Hur kan man göra kläder av plast?

Tillhör kategori: aggregationsformer, kemisk bindning, kemisk struktur, organisk kemi, kolföreningar

Författare: Erika Forsman

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Brandfarligt Irriterande 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 20 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

Konstfibrer gjorda av oljebaserade produkter, används mycket i vårt samhälle idag. De finns i kläder, täckjackstopppning, fleecefiltar, bilklädslar mm. Vi ska genom att värma och smälta plaster se hur man kan göra fibrer som senare används till textilier.

Riktlinjer

Experimentet utförs som elevförsök, lämpligen två och två.

Säkerhet

Jobba vid dragskåp eller fläkt. Var försiktig så att du inte bränner dig.

Avfallet sorteras som mjukplast samt aluminium. Om materialet ej går att separera kastas det i soporna.

Materiel

Förarbete

Leta lämpligt plastmaterial

Utförande

Genom att försiktigt höja temperaturen tills materialet smälter kan man dra upp det smälta materialet till tunna trådar som stelnar när det kyls av. Olika plaster smälter respektive stelnar vid olika temperaturer. Resultatet blir bäst med plaster som har stor skillnad mellan smältnings- och stelningstemperaturerna, dvs. de som håller sig i flytande form länge.

Kom ihåg! Du skall bara smälta materialet, inte förkolna, så var försiktig med temperaturen.

  1. Ställ en aluminiumform på en varm platta
  2. Använd klädnypan som handtag för att inte bränna dig
  3. Lägg av plastmaterialet i aluminiumformen (du behöver inte mycket). Om du jobbar med plastmugg, så klipp ut en remsa ur materialet och tryck den mot den varma botten.
  4. Smält materialet försiktigt på låg värme. Var noga att det inte förkolnas.
  5. Doppa trä-änden av en tändsticka i den smälta plasten. Drag långsamt och med en jämn rörelse ut en tråd så tunn som möjligt.
  6. Försök efterarbeta tråden genom att försiktigt dra i den med händerna och göra den tunnare. Tråden får då inte vara för kall. Handens värme hjälper till att göra materialet formbart. Med vissa material blir tråden stum, med andra elastisk.
  7. Titta och känn vad som händer med matrialet när du drar i det. Stå gärna under en lampa så ser du bättre.
  8. För att öka styrkan kan man försöka spinna ihop några trådar. (Titta på en sytråd - den består av många ihop spunna tunna trådar)

Smält plasten på spisen.

Drag ut till trådar.
Foto: © Svante Åberg



Granulat av Nylon 6,6
ger särskilt bra resultat.

Du kan dra meterlånga,
hårfina trådar.
Foto: © Svante Åberg

Variation

Prova gärna med olika plaster. Material finns överallt Kanske hittar du det bästa materialet.

Förklaring

Plaster är polymerer. Det vill säga de är uppbyggda av oerhört långa molekylkedjor. I fast form ligger kedjorna ihopringlade och fast klibbade vid varandra, ungefär som en kastrullspagetti blir när den stått och kallnat. Vad vi gör när smälter plasten är att lösa upp bindningarna som håller ihop molekylhärvan. När vi sen doppar tändstickan och drar upp en tråd, fiskar vi upp en molekylkedja ur härvan. Den är fortfarande lite tilltrasslad. Men när du drar i tråden så kan du se hur du rätar ur ännu fler härvor, tills du har en så tunn tråd som bara möjligt.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Polymerer

Polymerer är kedjor av sammankopplade monomerer

Ordet "mer" betyder "del". "Mono" betyder en och "poly" betyder flera. Ordet "polymer" betyder alltså "flera delar" och används för att beteckna en stor molekyl som är uppbyggda av många likadana mindre molekyler (monomer).

Polymerer är samlingsnamn för många olika material, både naturliga och syntetiska, med olika egenskaper. Gemensamt för gruppen är deras struktur av långa molekylkedjor uppbyggda av mindre delar. Cellulosa är ett exempel på en naturlig organisk polymer. Den är uppbyggd av glukosmonomerer och finns i växters cellväggar. Gummi, bärnsten och läder är andra välbekanta naturliga polymera material. Det vi kallar plaster är syntetiska polymerer som utvinns ur råolja och naturgas.

Plaster

Användbarhet

Plast är billigt att producera och återvinningsbara både som material och energi. De kan tillverkas med olika egenskaper och för olika användningsområden och därför så användbara för oss. Plaster används inom industri, sport, fritid, inredning, hushåll, ja i stort sett överallt. Plaster är lätta att forma. Det grekiska ordet "plastikos" som gett namn åt plasten, betyder ungefär "formbar".

Den första syntetiska polymeren var materialet bakelit, som bla. användes till telefoner och i kastrullhantag. Den har följts av en mängd moderna plast material.

