H15 Kunststoffen
P1 Kunststoffen, plastics en polymeren
Kunststoffen in je omgeving
Kunststoffen hebben veel toepassingen omdat je de eigenschappen ervan
kunt variëren. Door een keuze van grondstoffen, fabricageproces en
toevoeging van andere stoffen kunnen chemici de eigenschappen
aanpassen.
Voor- en nadelen van kunststoffen
Kunststoffen zijn gemakkelijk te verwerken, licht, onderhoudsarm, niet
reactief, goedkoop en hebben een lange levensduur. Afval is een nadeel,
het vergaat slecht. Fossiele brandstoffen worden schaarser door de
productie en transport van kunststoffen. Er zijn betere biologische
afbreekbare kunststoffen. Het nummer in het recycleersymbool geeft de
soort kunststof aan.
Wat zijn kunststoffen
Een plastic is alleen een kunststof waarvan door verhitting en onder druk
een voorwerp kan worden gemaakt. Kunststoffen zijn opgebouwd uit
polymeren. Polymeren bestaan uit heel grote moleculen waarin steeds
hetzelfde stukje molecuul herhaal wordt: de repeterende eenheid. De
polymeren ontstaan doordat moleculen van een stof met elkaar reageren
tot een groot molecuul, deze kan oplopen tot 106 u. Deze worden ook wel
macromoleculen genoemd. De polymeerketen die ontstaat als de
moleculen van de beginstof met elkaar reageren kan een lineaire structuur
hebben: de repeterende eenheden vormen een lineaire keten. De keten
heeft geen vertakkingen. Als een polymeerketen in verschillende
richtingen groeit, ontstaan vertakkingen. Polymeerketens kunnen ook
voorkomen als driedimensionale structuren, er zitten dwarsverbindingen
tussen de polymeerketens. Je kunt polymeren opbouwen uit één soort
moleculen. Er bestaan ook polymeren die zijn gevormd uit verschillende
soorten moleculen. Dan spreek je van copolymeren.
,P2 Eigenschappen van kunststoffen
Thermoplasten
Een thermoplast is een kunststof die bij verwarmen zacht wordt. Een
thermoharder is een kunststof die bij verwarmen hard blijft. 85% van de
kunststoffen is een thermoplast. De macromoleculen hiervan liggen als
kluwens spaghetti. Bij thermoplasten kun je drie toestanden
onderscheiden bij verwarmen. We hebben de glastemperatuur Tg en het
smeltpunt Tm. Beneden Tg zijn geen rotaties mogelijk rond de C-C
bindingen in de polymeerketens. Het materiaal is stijf en bros. Bij Tg
blijven de polymeerketens ten opzichte van elkaar op hun plaats. Je kunt
kracht uitoefenen en het gaat terug in de oude vorm. Bij het smeltpunt Tm
wordt een thermoplast week. Dit is het beginpunt van het smelttraject.
Een thermoplast bevat polymeermoleculen met verschillende
ketenlengten, waardoor je een smelttraject en niet een smeltpunt vindt.
De term verwekingspunt wordt gebruikt ipv smeltpunt. Bij verbranding van
kunststoffen kunnen schadelijke stoffen vrijkomen. Thermoplasten kun je
recyclen.
Thermoharders
Bij thermoharders zijn de ketens op veel plaatsen aan elkaar gekoppeld tot
een driedimensionaal netwerk. Ketens kunnen niet langs elkaar glijden en
de stof is hard. Als je thermoharders en thermoplasten sterk verhit,
ontleden ze beide. Thermoharders kun je niet recyclen. Een thermoharder
lost in vergelijking met een thermoplast niet op in chemische
oplosmiddelen. Er is sprake van één groot netwerk waarin er geen
moleculen zijn die door oplosmiddelen van elkaar gehouden kunnen
worden. Moleculen van het oplosmiddel kunnen geen atoombindingen
verbreken.
,P3 Additiepolymeren
Additiepolymerisatie
Dyneema is de sterkste kunststofvezel ter wereld. Hoofdbestanddeel is
polyetheen. Polyetheen wordt via een polymerisatiereactie uit etheen
gemaakt. Etheen is het monomeer van polyetheen. De dubbele binding
van etheen springt open, waardoor de monomeren twee open uiteinden
krijgen. Door de monomeren via de open uiteinden aan elkaar te
koppelen, ontstaat een lange keten. Omdat bij deze wijze van
polymeriseren een dubbele binding betrokken is spreken we van
additiepolymerisatie of polyadditie. n C2H4 -> (C2H4)n. De repeterende
eenheid staat tussen de haken. De polymeerketens zijn zo lang dat het
niet van belang is hoe de uiteinden eruit zien. De naam van het polymeer
krijg je door poly voor het monomeer te zetten.
