H12.3 les 8+9 Thermoharders en thermoplasten

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

H12 Materialen

les 8

Thermoplasten en thermoharders

Deze les nodig:

- schrift

- pen

Deze les

-DEMOproef: eigenschappen kunststoffen

- eigenschappen polymeren verklaard op microniveau

- toelichting bij uitleg boek over keramiek

Aan het eind van deze les

- kun je de eigenschappen van thermoplasten en thermoharders verklaren en voorspellen aan de hand van de micro- en/of mesostructuur van het materiaal

DEMO proef

We verwarmen enkele kunststoffen

Wat neem je waar?

Je kunt kunststoffen op basis van hun eigenschappen indelen in drie groepen 

opgave 20

Thermoplasten 

MACRONIVEAU

Thermoplasten zijn polymeren die bij verwarmen zacht en buigzaam worden (smelten en vervormen)

MICRONIVEAU

Lange, rechte ketens

vanderWaalsbinding tussen de ketens

NOTEER en LEER

De thermoplast is sterker als:

 de ketens 

- dicht bij elkaar liggen

- evenwijdig aan elkaar liggen

omdat de vanderWaalsbinding dan sterker is 

sterk

minder sterk

amorf                  kristallijn

opgave 22

Weekmaker

MICRONIVEAU:

- bestaat uit kleine moleculen

- vergroten de afstand tussen polymeerketens

- hierdoor wordt vanderWaalsbinding zwakker

MACRONIVEAU:

dus de thermoplast soepeler

opgave 22

NOTEER en LEER

MICRONIVEAU:

- bestaat uit kleine moleculen

- vergroten de afstand tussen polymeerketens

- hierdoor wordt vanderWaalsbinding zwakker

MACRONIVEAU:

dus de thermoplast soepeler

Bij het beantwoorden van "Leg uit op microniveau...." gebruik je het micro-macro-abc 

micro:

- benoem atomen/ moleculen/deeltjes

- geef de naam van de binding

macro:

- geef de conclusie (dus...)

Thermoharders 

MACRONIVEAU

Thermoharders smelt/vervormt niet, maar ontleedt bij verhitten

MICRONIVEAU

netwerkstructuur: de polymeerketens zijn onderling verbonden met atoombindingen (crosslinks)

NOTEER en LEER

Leg uit op microniveau....

dat je een thermoharder niet zachter kunt maken door toevoegen van een weekmaker

atoom/molecuul/deeltje:

binding:

conclusie:

opgave 23

netwerk bij additiepolymeren:

zijgroep met C=C (1,2-additie) 

óf

C=C in hoofdketen (1,4-additie) 

kan reageren met monomeren of (zijgroepen van) andere polymeerketens

opgave 21

hierdoor ontstaat een netwerkpolymeer (thermoharder)

netwerk bij condensatiepolymeren:

monomeer met meer dan twee COOH/NH2/OH zijgroepen kan verder reageren met COOH/NH2/OH zijgroepen van andere polymeerketens

opgave 21

Elastomeer: weinig crosslinks

EXTRA

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.

ELASTOMEREN

Elastomeer 

Macroniveau: kunststof die tijdelijk van vorm kan veranderen

Microniveau: crosslinks tussen polymeerketens, maar minder dan bij thermoharders 

EXTRA

Eigen werk

LEREN: H12.3 thermoplasten en thermoharders

MAKEN: opgave  opgave 20, 21, 22, 23 

Kijk je werk na

H12 Materialen

les 8

Thermoplasten en thermoharders

Deze les nodig:

- schrift

- pen

aan het eind van deze les:

- kun je op microniveau uitleggen welke invloed weekmakers, ketenlengte, structuurkenmerken en crosslinks hebben op de eigenschappen van een polymeer

- weet je hoe je micro-ABC en SPA+ kunt gebruiken bij het formuleren van een  antwoord op microniveau

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.

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

Schrijf je antwoord op zoals je dat op een toets zou doen!

