5V 2324 LPM 14.2 Slimme polymeren

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

5V SK 14.2 Slimme polymeren

Wat zijn slimme polymeren?

Eigenschappen van polymeren verklaren

 met micro- en mesoniveau

Zelfherstellend rubber

• Als je het rubber doorknipt en daarna tegen elkaar aan drukt, herstelt het rubber weer
• Doorknippen: op microniveau worden bindingen verbroken
• Herstellen: nieuwe bindingen worden gevormd 
• Macro: eigenschappen komen terug

Zelfherstellend rubber

(rubber = elastomeer)

• Bijv. door een polymeer met zijgroepen met positieve en negatieve ladingen. 
• Na breken trekken plus en min elkaar weer aan

zelfherstellend via ionbindingen

zelfherstellende verf (polymeren)

Stof B wordt een supramoleculaire polymeer genoemd.

Het is super-lang, en heeft twee "Upy"-groepen aan de  uiteinden.

zelfherstellende verf

de Upy-groep zorgt voor 'koppeling' van de polymeerketens

bij beschadiging/krassen van de verf, kunnen de ketens toch weer een mooie coating vormen

Upy

deze polymeer is een ...?

1. thermoplast
2. thermoharder

wat is de belangrijkste interactie (binding) tussen de Upy groepen onderling?

1. VDW
2. dipool-dipool
3. ion-dipool
4. waterstofbruggen

Upy-groepen gaan onderling waterstofbruggen aan.

Welke interacties zijn juist...?

✅

✅

❌

✅

❌

zelfherstellende verf

Bij een kras/beschadiging in de verf wordt deze kort verhit tot 140°C.

De verf wordt dan vloeibaar en de H-bruggen tussen de Upy-groepen worden verbroken. Bij afkoeling worden nieuwe H-bruggen gevormd. 

Dit vormt het herstellend vermogen van deze verf.

Hoe langer de keten
TUSSEN de
Upy-groepen,
hoe ...

1. beter het herstellende vermogen is
2. minder het herstellende vermogen is

zelfherstellende verf

hoe langer het gedeelte tussen de Upy-groepen, hoe minder makkelijk het is om de verf vloeibaar te krijgen bij verhitting. Er is dan teveel VDW tussen de ketens, deze ketens kunnen dan niet bewegen, waardoor Upy-groepen elkaar niet kunnen 'bereiken'.

Zelfherstellende polymeren

• Een polymeer wordt gevormd via polycondensatiereacties
• Na de polymerisatie-reactie zijn nog voldoende vrije reactieve groepen over, zoals zuur- en aminogroepen
• Deze vrije groepen zorgen voor het herstellend vermogen

zelfherstellend via condensatiereacties

Zelfherstellend rubber

• Stap 1: vorming van het rubber is reactie tussen bijv.
  dodecaan-1,12-diamine en propeenzuur
• 12 uur lang bij ± 50 ºC.

Zelfherstellend rubber

• Stap 2: Nu reageren de moleculen met elkaar waarbij amidebindingen ontstaan (reactie tussen het zuur en de aminogroep)

Kijk naar de structuren.
Waarom kan er een netwerkpolymeer worden gevormd?

1. omdat er covalente bindingen kunnen ontstaan
2. omdat er crosslinks kunnen ontstaan
3. omdat er amidebindingen kunnen ontstaan
4. omdat er 4 N-H groepen per monomeer aanzitten

netwerkpolymeer

• NH2 kan reageren via additie, bij elke N kan de polymerisatie 4 richtingen op!
• hierdoor worden polymeerketens aan elkaar geknoopt (crosslinks) --> netwerkpolymeer
• NB! er blijven ook niet-gereageerd -NH en -COOH groepen over

Zelfherstellend rubber

• Zwarte bolletjes: N  van de amindebinding
• Rode rondjes: vrije reactieve groepen
• Wordt 32 uur verhit tot 160 C: meer vrije reactieve groepen reageren en de stof wordt vast.

Zelfherstellend rubber

• Niet alle groepen reageren
• Rode rondjes zijn vrije reactieve groepen
  
• De groepen die nog vrij zijn zorgen voor het herstellende vermogen

zelfherstellende poly-meren met microcapsules

• In het polymeermateriaal zijn microcapsules aanwezig, gevuld met monomeren
• tevens zit er een katalysator in het materiaal
• bij een breuk komen de monomeren vrij en kunnen nieuwe polymeer-bindingen worden gevormd

wat zou een nadeel kunnen zijn van zelfhelende polymeren met microcapsules?

1. de katalysator moet eerst geactiveerd worden
2. de breuk kan maar één keer worden hersteld
3. er zit maar weinig monomeer-materiaal in de capsules
4. je hebt licht nodig om de reactie te laten verlopen

Beschrijf nu in je eigen woorden wat maakt dat een materiaal zelfherstellend kan zijn. Gebruik begrippen op micro-niveau.

En nu?

Lees 14.2

Maak huiswerkopdracht les 6 (ELO)