Structuurformule polymeer
Alle stoffen waarvan de moleculen een dubbele binding (C=C) bevatten
kunnen via additiepolymerisatie een polymeer vormen. Bij het tekenen
van de juiste structuurformule moet je opletten dat je bij het openspringen
van de dubbele binding de twee vrijgekomen elektronen aan weerszijden
van de C-C binding neerzet. De dubbele binding teken je als enige
horizontaal.
Mechanisme additiepolymerisatie
Additiepolymerisatie gebeurt in stappen: de ontleding van de initiator, de
initiatie, de propagatie en de terminatie.
Ontleding initiator, de initiator start een keten van reacties. De
initiator zorgt voor radicalen, een radicaal is een deeltje met een
ongepaard elektron. De initiator wordt bij de reactie gebruikt en is
dus geen katalysator. ROOR -> 2 RO..
Initiatie, een radicaal reageert met een molecuul van het monomeer
etheen.
Propagatie, het ontstane radicaal reageert met een volgend
molecuul van het monomeer etheen. De reactie kan steeds blijven
doorgaan, het is een kettingreactie en is een exotherme reactie.
Terminatie, de ketting van reacties wordt doorbroken als twee
radicalen zich verenigen. Terminatie kan ook door
disproportionering. Een radicaal plukt dan een H radicaal van een
ander radicaal.
, Ketenlengte
De ketenlengte van polymeermoleculen druk je uit in de
polymerisatiegraad, het aantal monomeereenheden per polymeerketen.
De molecuulmassa is de polymerisatiegraad x de molecuulmassa van het
monomeer. De reactieomstandigheden kunnen de polymerisatiegraad en
de molecuulmassa beïnvloeden. Dat kan de eigenschappen van een
polymeer veranderen. De ketenlengte kan je beïnvloeden met de
hoeveelheid initiator. Als er veel initiator is ontstaan veel kleine ketens,
doordat veel ketens tegelijk beginnen te groeien en doordat de kans van
terminatie dan groter is. De polymerisatiesnelheid is de snelheid waarmee
monomeren in een keten ingebouwd worden. De polymerisatie gaat
sneller bij een hogere temperatuur, maar bij een te hoge temperatuur
vindt juist depolymerisatie op. De polymerisatiegraad loopt snel na de
start van de reactie op, omdat radicalen erg reactief zijn. De hoeveelheid
radicalen bereikt kort na het begin van de polymerisatie een constante
waarde. Er worden dan evenveel radicalen gevormd als er verdwijnen en
de polymerisatiegraad blijft constant.
P1 Kunststoffen, plastics en polymeren
Kunststoffen in je omgeving
Kunststoffen hebben veel toepassingen omdat je de eigenschappen ervan
kunt variëren. Door een keuze van grondstoffen, fabricageproces en
toevoeging van andere stoffen kunnen chemici de eigenschappen
aanpassen.
Voor- en nadelen van kunststoffen
Kunststoffen zijn gemakkelijk te verwerken, licht, onderhoudsarm, niet
reactief, goedkoop en hebben een lange levensduur. Afval is een nadeel,
het vergaat slecht. Fossiele brandstoffen worden schaarser door de
productie en transport van kunststoffen. Er zijn betere biologische
afbreekbare kunststoffen. Het nummer in het recycleersymbool geeft de
soort kunststof aan.
Wat zijn kunststoffen
Een plastic is alleen een kunststof waarvan door verhitting en onder druk
een voorwerp kan worden gemaakt. Kunststoffen zijn opgebouwd uit
polymeren. Polymeren bestaan uit heel grote moleculen waarin steeds
hetzelfde stukje molecuul herhaal wordt: de repeterende eenheid. De
polymeren ontstaan doordat moleculen van een stof met elkaar reageren
tot een groot molecuul, deze kan oplopen tot 106 u. Deze worden ook wel
macromoleculen genoemd. De polymeerketen die ontstaat als de
moleculen van de beginstof met elkaar reageren kan een lineaire structuur
hebben: de repeterende eenheden vormen een lineaire keten. De keten
heeft geen vertakkingen. Als een polymeerketen in verschillende
richtingen groeit, ontstaan vertakkingen. Polymeerketens kunnen ook
voorkomen als driedimensionale structuren, er zitten dwarsverbindingen
tussen de polymeerketens. Je kunt polymeren opbouwen uit één soort
moleculen. Er bestaan ook polymeren die zijn gevormd uit verschillende
soorten moleculen. Dan spreek je van copolymeren.
,P2 Eigenschappen van kunststoffen
Thermoplasten
Een thermoplast is een kunststof die bij verwarmen zacht wordt. Een
thermoharder is een kunststof die bij verwarmen hard blijft. 85% van de
kunststoffen is een thermoplast. De macromoleculen hiervan liggen als
kluwens spaghetti. Bij thermoplasten kun je drie toestanden
onderscheiden bij verwarmen. We hebben de glastemperatuur Tg en het
smeltpunt Tm. Beneden Tg zijn geen rotaties mogelijk rond de C-C
bindingen in de polymeerketens. Het materiaal is stijf en bros. Bij Tg
blijven de polymeerketens ten opzichte van elkaar op hun plaats. Je kunt
kracht uitoefenen en het gaat terug in de oude vorm. Bij het smeltpunt Tm
wordt een thermoplast week. Dit is het beginpunt van het smelttraject.
