'Plastics' is een verzamelnaam voor een hele grote groep stoffen die zeer uiteenlopende eigenschappen en toepassingen kennen. Over het algemeen worden plastics in de natuur vrijwel niet afgebroken. Ze kunnen daardoor heel lang voor problemen zorgen. Plastics zijn zogenaamde polymeren en worden gemaakt van kleinere organische grondstoffen. In dit hoofdstuk leer je hoe dat proces verloopt. Ook leer je dat er twee verschillende groepen plastics zijn, en wat de eigenschappen van die groepen zijn.
Na dit hoofdstuk kun je
een aantal plastics opnoemen en waarvoor ze gebruikt worden;
uitleggen hoe een condensatiepolymeer gemaakt wordt;
uitleggen hoe een additiepolymeer gemaakt wordt;
met een eenvoudig proefje het soort polymeer herkennen;
de verschillen in synthese en stofeigenschappen tussen thermoharders en thermoplasten kennen.
5.1 Plastic in huis
Plastics zijn polymeren. Polymeren zijn lange moleculen, opgebouwd uit kleine bouwstenen. Polymeren zijn overal en we zouden zonder polymeren niet kunnen leven. Bekijk onderstaand filmpje en vul de vragen in.
Zelf uitzoeken
Ga thuis eens kijken waarin allemaal plastic/kunststof verwerkt is. Maak een lijst van voorwerpen en geef ook aan (als je het weet) van welke plastics de voorwerpen gemaakt zijn. (Tip: je kunt het soort plastic ook te weten komen aan de hand van het symbool dat vaak op het voorwerp staat.)
5.2 Additie polymeren
Bij additiepolymerisatie worden grondstoffen aan elkaar ‘geregen' doordat de dubbele bindingen in de moleculen met elkaar reageren en nieuwe bindingen vormen. Doordat dit vele malen achter elkaar gebeurt, telkens met een nieuwe dubbele binding, groeien de moleculen steeds verder en worden zo polymeren. Bekijk de onderstaande PowerPoint.
Kenmerkend voor deze additiepolymeren is de keten van C-atomen die de 'ruggengraat' van het polymeer vormen. De uiteindelijke eigenschappen van het polymeer zijn te beïnvloeden door andere zijgroepen te gebruiken. Bij additiepolymerisatie zal er altijd een skelet van koolstof aanwezig zijn in het molecuul, waaraan eventueel (kenmerkende) zijgroepen aanwezig zijn. Een additiepolymeer wordt altijd gemaakt uit onverzadigde koolwaterstoffen. Tijdens de polymerisatiereactie verdwijnt een dubbele binding en wordt een enkele binding gevormd of verdwijnt een drievoudige binding en wordt een dubbele binding gevormd.
De algemene formule voor een polymeer is: (monomeer)n. Dit betekent dat een bepaald monomeer er n keer in voorkomt. De formule voor polyetheen is dus (C2H4)n .
Belangrijk: voor het openbreken van de dubbele binding is energie nodig, bijvoorbeeld warmte, UV-licht of een chemische verbinding die werkt als initiator.
5.3 Condensatie polymeren
Bij condensatiepolymerisatie worden de grondstoffen ‘aan elkaar geregen' doordat de reactieve alcohol-, zuur- of aminogroepen in de moleculen met elkaar reageren en zo nieuwe bindingen maken tussen de grondstoffen. Hierbij wordt altijd een klein molecuul afgesplitst (vaak is dit H2O of HCl). Een condensatiepolymerisatiereactie kan schematisch als volgt worden weergegeven en herkend:
Bekijk onderstaande PowerPoint over condensatiepolymeren.
Alleen monomeren met twee karakteristieke groepen kunnen via condensatiepolymerisatie polymeren vormen.
Er zijn verschillende groepen condensatiepolymeren. Naast polyesters (monomeren met -OH en/of -COOH-groepen) bestaan er ook polyamides. Polyamides hebben -NH2 groepen in hun monomeren. Een bekend voorbeeld van een polyamide zijn de eiwitten in je lichaam. De monomeren voor eiwitten zijn aminozuren. Bekijk onderstaande PowerPoint.
Algemeen kan gesteld worden dat in condensatiepolymeren regelmatig een zuurstof- (polyester) of een stikstofatoom (peptidebinding/polyamide) in de keten aanwezig is. Deze zijn snel te herkennen, zodat er gemakkelijk een onderscheid gemaakt kan worden tussen additie- en condensatiepolymeren.
Let op: als er een zuurstof in een zijgroep zit, dus niet duidelijk in de keten met repeterende eenheden, dan is er toch sprake van een additiepolymeer.
Het omgekeerde van een condensatiepolymerisatie is net als bij esters een hydrolyse. Voor een hydrolyse heb je altijd water nodig. Hieruit ontstaat uit het polymeer + water --> monomeren. Omdat je in de molecuulformule van een polymeer n gebruikt voor het aantal monomeren, ziet de reactie er als volgt uit.
(monomeer1+2)n + n H2O --> n (monomeer 1) + n (monomeer 2)
waarbij (monomeer1+2)n het polymeer voorstelt.