(oefen in formuleren)

DENKEN

DELEN

UITWISSELEN

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

Uit je antwoord moet blijken dat:

1. Tussen de polymeerketens/polymeermoleculen vanderWaalsbindingen voorkomen
2. Dat de sterkte van de vanderWaalsbinding toeneemt als molecuul(massa) toeneemt
3.  Waardoor polymeerketens moeilijker langs elkaar heen bewegen

(conclusie: dus de kunststof is harder)

Let op dat je duidelijk verschil maakt tussen woorden op macroniveau (polymeer, kunststof, smeltpunt, hardheid) en microniveau (polymeerketen, polymeermolecuul, vanderWaalsbinding, langs elkaar bewegen)

Verband tussen polymerisatiegraad en smeltpunt in de praktijk

Micro-ABC

REDENEREN over bindingen/moleculen is een ABC-tje​

Atoomgroep/deeltje/molecuul benoemen​

Binding / interactie benoemen​

Conclusie trekken​

Dit is een handig hulpmiddel om je eigen antwoorden de CONTROLEREN

Leg uit welke invloed vertakking van de polymeerketens (dus het toevoegen van zijgroepen) heeft op het smeltpunt van de kunststof. Vergelijk bijvoorbeeld de structuur van LDPE en HMPE.

Schrijf je antwoord op papier en controleer met het micro-ABC

(oefen in formuleren)

DENKEN

DELEN

UITWISSELEN

Leg uit welke invloed vertakking van de polymeerketens (dus het toevoegen van zijgroepen) heeft op het smeltpunt van de kunststof. Vergelijk bijvoorbeeld de structuur van LDPE en HDPE op blz 201.

Uit je antwoord moet blijken dat:

1. Door vertakkingen en/of zijgroepen wordt de afstand tussen de polymeerketens groter (dit zie je ook aan de dichtheid in tabel 15.3: deze wordt lager).
2. Hoe groter de afstand tussen de polymeerketens, hoe zwakker de vanderWaalsbinding tussen de ketens wordt
3. Hoe groter de zijgroepen aan de polymeerketen, hoe lager het smeltpunt en hoe zachter (plastischer) de kunststof zal zijn

Eigenschappen veranderen

Je kunt de eigenschappen van een kunststof dus beïnvloeden door:

- de ketenlengte van het polymeermolecuul

- zijgroepen/vertakkingen van het polymeermolecuul

Je kunt de structuur van een polymeer ook beïnvloeden door het toevoegen van weekmakers (je kunt thuis de uitleg terugkijken met de video op de volgende dia)

0

Weekmakers

= kleine moleculen die tussen de polymeerketens gaan zitten

Hierdoor neemt de afstand tussen de ketens toe en de aantrekking (vdW binding) tussen de ketens af

Wordt een thermoharder beter vervormbaar als je een weekmaker toevoegt?

1. ja
2. nee

Samenvatting

Je kunt de eigenschappen van een kunststof dus 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).

redeneren met SPA+

Bij examenvragen moet je vaak een gegeven stofeigenschap verklaren met je kennis van bindingen en moleculen

Soms is het lastig om de link te leggen: wat wordt er nu gevraagd?

Een Systematisch Probleem Aanpak kan dan helpen

Zo'n aanpak is er voor rekenopgaven (SPA) en voor micro-macro-redeneren (SPA+)

Voorbeeld: Opgave 4 Kauwgom (havo 2018-II)

Kauwgom bestaat uit grote moleculen (polymeerketens)

Aan kauwgom wordt paraffine toegevoegd, de moleculen paraffine gaan tussen de polymeerketens zitten

Een bepaald soort binding wordt verzwakt

Kauwgom wordt beter vervormbaar

Net als bij rekenopgaven is het belangrijk om te bekijken: welke elementen zijn gegeven? Zo kom je erachter wat er eigenlijk wordt gevraagd

Kauwgom bestaat uit grote moleculen (polymeerketens)

Aan kauwgom wordt paraffine toegevoegd, de moleculen paraffine gaan tussen de polymeerketens zitten.

Een bepaald soort binding wordt verzwakt

Kauwgom wordt beter vervormbaar

gevraagd

Kauwgom bestaat uit grote moleculen (polymeerketens)

Aan kauwgom wordt paraffine toegevoegd, de moleculen paraffine gaan tussen de polymeerketens zitten.

Een bepaald soort binding wordt verzwakt

Kauwgom wordt beter vervormbaar

Paraffinemoleculen gaan tussen de polymeerketens van kauwgom zitten, DAARDOOR wordt de afstand tussen de polymeerketens groter, WAARDOOR de vanderWaalsbinding tussen de polymeerketens zwakker wordt. HIERDOOR kunnen de polymeerketens vrijer bewegen en wordt kauwgom beter vervormbaar

Wat moet je leren van 12.1

Van structuur naar eigenschappen?

Blz 11 

Blz 15 t/m 17

amorf

kristallijn

Eigen werk

LEREN: H12.3 thermoplasten en thermoharders

MAKEN: opgave  opgave 24, 26, 28, 29

Kijk je werk na