Didactische opdracht koolstofchemie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Kunststoffen: Eigenschappen van polymeren

Voor deze les

13.4 gelezen

Lijstje van de begrippen van deze les gemaakt

Opgaven 14 en 17 gemaakt

Leerdoelen

• Je kunt op macroniveau en mesoniveau uitleggen wat een thermoplast en wat een thermoharder is.
• Je kunt op microniveau uitleggen wat crosslinks zijn en hoe deze worden gevormd.
• Je kunt op mesoniveau uitleggen welke factoren van invloed zijn op de flexibiliteit van thermoplasten.
• Je kunt de polymerisatiegraad uitrekenen aan de hand van de gemiddelde molecuulmassa.

Als je gebruik maakt van de 5de editie is de polymerisatiegraad opgenomen in de vorige les.

Thermoplast & thermoharder

• Kunststoffen die zacht worden bij verwarmen noemen we thermoplasten.
• Kunststoffen die hard blijven bij verwarmen noemen we thermoharders.
• De eigenschap op macroniveau is te verklaren op meso- en microniveau: thermoplasten zijn lange ketens en thermoharders vormen een netwerk.

Welke van de volgende kunststoffen is geen thermoplast?

1. PE
2. PLA
3. PP
4. PUR

Antwoord

PUR is geen thermoplast. In welke categorie een polymeer valt kun je vinden in Binas 66E.

Leg op microniveau uit waarom een thermoplast zacht wordt tijdens het verwarmen.

Antwoord

Door het verwarmen gaan de moleculen van het polymeer deze sneller trillen. Door het sneller trillen kunnen de vanderwaalsbindingen tussen de moleculen worden verbroken. Hierdoor wordt het polymeer zacht.

Let op dat je duidelijk maakt dat het om moleculen gaat, anders is je antwoord niet op microniveau!

Crosslinks

• Crosslinks kunnen op verschillende manieren ontstaan. Bijvoorbeeld doordat in de keten nog dubbele bindingen overblijven. Deze dubbele bindingen kunnen via additiepolymerisatie de crosslinks  vormen.
• De andere optie is dat de monomeren een extra groep hebben.  Als een copolymeer bestaat uit stoffen waarbij de een alcoholgroep of een zuurgroep extra aanwezig zijn, kunnen deze weer een condensatiepolymerisatie ondergaan.

Thermoplast of thermoharder?

thermoplast

thermoharder

smelten

losse ketens

netwerk

PUR

Flexibiliteit

De flexibiliteit van een polymeer kan variëren door verschillende factoren:

• Zijketens: meer ketens > minder flexibel
• Polymerisatiegraad: hoger > minder flexibel
• Weekmakers: toevoeging maakt flexibel

Leg uit op microniveau waarom een weekmaker een polymeer flexibeler maakt.

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.

Bereken de polymerisatiegraad van PVC als de gemiddelde molecuulmassa 2.500.000 u is.

Antwoord

Het monomeer van PVC is chlooretheen.

De molecuulmassa van chlooretheen is 62,5 u.

Polymerisatiegraad is 2.500.000 u / 62,5 u = 40.000

Micro-meso-macro: polymeren

Practicum thermoplasten

1. Knak de rand van het bekertje en scheur het bekertje in.
2. Herhaal deze actie zodat een reep van ongeveer 2 centimeter ontstaat. 
3. Probeer de reep door midden te scheuren. 

Geef een mogelijke verklaring voor de manier waarop je de beker kunt scheuren.
Gebruik in je antwoord micro- of mesoniveau.

De bekertjes worden gemaakt door een plaat over de vorm heen te laten gaan en dan worden de vormen aangezogen.

Geef nu (indien nodig) nogmaals een verklaring.

Antwoord

Polystyreen is een thermoplast. Tijdens het maken van de vorm, worden het polystyreen uitgerekt en daarbij komen de moleculen naast elkaar te liggen. Daardoor is het mogelijk om de bekertjes te scheuren naar beneden wel mogelijk (want dan loopt de scheur tussen de moleculen), maar dwars niet.

Leerdoelen

• Je kunt op macroniveau en mesoniveau uitleggen wat een thermoplast en wat een thermoharder is.
• Je kunt op microniveau uitleggen wat crosslinks zijn en hoe deze worden gevormd.
• Je kunt op mesoniveau uitleggen welke factoren van invloed zijn op de flexibiliteit van thermoplasten.
• Je kunt de polymerisatiegraad uitrekenen aan de hand van de gemiddelde molecuulmassa.

Als je gebruik maakt van de 5de editie is de polymerisatiegraad opgenomen in de vorige les.

Lego wordt gemaakt van acrylonitril-butadieen-styreen (ABS). ABS is een thermoplast en een copolymeer dat gebruikt wordt voor starre voorwerpen. Het is eenvoudig te spuitgieten en levert een glad en stevig aanvoelend plastic op. Leg uit waarom je ABS ook als thermoharder kunt beschouwen.

Antwoord

Bij de polymerisatie van butadieen blijft een dubbele binding over. Deze kan ook reageren en zo crosslinks vormen. Zo ontstaat een netwerk: een thermoharder.

ABS bestaat uit 5 tot 30% 1,3-butadieen en zo'n 50% styreen, met de rest acrylonitril.

Welke van deze monomeren in het copolymeer ABS zorgt het minder flexibel worden van het polymeer?

1. acrylonitril
2. 1,3-butadieen
3. styreen
4. alle drie evenveel

Antwoord

Van de drie monomeren heeft styreen de grootste zijgroep. 

Deze zijgroep zorgt voor  minder flexibiliteit.

Stel 1 vraag over een onderdeel dat je niet helemaal hebt begrepen.

Voor de volgende les

• MAAK: Opgave 14  en 17
• LEES: 13.4 Eigenschappen van kunststoffen
• MAAK: Begrippenlijst van 13.4

Extra ...

Hierna komen nog een aantal slides. Deze zijn bedoeld als Extra oefening of Extra verdieping. 

Leg uit aan de hand van een eigenschap op moleculair niveau (microniveau) hoe een thermoharder te herkennen is.

Antwoord

Op moleculair niveau moeten crosslinks tussen de polymeerketens aanwezig zijn. Dit zorgt dat de ketens ten opzichte van elkaar niet kunnen bewegen.

00:57

Is celluoid een thermoplast of thermoharder?

1. thermoharder
2. thermoplast

03:39

Welk probleem lost de schroef op?

07:03

Welke krachten worden door de hoek sneller verbroken?