Gebruik van polyamide door de industrie
Figuur 2: Gebruik van polyamide door de industrie.[2]
Waar wordt polyamide gebruikt?
Polyamide heeft een plaats veroverd in talloze industrieën. Hier zijn enkele voorbeelden:
Textielindustrie
Polyamidevezels, ook bekend als nylon of Perlon, zijn te vinden in kousen, sportkleding, ondergoed en veel andere kledingstukken. De vezels worden ook gebruikt als technische stoffen, vislijnen en touwtjes voor tennisrackets.
Auto-industrie
Naast het gebruik als vezels in de textielindustrie, hebben polyamiden een stevige plaats veroverd als technische thermoplasten in de auto-industrie — in fittingen, spatborden of onder de motorkap voor tanks of brandstofleidingen, remmen, transmissieonderdelen en in e‑mobiliteit.
Elektrische en elektronische industrie
Polyamiden zijn ook te vinden in de elektrische en elektronische industrie, als behuizingen, in printplaten, isolatiematerialen, in huishoudelijke elektrische apparaten of pompen.
Bouw
Polyamide wordt hier gebruikt als thermische onderbreking in profielen voor ramen en gevelconstructies.
Verpakkingsindustrie
Polyamide speelt een bijzonder belangrijke rol in flexibele verpakking. Het is te vinden in vacuümverpakkingen voor voedingsmiddelen zoals kaas, worst en diepvriesproducten.
Grafiek 3 laat zien dat het aandeel van polyamide in de auto-industrie gestaag toeneemt en dat het aandeel in de verpakkingsindustrie ook groeit.
Waarde van Polyamide (PA) 6 verbruikt door eindgebruikersindustrie
Figuur 3: Marktaandeel van polyamide in technische verbindingen.[3]
Polyamide onder de loep
Maar hoe ziet polyamide er precies uit en hoe wordt het gemaakt? Hiervoor is een korte excursie naar de organische chemie nodig. Polyamiden zijn lineaire polymeren. Hun bijzonderheid: regelmatig herhalende amidebindingen langs de hoofdketen. Bijna alle belangrijke polyamiden zijn afgeleid van primaire aminen. Wat betekent dat? De functionele groep ‑CO-NH- komt voor in hun repeterende eenheden langs de polymeerketen (vergelijk structuurformule).
Structuurformule van polyamide: De blauwe amidegroep wordt herhaald langs de polymeerketen. R staat voor de rest van de verbinding die voor de synthese is gebruikt.
De amidegroep wordt gevormd tijdens de productie van polyamide uit een carbonzuur en een amine. De resulterende amidebinding is hydrolytisch splitsbaar — deze kan dus weer worden verbroken door een reactie met water. De industrie gebruikt bijvoorbeeld aminocarbonzuren, lactams, diamines en dicarbonzuren als monomeren voor polyamiden.
Productie van PA6 en PA66
PA 66 en PA 6 worden vaak gebruikt als technische verbindingen. Hoewel deze twee polyamiden chemisch en fysisch vergelijkbaar zijn, is hun productieproces fundamenteel verschillend en gebaseerd op verschillende uitgangsmaterialen. Polyamide 66 — bij iedereen bekend als nylon — kan worden gemaakt van het diamine hexamethyleendiamine (HMD) en adipinezuur, een dicarbonzuur. De carboxylgroep (-COOH) van het adipinezuur reageert met de aminogroep van de diamine (-NH2). Hierdoor ontstaat de peptidebinding (-NH-CO-). Dit is de basisbouwsteen van alle polyamiden. Polyamide 6 daarentegen — bekend als Perlon — wordt geproduceerd door ring-opening polymerisatie van ε‑caprolactam met water als starter. Bij hoge temperaturen wordt ω‑aminocaproïnezuur (chemisch: ω‑aminohexaanzuur) gevormd uit het ringvormige ε‑caprolactam. Het heeft een carboxylgroep aan de ene kant en een aminegroep aan de andere kant. Deze eigenschap staat bekend als bifunctioneel. Het is mogelijk dat ω‑aminocaproïnezuur met zichzelf reageert om polyamiden met lange ketens te vormen.