5.4 Vragen polymeren
Opdracht 2: Polymerisatie
Hieronder zie je stukjes van de structuurformules van verschillende polymeren. Zijn onderstaande structuurformules van een condensatiepolymeer (1) of van een additiepolymeer (2)?
Vul 1 of 2 in achter de structuurformule. Teken voor elk polymeer ook het monomeer/de monomeren
Sommige polymeren hebben de eigenschap dat ze water absorberen. Een polymeer met deze eigenschap kan gevormd worden uit het monomeer met de volgende structuurformule:
1. Geef de systematische naam van dit monomeer.
2. Teken een stukje van het polymeer dat uit dit monomeer gevormd wordt. In het getekende stukje moeten drie monomeer-eenheden zijn verwerkt.
Het vochtabsorberende vermogen wordt sterk vergroot als men dit polymeer laat reageren met natronloog. Het ontstane polymeer, dat kan worden weergegeven met de formule (-C2H3COONa-)n, kan per monomeer-eenheid 300 watermoleculen opnemen! Dit polymeer wordt gebruikt als vochtabsorberend materiaal in wegwerpluiers.
3. Bereken hoeveel gram van dit polymeer nodig is om 1,0 x 103 gram water op te nemen.
De docent verwarmt een koffiebekertje. Dit bekertje is gemaakt van polystyreen. Wat gebeurt er
Hint: KIJKEN!
Dat sommige plastics smelten en andere niet, heeft te maken met de rangschikking van de polymeerketens. Sommige polymeren lijken op spaghetti: losse polymeerdraden door elkaar. Als je dit plastic verwarmt, gaan die moleculen verder uit elkaar: het plastic wordt vloeibaar. Deze plastics heten thermoplasten. De temperatuur waarbij een thermoplast zacht wordt, noemen we het verwekingspunt. Naast thermoplasten zijn er ook thermoharders. Thermoharders hebben dwarsverbindingen tussen de moleculen. Zo'n dwarsverbinding noemen we een crosslink. Het is een netwerk dat niet makkelijk uit elkaar gaat. Als thermoharders verhit worden, smelten ze niet, maar verbranden ze.
Structuur thermoplast
Bij een thermoplast liggen de ketens wel naast elkaar en op elkaar, maar ze zitten niet aan elkaar vast. Daardoor kunnen ze zacht worden. Als een thermoplast warm wordt, gaan de ketens losser van elkaar zitten. De thermoplast wordt vloeibaar.
Structuur thermoharder
Bij thermoharders zitten de ketens aan elkaar verbonden via crosslinks. Als het polymeer warm wordt, kunnen de ketens niet verder uit elkaar. Daardoor wordt een thermoplast niet vloeibaar.
Thermoplasten kunnen nieuwe vormen aannemen. Als thermoharders een vorm hebben gekregen, kan deze niet meer gewijzigd worden.
Thermoplast of thermoharder
Geef van de volgende plastics aan of ze thermoplast of thermoharder zijn. Vul een 1 in als het een thermoplast is, en 2 als het een thermoharder is.
Naast de polymeren kunnen plastics ook weekmakers, blaasmiddel en kleurstoffen bevatten. Weekmakers zorgen ervoor dat het plastic soepeler wordt. Hoe soepeler het plastic moet zijn, hoe meer weekmakers er aan toegevoegd worden. Blaasmiddel is een vluchtige stof die tijdens de vorming van het plastic verdampt. Je krijgt een luchtige cellenstructuur. Piepschuim is een voorbeeld van een plastic waaraan een blaasmiddel toegevoegd is.
Thermoplasten en thermoharders hebben verschillende eigenschappen en worden op een verschillende manier gemaakt.
Thermoplasten
Thermoplasten worden op een andere manier gemaakt dan thermoharders. Thermoplasten zijn makkelijk om te smelten, thermoharders niet. Hieronder zie je een aantal productieprocessen waarbij thermoplasten gemaakt worden.
Bekijk het volgende filmpje over de productie van plastic bekers en plastic bestek.
Gebruik bij het filmpje eventueel dit woordenboekje:
Daarnaast kunnen thermoplasten ook ontstaan door blaasvormen. Hierbij wordt een nog weke thermoplast in zijn 'voorvorm' (meestal holle buis) in een mal gehangen. Vervolgens wordt er perslucht in de holle thermoplast gespoten zodat hij de vorm aanneemt van de mal. Dit proces is ook te zien in onderstaand plaatje:
5.7 Zelftoets hoofdstuk 5
Diagnostische toets
Maak ter afsluiting de diagnostische toetsen van hoofdstuk 5 (diagnostische toets 5a én 5b). Deze staan in het menu links onder 'Opdrachten en toetsen'. Je moet hierbij minimaal 75% goed hebben voordat je door mag naar het volgende hoofdstuk. Heb je minder dan 75%, lees dan het hoofdstuk nog een keer door en vraag wat je niet snapt aan de docent of PAL.
Het arrangement 5 H5 Polymeren is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-05-08 14:17:29
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Plastic soep' voor havo 4 voor het vak scheikunde.
Leerniveau
HAVO 4;
Leerinhoud en doelen
Structuur;
Scheikunde;
Systeemdenken (scheikunde);
Kenmerken van reacties;
