Wat is nitrilbutadieenrubber (NBR) en waar wordt dit materiaal toegepast?

Nitrilbutadieenrubber wordt afgekort met NBR en wordt ook wel kortweg nitrilrubber genoemd. Dit  is een elastomeer. NBR is een synthetisch polymeer dat men kan verkrijgen door copolymerisatie van acrylnitril en 1,3-butadieen. De volgorde van de acrylnitril- en butadieengroepen in de polymeerketen zijn ongeordend daarom noemt met het materiaal ook wel een “random” copolymeer.

Ontwikkeling van nitrilbutadieenrubber (NBR)
Nitrilrubber is ontwikkelt door het Duitse chemische bedrijf I.G. Farbenindustrie. Tussen de eerste en tweede wereldoorlog hebben onderzoekers van dit bedrijf nitrilrubber ontwikkelt. In eerste instantie noemde men het materiaal Buna N en later Perbunan. Het Duits octrooi werd in 1930 aangevraagd op dit materiaal. Het materiaal kwam in 1934 voor het eerst op de markt en in datzelfde jaar werd in de Verenigde Staten octrooi verleend op nitrilrubber. De naamvoering Buna N is ontstaan door een samentrekking van butadieen en natrium. De letter N staat voor de stof nitril.

Eigenschappen van nitrilbutadieenrubber (NBR)
Nitrilbutadieenrubber heeft een aantal gunstige materiaaleigenschappen. Zo is dit materiaal bestand tegen vetten, koolwaterstoffen, oliën en verdunde zuren. Verder heeft het materiaal een behoorlijke sterkte en elasticiteit. Een nadeel is dat nitrilbutadieenrubber niet goed bestand is tegen weersinvloeden. Ook is het materiaal niet bestand tegen sterke zuren. De maximale gebruikstemperatuur van het materiaal is ongeveer 110°C.

De mechanische eigenschappen van nitrilrubber kunnen verschillen omdat de samenstelling van het materiaal divers is. Als men bijvoorbeeld het gehalte aan acrylnitril gaat verhogen dan zullen de mechanische eigenschappen van NBR verbeteren. Gemiddeld is de hoeveelheid van acrylnitril ongeveer 34 procent maar dit percentage kan variëren van 18 tot circa 50 procent. Door meer acrylnitril toe te passen wordt de weerstand verhoogd tegen de werking van olie en brandstoffen.

Waarvoor wordt Nitrilbutadieenrubber gebruikt?
Nitrilbutadieenrubber wordt in verschillende producten toegepast. Een bekend voorbeeld hiervan zijn de hygiënische handschoenen die bijvoorbeeld in de medische sector worden gebruikt. Daarnaast wordt het materiaal toegepast in dichtingen en pakkingmateriaal zoals O-ringen. Verder worden bekledingen van kabels en leidingen ook wel van NBR gemaakt. 

Wat is LDPE kunststof?

Lagedichtheidpolyetheen (LDPE) is een thermoplastische kunststof die gemaakt is van olie. Thermoplastisch houdt in dat de kunststof doormiddel van warmte tot smelten of vloeibare toestand kan worden gebracht. LDPE is de eerste soort polyetheen die in 1933 door Imperial Chemical Industries (ICI) werd geproduceerd. Hierbij werd gebruik gemaakt van een hoge druk proces doormiddel van een vrije radicaal polymerisatie. Tot op de dag van vandaag wordt dit proces nog door Imperial Chemical Industries toegepast.

Eigenschappen van LDPE
Lagedichtheidpolyetheen is een taai en vrij zachte kunststof. Het materiaal is een goede isolator voor elektriciteit. Daarnaast is LDPE behoorlijk slagvast en waterafstotend. De kunststof kan constant temperaturen tot 80°C verdragen. Het verdragen van temperaturen tot 95 °C kan ook alleen dan voor korte tijd anders gaan de mechanische eigenschappen van deze kunststof achteruit. Het smeltpunt van LDPE is 120°C.

Bij kamertemperatuur reageert LDPE niet tenzij er sterk oxiderende stoffen op de kunststof inwerken. Over het algemeen is LDPE goed bestand tegen zuren en basen. Bepaalde oplosmiddelen kunnen er echter wel voor zorgen dat LDPE opgezwollen wordt.

Verschil tussen LDPE en HDPE
Polyetheen wordt op twee verschillende manieren tot kunststoffen verwerkt. Als men polyetheen verwerkt wordt onder lage druk ontstaat hogedichtheidpolyetheen oftewel HDPE. In deze kunststof zijn de polymeren in kristallijn aanwezig.

Als polyetheen onder hoge druk wordt gefabriceerd ontstaat lagedichtheidpolyetheen LDPE. Deze polymeren hebben een hoge vertakkingsgraad. Hierdoor is de kunststof minder kristallijn en is de dichtheid lager. De dichtheid is 0,91-0,94 g/cm³ en de treksterkte is 11,7 MPa.

