Polyetheen, polypropeen en polyvinylchloride
2.2.2
Je leert...
1- uitleggen wat monomeren en polymeren zijn.
2- een kettingpolymerisatie of polyadditie herkennen.
3- een thermoplast herkennen en definiëren.
4- een elastomeer herkennen en definiëren.
5- het monomeer herkennen in een polymeerketen.
6- de polymeerketen herkennen van een alkeen monomeer.
7- de naam en de structuur van bepaalde polymeren.
Polymeren zijn zeer grote moleculen die opgebouwd worden uit kleine moleculen: de monomeren. Honderden tot zelfs duizenden monomeren worden via een chemische reactie met elkaar verbonden en vormen zo het polymeer.
Er zijn verschillende manieren om de polymeren in te delen. Eén indelingsmethode is volgens hun synthesemechanisme. Er zijn twee mechanismen om polymeren aan te maken: kettingpolymerisatie en stappolymerisatie. De bekendste kunststoffen, polyethyleen (PE), polypropeen (PP) en polyvinylchloride (PVC), worden gevormd via een kettingpolymerisatie of polyadditie. Je gaat hier dieper op in in dit traject.
In het volgende traject 2.2.3 maak je ook kennis met de kunststoffen nylon en PET. Zij worden gevormd via een stappolymerisatie.
1 |
Kettingpolymerisatie
Reactiemechanisme
Polymeren die gevormd worden via een kettingpolymerisatie of polyadditie hebben vaak als bouwsteen een monomeer met een dubbele binding (een alkeen). Door een reactief deeltje in het reactiemengsel wordt de dubbele binding van het monomeer opengebroken en wordt het monomeer aan het reactief deeltje vastgehecht.
Het reactief centrum (voorgesteld door een asterisk in de figuur) verplaatst zich van het reactief deeltje naar de tweede koolstof van het alkeen waar het opnieuw kan reageren met een monomeer. Het volgende monomeer addeert aan de ketting en het reactief centrum verplaatst zich opnieuw. De polymeerketting wordt zo monomeer per monomeer langer.
Opdracht 1
Je krijgt de reactievergelijkingen van de drie eerste addities van etheen. Sleep het reactieproduct naar de juiste reactievergelijking.
Tijdens de polymerisatiereactie kunnen gemakkelijk een paar duizenden tot zelfs honderdduizenden monomeren samen één lange polymeerketting vormen. Het spreekt voor zich dat je die polymeerketting nooit volledig zal tekenen. Je tekent een deel van het polymeer dat herhaald wordt.
Herkennen van de kettingpolymerisatie met alkenen
Een polymeer dat is opgebouwd via de kettingpolymerisatie is gemakkelijk te herkennen. De polymeerketting bestaat (meestal) enkel uit koolstofatomen. De opeenvolging van koolstofatomen wordt niet onderbroken door een andere atoomsoort. Hier zie je de voorstelling van polypropeen. De koolstofketting staat in rood getekend.
2 |
Fysische eigenschappen
Een andere manier om polymeren op te delen is volgens hun fysische eigenschappen. Je krijgt drie groepen: thermoplasten, thermoharders en elastomeren. Polymeren gemaakt via de kettingpolymerisatie zijn meestal thermoplasten en soms elastomeren. Voorbeelden van thermoharders zie je in het volgende traject.
Thermoplasten
Thermoplasten bestaan uit lange ketens van niet chemisch met elkaar verbonden polymeermoleculen. De moleculen liggen doorheen elkaar net zoals spaghettislierten in een bord. Het opwarmen van een thermoplast zorgt ervoor dat het plastiek week en vervormbaar wordt. Het plastiek kan op dat moment in de gewenste vorm (fles, buis...) gebracht worden die hij na afkoelen en uitharden behoudt. Deze eigenschap van thermoplasten is zeer interessant met het oog op recyclage van plastiek. Een thermoplast kan immers meerdere keren week gemaakt en (her)vervormd worden.
Voorstelling van de structuur van een thermoplast. De polymeerketens liggen door elkaar.
Thermoplast
Een thermoplast is een polymeer dat bij verwarmen week en vervormbaar wordt.
