Vraag 19EPDM-rubber

EPDM-rubber is een synthetische rubbersoort, die veel wordt gebruikt in de auto-industrie voor bijvoorbeeld afdichtingsstrips en raamrubbers. Bij de productie van EPDM-rubber wordt eerst thermoplastisch EPDM (t-EPDM) gemaakt. Hierbij ondergaat een mengsel van etheen, propeen HC HC CH CH en een zogeheten dieen een additie-polymerisatie. CH HC 2 CH Een veelgebruikt dieen hierbij is ethylideen-norborneen (ENB). De structuurformule van ENB is hiernaast H 2 C C weergegeven. Bij de vorming van t-EPDM reageert alleen CH CH 3 de C=C -binding die zich in de ring bevindt. ENB

De polymerisatie tot t-EPDM verloopt onder invloed van een katalysator. Er zijn twee types katalysator beschikbaar: – Type 1: hiermee wordt de vorming van een willekeurig (random) copolymeer bevorderd; – Type 2: hiermee wordt de vorming van een blok-copolymeer bevorderd. Het blijkt dat de keuze van het type katalysator een sterke invloed heeft op de vorming van kristallijne gebieden in het t-EPDM. In een kristallijn gebied vertonen de polymeerketens een grote mate van ordening. In t-EPDM zijn geen crosslinks aanwezig tussen de polymeerketens.

De vervormbaarheid van t-EPDM wordt minder naarmate het materiaal meer kristallijne gebieden bevat.

Het t-EPDM wordt vervolgens omgezet tot het eindproduct EPDM-rubber. Tot voor kort werd EPDM-rubber geproduceerd op basis van fossiele grondstoffen. In Brazilië gebruikt men nu bio-ethanol uit suikerriet in plaats van aardolie als grondstof voor het benodigde etheen. De omzetting van ethanol tot etheen is hieronder weergegeven. C H O (l) → C H (g) + H O (l) (reactie 1) 2 6 2 4 2 Het etheen afkomstig uit reactie 1 wordt vervolgens gebruikt om EPDM-rubber te produceren onder de merknaam Keltan ® -Eco. Biogebaseerde producten worden gecontroleerd om misbruik van belastingvoordelen te voorkomen. Hiertoe wordt het gehalte 14 C -atomen in het product bepaald. 14 C -atomen worden in de atmosfeer door kosmische straling gevormd uit 14 N -atomen. Uit de 14 C -atomen wordt in de atmosfeer snel 14 CO 2 gevormd. Het gehalte 14 C in de atmosfeer is constant. Het gehalte 14 C in biomassa bedraagt hierdoor gemiddeld 1,5·10 –6 ppm van alle C-atomen. De 14 C -atomen worden in de loop van de tijd door radioactief verval omgezet tot 14 N -atomen.

Reactie 1 is endotherm. De benodigde warmte wordt in het proces geleverd door verbranding van de resten van het suikerriet.

De omzetting van ethanol tot etheen vindt plaats aan het oppervlak van een aluminiumoxide-katalysator. Op de uitwerkbijlage is een deel van het oppervlak weergegeven. Uit onderzoek is gebleken dat de OH -groepen en de O – -groepen aan het oppervlak een belangrijke rol spelen in de katalytische werking. Men vermoedt dat hierbij waterstofbruggen worden gevormd tussen moleculen ethanol en de aanwezige groepen op het oppervlak.

Per mol monomeereenheden van Keltan ® -Eco is gemiddeld 0,55 mol etheen, 0,40 mol propeen ( C H ) en 0,050 mol ENB aanwezig. 3 6

Bereken het volume in liter propeen dat minimaal nodig is om 1,0 kg Keltan ® -Eco te produceren. Gebruik hierbij onder andere de volgende gegevens: – De dichtheid van propeen is 1,75 kg m –3 . – De gemiddelde molaire massa van een monomeereenheid van Keltan ® -Eco is 38,3 g mol –1 .