Vandaag zijn ze op ieders lippen: kunststoffen. Het moderne leven zou ondenkbaar zijn zonder kunststof: Plastic verpakkingen zorgen voor een lange houdbaarheid van voedsel, temperatuurbestendige kunststoffen maken lichtgewicht voertuigen en e‑mobiliteit mogelijk, kabelomhulsels beschermen gevoelige elektrische kabels — om maar een paar voorbeelden te noemen. Een blik op grafiek 1 laat zien in welke sectoren het productievolume van 54 miljoen ton kunststoffen in Europa in 2022 terecht zal komen.
Grafiek 1: Kunststofproductie in Europa in 2022
Bron: Kunststoffen Europa
Oorsprong van kunststoffen
Toch is dit materiaal nog niet zo oud. Pas in 1920 erkende Hermann Staudinger het concept van macromoleculen met lange ketens. Deze ontdekking was het startsein voor een groep materialen die zich snel heeft ontwikkeld. In iets meer dan 100 jaar zijn er meer dan 200 verschillende kunststoffen gemaakt.
Maar niet alle kunststoffen zijn hetzelfde. Wat ze allemaal gemeen hebben, zijn de koolstofverbindingen met lange ketens — soms ketens naast elkaar, soms verstrengeld of in ringen. Aan de koolstofketens zitten vaak andere moleculen vast. Naast de lengte en structuur van de koolstofketen beïnvloeden ze sterk de eigenschappen van de kunststof.
Thermoplasten, elastomeren en thermoharders
Kunststoffen kunnen in principe worden onderverdeeld in drie categorieën: Thermoplasten, elastomeren en thermoharders. Thermoplasten veranderen in een vloeibaar, week gemaakt materiaal wanneer hitte wordt toegepast en zijn gemakkelijk te verwerken. Hiertoe behoren polyethyleen (PE), polypropyleen (PP), polystyreen (PS), polyvinylchloride (PVC), polyamiden (PA), polycarbonaten (PC) en polyethyleentereftalaat (PET).Elastomeren zoals rubber en caoutchouc zijn zeer elastisch. Ze kunnen niet worden gesmolten omdat hun macromoleculen op sommige punten met elkaar verbonden zijn en een wijdmazig ruimtelijk netwerk vormen. Bij thermoharders zijn de macromoleculen nauw met elkaar verbonden in alle ruimtelijke richtingen. Dit maakt ze zeer hard en niet smeltbaar. Thermoharders worden gemaakt van twee vloeibare startproducten die met elkaar reageren. Dit zijn bijvoorbeeld polyurethanen (PUR) of epoxyharsen.
Thermoplasten
Thermoplasten zijn de kunststof bij uitstek in tal van toepassingen. Ze zijn gemakkelijk te verwerken en hebben — afhankelijk van het thermoplast en de additieven — een breed scala aan eigenschappen. Dit is belangrijk, want in het “echte leven” is dit wat telt: Welke temperaturen kan de thermoplast weerstaan, hoe stabiel is het, welke glijeigenschappen heeft het, hoe kan het verwerkt worden tot het gewenste product en — ook niet geheel onbelangrijk — hoeveel kost het? Uit deze bundeling van uitdagingen is de zogenaamde plastic piramide ontstaan. Hier zie je in één oogopslag welke thermoplast geschikt is voor een bepaalde toepassing. De kunststofpiramide is onderverdeeld in standaard thermoplasten, technische thermoplasten en hoogwaardige thermoplasten.
Figuur 2: piramide van kunststoffen: de prestaties van de materialen nemen toe van onder naar boven op de y‑as, terwijl het productievolume afneemt.
Bron: Wikipedia
Terwijl hoogwaardige thermoplasten aan de top van de piramide staan en vaak temperaturen van 300 °C kunnen weerstaan, spelen standaard thermoplasten zoals PE of PS in de 80 °C‑competitie. Hoogwaardige kunststoffen zoals PAI worden vaak gebruikt om precisieonderdelen voor elektronische of medische apparaten te maken. PEEK-componenten worden gebruikt in versnellingsbakken, tandwielen en afdichtingen in de auto- en luchtvaartindustrie. Standaard thermoplasten vormen het leeuwendeel van de kunststoffen. Van verpakkingen tot bumpers, dashboards, caravan- of treinbekleding en huishoudelijke apparaten. Technische thermoplasten vormen een grote klasse kunststoffen. De naam verraadt het al: ze worden vaak gebruikt in technische producten, omdat hun prestaties in het middengebied tussen de piramidetop en ‑basis liggen. Toepassingen in de bouw, in de motorruimte voor brandstoftanks en brandstofleidingen, structurele onderdelen van de carrosserie of lampbehuizingen zijn typische toepassingsgebieden voor PA en POM. PC en PMMA worden vaak gebruikt als glasvervangers voor lampen, lenzen en medische toepassingen. De temperatuurbestendigheid van technische thermoplasten varieert van ‑60 °C tot temperatuurpieken van 260 °C, afhankelijk van het materiaal. Het zal je niet verbazen dat de materialen aan de top van de piramide erg duur zijn; hoe verder je naar beneden gaat, hoe lager de prijs.
Productievolume kunststoffen neemt wereldwijd toe
Hoogwaardige thermoplasten en engineering thermoplasten worden alleen gebruikt als standaardmaterialen niet voldoen aan de eisen van dagelijks gebruik. De hoeveelheid plastic die wereldwijd wordt geproduceerd, weerspiegelt dit. In 2022 werd wereldwijd 400,3 miljoen ton thermoplastische kunststoffen geproduceerd, waarvan ruim 63% standaardkunststoffen (zie grafiek 3). Hoe hoger je in de plastic piramide komt, hoe lager het marktaandeel.
Figuur 3: Wereldwijd productievolume kunststoffen in 2022
Bron: Kunststoffen Europa
De hoeveelheid plastic die wereldwijd wordt geproduceerd is de afgelopen 70 jaar sterk gestegen. Volgens Statista waren er in 1950 wereldwijd slechts 1,5 miljoen ton, maar tegenwoordig zijn dat er bijna 270 keer zoveel. De drijvende kracht achter deze stijging is Azië, vooral China. In Europa is de hoeveelheid geproduceerde kunststoffen de afgelopen tien jaar gestagneerd.
Plastic recycling tegen plastic vervuiling
Een oneindig aantal toepassingen is ondenkbaar zonder kunststoffen. En toch hebben macromoleculen een inherente vloek: hun levensduur is extreem lang. Volgens NABU duurt het 20 jaar voordat een plastic tas is afgebroken, een plastic fles zelfs 450 jaar en blijft een vislijn wel 600 jaar in zee. Eindeloze plastic tapijten op de oceanen maken het probleem overduidelijk. Daarom is het recyclen van plastic en het opzetten van een goed functionerende circulaire economie essentieel. Zoals te zien is in grafiek 3, is momenteel 9,5% van de kunststoffen gebaseerd op gerecycled materiaal. Wij bij ENNEATECH zijn ervan overtuigd dat dit niet genoeg is. Met onze gerecyclede polyamiden dragen we bij aan een duurzamere, klimaat- en milieuvriendelijkere kunststofproductie.
