5.1 Kunststoffen

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

Hoofdstuk 5: Kunststoffen

§5.1 - Kunststoffen

§5.2 - Composieten

§5.3 - Metalen en legeringen

§5.4 - Nanotechnologie

§5.5 - Elektrochemische energie

Leerdoelen §5.1

Je leert over kunststoffen op macro- en microniveau

Je leert over thermoplasten/thermoharders

Je leert over polymerisatie

Je leert over de technieken om een voorwerpen van kunststof te maken

Je leert over biopolymeren

Natuurlijke en synthetische materialen

Natuurlijke materialen

• Katoen, wol, zijde, kunstzijde (cellulose uit hout), rubber (sap van de rubberboom)

Synthetische materialen

• Bakeliet (1907), piepschuim, pvc, perspex, nylon
  
• Allemaal gemaakt uit aardolie
  

Kunststoffen op macroniveau

Waarom worden kunststoffen in het dagelijks leven zo veel gebruikt?

Voordelen:

• Waterbestendig
  
• Licht in gewicht
  
• Bestand tegen zuren en andere agressieve stoffen
  
• In alle mogelijke vormen te maken in de fabriek
  

Nadeel:

• Vaak niet bestand tegen hitte – kunststoffen worden dan week of smelten -> plastic (van plastisch: week en vervormbaar)

Kunststoffen op microniveau (1)

Polymerisatie: de reactie waarbij uit monomeermoleculen macromoleculen ontstaan -> ontstaan polymeer

 VB: Een polymeer van de bouwsteen etheen heet polyetheen (PE)

n = een hoeveelheid van een stof (hoeveel monomeren gebruikt zijn).

De reactievergelijking van de polymerisatie (maken van een polymeer) tot PVC is als volgt:

1. n C2H3Cl (g) --> (C2H3Cl)n (s)
2. (C2H3Cl)n (s) --> n C2H3Cl (g)
3. C2H3Cl (g) --> C2H3Cl (s)

Kunststoffen op microniveau (2)

De macromoleculen van een thermoplast zijn lineaire moleculen.

• In vaste toestand liggen de moleculen kriskras door elkaar.
  
• Bv. Koude gekookte spaghetti, waarin de slierten door elkaar liggen.
  
• Als je afgekoelde gekookte spaghetti opwarmt, dan zie je dat de warme slierten makkelijker langs elkaar glijden.
  

Met het spaghettimodel kan je verklaren dat een warme thermoplast vervormbaar is.

                                                                                     -->

Kunststoffen op microniveau (3)

Bij polymerisatie van thermoharders ontstaan netwerkmoleculen.

• Dat zijn macromoleculen waartussen dwarsverbindingen zitten.
  
• Bij verwarming behoudt het netwerkmolecuul zijn vorm.
  
• Hierdoor vervormen thermoharders niet bij verwarming.
  

Vorm van thermoplast en thermoharder

Overzicht thermoplast en thermoharder

Thermoplast

Microniveau

Macroniveau

Thermoharder

Kan smelten

Kan niet smelten

lineaire moleculen

netwerk-moleculen

Leg op microniveau uit dat een thermoharder niet kan smelten

1. De lineaire moleculen zitten zo in de war, dat ze niet uit elkaar te halen zijn
2. De dwarsverbindingen tussen de polymeerketens zorgen ervoor dat netwerkmoleculen hun vorm behouden
3. Als het smeltpunt wordt bereikt, worden de dwarsverbindingen verbroken, dus ontleedt het polymeer
4. Thermoharders zijn harder dan thermoplasten en daarom is meer energie nodig om ze te laten smelten

Invloed van zonlicht op kunststoffen

Polymeren reageren niet met water, zuurstof en zuren omdat de koppeling tussen de monomeermoleculen heel sterk is.

 

UV-straling kan de koppeling tussen de monomeermoleculen verbreken

-> Kunststof tuinmeubels die na verloop van tijd zwak en bros worden.

Een bepaald polymeer heeft een gemiddelde molecuulmassa van 60.000 u. Het monomeer waaruit het polymeer is opgebouwd heeft een massa van 80 u. Uit hoeveel monomeereenheden bestaat dit polymeer?

1. 4800000
2. 0,0013
3. 1333
4. 750

Kunststoffen maken

De omstandigheden tijdens de polymerisatie bepalen de gemiddelde lengte van de macromoleculen.

• Hoe korter, hoe zachter en buigzamer het polymeer
• Hoe langer, hoe stijver en sterker

Polymerisatie tot thermoplasten uit granulaat

• Granulaat zijn kunststofkorrels van enkele mm groot
  
• Granulaat is een halffabricaat (= tussenvorm van een product)

Biopolymeren: polymeren uit biomassa (in plaats van aardolie) en vaak biologisch afbreekbaar.

Kunststof producten maken

Technieken om kunststof producten te maken:

• Vacuümtrekken van verpakkingsmateriaal
  
• Vacuümtrekken en blazen en zijn niet geschikt voor thermoharders

Gebruik van een mal om drinkflesjes te maken: blazen

Biopolymeren en natuurlijke polymeren

Biopolymeren: polymeren uit biomassa (in plaats van aardolie)

VB: verpakkingsschuim, cellofaan en folie

Er zijn ook natuurlijke polymeren: zetmeel, cellulose, eiwitten, rubber.

• Zetmeel en cellulose zijn opgebouwd uit glucose monomeren
  

Klik de juiste antwoorden aan. Biopolymeren zijn:

1. altijd biologisch afbreekbaar
2. vaak biologisch afbreekbaar
3. gemaakt uit aardolie
4. gemaakt uit biomassa

Printen met kunststoffen

Een 3D-printer: maakt kleine voorwerpen van kunststof door middel van een filament (= een draad) van een thermoplast.

• De printerkop verwarmt het filament
  
• Een computer bepaalt de positie waar de printerkop het volgende stukje van de draad neerlegt

Huiswerk

5.1: Opdracht 1, 2, 4, 6