Struktur

Egenskaperna hos plasterna bestäms av molekylkedjornas struktur. De kan vara långa och ogrenade vilket gör att de kan packas tätt och regelbundet i en regelbunden kristallin struktur, vilket gör materialet starkt. Längden på sidogrenarna och hur tätt de sitter avgör också plastens egenskaper. Graden av kristallinnitet i plasten avgör hur styv och också hur ogenomskinlig plasten blir. Motsatsen till kristallin struktur är amorf struktur. Molekylerna är då oordnade i förhållande till varandra.

Strukturer hos plaster

Molekylstorlek

Plaster kan indelas i termoplaster och härdplaster. Lättast skiljer man dem åt genom att termoplaster smälter vid uppvärmning, medan härdplaster ej ändrar form utan förkolnas vid tillräckligt höga temperaturer. Härdplaster har grenade molekylkedjor och som binds samman av kovalenta bindningar mellan kedjorna. På grund av detta kan ett föremål av härdplast sägas bestå av en enda jättemolekyl. Termoplaster saknar tvärbindningar mellan molekylkedjorna. Vid uppvärmning "glider" kedjorna i förhållande till varandra och därför är termoplaster så formbara och också lämpliga att återvinna. Samma egenskaper gör att termoplaster men inte härdplaster är lösliga i vissa vätskor.

Återvinning av plaster

Av tillgängliga 370 000 ton använda plaster insamlas 200 000 ton (53 %). Av det insamlade materialet går 80 % till förbränning, resterande 20 % till återvinning som material (Gäller siffrorna Sverige?/ Svante). En hel del de plastförpackningar som materialåtervinns går till textilindustrin. PET- flaskor (polyetylentereftalat), som inte återanvänds som flaskor, mals ned till granulat och blir fleecetyg, täckjacksstoppning och bilklädslar.

En vanlig plast

Ett exempel på en idag vanlig syntetisk polymer är plasten polyeten. (läs: många eten) Vi använder den till schampoflaskor, avloppsrör, leksaker, plastkassar och fibrer. Den tillverkas ur monomeren eten genom att etenmolekylerna kopplas samman genom att bilda kovalenta bindningar mellan varandra. En mycket lång molekylkedja bildas då. Det kallas att etenmolekylerna polymeriseras. Enkelt beskriven är polyeten en lång kedja kolatomer med två väteatomer bundna till varje kolatom.

Polymerisation av polyeten ur monomererna

Den kan förekomma i grenad form vilket gör materialet svagare men också billigare - tex. plastkassar - då binder molekylgrenar till platser där det annars skulle binda väteatomer. I ogrenad form blir materialet starkare och kan användas till fibrer. Om sidogrenarna är glesa och korta kan molekylerna packas tätt och materialet blir styvt - som i avloppsrör.

Polymerer i textilmaterial

Alla textilier består av polymera material. Det finns naturmaterial som bomull, ull, lin, men också syntetiska material som polyester och nylon.

Man kan känna igen textilmaterial på olika sätt: Själva känslan kan ge en vägledning, är tyget blankt?, hur brinner det?, osv. Till exempel brinner bomull med flamma och fortsätter glöda sedan låga slocknat, men den smälter inte. Silke brinner sakta samtidigt som tyger krullar sig och lågan slocknar av sig själv. Nylon brinner sakta samtidigt som den smälter och ibland droppar det.

Nylon (Nylon 6,6 och Nylon 6) är en plast som är mycket vanlig som fiber i textilier. Den är en polyamid precis som natursilke som den utvecklades för att ersätta. I början av 40-talet dök nylonen upp och användes då framför allt i damstumpor. Under 2:a världskriget blev nylonstrumpor mycket svåra att få tag i då detta lätta och starka material behövdes användas till fallskärmar. Nylon har en regelbunden struktur som gör materialet starkt och elastiskt och mycket lämpligt till fibrer i textilier.

Att dra fibrer av plasten

Plaster kan tillverkas på labb, men tyvärr är de kemikalier som behövs ofta hälsofarliga . De kan vara allergi- eller cancerframkallande. Om man däremot vill tillverka syntetfibrer kan man utgå från en färdig termoplast. Genom försiktig uppvärmning kan man få molekylkedjorna att bli rörliga gentemot varandra och bli flytande. Genom att doppa ett tunt föremål i den flytande, amorfa plasten och dra upp den i luften kyls materialet och bildar en kristallin struktur. När plasten tänjs ut orienterar sig de långa molekylerna parallellt. Mellan molekylkedjorna verkar svaga vätebindningar, vilket ger draghållfasthet, men viss elasticitet.

Här ser vi hur vätebindningar verkar mellan molekylkedjorna i en nylonfiber.

Nylon har vätebindningar mellan polymerkedjorna

Fördjupning

Vätebindning

Vätebindningar finns i vatten och i många organiska ämnen i kroppen. Vätebindningar ger ämnena polära egenskaper, såsom löslighet i vatten. Vätebindningarna är också viktiga för strukturen hos till exempel DNA.

I strukturformler brukar vätebindningen markeras med streckad linje.

Bindningskrafter inom och mellan molekyler

Kemiska ämnen hålls samman av starka bindningar såsom kovalenta bindningar i molekylföreningar och jonbindningar i salter. Bindningar inom föreningen är intramolekylära krafter.