Waar wordt LDPE toegepast?
Lagedichtheidpolyetheen wordt onder andere verwerkt tot blaasfolie. Deze blaasfolie kan vervolgens weer worden verwerkt tot verschillende soorten folie zoals krimpfolie, huishoudfolie en folie dat dient als verpakkingsmateriaal. Verder wordt LDPE verwerkt in plastic tassen en landbouwplastic. Ook wordt het gebruikt voor de productie van bouwmateriaal zoals waterkerende damp-open folie. LDPE kan ook worden gebruikt als extrusiecoating. Deze coating wordt onder andere gebruikt voor fotopapier en voor het coaten van karton voor bijvoorbeeld yoghurtpakken en melkpakken. LDPE wordt eveneens gebruikt als materiaal voor het beschermen en isoleren van kabels.

Wat is HDPE en wordt deze kunststof voor gebruikt?

Hogedichtheidpolyetheen is een kunststof die ook wel afgekort wordt met HDPE. Deze afkorting wordt ook wel in het Engels vertaal met High Density Polyetheen. Hogedichtheidpolyetheen is gemaakt van polyetheen dat uit aardolie wordt gewonnen. Polyetheen is de meest gebruikte kunststof of plastic en wordt ook wel  polyethyleen genoemd. Ongeveer vijfentwintig procent van het gefabriceerde polyetheen valt onder het HDPE-type.

De overige vijfenzeventig procent valt onder  lagedichtheidpolyetheen oftewel het LDPE-type. Dit is de zachte variant van polyetheen. Van HDPE worden over het algemeen harde kunststofproducten gemaakt zoals stevige vijvers voor bijvoorbeeld koikarpers. Daarnaast wordt HDPE ook gebruikt als grondstof voor de fabricage van flexibele kunststof producten zoals plastic tassen en vuilniszakken. HDPE is één van de meest duurzame kunststoffen. HDPE wordt voor verschillende producten gebruikt vanwege de lage kostprijs en de geringe belasting voor het milieu. Er worden ook leidingen, fittingen en appendages gemaakt van HDPE.

Fabricage van HDPE
HDPE wordt gefabriceerd bij een lage druk. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een katalysator. Bij de lage druk komen lineaire ketens tot stand. Hierdoor wordt de kunststof kristallijn opgebouwd. Lagedichtheidpolyetheen oftewel LDPE wordt daarentegen onder een hoge druk gefabriceerd van ongeveer 200 MPa (dit is 2000 bar). Door dit fabricageproces ontstaat een lagere dichtheid namelijk 0,91 tot 0,94 g/cm3. De polymeren gaan onder hoge druk een hoge vertakkingsgraad vertonen, hierdoor wordt de stof weinig kristallijn. De dichtheid van HDPE is ongeveer 0,95 tot 0,97 g/cm3, deze kunststof is wel kristallijn.

Voor de duidelijkheid:

  • HDPE heeft een hoge dichtheid maar wordt onder een lage druk gefabriceerd. De polymeren zijn kristallijn door de lage druk.
  • LDPE heeft een lage dichtheid en wordt onder een hoge druk gefabriceerd. De polymeren hebben een hoge vertakkingsgraad door de hoge druk.

LDPE kan worden tot een temperatuur van 70 graden Celsius worden belast en HDPE kan belast worden tot een temperatuur van 90 graden Celsius. HDPE kan worden gebruikt in temperaturen van –30°C tot +80°C.

Wat zijn de verschillen tussen taai en bros materiaal?

Een materiaal is bros als het materiaal zonder rekken zal breken wanneer er kracht op wordt uitgeoefend. Men maakt onderscheid tussen een taaie breuk en een brosse breuk. De soort breuk is afhankelijk van het materiaal en de kracht die daarop wordt uitgeoefend. Bros materiaal kan in tegenstelling tot taai materiaal met weinig energie worden gebroken. Vooral in scheepsbouw en in de offshore-industrie is het belangrijk dat de toegepaste materialen over voldoende taaiheid beschikken. In de offshore en in de scheepvaart worden namelijk grote krachten uitgeoefend op constructies. Deze constructies dienen daarom niet breekbaar of bros te zijn maar juist taai.

Kerfslagwaarde en taaiheid
De taaiheid van materiaal is een belangrijke materiaaleigenschap. In de praktijk wordt de taaiheid van materiaal aangegeven met een kerfslagwaarde. Hiervoor maakt men gebruik van een kerfslagproef. Hierbij wordt kracht uitgeoefend om een staafje materiaal te breken. Deze proef wordt gebruikt om de breuktaaiheid van een materiaal in kaart te brengen. Taaie materialen hebben een hoge kerfslagwaarde en brosse materialen hebben een lage kerfslagwaarde. Wanneer een bedrijf voor bepaalde constructies de materiaaleisen heeft bepaald kan men bij het bestellen van materiaal ook de kerfslagwaarde aangegeven.

