Scheikunde van basisschool tot bovenbouw · Grades 1–12

15Kunststoffen en synthetische materialen

Tel de plastic voorwerpen die je op één ochtend aanraakt: een tandenborstel, een fles, een regenjas, een telefoonhoesje, de stoel in de bus, de boodschappentas. Bijna geen ervan bestond honderdtwintig jaar geleden, en geen enkel ervan groeide aan een boom of werd uit de grond gegraven. Kunststoffen zijn materialen die scheikundigen hebben uitgevonden — licht, goedkoop, waterdicht, in elke vorm te brengen — en juist dat succes is een probleem geworden.

Wat je al weet

Natuurlijke materialen gebruik je ongeveer zoals je ze in de natuur vindt; vervaardigde materialen worden van grondstoffen gemaakt door die te veranderen, en recycling maakt van het materiaal van oude voorwerpen nieuwe voorwerpen (Hoofdstuk 7). De verbranding van een brandstof uit koolstof en waterstof geeft koolstofdioxide en water (Hoofdstuk 14).

Alledaagse plastic voorwerpen: een fles, een bakje, een tas, een buis, een beker, een tandenborstel.

15.1 Natuurlijke, kunstmatige en synthetische materialen

Definitie 15.1 (Kunstmatige en synthetische materialen)

Onder de vervaardigde materialen is een kunstmatig materiaal gemaakt door een natuurlijk materiaal chemisch om te zetten: papier en viscose (een textiel) uit de cellulose van hout. Een synthetisch materiaal wordt gemaakt uit stoffen die scheikundigen hebben opgebouwd, meestal uit aardolie, en heeft geen tegenhanger in de natuur: nylon, polyester, de kunststoffen.

Natuurlijke, kunstmatige en synthetische materialen.

15.2 Wat kunststoffen zijn

Definitie 15.2 (Kunststof)

Een kunststof (in de omgangstaal: plastic) is een synthetisch materiaal uit zeer lange moleculen, dat je kunt vormen door het in een mal te gieten of te persen — meestal terwijl het heet en zacht is — en dat zijn vorm houdt als het afkoelt. De meeste kunststoffen worden gemaakt van aardolie of aardgas.

Opmerking 15.3 (Zeer lange moleculen)

Een watermolecuul bevat drie atomen; een molecuul van een kunststof kan er tienduizenden bevatten, verbonden in een lange keten, zoals een ketting van gelijke kralen. Hoe zulke ketens worden opgebouwd, is het onderwerp van een hoofdstuk aan het eind van dit boek.

Een plaatje, geen model: het molecuul van een kunststof is een zeer lange keten van gelijke eenheden.

Geschiedenis — Bakeliet, 1907

De eerste volledig synthetische kunststof werd in 1907 gemaakt door de scheikundige Leo Baekeland, uit fenol, gewonnen uit koolteer, en formaldehyde. Bakeliet, hard, donker en hittebestendig, werd het materiaal van telefoons, radio’s en lichtschakelaars. In de jaren 1930 volgde nylon, en na de Tweede Wereldoorlog de kunststoffen van flessen en tassen.

Een bakelieten telefoon uit 1947. Foto: Holger Ellgaard, CC BY-SA 3.0.

15.3 De belangrijkste kunststoffen en hun codes

Definitie 15.4 (Harsidentificatiecode)

De harsidentificatiecode is een getal van 1 tot 7, gedrukt in een driehoek van pijlen op een kunststof voorwerp, dat aangeeft van welke kunststof het gemaakt is, zodat het voor recycling gesorteerd kan worden. De driehoek betekent niet dat het voorwerp ook gerecycled wordt.

Propositie 15.5 (Zeven codes)

De codes, met de meest voorkomende toepassingen van elke kunststof:

code	kunststof	typische voorwerpen
1	PET, polyethyleentereftalaat	water- en frisdrankflessen, fleecevezels
2	HDPE, polyetheen met hoge dichtheid	melk- en shampooflessen, doppen
3	PVC, polyvinylchloride	buizen, raamkozijnen, kabels
4	LDPE, polyetheen met lage dichtheid	tassen, folie
5	PP, polypropeen	yoghurtbekers, flessendoppen, bumpers
6	PS, polystyreen	piepschuim bekers en schaaltjes, cd-doosjes
7	overige kunststoffen	mengsels, meerlagige verpakkingen

De zeven harsidentificatiecodes, elk met de korte naam van zijn kunststof.

