De digitale wereld draait op kunststof

Een leven zonder chemie is nauwelijks meer voor te stellen. Bijna alles waar de moderne mens mee te maken heeft in zijn dagelijks leven, met inbegrip van de modernste technologische snufjes, is onbestaanbaar zonder chemische bewerkingen, processen en producten.

TEKST: JAN WOLTERS | FOTO'S: GPB

De wereld van vandaag is nagenoeg volledig gedigitaliseerd. Niemand staat er eigenlijk meer bij stil; het wordt als de normaalste zaak van de wereld beschouwd dat iedereen overal zijn favoriete muziek kan afspelen, dat waar dan ook telefoongesprekken kunnen worden gevoerd en dat e-mails en bestanden in een oogwenk naar de andere kant van de wereld kunnen worden verzonden. Aan boord van een vliegtuig kunnen passagiers zelf bepalen welke film ze willen bekijken. Veel muziekspelers zijn niet groter meer dan een pakje kauwgom. Televisies worden alsmaar platter en breder en de beeldkwaliteit ervan neemt steeds verder toe. De computer thuis is gemeengoed en biedt de mogelijkheid tot internetverkeer, het spelen van spelletjes, het bewerken van digitale foto's en samenstellen van eigen filmbeelden. Mobiel bellen wordt steeds belangrijker. Nog maar enkele jaren geleden dacht niemand aan het combineren van mobiel bellen met digitale fotografie. En binnen afzienbare tijd zal het mogelijk zijn om de meeste particuliere bankzaken mobiel af te handelen.

<Kunststoffen zijn niet alleen onmisbaar voor de
behuizing van moderne apparaten maar ook
voor de vele elektronische onderdelen ervan.>

Deze revolutie, die zich in vrij korte tijd heeft voltrokken, zou niet mogelijk zijn geweest zonder chemie. Kunststoffen zijn niet alleen onmisbaar voor de behuizing van moderne apparaten maar ook voor de vele elektronische onderdelen ervan.

Zand | De moderne digitale wereld is al met al voor een belangrijk deel afhankelijk van de chemische industrie. Chips, of halfgeleiders zoals ze ook worden genoemd, vormen het hart van elk digitaal apparaat. De grondstof voor chips is zand; om precies te zijn kwartszand oftewel siliciumdioxide. Hieruit wordt silicium gemaakt, dat dankzij het hoge geleidingsvermogen van de siliciumkristallen zeer geschikt is voor toepassingen in de micro-elektronica. Aangezien de zuiverheid echter nog onvoldoende is, moet siliciumdioxide diverse chemische bewerkingen ondergaan voordat de elektronica-industrie er iets aan heeft. Opgelost in waterstofchloride en door herhaalde destillatie ontstaat een vaste stof (trichloorsilaan) die met behulp van waterstof tot silicium wordt omgevormd. Van dit silicium worden staven gemaakt, waarvan flinterdunne schijfjes worden afgezaagd. Dat zijn de zogenaamde wafers, die in de halfgeleiderindustrie de basis vormen voor de chips.

Op dit piepkleine stukje silicium worden door middel van fysische en chemische technieken en met behulp van chemicaliën en gassen superkleine onderdelen aangebracht. De chemische processen zorgen ervoor dat bepaalde eigenschappen aan een chip worden toegekend. De processen spelen zich af op microscopisch klein niveau en vragen van de chemische en gasvormige producten een bijzonder hoge zuiverheid. Met een golflengte van 193 nanometer kunnen lijntjes worden getrokken van amper één honderdduizendste millimeter.

Kunststoffen | Niet alleen voor de productie van halfgeleiders maar ook bij die van het hart van de computer, de printplaat, zijn chemische bewerkingen onmisbaar. Trouwens, als we een complete computer zouden ontdoen van al haar kunststof onderdelen, zou er nog maar weinig van overblijven. Stoffen als polycarbonaat en acrylonitril butadieen styreen vormen ideale grondstoffen voor toetsenborden, externe harde schijven, CD- en DVDspelers en printers. CD's en DVD's, die bijzonder veel informatie, muziek of bewegende filmbeelden kunnen dragen, worden met polycarbonaat kunststoffen sterk en duurzaam gemaakt. Gegevens worden vastgelegd in een laagje aluminium, dat gemaakt is van natronloog met aluminiumoxide. De zogenaamde juwel cases, waarin de CD's, DVD's en straks ook de blu-rays – de opvolger van de DVD die vijf keer zoveel informatie van nog betere kwaliteit kan bevatten – netjes en veilig kunnen worden opgeborgen, zijn gemaakt van een harde en transparante polystyreen kunststof. Op videobanden kunnen met een laagje ijzeroxide bedekte polyester of PET (polyethyleentereftalaat) geluiden en beelden worden opgeslagen.

