige dosis bestaat. Zelfs een zeer kleine hoeveelheid geeft een verhoogde kans op kanker. Wanneer er wordt uitgegaan van een, in normale omstandigheden, geringe kans op kanker door weekmakers dan blijven er toch beslist risicogroepen. In Duitsland bijvoorbeeld zijn na bloedtransfusie via PVC-slangen weekmakers aangetroffen in het bloed van pati‰nten. Bij couveuse-kinderen die werden beademt door PVC-slangen zijn afwijkingen geconstateerd in de ontwikkeling. Aan de Universiteitskliniek van Keulen bleek na vergelijkend onderzoek dat DEHP de oorzaak was voor de geringe ademhalingsverbetering bij couveuse-kinderen. DEHP werd teruggevonden in longweefsel en urine. Prof. Ehrlich Gladtke van de Keulse Universiteitskliniek zei:”Plastics met deze weekmaker horen niet thuis in de klinische geneeskunst.” Verder onderzoek zal volgens de Keulse onderzoekers moeten uitwijzen of DEHP-lekkage doodsoorzaak kan zijn geweest bij gevallen uit het verleden waar een andere oorzaak werd opgegeven. Vooralsnog hanteren zij de stelregel:”Bij twijfel voor de gezondheid moet je kiezen voor de mens.” Prof. Dieter Wundram, een Duitse autoriteit op het gebied van kunststoffen, waarschuwde voor te rechtlijnige reacties. “Het is niet nodig PVC te verbieden. Verplichten van kenmerkaanduiding is beslist voldoende. Dan kan de gebruiker zelf beslissen of ze PVC gebruikt of liever een van de vele milieu-vriendelijker kunststoffen.” Inmiddels zijn in Duitsland verschillende fabrikanten volledig gestopt met de produktie van PVC of bezig om te schakelen. Er is ook in Nederland een tendens merkbaar van bewustere omgang met PVC. PPC vervangt PVC

 

Print deze pagina
Bovenstaand bericht is geschreven op 24 september 2011 door in de categorie 2011, Oudedoos

Vorige en volgende berichten

« Ouder: Nieuwer: »

Comments are closed.




Een willekeurig bericht

Ik schrijf op deze site over allerlei onderwerpen. Soms is het heel persoonlijk, soms vooral informatief of beschouwend. Hieronder een willekeurig bericht uit ruim 1500 berichten.