Hoe Baekeland de bakens van kunststoffen verzette

Da Vincilezing door Eric Goethals

Kunststoffen of plastics vallen sedert decennia niet meer weg te denken in onze wereld. Alle kunststoffen bestaan uit erg grote organische macromoleculen met molaire massa’s tussen 50.000 tot 1.000.000. Ter vergelijking: gewone organische moleculen hebben molaire massa’s van enkele tientallen tot een paar honderd. Ook de natuur levert macromoleculaire stoffen: cellulose (hout, katoen), zetmeel (aardappelen, tarwe), polypeptiden (wol, zijde), polyterpenen (natuurrubber). De tweede helft van de negentiende eeuw ontwikkelde enkele halfsynthetische kunststoffen dankzij chemische transformatie van natuurlijke macromoleculaire uitgangsmaterialen. Succesrijkst in die reeks was celluloid, een derivaat van cellulose, meer bepaald nitrocellulose, vanaf 1850 gebruikt in tal van toepassingen – onder meer de eerste bioscoopfilms.

De anno 1863 in Sint-Martens-Latem geboren Leo-Hendrik Baekeland ontdekt in 1905 een materiaal, gevormd door condensatie van twee gewone organische stoffen, fenol en formaldehyde. Het inmiddels wereldberoemde bakeliet, harder dan celluloid en eboniet, makkelijk gietbaar en water- en lichtbestendig, bovendien een uitstekende thermische en elektrische isolator – is de eerste volsynthetische kunststof ooit. In New York, waar de jonge doctor zich heeft gevestigd en hoogleraar is geworden aan de vermaarde Columbia University, wordt Bakelite, a material of a thousand uses, een enorm succes. In 1907 verwerft Baekeland een patent op zijn product;  hij wordt schatrijk.

De jaren twintig ontwikkelen de basisprincipes van de macromoleculaire wetenschappen,  waaronder de methodes om  verbindingen als het bakeliet te synthetiseren. Daarbij wordt een groot aantal kleine moleculen – monomeren - aan elkaar gekoppeld, met vorming van het overeenkomstig polymeer; macromoleculaire stoffen noemt men ook polymeren. Voor elke toepassing kan men een polymeer op maat maken. Zo ontstaat uit etheen polyetheen, uit styreen polystyreen, uit vinylchloride polyvinylchloride (PVC), enzovoort. De petrochemie levert doorgaans de uitgangsproducten. Een belangrijke eigenschap van zulke materialen laat toe allerlei gebruiksvoorwerpen in groten getale te produceren tegen lage kostprijs, dankzij technieken als spuitgieten of extrusie. Naast bulk-polymeren, met grote volumes tegen lage prijzen, bestaan verder talrijke speciality polymers, in kleine volumes tegen hoge prijzen, ingezet  bij hoogtechnologische toepassingen zoals lucht- en ruimtevaart, elektronische apparatuur en biomedische toepassingen. Sinds meerdere jaren hebben kunststoffen ook hun weg gevonden in de kunstwereld (bvb. Panamarenko) en recent wordt ook de “3D printing” techniek gebruikt om driedimensionele kunstwerken te maken.

in 2015 bedroeg de wereldproductie van bulk-plastics 300 miljoen ton. De productie blijft almaar  stijgen, vooral door het toenemend gebruik in nieuwe economische grootmachten als China, India, Korea... Er bestaat immers een quasi-lineair verband tussen kunststofverbruik en levensstandaard. De enorme massaproductie doet twee levensgrote vragen oprijzen: kan de petrochemie voldoende uitgangschemicaliën blijven leveren voor zulke massale productievolumes, en hoe kan men het levensgrote probleem van de plastics-verontreiniging aanpakken. Oplossingen voor beide problemen zoekt men in doorgedreven recyclage,  het gebruik van alternatieve en duurzame uitgangsproducten en de ontwikkeling van bio(afbreekbare) kunststoffen.

Tijdens de lezing zal men een kortfilm kunnen zien, geproduceerd in 2016 door Baekelands achterkleinzoon, Hugh Karraker, die zelf cineast is.