DIN ISO 1043–1 definieert de nomenclatuur van polyamiden: PA is de afkorting voor alle polyamiden. De afkorting wordt gevolgd door het aantal koolstofatomen in de monomeren. Als het bijvoorbeeld gaat om Perlon, gemaakt van het bifunctionele ω‑aminohexaanzuur met zes koolstofatomen, is de afkorting PA 6. Als het polymadi is gemaakt van een dicarbonzuur met een diamine, zoals het geval is bij nylon, zijn de koolstofatomen van de twee monomeren relevant, worden ze geteld en achter elkaar gegeven. Daarom wordt nylon PA 66 genoemd[4].
Eigenschappen van PA6 versus PA66 — vergelijkbaar en toch verschillend
Zowel PA6 als PA66 hebben goede glij- en dempingseigenschappen, zijn zeer slijtvast en slagvast en zijn bestand tegen zwakke alkaliën, smeermiddelen, oliën en vetten. Door de andere rangschikking van de polymeerketens heeft PA66 lichte voordelen, zoals de tabel laat zien.
| PA6 | PA66 | |
|---|---|---|
| Smeltpunt in °C | 220 | 260 |
| Glas temperatuur in °C (droog) | 50–60 | 50–60 |
| Dichtheid | 1,15 g/ml | 1,2 g/ml |
| Vochtopname in % (23 °C, 50 % luchtvochtigheid) | 2,6–3,4 | 2,5–3,1 |
| Bewerkbaarheid — lage gereedschapsslijtage en oppervlaktekwaliteit | Goed | Beter |
| Krimp | Laag | Groter |
| Waterabsorptie | Hoger | Lager |
| Trekmodulus in MPa — droog | 2700–3500 | 2700–3500 |
| Trekmodulus in MPa — vochtig | 900‑1200 | 1000–1600 |
De andere rangschikking van de moleculen resulteert in lichte mechanische voordelen voor PA66. PA66 is ook beter bestand tegen temperaturen en absorbeert minder vocht, waardoor het vormstabieler is. Maar PA6 heeft ook enkele voordelen. Met name de oppervlaktekwaliteit van de glasvezelversterkte kwaliteiten is beter, omdat de smelt langzamer stolt. Bovendien leiden de lagere verwerkingstemperaturen van PA6 tot een lager energieverbruik, waardoor de productiekosten lager zijn dan bij PA66. Door de hogere vochtopname is PA6 slagvaster dan PA66.
De mechanische en thermische eigenschappen van polyamide kunnen aanzienlijk worden verbeterd door additieven, glas- of koolstofvezels toe te voegen. Dit maakt het mogelijk om zeer slagvaste, hitte- en hydrolysegestabiliseerde polyamiden te produceren. PA6 en PA66 zijn geschikt voor verwerking in spuitgieten, extrusie en blaasgieten. Voor de vezelindustrie worden de vezels rechtstreeks uit de smelt gesponnen.
Voordelen en nadelen van polyamide
De voordelen
De voordelen van polyamide als vezel liggen voor de hand: het materiaal scoort punten met zijn hoge sterkte, duurzaamheid, elasticiteit en maatvastheid. Het is licht, sneldrogend, bestand tegen vocht en minder kreukgevoelig.
Polyamiden worden steeds vaker gebruikt in technische toepassingen. Dankzij hun hoge mechanische sterkte en chemische weerstand hebben technische kunststoffen nu veel metalen onderdelen in de voertuigbouw vervangen. Sterk belaste onderdelen met complexe geometrieën kunnen relatief eenvoudig en kosteneffectief in grote hoeveelheden worden geproduceerd. Metaal vervangen door polyamide vermindert het gewicht van het voertuig en dus ook het brandstofverbruik.
Glijlagers, aandrijfriemen, tandwielen of rollen gemaakt van polyamide hebben hun waarde bewezen omdat het materiaal hoog scoort op het gebied van slijtvastheid en goede glijeigenschappen. Koolstofvezels verbeteren de reeds bestaande glijeigenschappen nog verder.
De elektrische en elektronische industrie is na de auto-industrie de grootste afnemer van technische polyamiden. Ze worden gebruikt voor behuizingen en voor het isoleren van elektronische componenten, omdat het materiaal een hoge elektrische isolatie- en volgweerstand heeft. Indien nodig kan het materiaal ook elektrisch geleidend worden gemaakt door er metaal en grafiet aan toe te voegen.
