Docentontwikkelteam Bioplastics

Transcriptie

1 Docentontwikkelteam Bioplastics 2 november Woudschoten Chemie Conferentie Jan Jaap ter Horst, Pantarijn Wageningen Bart Langejan, Rembrandt College Veenendaal Netty van Marle, Hendrik Pierson College Zetten Coen Klein Douwel, Christelijk Lyceum Veenendaal Jeroen Sijbers, Bètasteunpunt Wageningen

2 Structuur van de workshop 25 minuten 20 minuten 20 minuten 20 minuten 5 minuten Inleidend verhaal Discussieronde I: practica Discussieronde II: concepten Discussieronde III: casus PET fles Afsluiting: Ervaringen binnen een DOT

3 Docentontwikkelteam? We presenteren een proces, niet een product.

4 Opzet van het team Doel: het ontwikkelen van een lessenserie met een team van docenten (start in maart 2012) Informatie voorziening door expert vanuit universiteit Vakontwikkelingen én professionalisering

5 Criteria aan module Lesstofvervangend Actueel Aansluiten op nieuwe examenprogramma Link met de universiteit Praktische component Hands-on (leerling wordt zelf eigenaar van het productieproces)

6 Rode draad Van GFT naar polymeren De vorming van bioplastics

7 Groene grondstoffen voor een biobased economy: sluiten van productie/consumptie cycli Visual: Overheidsvise Biobased economy

8 Wat kunnen we allemaal doen met biomassa? Biomassa Free sugars Zetmeel Natural oil Protein Cellulose Lignine (1) Biomassa -> food (2) Biomassa -> feed (3) Biomassa -> energie (4) Biomassa -> materialen Hemicellulose (5) Biomassa -> stoffen / ingrediënten Specialty ingredients (6) Biomassa -> chemische bouwstenen

9 Keuze voor drie biobased plastics Centraal in de lesmodule staan (carrouselpracticum): Alle leerlingen komen in aanraking met zowel additie als condensatie polymerisatie Limoneen (Bart) Isolatie Polymerisatie Zetmeel (Netty) Chitosan (Jan Jaap)

10 Onderdeel: de additie polymerisatie van limoneen Limoneen, ook wel sinaasappelolie genoemd is het hoofdbestandsdeel van de etherische olie in de schil van met name de sinaasappel.

11 Waarom de keuze voor Limoneen Biobased grondstof Grondstof voor additiepolymerisatie Grondstoffen zelf verwerven door middel van isolatie technieken Toepassen van meerdere technieken (polymerisatie) Context voor theorie additie polymerisatie

12 Limoneen (4R)-1-methyl-4-prop- 1-een-2-yl-cyclohexeen Styreen, fenyletheen De verwachting is dat het limoneen een aan styreen verwante manier van polymeriseren heeft

13 Bio-polymeren uit bio-monomeren Styreen initiator n limoneen initiator n

14 Isolatie van limoneen Schillen Pureren Stoomdestillatie Opbrengst

15 Identificatie van limoneen door WU RT: Relative Abundance Commercieel limoneen(97%) Eigen limoneen Time (min) NL: 3.14E9 TIC MS _commlimoneen NL: 2.93E9 TIC MS _extract

16 Polymerisatie limoneen Bulk polymerisatie goed oplosmiddel voor mono- en polymeer niet water oplosbare initiator (Benzoylperoxide) Emulsie polymerisatie - Wateroplosbare initiator - Surfactant(optioneel) - Polymeer is aanwezig als stabiele melkwitte emulsie

17 Analyse ketenlengte bij WU Gel permeatie chromatografie Scheiding op bases van hydrodynamisch volume. Kleine moleculen worden meer vertraagd dan grote moleculen

18 Zetmeel

19 Zetmeel isoleren aardappel raspen aardappelrasp wassen filtreren over kaasdoek filtraat wassen filtraat filtreren residu laten drogen

