13.3 eigenschappen polymeren

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

H13.3 

eigenschappen van kunststoffen

deze les

eigenschappen van thermoharder, thermoplast, elastomeer 

- verklaard op microniveau

- manieren om ze te verwerken

- rekenen aan polymerisatiegraad

par. 13.1 en 13.2 vragen?

par. 13.1 vr 3 t/m 8

par 13.2 vr 11 t/m 14, 16 t/m 18

Gelukt??

Welke 2 polymerisatiemanieren zijn er ook weer?

oke, dus jullie weten:

hoe je een polyamide maakt! (par. 13.2 2e deel)

Een bekende toepassing is Nylon.

de volgende vraag lijkt erg op vr 18.

Nylon (polyamiDe)

De meeste nylonsoorten worden gesynthetiseerd door condensatiepolymerisatie van een

dicarbonzuur en een diamine. Er ontstaat een copolymeer waarbij de beide monomeren elkaar in de
polymeerketen afwisselen. De bekendste variant is nylon-6,6. De 6,6 staat voor het aantal koolstof  atomen in de grondstoffen. De eerste 6 van nylon-6,6 staat voor de zes koolstofatomen in hexaan-1,6-diamine en de tweede 6 van nylon-6,6 staat voor het aantal koolstof atomen in het hexaandizuur.  Doordat de monomeren 6 koolstof atomen bevatten wordt het hiermee gevormde nylon-6,6  genoemd. Er bestaat ook nylon-4,6. De algemene reactie voor de vorming van polyamide uit  dicarbonzuur en diamine is:

Vraag 1

Teken de structuurformule van nylon-4,6. 

Teken elk monomeer 1 keer. 

 

Antwoord:

4

Wat gebeurt er bij het verwarmen van een kunststof?

We delen kunststoffen in in verschillende groepen, omdat ze zich anders gedragen bij verwarmen. In het volgende filmpje zie je dat verschil. Daarna gaan we dit op microniveau (met de bindingen tussen de moleculen) verklaren. 

Je kunt kunststoffen op basis van hun eigenschappen indelen in bovenstaande drie groepen. Thermoplast en thermoharder moet je goed kennen!

Thermoplasten 

MACRONIVEAU

Thermoplasten zijn polymeren die bij verwarmen zacht en buigzaam worden. Ze worden gebruikt bij:

• schuim
• folie
• buizen
• kabel
• vezels
• kunstglas

MICRONIVEAU

Ze hebben lineaire en vertakte polymeerketens.

Thermoplast 

Macroniveau (stof): kunststof wordt zacht door verwarming 

Microniveau (moleculen, binding): ketenpolymeer

vanderWaalsbinding tussen polymeerketens wordt bij smelten verbroken, er zijn geen dwarsverbindingen die 

moleculen op hun plek houden 

bv: Polyetheen, polypropeen, PVC 

Flexibiliteit

De flexibiliteit van een polymeer kan variëren door verschillende factoren:

• Zijketens: meer ketens > minder flexibel
• Polymerisatiegraad: hoger > minder flexibel
• Weekmakers: toevoeging maakt flexibel

andere toevoegingen:

• kleurstof
• brandvertragers
• UV-stabilisatoren
• glasvezels

Vraag:

Leg uit op microniveau waarom een weekmaker een polymeer flexibeler maakt.

Antwoord:

Het molecuul van de weekmaker gaat tussen de ketens van het polymeer zitten. Daardoor zijn de vanderwaalskrachten tussen de moleculen van het polymeer kleiner. Dus is de polymeer met weekmaker flexibeler.

Vraag:

Bereken de polymerisatiegraad van PVC 

(polyvinylchloride= polychlooretheen) als 

de gemiddelde molecuulmassa 2,500 x 10⁶ u is.

Antwoord

Het monomeer van PVC is chlooretheen.

De molecuulmassa van chlooretheen is 62,494 (u).