De video toont hoe je zo'n thermoplast week kunt maken en vervormen. Merk op dat week maken niet betekent dat de plastiek vloeibaar is, maar wel vervormbaar. Er wordt ook getoond hoe gekleurd plastiek gemaakt kan worden door kleurpigment aan de thermoplast toe te voegen.
Zonder het te beseffen heb je, wanneer je vroeger speelde met strijkparels, gebruik gemaakt van de eigenschap van thermoplasten. Strijkparels zijn gemaakt van polyetheen en worden, nadat je een figuurtje hebt gemaakt, met het strijkijzer week gemaakt waardoor ze vervormen en aan elkaar gaan kleven. Na afkoelen wordt het plastiek terug hard.
Elastomeren
Elastomeren bestaan ook uit lange ketens van polymeermoleculen en kunnen in een eerste fase via een kettingpolymerisatie gemaakt worden. Door gebruik te maken van een chemische reactie worden in een tweede fase de polymeerketens op een beperkt aantal plaatsen chemisch met elkaar verbonden. Dit proces noem je vulcaniseren. Je krijgt een soort netwerk van polymeermoleculen dat een elastisch geheel vormt. Het polymeer kan vervormd worden, maar na vervorming keert de stof door de vernetting terug naar zijn oorspronkelijke toestand: het polymeer is elastisch.
De rubber van een elastiekje is een voorbeeld van een elastomeer. Omdat de verschillende ketens met elkaar verbonden zijn is hervormen en dus recyclage van het elastomeer quasi onmogelijk.
Voorstelling van de structuur van een elastomeer. De polymeerketens zijn op een beperkt aantal plaatsen met elkaar verbonden. Dit is zichtbaar gemaakt met de knooppunten.
Elastomeer
Een elastomeer is een polymeer dat bij belasting sterk vervormbaar is en dat na belasting terug naar zijn oorspronkelijk vorm keert.
In de video zie je hoe elastiekjes, hét elastomeer bij uitstek, gemaakt worden.
3 |
Polymeren
Niets op deze wereld is onbeperkt aanwezig. Nu mensen dit stilaan beginnen beseffen, wordt recyclage en hergebruiken van stoffen heel belangrijk. Om te helpen bij het sorteren en identificeren van plastiek zijn de alledaagse plastiek voorwerpen voorzien van een recyclagesymbool. Het symbool bestaat telkens uit een cijfer en een afkorting die staat voor de plastieksoort. Een blik op de lijst hieronder leert je welke plastieksoorten je vaak tegenkomt en die bij voorkeur gerecycleerd worden.
Polyetheen (PE)
Opdracht 5
Neem de presentatie door over polyetheen en beantwoord de vraag. Bekijk ook de video's! (Tip: Je kunt bij de instellingen de ondertiteling op 'automatisch vertalen' naar het Nederlands zetten.)
Polypropeen (PP)
Opdracht 6
Neem de presentatie door over polypropeen en beantwoord de vraag. Bekijk ook de video!
Polyvinylchloride (PVC)
Opdracht 7
Bekijk de presentatie over polyvinylchloride en beantwoord de vraag. Bekijk ook de video!
Polystyreen
Opdracht 8
Bekijk de presentatie over polystyreen en beantwoord de vraag. Bekijk ook de video!
Opdracht 9
Heb je de presentaties en de video's aandachtig bekeken? Goed zo, want je zult de informatie nodig hebben voor deze opdracht. Koppel telkens het juist polymeer aan de stellingen.
Recyclage | Monomeer | Polymeer | Toepassing |
 High Densitiy PolyEthyleen  Low Density PolyEthylene |  etheen |  polyetheen | HDPE heeft langere ketens dan LDPE en heeft daardoor iets andere toepassingen. |
 PolyPropeen |  propeen |  polypropeen | plastic flessen, jerrycans, tapijten, plastic meubelen, kleine open zeilbootjes, auto-onderdelen, touw, wegwerpspuiten, medische toepassingen... |
 PolyVinylChloride |  chlooretheen of vinylchloride | 
| buizen voor elektrische bedrading, behang (vinylbehang), vloerbedekking, regenkleding, (bloed)infuuszakken; riolering, beschoeiing, coatings, dashboards, ramen en deuren, speelgoed, verpakking... |
 PolyStyreen |  styreen |  polystyreen | wegwerpbekertjes en champignonbakjes, isolatiemateriaal (isomo), behuizing elektrische toestellen... |