Een thermoplast bevat polymeermoleculen met verschillende
ketenlengten, waardoor je een smelttraject en niet een smeltpunt vindt.
De term verwekingspunt wordt gebruikt ipv smeltpunt. Bij verbranding van
kunststoffen kunnen schadelijke stoffen vrijkomen. Thermoplasten kun je
recyclen.
Thermoharders
Bij thermoharders zijn de ketens op veel plaatsen aan elkaar gekoppeld tot
een driedimensionaal netwerk. Ketens kunnen niet langs elkaar glijden en
de stof is hard. Als je thermoharders en thermoplasten sterk verhit,
ontleden ze beide. Thermoharders kun je niet recyclen. Een thermoharder
lost in vergelijking met een thermoplast niet op in chemische
oplosmiddelen. Er is sprake van één groot netwerk waarin er geen
moleculen zijn die door oplosmiddelen van elkaar gehouden kunnen
worden. Moleculen van het oplosmiddel kunnen geen atoombindingen
verbreken.
,P3 Additiepolymeren
Additiepolymerisatie
Dyneema is de sterkste kunststofvezel ter wereld. Hoofdbestanddeel is
polyetheen. Polyetheen wordt via een polymerisatiereactie uit etheen
gemaakt. Etheen is het monomeer van polyetheen. De dubbele binding
van etheen springt open, waardoor de monomeren twee open uiteinden
krijgen. Door de monomeren via de open uiteinden aan elkaar te
koppelen, ontstaat een lange keten. Omdat bij deze wijze van
polymeriseren een dubbele binding betrokken is spreken we van
additiepolymerisatie of polyadditie. n C2H4 -> (C2H4)n. De repeterende
eenheid staat tussen de haken. De polymeerketens zijn zo lang dat het
niet van belang is hoe de uiteinden eruit zien. De naam van het polymeer
krijg je door poly voor het monomeer te zetten.
Structuurformule polymeer
Alle stoffen waarvan de moleculen een dubbele binding (C=C) bevatten
kunnen via additiepolymerisatie een polymeer vormen. Bij het tekenen
van de juiste structuurformule moet je opletten dat je bij het openspringen
van de dubbele binding de twee vrijgekomen elektronen aan weerszijden
van de C-C binding neerzet. De dubbele binding teken je als enige
horizontaal.
Mechanisme additiepolymerisatie
Additiepolymerisatie gebeurt in stappen: de ontleding van de initiator, de
initiatie, de propagatie en de terminatie.
Ontleding initiator, de initiator start een keten van reacties. De
initiator zorgt voor radicalen, een radicaal is een deeltje met een
ongepaard elektron. De initiator wordt bij de reactie gebruikt en is
dus geen katalysator. ROOR -> 2 RO..
Initiatie, een radicaal reageert met een molecuul van het monomeer
etheen.
Propagatie, het ontstane radicaal reageert met een volgend
molecuul van het monomeer etheen. De reactie kan steeds blijven
doorgaan, het is een kettingreactie en is een exotherme reactie.
Terminatie, de ketting van reacties wordt doorbroken als twee
radicalen zich verenigen. Terminatie kan ook door
disproportionering. Een radicaal plukt dan een H radicaal van een
ander radicaal.
, Ketenlengte
De ketenlengte van polymeermoleculen druk je uit in de
polymerisatiegraad, het aantal monomeereenheden per polymeerketen.
De molecuulmassa is de polymerisatiegraad x de molecuulmassa van het
monomeer. De reactieomstandigheden kunnen de polymerisatiegraad en
de molecuulmassa beïnvloeden. Dat kan de eigenschappen van een
polymeer veranderen. De ketenlengte kan je beïnvloeden met de
hoeveelheid initiator. Als er veel initiator is ontstaan veel kleine ketens,
doordat veel ketens tegelijk beginnen te groeien en doordat de kans van
terminatie dan groter is. De polymerisatiesnelheid is de snelheid waarmee
monomeren in een keten ingebouwd worden. De polymerisatie gaat
sneller bij een hogere temperatuur, maar bij een te hoge temperatuur
vindt juist depolymerisatie op. De polymerisatiegraad loopt snel na de
start van de reactie op, omdat radicalen erg reactief zijn. De hoeveelheid
radicalen bereikt kort na het begin van de polymerisatie een constante
waarde. Er worden dan evenveel radicalen gevormd als er verdwijnen en
de polymerisatiegraad blijft constant.
