Kunststoffen. CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

Transcriptie

1 Auteur Laatst gewijzigd Licentie Webadres Emiel D 26 October 2015 CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijsleermiddelenplein. Wikiwijsleermiddelenplein is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt. Stel zo voor iedere onderwijssituatie de optimale leermiddelenmix samen.

2 Inhoudsopgave Aan het einde van dit hoofdstuk weet je meer over:... Inleiding kunststof Bioplastic Toepassingen Toets Bronnen Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 Aan het einde van dit hoofdstuk weet je meer over:... Wat een kunststof is; Kunststof en de moleculen hiervan; Bioplastic; Bio-etheen; Poly-melkzuur. Pagina 2

4 Inleiding kunststof worden in het dagelijks leven vaak plastics genoemd. Ze worden gemaakt uit de grondstof aardolie. worden in de chemie synthetische polymeren genoemd. Er zijn ook natuurlijke polymeren zoals eiwitten, zetmeel, wol, zijde, katoen en natuurrubber. Alle polymeren hebben één ding gemeen: ze bestaan uit lange moleculen, ook wel macromoleculen genoemd. De meeste polymeren kun je maken uit één eenvoudige grondstof. Een dergelijke beginstof wordt een monomeer genoemd, het is een klein molecuul. Bij het ontstaan van een polymeermolecuul worden heel veel monomeermoleculen aan elkaar gekoppeld. Heel veel monomeren vormen samen één polymeer (afbeelding hieronder). Een polymeer krijgt de naam van het monomeer waaruit het is gemaakt, voorafgegaan door het woord poly. Bijvoorbeeld: uit etheen maak je polyetheen. Modelvoorstelling van de vorming van een polymeer. Van pvc, polyvinylchloride, worden onder andere harde regenpijpen gemaakt, maar ook vinylvloerbedekking die juist zacht en flexibel is. Om de kunststof zachter te maken, voegt men een stof toe die uit kleine moleculen bestaat. Deze kleine moleculen gaan tussen de polymeermoleculen in zitten. Hierdoor zitten de ketens van het polymeer verder van elkaar af. Dit zorgt ervoor dat de vanderwaalskrachten tussen de polymeermoleculen zwakker worden. Hierdoor kunnen de polymeerketens gemakkelijk langs elkaar heen glijden. Het polymeer wordt daardoor zacht en flexibel. Deze kleine moleculen noem je weekmakers. Met behulp van weekmakers worden vinylvloerbedekking en wandkleden gemaakt. Vergelijk het maar eens met een bord spaghetti. Als je tomatensaus hebt toegevoegd, glijden de spaghettislierten gemakkelijker langs elkaar. Wil je meer weten over kunststoffen? Misschien is de onderstaande powerpoint dan wel intressant voor jouw! Pagina 3