20 Amylose

21 Amylopectine

22 Oplossen van zetmeelkorrels

23 Retrogradatie en gelering

24 Zetmeelplastic 1. zetmeel + water

25 Zetmeelplastic 2. zetmeel + water + glycerol

26 Modificatie: zure hydrolyse H +

27 Zetmeelplastic 3. zetmeel + water + zoutzuur

28 Zetmeelplastic 4. zetmeel + water + zoutzuur + glycerol

29 Stevigheid bepalen

30 Stevigheid bepalen

31 Modificatie:substitutie met azijnzuuranhydride

32 Modificatie: verknoping met borax

33 Composieten Versterken met bijvoorbeeld cellulosevezels, kokosvezels of vlasvezels

34 Chitosan Een gemodificeerd biopolymeer

35 De grondstof Chitine, op cellulose na, de meest voorkomende biopolymeer op aarde. Het pantser van geleedpotigen en de celwand van schimmels bevat chitine. Er bestaat een grote afval stroom van krab en garnalen pantsers die gebruikt kunnen worden

36 Chitine uit exoskelet geleedpotigen Exoskelet bestaat uit een matrix van chitine en calciumcarbonaat. Dat laatste wordt mbv zoutzuur verwijderd. De chitine die achterblijft is een moeilijk afbreekbaar, en slecht oplosbaar biopolymeer en in deze vorm niet verwerkbaar. Door chitine te modificeren wordt het verwerkbare chitosan gevormd.

37 Modificatie chitine

38 Chitosan In basisch milieu is chitosan slecht oplosbaar In zuur milieu wordt de amino-groepen geprotoneerd en is chitosan wel oplosbaar en verwerkt worden tot film/gel.

39 Aantonen Chitosan Onderscheid met chitine kan worden aangetoond met I 2 (aq) Paars

40 Chitosan: resultaat

41 Resultaten II

42 Toepassingen Wordt in personal care producten gebruikt zoals shampoo s. Kan shelf life van fruit verlengen als een film van chitosan op het fruit wordt aangebracht Wordt gebruikt om troebel fruitsap te klaren. Heeft een antibacteriële werking. Glycerol als weekmaker geeft een duidelijk elastischer product.

43 Discussieronde I: Praktische overwegingen Vragen per product: Limoneen Chitosan Zetmeel 20 minuten

44 Discussieronde II: Concepten in de module Op papier een blad met concepten Voorkennis In de module 50 credits te verdelen 20 minuten

45 Theoretische casussen in de module Casus PEF vs PET Casus polymelkzuur Casus paardenbloem Casus modificatie cellulose

46 Discussieronde III: casus PEF Hernieuwbare grondstoffen High-tech Concurrerende prijs Groene fles

47 HMF

48

49 Van PET naar PEF De vergroening van de fles

50 Heen en weer denken p-benzeendicarbonzuur m-benzeendicarbonzuur 2,5-furaandicarbonzuur Amorf Transparant Krimpgevoelig flessen (semi-) kristallijn Ondoorzichtig/door schijnend Sterk Garen, vezels

51 Wat is de functie van een casus? Transfer kennis concepten naar andere context Kennisuitbreiding, hier kristalliniteit, elders treksterkte, Tg etc. Maatschappelijke relevantie van chemie aantonen Welk deel van de context geef je weg en welk deel kun je leerlingen zelf uit laten zoeken? Welk type opdracht/vragen zou je bij deze casus kunnen formuleren?

52 Ervaringen uit een docentontwikkelteam Wat zijn de ervaringen? Positief en negatief? Hoe zie je de toekomst?

53 Het team Peter Klaassen, Johannes Fontanus College Barneveld Netty van Marle, Hendrik Pierson College Zetten Bart Langejan, Rembrandt college Veenendaal Jan Jaap ter Horst, Pantarijn Wageningen Coen Klein-Douwel, Christelijk Lyceum Veenendaal Kees Tijdink, Pallas Athene College Ede Rolf Coolen, Pallas Athene College Ede Rutger Knoop, Onderzoeker bioplastics aan FBR, Food and Biobased Research

54 Bedankt voor uw aandacht! Tips?