15.4 Thermoplasten en thermoharders

Definitie 15.6 (Thermoplast en thermoharder)

Een thermoplast wordt zacht telkens als je hem verwarmt en wordt weer hard als hij afkoelt: je kunt hem steeds opnieuw smelten en vormen (PET, polyetheen, PVC, polypropeen, polystyreen). Een thermoharder wordt voorgoed hard als hij voor het eerst verwarmd en gevormd wordt: verwarm je hem opnieuw, dan wordt hij niet zacht maar verkoolt hij (bakeliet, de harsen van lijm en van scheepsrompen).

Opmerking 15.7 (Welke je kunt recyclen)

Thermoplasten kun je smelten en opnieuw vormen: dat zijn de kunststoffen die tot nieuwe voorwerpen worden gerecycled. Thermoharders kun je niet opnieuw smelten.

15.5 Kunststoffen in het milieu

Propositie 15.8 (Kunststoffen blijven)

De wereld gebruikte in 2019 ongeveer 460 miljoen ton kunststoffen en gooide ongeveer 353 miljoen ton kunststofafval weg; gerecyclede kunststof was maar ongeveer $6\,\%$ van de gebruikte kunststof. Kunststoffen verrotten niet: in de natuur vallen ze uiteen in steeds kleinere stukjes, het microplastic, dat je terugvindt in rivieren, oceanen, bodems en de lichamen van dieren.

Aangespoeld plastic afval op een strand.

Opmerking 15.9 (Kunststoffen verbranden)

Kunststoffen branden, en bij een volledige verbranding geven ze koolstofdioxide. Maar in een tuinvuur verbranden ze onvolledig en komen er roet, koolstofmono-oxide en andere schadelijke stoffen vrij; PVC, dat chloor bevat, geeft waterstofchloride af, een bijtend gas. Kunststofafval wordt alleen verbrand in verbrandingsovens die gebouwd zijn om hun rookgassen te reinigen.

15.6 Oefeningen

Oefening 15.1 ★

Natuurlijk, kunstmatig of synthetisch? Katoen, nylon, papier, wol, polystyreen, viscose.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.1.

Natuurlijk: katoen, wol. Kunstmatig: papier, viscose. Synthetisch: nylon, polystyreen.

Oefening 15.2 ★

Van welke grondstof worden de meeste kunststoffen gemaakt?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.2.

Van aardolie (of aardgas).

Oefening 15.3 ★

Welke kunststof heeft code 1? Noem een voorwerp dat ervan gemaakt is.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.3.

PET (polyethyleentereftalaat): water- en frisdrankflessen.

Oefening 15.4 ★

Wat is het verschil tussen een thermoplast en een thermoharder?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.4.

Een thermoplast wordt zacht telkens als je hem verwarmt en kan opnieuw gevormd worden; een thermoharder wordt de eerste keer voorgoed hard en verkoolt in plaats van zacht te worden.

Oefening 15.5 ★★

Op een yoghurtbeker staat code 5. Noem de kunststof, en zeg of je die in principe kunt smelten en opnieuw vormen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.5.

Polypropeen (PP), een thermoplast: je kunt het smelten en opnieuw vormen.

Oefening 15.6 ★★

Waarom betekent een driehoek van pijlen op een voorwerp niet dat het voorwerp gerecycled zal worden?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.6.

De driehoek geeft alleen de kunststof aan, om het sorteren te vergemakkelijken. Of het voorwerp gerecycled wordt, hangt ervan af of het ingezameld wordt en of er een bedrijf is dat die kunststof recyclet.

Oefening 15.7 ★★

Waarom is het handvat van een koekenpan vaak van een thermoharder gemaakt en niet van een thermoplast?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.7.

Een pan wordt heet: een thermoplast zou zacht worden, een thermoharder niet.

Oefening 15.8 ★★

Welk percentage van de gebruikte kunststof werd volgens de getallen van dit hoofdstuk in 2019 afval? Rond af op een geheel getal.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.8.

$\frac{353}{460} \approx 0.77$ : ongeveer $77\,\%$ .

Oefening 15.9 ★★

Waarom mag PVC nooit in een tuinvuur verbrand worden?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.9.

PVC bevat chloor: als het verbrandt, komt waterstofchloride vrij, een bijtend gas, naast roet en koolstofmono-oxide van de onvolledige verbranding in een tuinvuur.