5 Bioplastic Wat is bioplastic? De meeste kunststoffen worden gemaakt uit aardolie. Het zijn vooral de alkenen, die gevormd worden bij het kraakproces van de zwaardere fracties, die als monomeren dienen. Aardolie werd wel de machine van de 20e eeuw genoemd. Als de olie opraakt, zullen voor de productie van brandstoffen, plastics en chemicaliën andere grondstoffen nodig zijn. Liefst hernieuwbare grondstoffen. In de 21e eeuw ontwikkelt zich een biogebaseerde economie (biobased economy) gevoed door biomassa afkomstig van planten(resten), bijproducten en reststromen van de levensmiddelenen landbouwindustrie (afbeelding 24). De vraag naar nieuwe materialen gemaakt uit biologische grondstoffen groeit sterk. Het gaat daarbij niet alleen om de al bekende biobrandstoffen zoals bioethanol en biodiesel. Plastics, chemische grondstoffen, vitamines, kleurstoffen en enzymen: vrijwel alles kan uit biomassa worden gewonnen door nieuwe technologische ontwikkelingen. Bij bioplastics kun je onderscheid maken tussen biogebaseerde polymeren en biodegradeerbare polymeren. Biogebaseerde polymeren zijn polymeren die worden geproduceerd uit natuurlijke hernieuwbare grondstoffen zoals zetmeel en cellulose. Biodegradeerbare polymeren zijn composteerbaar. Ze worden bij een bepaalde temperatuur en vochtigheid door microorganismen afgebroken. Biogebaseerde polymeren Biogebaseerde polymeren zijn polymeren van natuurlijke oorsprong die direct worden geëxtraheerd en gewonnen uit biomassa zoals hout, maïs, tarwe, rijst en aardappels. Voorbeelden hiervan zijn zetmeel en cellulose. Bio-etheen Een heel andere thermoplast is polyetheen (PE), dit is de meest gebruikte kunststof ter wereld. In Brazilië is in 2010 een eerste commerciële fabriek opgestart voor de productie van biogebaseerde polyetheen. Biogebaseerde PE is qua eigenschappen identiek aan polyetheen dat via etheen uit aardolie wordt gemaakt. Biogebaseerde PE wordt geproduceerd uit etheen dat uit bioethanol wordt gemaakt in plaats van uit aardolie. In Brazilië wordt op grote schaal bioethanol geproduceerd via de fermentatie (omzetting) van suikers uit suikerriet door microorganismen. Etheen wordt gevormd in een proces waar water aan bioethanol wordt onttrokken. Terwijl de prijs van aardolie sterk fluctueert, en dit naar verwachting zal blijven doen op een relatief hoog prijsniveau, daalt (vooral in Brazilië) de prijs van bioethanol. Biogebaseerde etheen kan qua kosten in principe concurreren met etheen gemaakt uit aardolie. Polymelkzuur Een voorbeeld van een polymeer dat niet gemaakt kan worden op basis van aardolie is polymelkzuur (PLA, polylactic acid). Het monomeer melkzuur is de grondstof voor de productie van polymelkzuur. Melkzuurbacteriën kunnen melkzuur produceren. Tegenwoordig wordt melkzuur in de industrie op grote schaal gemaakt. Dit gebeurt door fermentatie van glucose in melkzuur met behulp van melkzuurbacteriën. De glucose wordt gewonnen uit maïszetmeel of suikerriet. Structuurformule van melkzuur PLA is een bioplastic dat bijvoorbeeld wordt gebruikt als verpakkingsmateriaal voor groenten en fruit in de supermarkt (afbeelding 28). PLA geeft een specifiek knisperend geluid als je het vastpakt. Ook Pagina 4

6 de plastic vuilniszak voor de GFT container is gemaakt van polymelkzuur. Dergelijke verpakkingen zijn voorzien van het kiemplantlogo. Festivalbier wordt geschonken in PLAbekers. Verder wordt polymelkzuur in de chirurgie toegepast als hechtdraad, schroeven en pinnen. Melkzuur bevat twee karakteristieke groepen: de hydroxidegroep ( OH) en de carboxylgroep ( COOH). Hierdoor is het mogelijk dat er onder de juiste reactieomstandigheden condensatiepolymerisatie van melkzuur tot polymelkzuur kan plaatsvinden. Het is een polycondensatiereactie. Pagina 5

7 Toepassingen De toepassingsmogelijkheden zijn eindeloos. Het wordt nu voornamelijk ingezet waar gebruik van synthetisch plastic negatieve bijeffecten heeft. Dit is bijvoorbeeld het geval bij verpakkingsmateriaal zoals bakjes, folies en tassen. Andere voorbeelden van bioplastic toepassingen: Uit zetmeel: Bioplastic met zetmeel als grondstof geeft zacht en flexibel plastic. Het laat CO2 en zuurstof weinig door, maar waterdamp goed. Dat zijn belangrijke eigenschap voor de houdbaarheid van voedsel. Eetbare snacks en speeltjes voor dieren Plantenpotten Loose fill materiaal: vulmateriaal van schuim Mulch folie; dit wordt gebruikt voor oogstvervroeging en onkruidonderdrukking Uit cellulose: Bioplastic uit cellulose smelt niet en is niet oplosbaar in gangbare oplosmiddelen. Papier, karton en jute Cellofaan; dit is doorzichtig, vochtbestendig en het knispert. Uitermate geschikt als koekjesverpakking, snoepverpakking, groente- en fruitverpakking etc. Uit melkzuur: Bioplastic uit melkzuur is doorzichtig, waterdicht en het knispert. Folie Flessen Schuim Medische toepassingen; bijvoorbeeld zelfoplosbare hechtingen Als vezels in kleding en tapijt Er wordt gewerkt aan behuizingen van koelkasten, televisies, computers, bumpers etc. Uit bacteriën, gisten en planten: Er kan een grote verscheidenheid aan plastics geproduceerd worden afhankelijk van de samenstelling; van flexibel, rubberachtig tot harde materialen. Op dit moment zijn er nog geen toepassingen. In het verleden zijn er shampooflessen, kleerhangers en creditcards geproduceerd. Met de voortdurende ontwikkelingen en toegenomen diversiteit aan bioplastics worden de toepassingsmogelijkheden steeds breder. Door materialen te combineren zijn er nog meer mogelijkheden. Voordelen 1. De verwerkingsmogelijkheden zijn hetzelfde als bij synthetisch plastic. 2. Het is veiliger dan gewoon plastic dat gifstoffen af kan geven aan voedsel. 3. Minder CO2 uitstoot. 4. Minder afval want het composteert. Afbraak duur enkele weken tot 2 jaar. Een vuilniszak kan dan bijvoorbeeld gewoon bij het groenafval. Er zitten echter nog wel wat haken en ogen aan het composteren van bioplastic: Wanneer het bedrukt is, wordt composteren lastig omdat er inkt wordt gebruikt die niet biologisch afbreekbaar is. Voorwaarde is nu nog dat er veel voedselresten in het plastic zitten. Denk bijvoorbeeld aan een sauszakje. Dit is nodig om een rijkere compost te krijgen. In alle andere gevallen is het nu nog onduidelijk welk deel van de koolstof echt in de compost terecht komt en welk deel juist zorgt voor meer milieubelasting. Het vermoeden is dat het dan beter is om het bioplastic te verbranden met het overige huisvuil zodat de geproduceerde warmte terug gewonnen kan worden. Pagina 6