Polymerisatiegraad is 2,500 x 10⁶ (u) / 62,494 (u) = 40.004

                                                                                         = 4,000x10⁴

significantie =4

Reactievergelijking:

Dus n= 40.000

Thermoharder 

Macroniveau (stof) : kunststof blijft hard bij verwarmen, materiaal breekt makkelijk (bros), ontleedt bij sterk verhitten (smelt niet)

Microniveau (molecuul, bindingen): 

tussen polymeerketen zitten 

dwarsverbindingen, dit zijn atoombindingen

                                bv. melamine hars      

Melamine toepassing

Toepassingen

Melamine wordt vooral gebruikt als basisgrondstof voor melamine-harsen en coatings. Door een reactie met aldehyden (gewoonlijk formaldehyde) worden thermohardende kunststoffen geproduceerd. Melamineformaldehyde (vaak, maar foutief, ook melamine genoemd) is sterk, licht, hard en bestand tegen zuren en basen, redenen waarom het gebruikt wordt om er borden en bestek van te maken. 

Thermoharders 

MACRONIVEAU

Thermoharders blijven hard als ze verwarmd worden. Toepassingen:

• stopcontact, lichtknop etc
• sommige huishoudelijke artikelen

MICRONIVEAU : Netwerkpolymeer

omdat ze een driedimensionaal fijnmazig netwerk van polymeerketens met dwarsverbindingen hebben.

Elastomeren

Dit type kunststof is niet besproken in het filmpje. Een elastiekje is een voorbeeld van een elastomeer. De ketens van het polymeer kunnen wel langs elkaar heen bewegen, zoals bij een thermoplast, maar "weten" naar welke beginstand ze terug moeten als de externe kracht opgeheven wordt.

Dit komt omdat de ketens onderling met een klein aantal crosslinks verbonden zijn

Crosslinks - netwerkpolymeer

• Crosslinks kunnen op verschillende manieren ontstaan. Bijvoorbeeld doordat in de polymeerketen nog dubbele bindingen overblijven. Deze dubbele bindingen kunnen via additiepolymerisatie de crosslinks  vormen.
• De andere optie is dat de monomeren een extra groep  hebben (meer dan 2).  Als een monomeer bv een alcoholgroep of een zuurgroep extra heeft, kunnen deze weer een condensatiereactie ondergaan.

Elastomeren 

Elastomeren keren na vervorming weer terug in hun oorspronkelijke vorm.
Toepassingen:

• autobanden
• elastiek

Bij het uitrekken van een elastiekje worden alle ketens, die normaal kris kras door elkaar lopen, rechtgetrokken tot ze niet verder kunnen. Bij het loslaten zorgen de dwarsverbindingen ervoor dat het elastiekje weer terugspringt in de oude vorm.

Bij het uitrekken van een elastiekje worden alle ketens, die normaal kris kras door elkaar lopen, rechtgetrokken tot ze niet verder kunnen. Bij het loslaten zorgen de dwarsverbindingen ervoor dat het elastiekje weer terugspringt in de oude vorm.

Elastomeer 

Macroniveau: kunststof die tijdelijk van vorm kan veranderen

Microniveau: crosslinks tussen polymeerketens, maar minder dan bij thermoharders 

vb: rubber,

polyurethaan,

elastaan

Overzicht:

Thermoplast

Thermoharder

Elastomeer

0

MACRO/MICRO

Sieger Kooij is in zijn filmpje niet helemaal zorgvuldig in zijn taalgebruik. 

Smelten is bijvoorbeeld een woord dat hoort bij stoffen, dus op macroniveau

Op microniveau zeg je dan "de polymeerketens glijden langs elkaar"

Uitdrukkingen als "polymeerketens smelten"  of "er zitten dwarsverbindingen tussen het polymeer" zijn dus onjuist!

Verwerken van kunststoffen

Thermoplasten kun je smelten, dus steeds opnieuw een andere vorm geven. Het wordt gemaakt als korrels (granulaat),

die je door smelten elke gewenste

vorm kunt geven. Dit kan door bijv.

spuitgieten, extruderen 

of extrusieblazen

0

Voorbeeld

Een product dat jullie allemaal kennen is LEGO.

In het volgende filmpje zie je hoe dit kunststof product door middel van spuitgieten wordt gemaakt.

0

Weektaak

Leer hst. 13,  par 13.3: mk 23, 24, 26, 27

do start hst. 15! (hst. 14 doen we niet)