Kunststoffen - chemie

Kunststoffen definitie

Kunststoffen zijn synthetische polymeren, het zijn macromoleculen waarbij vele kleine bouwstenen, de monomeren, aan elkaar geschakeld worden via een proces dat we polymerisatie noemen

2 soorten polymeren

• Synthetische polymeren

• Biopolymeren

Synthetische polymeren

(de kunststoffen) die kunstmatig door de mens gemaakt worden.

Biopolymeren

• door levende organismen worden aangemaakt en we zo in de natuur kunnen terugvinden.

• Polymerisatie natuurlijke chemische processen.

Biopolymeren (3)

• DNA

• Polysachariden

• Proteïnen

fossielgebaseerde polymeren

Synthetische polymeren waarvan de monomeren uit aardolie of aardgas worden gewonnen

“fossielgebaseerde polymeren” Indien de monomeren zijn afgeleid van hernieuwbare biomaterialen spreken we over

biogebaseerde polymeren

Naargelang de samenstelling van het polymeer kunnen we ook weer twee soorten onderscheiden:

• homopolymeren

• copolymeren

homopolymeren:

die bestaan uit slechts 1 soort monomeer dat steeds herhaald wordt

copolymeren:

die bestaan uit verschillende soorten monomeren

Polymeervormingsmechanismen (polymerisatie):

Bij en polymerisatie of polymeervormingsreactie worden vele monomeren via covalente bindingen aan elkaar geschakeld tot lange polymeerketens.

Afhankelijk van welke monomeren betrokken zijn bij de polymerisatie zijn er verschillende mechanismen mogelijk. In deze cursus overlopen we drie soorten polymerisatiereacties: (3)

1. Radicalaire polymerisatie

2. Polycondensatie

3. Polyadditie

Radicalaire polymerisatie:

• Bij radicalaire polymerisatie worden monomeren die minstens 1 onverzadigde binding bevatten (dubbel- of drievoudig) aan elkaar geschakeld.

• De pi-binding van de onverzadigde binding wordt telkens homolytisch verbroken waardoor een reactief radicaal ontstaat. Vervolgens worden de gevormde radicalen met een nieuwe sigma-binding aan elkaar gebonden.

Polycondensatie:

Bij polycondensatie worden monomeren met minstens 2 functionele groepen (bifunctionele monomeren) aan elkaar geschakeld, waarbij telkens een kleine molecule wordt afgesplitst (water, ammoniak,...).

Polyesters gevormd door Polycondensatie:

Polyesters worden gevormd door polycondensatiereacties tussen een dicarbonzuur en een diol. Tijdens deze reactie wordt telkens een molecule water afgesplitst.

Polyamides gevormd door Polycondensatie

Polyamides worden gevormd door polycondensatiereacties tussen een dicarbonzuur en een diamine. Ook hier wordt een molecule water afgesplitst.

Polyadditie:

Bij polyadditie worden monomeren met minstens 2 functionele groepen (bifunctionele monomeren) aan elkaar geschakeld. Bij deze reactie gebeurt er een H-transfer tussen de monomeren, maar wordt geen nevenproduct afgesplitst.

Thermoharders:

• Kunststoffen die dezelfde vorm behouden wanneer ze worden verhit

• structuur: de verschillende polymeerketens zijn onderling verbonden met heel sterke crosslinks. Deze dwarsverbindingen zorgen ervoor dat de kunststoffen heel goed bestand zijn tegen hoge temperaturen, maar eens de bindingen zijn verbroken kunnen ze niet meer worden hersteld.

Thermoplasten:

• Kunststoffen die wel vervormen wanneer je ze verhit

• Bij verhitting worden de stoffen week, en kan je ze goed vervormen. Bij het afkoelen worden de stoffen weer stabiel.

• structuur:Thermoplasten bestaan uit polymeerketens die alleen door zwakke intermoleculaire krachten worden samengehouden. Er zijn geen crosslinks tussen de ketens. Bij verhitting worden deze krachten overwonnen, waardoor de stof week wordt en makkelijk vervormd kan worden.

Elastomeren:

• Elastomeren/ rubbers zijn kunststoffen die elastisch zijn

• kamertemperatuur →vervormen door een kracht op uit te oefenen → maar bij het wegvallen van de kracht neemt de stof zijn oorspronkelijke vorm weer aan.

• crosslinks aanwezig maar niet zo veel als bij thermoharders.

Mechanische recyclage:

• chemische bindingen van de polymeerketens worden niet verbroken.

• de ketens worden niet verbroken tot afzonderlijke monomeren.

• Wel kan plasticafval worden gesmolten of vermalen tot kleine korrels, die weer gebruikt kunnen worden.

Chemische recyclage:

• polymeerketens gebroken in afzonderlijke monomeren

• De gevormde monomeren kunnen dan opnieuw gebruikt worden om nieuwe polymeerketens te vormen.