De nadelen
Maar waar licht is, is ook schaduw. Ondanks de vele voordelen heeft polyamide een aantal nadelen. Het materiaal heeft een slechte chemische weerstand tegen zuren en basen.
Het materiaal heeft ook nadelen wat betreft productie, gebruik en verwijdering. Voor de productie van zuivere polyamide is ruwe olie nodig. De productie is zeer energie-intensief, net als de verwerking van polyamide. De bijbehorende gevolgen voor het klimaat en het milieu zijn duidelijk.
Verdere milieuschade ontstaat wanneer polyamiden in waterwegen en het milieu terechtkomen — bijvoorbeeld via kleding: De kleinste vezeldeeltjes worden afgeveegd in de wasmachine. Deze kleine deeltjes, in de media microplastics genoemd, komen in het afvalwater terecht. Met de huidige technologieën is het voor rioolwaterzuiveringsinstallaties niet mogelijk om microplastics volledig uit te filteren. In één wasbeurt van nylon textiel kunnen ongeveer een half miljoen microvezels in het afvalwater terechtkomen. [7]
Polyamide recyclen: kansen en uitdagingen
Zoals veel kunststoffen wordt ook polyamide besproken op het gebied van duurzaamheid en milieubescherming. Een belangrijk onderwerp hierbij is recycling. Dit is de enige manier om polyamideafval te minimaliseren en terug te brengen in de materiaalcyclus. De voordelen: Er is geen ruwe olie nodig voor de recyclaten, de energiebehoefte per kilogram gerecycled polyamide is veel lager dan die van nieuw materiaal en het materiaal komt niet terecht op stortplaatsen, verbrandingsovens of in de natuur. Dit is goed voor het klimaat en het milieu. Polyamiden zijn gemakkelijk mechanisch te recyclen. Vanwege de chemische structuur en de technische vereisten voor verwerking is uitgebreide expertise echter essentieel. De uitdaging hierbij is dat het gerecyclede materiaal een consistente kwaliteit moet hebben met eigenschappen die zo veel mogelijk lijken op die van nieuw materiaal. Alleen op die manier kunnen kunststofverwerkers hoogwaardige producten maken die optimaal presteren tijdens het gebruik in voertuigen, vliegtuigen of de elektronica-industrie.
Om dit doel te bereiken, moeten recyclers polyamideafval van een consistente kwaliteit en in voldoende hoeveelheid kunnen verkrijgen om het zorgvuldig te verwerken. Het is precies dit vermogen dat ENNEATECH kenmerkt.
ENNEATECH: Gerecycled polyamide vermindertCO2-voetafdruk met 90%
De reden voor de positievekoolstofvoetafdruk van de producten van Enneatech zijn de grondstoffen: polyamide bijproducten uit de hoogwaardige textielindustrie vormen de kern van de slagvaste gerecyclede polyamiden. Het bedrijf gebruikt deze om een homogeen uitgangsmateriaal te produceren. Hier profiteert Enneatech van zijn jarenlange expertise in de textielindustrie en even langdurige relaties met klanten en leveranciers. Omdat het bedrijf een van de pioniers in de markt is, heeft het een grote leveranciersportefeuille en kan het zelfs in moeilijke marktsituaties betrouwbaar leveren. Door het hoogwaardige textielafval te recyclen, produceert Enneatech polyamiden met een traceerbare en documenteerbareCO2-voetafdruk.
Op basis van tientallen jaren ervaring in het recyclen van polyamide is Enneatech erin geslaagd om een extreem slagvaste, gerecyclede gevulde PA6- en PA6.6‑compound aan te bieden met de Entron Eco-productlijn: Entron Eco Compounds. Met zijn eigen compoundinglijn kan het bedrijf op verzoek voldoen aan individuele klantspecificaties. De compounds overtuigen niet alleen door hun uitstekende mechanische eigenschappen, maar ook door eenCO2-voetafdruk die tot 90% lager is dan die van nieuw materiaal. Naast de gevulde compounds is Entron Eco ook verkrijgbaar als granulaat. Het wordt geproduceerd zonder vreemde polymeren en additieven en vormt de basis van de gevulde compounds. Dat geldt natuurlijk ook hier: DeCO2-voetafdruk is altijd 90% lager dan die van nieuwe goederen.