Oefening 15.10 ★★

Een school gebruikt per week 300 flessen van elk $25\,\mathrm{g}$ , gedurende 36 weken per jaar. Hoeveel kunststof is dat in een jaar?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.10.

$300 \times 36 = 10\,800$ flessen; $10\,800 \times 25 = 270\,000$ g, dat is $270\,\mathrm{kg}$ .

Oefening 15.11 ★★★

Polyetheen bestaat alleen uit koolstof en waterstof. Noem de reactieproducten van zijn volledige verbranding. Leg uit waarom het verbranden ervan koolstofdioxide aan de lucht toevoegt, net als een fossiele brandstof.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.11.

Koolstofdioxide en water. Zijn koolstof komt uit aardolie, die miljoenen jaren onder de grond opgeslagen was: als je het verbrandt, voeg je koolstofdioxide toe aan de lucht, net als bij het verbranden van een fossiele brandstof.

Oefening 15.12 ★★★

Leg uit hoe een plastic fles die op zee verloren is gegaan, jaren later als microplastic in een vis terecht kan komen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.12.

De fles verrot niet: zon en golven breken haar in steeds kleinere stukjes. De piepkleine stukjes drijven of zinken in het water, en vissen slikken ze in met hun voedsel.

15.7 Probleem: De sorteerband

Probleem 15.1

Weekendprobleem — een ton gebruikte flessen, hun codes, en de schone kunststofvlokken die uit de fabriek komen

Een recyclingbedrijf ontvangt balen gebruikte drankflessen. Een typische baal van $1\,\mathrm{t}$ ( $1000\,\mathrm{kg}$ ) bevat, in massa: $80\,\%$ flessen van PET, $12\,\%$ doppen (HDPE en PP), $5\,\%$ etiketten (PP-folie) en $3\,\%$ vuil en restjes vloeistof. Machines scheiden de doppen en etiketten van de flessen, het PET wordt tot vlokken gemalen en de vlokken worden gewassen; bij het wassen gaat $2.5\,\%$ van het PET verloren. De schone vlokken worden gesmolten en tot de vezels van fleecejacks gesponnen.

Deel I — De kunststoffen.

Welke code staat er op de flessen? En op de doppen?
Zijn deze kunststoffen natuurlijk, kunstmatig of synthetisch?
Kun je PET opnieuw smelten en spinnen? Wat voor kunststof is het dus?
Waarom worden de doppen en etiketten van de flessen gescheiden voordat het PET gesmolten wordt?

Deel II — De baal.

Hoeveel PET bevat een baal?
Hoeveel doppen? Hoeveel etiketten?
Welke massa van de baal is geen kunststof?
Welk percentage van de baal is kunststof?

Deel III — De vlokken.

Hoeveel PET gaat er bij het wassen verloren?
Voor een fleecejack is $0.39\,\mathrm{kg}$ PET-vezel nodig. Waarom is het beter om het van vlokken te maken dan van nieuw PET?
Het bedrijf zou de doppen en etiketten kunnen verbranden voor warmte in plaats van ze te recyclen. Noem het gas dat dit aan de lucht zou toevoegen.
Bereken de massa schone PET-vlokken die één baal oplevert.

Oplossing

Oplossing van Probleem 15.1.

1. Flessen: 1 (PET). Doppen: 2 (HDPE) of 5 (PP).

2. Synthetisch: ze zijn gemaakt van stoffen die scheikundigen hebben opgebouwd, meestal uit aardolie.

3. Ja: PET is een thermoplast.

4. Elke kunststof wordt apart gerecycled: als je ze samen smelt, geeft een mengsel van kunststoffen een slecht materiaal.

5. $0.80 \times 1000 = 800\,\mathrm{kg}$ .

6. Doppen: $0.12 \times 1000 = 120\,\mathrm{kg}$ . Etiketten: $0.05 \times 1000 = 50\,\mathrm{kg}$ .

7. $0.03 \times 1000 = 30\,\mathrm{kg}$ vuil en vloeistof.

8. $80 + 12 + 5 = 97\,\%$ .

9. $0.025 \times 800 = 20\,\mathrm{kg}$ .

10. De vlokken besparen aardolie en de energie om nieuw PET te maken, en ze maken van afval een nuttig voorwerp.

11. Koolstofdioxide (en, als de verbranding slecht is, koolstofmono-oxide en roet).

12. $800 - 20 = 780\,\mathrm{kg}$ schone PET-vlokken per baal.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 852 begrippen in de begrippenlijst