Je leest:

Van nylonkous tot GSM

Van nylonkous tot GSM

Auteur:

De nieuwe nylon Stanyl is een volledig Nederlands product, voortgekomen uit een vinding aan de Universiteit Twente en de daarop gebaseerde productontwikkeling bij DSM in Geleen. Het is een product dat de miniaturisering van elektronische apparaten mogelijk maakt en metalen onderdelen in auto’s kan vervangen.

Bij het woord nylon denken de meeste mensen aan garens voor kledingstukken zoals panty’s. De ouderen onder ons denken misschien nog wel aan de nylon kousen die na de Tweede Wereldoorlog in ons land verschenen, die door Amerikaanse soldaten in de dagen na de bevrijding kwistig werden uitgedeeld om de harten van de Nederlandse meisjes te veroveren. Voor chemici is nylon de naam van een hoogwaardig kunststofmateriaal, dat in Amerika bij DuPont is ontwikkeld en dat een polymere structuur heeft. Polymeren zijn chemische kettingen, opgebouwd uit enorm veel kralen: in het geval van nylons elk opgebouwd uit de atoomgroepen NH, CH2 en CO. De naamgeving van een nylon geeft aan hoe die groepen elkaar afwisselen. Zo zitten er in nylon 4.6, de uitvinding van de Universiteit Twente die in dit artikel centraal staat, afwisselend twee kralen: een eenheid die bestaat uit NH-CH2-CH2-CH2-CH2-NH- (vier koolstofatomen en twee stikstofatomen) en de andere uit CO-CH2-CH2-CH2-CH2-CO- (zes koolstofatomen).

Figuur 1. Stanyl wordt o.a. toegepast in mobiele telefoons Bron: Fotoarchief DSM, Heerlen.

Aantrekkingskracht

De nylonkous is rond de Tweede Wereldoorlog beroemd geworden, op basis van een uitvinding van het Amerikaanse chemische concern DuPont. Ook andere chemici gingen zich met deze kunststoffen bemoeien. Zo raakte dr. R.J. Gaymans van de Universiteit Twente (de vakgroep Organische Materiaalkunde) in de jaren zeventig hierin geïnteresseerd. Gaymans was op zoek naar nylons die steviger waren en bij een hogere temperatuur konden worden toegepast dan de op dat moment bekende nylons: nylon 6 (met één repeterende eenheid, NH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-, zes koolstofatomen en één stikstofatoom) en nylon 6.6. Daardoor zouden wellicht andere toepassingen in zicht komen.

De Twentse onderzoeker realiseerde zich dat zowel de stijfheid als het smeltpunt van een nylon bepaald worden door de krachten waarmee de nylonmoleculen elkaar aantrekken. Hoe sterker de moleculen elkaar aantrekken, hoe dichter ze in kristallijne vorm tegen elkaar zullen aanliggen en hoe moeilijker het zal zijn om de band tussen de moleculen te verbreken, met fysieke kracht dan wel met een temperatuursverhoging.

De aantrekkingskracht tussen de nylonmoleculen wordt deels bepaald door zogeheten waterstofbruggen tussen de CO en de NH-groepen in het molecuul. Zoals in figuur 3 is aangegeven liggen de waterstofbruggen in nylon 4.6 iets dichter bij elkaar dan in nylon 6 en nylon 6.6. Daarom mocht worden verwacht dat nylon 4.6 het hoogste smeltpunt zou hebben en dus richtte Gaymans zijn onderzoek in eerste instantie op de bereiding van nylon 4.6. In de dertiger jaren was Carothers, de nylon-chemicus van DuPont, op datzelfde idee gekomen. Het was hem echter niet gelukt om nylon 4.6 van goede kwaliteit te maken. Het product was niet sterk genoeg en ook niet wit, maar bruin; wat duidt op een gedeeltelijke ontleding.

Figuur 2. Deel van de Stanylfabriek Bron: Fotoarchief DSM, Heerlen.

GSM’s, laptops en PC’s

Als de paus van het nylononderzoek er niet in slaagt een goede kwaliteit nylon 4.6 te vervaardigen, zou dat voor veel chemici een waarschuwing geweest zijn. Voor Gaymans echter was het geen waarschuwing maar een uitdaging.

Hij besloot de reactie bij een lagere temperatuur en in twee stappen uit te voeren. De eerste in vacuüm. Door het uittreden van water loopt de druk op. Het ontstane tussenproduct was een nylon 4,6 met vrij korte moleculen. Dit reageerde vervolgens bij lage druk (0,5 mm kwik) en een iets verhoogde temperatuur tot een hoogmoleculair nylon 4.6. Bij die tweede bewerking werd een klein beetje stoom toegelaten. Een gouden greep: het product was wit!

In die tijd was het chemieconcern DSM juist bezig zich te oriënteren op de mogelijkheid zelf met een nieuwe nylon op de markt te komen. Of Gaymans even een kilo kon opsturen voor een test? Een kilo? In Twente werkten ze meestal met hoeveelheden van vijftig gram! Een kleine schaalvergroting en een veelvuldige herhaling van de reactie leverden tenslotte de gewenste hoeveelheid op. De test bij DSM gaf zulke goede resultaten dat al snel het besluit viel aldaar een grootschalig onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma op te zetten, dat na ruim tien jaren leidde tot de start van de productie op grote schaal.

Figuur 3. Waterstofbruggen in nylons. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Sinds 1990 staat er in Geleen een fabriek die een product maakt, dat onder de naam Stanyl verkocht wordt. Vooral de hoge smelttemperatuur (295 oC) maakt het zeer geschikt voor consumentenelektronica zoals pc’s, gsm’s, laptops etc. Het materiaal dat in steeds kleinere elektronische onderdelen wordt toegepast, moet namelijk relatief goedkoop zijn en de hoge soldeertemperatuur (275 oC) kunnen weerstaan. Ook wordt Stanyl veelvuldig toegepast als metaalvervanger in omgevingen waar zowel de temperatuur als het milieu extreme eisen stellen, zoals in het motorcompartiment van auto’s.

Zie ook:

Literatuur:

  • R.J. Gaymans, E.H.J.P. Bour, Neth. Patent Application 80.01.763 en 80.01.764 (1981) Stamicarbon Bv
  • R.J. Gaymans, T.E.C. van Utteren, J.W.A. van den Berg, J. Schuyer, Preparation and some properties of Nylon 4.6, Journal of Polymere Science 15 (1977) pp. 537-545
  • A.E. Schouten, A.K. van der Vegt, J.L. Heij, Plastics, Delta Press, Overberg (9e druk 1991).
Dijken
KNAW

Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).

Dit artikel is een publicatie van KNAW/KNCV.
© KNAW/KNCV, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE