H15 kunststoffen deel 2

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Kunststoffen

Na deze les kun je:

• smelten van thermoplasten met bindingen verklaren.
• uitleggen wat copolymeren zijn.
• uitleggen wat crosslinks bij thermoharders zijn.
• uitleggen wat depolymerisatie door uv-straling is.
• uitleggen wat weekmakers zijn.
     

Leerdoelen van deze les

Kernpunten 

• Polymeerketens die onregelmatig gerangschikt zijn hebben een amorfe structuur. 
  
• In kristallijne gebieden liggen de polymeerketens netjes langs elkaar. Veel polymere materialen zijn semikristallijn. 
  
• De eigenschappen van een kunststof worden bepaald door de bouw van het polymeer en de ordening van de polymeerketens ten opzichte van elkaar. 
• Ook toevoegingen beïnvloed de eigenschappen van polymeren. Weekmakers maken een kunststof zachter. UV-stabilisatoren gaan polymeerdegradatie tegen. 
• Polymeerketens met onverzadigde bindingen kunnen crosslinks vormen onder invloed van uv-licht. 
• Voor de eigenschappen van een polymeer op macroniveau is de rangschikking van deeltjes op mesoniveau van belang en de structuur van de deeltjes op microniveau.
  

• Waterdicht
• Scheurt niet snel 
• Slechte geleiders van elektriciteit en warmte 
• Ze worden nauwelijks aangetast door de omgeving

Belangrijkst: kunststoffen kun je vaak zo ontwerpen dat ze precies geschikt zijn voor jouw doeleinde

Eigenschappen kunststoffen

Plastic en kunststof is hetzelfde

1. waar
2. niet waar

plastic

In ons dagelijks taalgebruik hebben we het vaak over "plastic". Hiermee bedoelen we kunststoffen die vervormbaar (plastisch) zijn. Dit zijn dus thermoplasten.

Er zijn ook kunststoffen die niet vervormbaar zijn (thermoharders). Niet alle kunststoffen zijn dus "plastic".

In het volgende filmpje zie je hoe je de hardheid van een thermoplast kunt veranderen.

Je kunt de eigenschappen van een kunststof beïnvloeden door:

- de ketenlengte van het polymeermolecuul

- zijgroepen/vertakkingen van het polymeermolecuul

- een weekmaker toevoegen

Andere toevoegingen voor het uiterlijk of de productie zijn bijvoorbeeld kleurstoffen of blaasmiddel (piepschuim).

Eigenschappen veranderen

Leg op microniveau uit waarom een kunststof harder en steviger wordt als de ketenlengte van de polymeermoleculen toeneemt

1. tussen de polymeerketens/polymeermoleculen komen vanderWaalsbindingen voor
   
2. dat de sterkte van de vanderWaalsbinding toeneemt als moleccul(massa) toeneemt
   
3. waardoor polymeerketens moeilijker langs elkaar heen bewegen
   
4. Conclusie: de kunststof is harder, moeilijker te vervormen, heeft hoger smeltpunt)
   

Let op!

macroniveau (polymeer, kunststof, smeltpunt, hardheid) 

microniveau (polymeerketen, polymeermolecuul, vanderWaalsbinding, langs elkaar bewegen)

Stevigheid polymeren

Leg uit welke invloed vertakking van de polymeerketens (dus het toevoegen van zijgroepen) heeft op het smeltpunt van de kunststof.

1. door vertakkingen en/of zijgroepen wordt de afstand tussen de polymeerketens groter.
2. hoe groter de afstand tussen de polymeerketens, hoe zwakker de vanderWaalsbinding tussen de ketens  
3. Hoe groter de zijgroepen aan de polymeerketen, hoe lager het smeltpunt en hoe zachter (plastischer) de kunststof zal zijn

Let op!

macroniveau (polymeer, kunststof, smeltpunt, hardheid) 

microniveau (polymeerketen, polymeermolecuul, vanderWaalsbinding, langs elkaar bewegen)

Smeltpunt van kunststof

Weekmaker: een introductie

Aantrekkingskracht tussen moleculen onderling:

  

Vanderwaalsbinding

Waterstofbrug

• Polaire binding bepalen mbv electronegativiteit: Δ EN>0,4 (Binas 40A):
  
• “Sterkste” atoom trekt de negatieve lading meer naar zich toe en wordt wat meer negatief: δ-.
  