Invloed van temperatuur
Men geeft de kerfslagwaarde aan bij een bepaalde temperatuur. De kerfslagproef wordt dan gedaan bij een specifieke temperatuur. De temperatuur is namelijk van invloed op het materiaal. Hoe lager de temperatuur hoe minder taai het materiaal zich gedraagt. Een hogere temperatuur zorgt er voor dat het materiaal taaier wordt. Men kan niet de kerfslagwaarde van een materiaal omrekenen van een bepaalde temperatuur naar een hogere of lagere temperatuur.

Trek-rek-kromme
Daarnaast kan men gebruik maken van een trek-rek-kromme. Dit wordt ook wel een spanning-rekdiagram genoemd. Dit is een schematische weergave van de manier waarop materiaal reageert op een bepaalde kracht. Met de curve in de diagram kan men bepalen of materiaal taai of bros is. Een klein oppervlak onder een curve geeft aan dat het materiaal bros is. Bij bros materiaal treed er geen insnoering op. Daarnaast zal bros materiaal niet of nauwelijks plastisch vervormen wanneer er kracht op uitgeoefend wordt.  Een trek-rek-kromme wordt niet alleen voor metalen gebruik. Deze schema’s worden ook gebruikt voor niet-metalen zoals bijvoorbeeld polymeren.

Wat is polyurethaan (PU) en waarvoor wordt polyurethaan gebruikt?

Polyurethaan is een kunststof die over het algemeen wordt afgekort met PU. Deze kunststof behoort tot de polymeren en kent verschillende toepassingen. PU bestaat uit twee verschillende segmenten: een hard segment en een zacht segment.

  • Het harde segment van polyurethaan is meestal een di-isocyanaat zoals methyleendifenyldi-isocyanaat (MDI). Daarnaast kan ook 2,4-tolueendi-isocyanaat (TDI) worden gebruikt wanneer deze eindigt op twee of meer  functionele NCO-groepen
  • Het zachte segment van polyurethaan eindigt op twee of meer OH-groepen. Dit kan bijvoorbeeld een polyol zijn zoals PEO of PPO.

Polyurethaan ontstaat door polymerisatiereactie tussen een harde isocyanaat en een zachte polyol. Deze kunststof bestaat uit een lange verbinding tussen harde en zachte segmenten. Als men alleen het harde segment zou gebruiken ontstaat een hard en bros materiaal, dit komt doordat de harde segmenten de neiging hebben om te kristalliseren. Als men alleen de zachte segmenten zou gebruiken ontstaat een zwak materiaal dat makkelijk lost breekt en stroperig en vloeibaar is.

De combinatie van de harde en zachte segmenten zorgt voor een unieke combinatie waardoor polyurethaan op meerdere manieren kan worden toegepast. Polyurethaan is sterk, buigzaam en slijtvast. Daarnaast kan de onderlinge verhouding tussen het harde segment en het zachte segment worden aangepast. Hierdoor kan polyurethaan optimaal worden aangepast op de beoogde toepassing.

Waarvoor wordt polyurethaan (PU) gebruikt?
Doordat polyurethaan zowel uit harde als zachte segmenten bestaat is het materiaal rubberachtig. Het materiaal wordt gebruikt voor verschillende toepassingen. Polyurethaan wordt onder andere gebruikt voor het interieur van auto’s en bedrijfswagens. Daarnaast wordt het materiaal ook gebruikt als kunstleder en wordt het toegepast in schoenzolen.

Tijdens de polymerisatie kan men gas toevoegen. Hierdoor kan polyurethaan gaan schuimen. Polyurethaanschuim wordt ook wel PU-schuim genoemd. Er bestaan twee varianten van polyurethaanschuim: een harde variant en een zachte variant. De zachte vorm van polyurethaanschuim wordt toegepast in onder andere matrassen, kussens, banken en autostoelen. De harde vorm van polyurethaanschuim wordt onder andere gebruikt voor isolatiemateriaal. PU schuim kan onder andere gebruikt worden voor de isolatie van gebouwen maar ook voor koelinstallaties zoals vriezers en koelkasten.

Polyurethanen worden ook gebruikt in coatings en verven. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan autolakken. Deze autolakken moeten voldoen aan strenge eisen. Een autolak moet hard en kras vast zijn daarnaast moet autolak flexibel zijn in verband met de bestandheid tegen steenslag. Verder moet autolak een goede glans kunnen geven en bestand zijn tegen water. Autolakken die gebaseerd zijn op polyurethaanchemie kunnen aan deze eisen voldoen.