<De ontwikkeling van de chemische sector heeft
de basis gelegd voor vrijwel alle technologische
innovaties van de afgelopen vijftig jaar.>

Ook bij telefoons komt chemie kijken. In de hoorn bevinden zich koolstofkorreltjes die door geluidsgolven in beweging worden gebracht. Daarmee ontstaat een elektrisch signaaltje dat de stem hoorbaar maakt. Bij het bewerken en zuiveren van het koper in telefoon- kabels worden diverse chemicaliën ingezet. Natriumcyanoriet wordt gebruikt voor het vergulden van elektrische onderdelen, zodat ze tegen corrosie bestand zijn. Bij de productie van glasvezelkabels wordt gebruik gemaakt van extreem zuiver natriumsilicaat, zodat zij in staat zijn om grote hoeveelheden gegevens te transporteren.

De chemische industrie heeft oplossingen gevonden om de kwaliteit te verhogen en de levensduur te verlengen van allerlei elektronica-apparatuur. De buitenkant van de mobiele telefoon is zo gemaakt dat het bestand is tegen continu gebruik en zelfs misbruik. Hiervoor zijn taaie en breukbestendige kunststoffen ontwikkeld. Lichtgewicht kunststoffen maken telefoons, laptops en andere apparatuur draagbaar. Het omhulsel van kabels is gemaakt van PVC vanwege de goede isolatie, de stabiliteit en de duurzaamheid. Aan de kabels worden op chemicaliën gebaseerde kleurstoffen toegevoegd om het noodzakelijke onderscheid te kunnen blijven maken, zodat ingewikkelde schakelingen probleemloos tot stand kunnen worden gebracht. blijven maken, zodat ingewikkelde schakelingen probleemloos tot stand kunnen worden gebracht.

Geïntegreerde schakelingen | Chemie blijft een doorslaggevende rol spelen in de verdere ontwikkeling van de micro-elektronica. Computerchips krijgen bijvoorbeeld alsmaar kleinere afmetingen en hogere schakelsnelheden. Deze technologische vooruitgang heeft een keerzijde; de geïntegreerde schakelingen (IC's) worden steeds kwetsbaarder. De stofvrije condities in de clean rooms waarin ze worden gemaakt, worden steeds strenger en de productieapparatuur wordt, mede daardoor, exponentieel duurder. Maar ook daarvoor heeft de chemische sector een oplossing bedacht: polymere geïntegreerde schakelingen, die unieke eigenschappen hebben en aanmerkelijk goedkoper zijn. De polymeren hoeven niet in ultraschone (deeltjesvrije), energieverslindende clean rooms geproduceerd te worden, terwijl ze na gebruik weer effectief zijn te verwerken.

Het belangrijkste voordeel van polymeren is hun veelzijdigheid. Ze worden gebruikt als geleidende composieten voor elektromagnetische afscherming en voor antistatische eigenschappen. In displays worden polymere licht emitterende diodes (poly-LED's) toegepast. Zo zouden we nog wel even door kunnen gaan, maar dat zou maar weinig toevoegen aan de kernboodschap van dit verhaal, namelijk dat de ontwikkeling van de chemische sector de basis heeft gelegd voor vrijwel alle technologische innovaties van de afgelopen vijftig jaar. Als we daarbij ook nog beseffen dat elke chemische fabriek op uit aardolie gewonnen grondstoffen draait, kijken we misschien ook met een andere blik naar al die boorplatforms en raffinaderijen. We zouden het, met alle vraagstukken die het gebruik van fossiele brandstoffen omgeven, haast vergeten, maar olie heeft ooit niet voor niets de bijnaam 'zwart goud' gekregen.

Zie verder:

Chemie is overal: van fotosynthese tot spijkerbroek