8 De milieuwinst is sterk afhankelijk van de toepassing. Voor een vuilniszak moet bijvoorbeeld meer bioplastic worden gebruikt om een zak te verkrijgen van vergelijkbare sterkte als een normale vuilniszak. Bovendien brandt een normale vuilniszak beter en is zoals gezegd minder dik. Schaaltjes voor verse groenten en fruit scoren juist wel weer veel beter dan traditioneel plastic. Er zijn dus nog onzekerheden omtrent het gebruik van bioplastic. Maar wellicht zal de techniek de komende jaren dusdanig vooruitgaan dat bioplastic veel beter composteert. Nadelen 1. Bioplastic is moeilijk te bedrukken. 2. Het produceren van bioplastic is nu nog ingewikkeld en duur. Maar wanneer de olie steeds duurder en schaarser wordt, kan bioplastic beter concurreren met plastic op oliebasis. 3. Grootschalig gebruik van gewassen en landbouwgrond dat nodig is om bioplastic te kunnen produceren, kan nadelig zijn voor de voedselvoorziening. Ook kan het ontbossing in de hand werken. Een oplossing daarvoor is wellicht het volgende: als vooral plantaardig afval wordt gebruikt dat overblijft bij het verbouwen van plantaardige gewassen dan is er geen gevaar voor de voedselvoorziening. Samenvattend kan worden gezegd dat Bioplastic een aantal belangrijke voordelen heeft ten opzichte van synthetisch plastic. Er zijn echter nog wel obstakels om het tot een succes op de markt te maken. Wanneer er betere technieken worden uitgevonden en voor de huidige problemen een gedegen oplossing dan wel verbetering kan worden gevonden is bioplastic een goed en milieuvriendelijk alternatief. Pagina 7

9 Toets kn.nu/zqwhd PVC PVC in het afval voor een afvalverbrandingoven heeft als bezwaar dat: a. Er giftige verbrandingsproducten ontstaan. b. Het onbrandbaar is. c. Het explosief is. d. Het smelt en de oven verstopt. Kunststof Hoe worden kunststoffen in het dagelijkse leven ook wel genoemd? Polyamide Een polyamide ontstaat uit: a. Alkaandizuur b. Alkaandiamide c. Alkaandizuur + alkaandiamine d. Alkaandiamine + alkanol Syntetische polymeer Waar bestaat een polymeer uit? a. Lange moleculen b. Macromoleculen PVC Waar staat de afkorting pvc voor? Polyester Een polyeser bestaat uit: Pagina 8

10 a. Alkaandiol b. Alkaandiol + alkaandizuur c. Alkaandizuur d. Alkaandizuur + zuuramide PE Waar staat de afkorting PE voor? Pagina 9

11 Bronnen Powerpoint met extra uitleg over kunststoffen. Informatie over polymeren. Zelfhelend plastic. Polymeren Werkstuk over kunststoffen Intressante film over kunststoffen Informatie over kunststoffen en een toets Pagina 10

12 Over dit lesmateriaal Colofon Auteur Emiel D Laatst gewijzigd 26 October 2015 om 19:50 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Pagina 11