• Het andere atoom wordt daardoor δ+
  
• Dit verschil in electronegativiteit zorgt voor H-bruggen!
  

De aantrekkingskracht tussen
de H van een OH of een NH groep  en
de O of de N van een OH of NH groep

Door het toevoegen van een weekmaker wordt een kunststof zachter.

 

De moleculen van de weekmaker bevinden zich tussen de polymeerketens waardoor de vanderwaalskrachten tussen de ketens afnemen.

Weekmaker: een introductie

Analogie met opgeloste stoffen in water: verminderen van het aantal H-bruggen

Leg op microniveau uit dat het niet zinvol is om een weekmaker te gebruiken bij een thermoharder, maar dat een weekmaker alleen invloed heeft op de eigenschappen van een thermoplast

Antwoord

De 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.

UV stabilisator

UV stabilisator: Voorkomen van depolymerisatie door uv-licht.

• Polymeerketens vallen uiteen in kortere eenheden (C-C bindingen verbreken) ➡ materiaal wordt bros
  
• Dubbele bindingen in de polymeer? Crosslink vorming!
  

              - Polymeren kunnen hard worden

              - Rubbers worden bros

Additiepolymerisatie 

Condensatie polymerisatie 

Polymerisatiegraad in de tijd: Hoe dan?

Condensatiepolymerisatie 

1. Eerst vnl polymerisatie van monomeren
2. daarna reageren korte ketens met elkaar
3. gevolg is exponentiele toename aan het einde 

Additiepolymerisatie

1. Radicalen erg reactief zijn. 
2. De hoeveelheid radicalen bereikt kort na het begin van de polymerisatie een constante waarde. 
3. Er worden evenveel radicalen gevormd als er verdwijnen, bijvoorbeeld door terminatie. 
4. Vanaf dan blijft de polymerisatie- graad constant.
   

Hoe teken je een condensatie-polymeer?

1. schrijf de structuurformule van het monomeer op
2. zorg dat de karakteristieke groepen
    (-OH & -COOH of -NH₂ & -COOH)
    aan de linker-en rechterkant van het molecuul staan
3. laat per binding een molecuul H₂O vertrekken
4.  teken een stuk van het polymeer door de repeterende eenheden aan elkaar te koppelen

uit één monomeer:

hydroxy .......zuur

uit twee verschillende  monomeren:

...diol + ....dizuur       (copolymeer)

uit één monomeer:

amino .......zuur

uit twee verschillende  monomeren:

...diamine + ....dizuur    (copolymeer)

Om aan te geven welk nylon het is worden nummers gebruikt. Het
eerste nummer is aantal C-atomen van het diamine en de tweede het aantal C-atomen van het dizuur.

Dus nylon-5,6 wordt gemaakt uit?

1. hexaan-1,6-diamine en hexaandizuur
2. pentaan-1,5-diamine en pentaandizuur
3. hexaan-1,6-diamine en pentaandizuur
4. pentaan-1,5-diamine en hexaandizuur

Bioplastics

Bioplastics zijn kunststoffen die worden gemaakt van stoffen die van natuurlijke producten zijn gemaakt dus hernieuwbaar zijn (biobased).
Hernieuwbaar betekent dat ze in principe niet op raken. 

Vaak bioplastics zijn ook biologisch afbreekbaar

(biodegradeerbaar), maar niet altijd! 

misverstand

De bouwstenen voor polymeren kunnen zowel uit aardolie als uit biomassa gehaald worden. De bouwsteen/het polymeer dat je maakt is hetzelfde, ongeacht de oorsprong. De biologische afbreekbaarheid wordt dus niet bepaald door de bron van je monomeren. Polymeren uit aardolie kunnen wel biologisch afbreekbaar zijn, terwijl er ook biobased polymeren niet biologisch afbreekbaar zijn.

Nog 1 week te gaan. Wat gaan we doen?