Men de finns också bindningar mellan föreningarna, intermolekylära krafter.

intramolekylär = inom molekylen
intermolekylär = mellan molekyler

Intermolekylära krafter är svagare än de intramolekylära.

Vätebindning kan ske när vätet sitter på N, O eller F

Den så kallade vätebindningen hör dock till de starkare intermolekylära krafterna. Den kan beskrivas som en extra stark dipol-dipolbindning.

Vätebindning kan uppstå mellan ett väte som sitter på atomslaget N, O eller F i en molekyl och atomslaget N, O eller F i en annan molekyl.

Här är några exempel på kemiska föreningar som kan bilda vätebindningar:

Vatten: H2O kan vätebinda. Däremot kan inte analogen vätesulfid H2S vätebinda eftersom svavel inte är tillräckligt elektronegativ.
Vätefluorid: HF kan vätebinda. Däremot kan inte analogen vätebromid HBr vätebinda eftersom brom inte är tillräckligt elektronegativ.
Ammoniak: NH3 kan vätebinda.
Karboxylsyror: exempelvis ättiksyra, CH3COOH kan vätebinda.
Alkoholer: exempelvis etanol, CH3CH2OH kan vätebinda. Däremot kan inte analogen etantiol CH3CH2SH vätebinda eftersom svavel inte är tillräckligt elektronegativ. Isomeren CH3-O-CH3 till etanol har samma summaformel, men föreningen är en eter och sådana har inget väte som sitter direkt på syreatomen. Därför kan etrar inte vätebinda.
Aminer: exempelvis ettylamin, CH3CH2NH2 kan vätebinda. Undantag är tertiära aminer som trimetylamin N(CH3)3 eftersom det inte sitter någon väteatom direkt på kvävet. Inte heller kan analogen etanitiol CH3CH2SH inte vätebinda eftersom svavel inte är tillräckligt elektronegativ.

Vätebindning kan även ske till kloridjoner

Kloratomen är inte tillräckligt elektronegativ för att skapa ett elektronmoln med så hög täthet att vätebindningar kan skapas. En enskild kloratom kan däremot få tillräckligt tätt elektronmoln genom att ta upp en extra elektron så att en kloridjon skapas.

En lite udda variant av vätebindningar kan därför fås mellan den negativt laddade kloridjonen och vattenmolekyler i lösningen, exempelvis en koksaltlösning.

Bilden till höger är en ögonblicksbild av en simulering. Vätebindningarna är markerade med röda streck. Väteatomer är vita, syreatomer röda och kloridjonen är rosa.

Man kan se vätebindningar mellan vätet i vatten och kloridjonen, liksom vätebindning mellan vätet i en vattenmolekyl och syret i en annan vattenmolekyl.

N, O och F är starkt elektronegativa atomslag


Elektronmolnet kring en vattenmolekyl är starkt förskjutet från väteatomerna mot syreatomen.
"Water charge distribution" av Martin Chaplin

Atomslagen N, O och F är de mest elektronegativa atomslagen i hela periodiska systemet. Elektronegativa atomer har förmågan att dra till sig elektroner.

I vatten sitter vätet på en syreatom. Vätet har en kärna med laddningen +1 och en elektron med laddningen –1. En fri väteatom har därför nettoladdningen 0. Syret drar till sig elektronmolnet mycket effektivt, vilket leder till att det blir ett positivt laddningsöverskott δ+ på väteatomen. Vatten har två väteatomer, som sitter på syret. Även den andra väteatomen får ett positivt laddningsöverskott δ+. På motsvarande sätt får syreatomen ett dubbelt negativt laddningsöverskott 2δ–.

Det positiva vätet i en vattenmolekyl kan binda till det negativa syret i en annan vattenmolekyl med så kallad vätebindning. Bindningen är ovanligt stark för att vara en intermolekylär bindning. Det beror på att vätet är nästan ”naket” när elektronmolnet dragit sig undan så effektivt från vätet. Därmed kan vätet komma mycket nära syreatomen i den angränsande vattenmolekylen, vilket gör att den elektrostatiska attraktionen blir extra stark.

Vätebindningarna ger vattnet dess egenskaper

Vätebindningarna i vatten.
Modifierad av Michal Manas, original av Qwerter (modell): CC BY-SA 3.0, bild

Vatten är det viktigaste lösningsmedlet, inte bara inom kemin, men också för livet på jorden. Vattnet har nämligen speciella egenskaper som beror på vätebindningarna mellan molekylerna.

På grund av polariteten hos vätebindningarna är vatten ett utmärkt lösningsmedel för polära ämnen såsom salter och organiska ämnen med polära grupper. Den vinklade formen hos vattenmolekylen ger en hexagonal struktur hos iskristallerna när vattnet fryser, vilket återspeglas i snöflingornas sexkantiga form. Iskristallerna hålls samman av vätebindningar. Vätebindningarnas styrka gör också att vattnets kokpunkt är mycket högre än den annars skulle vara.


Vätebindningarna ger struktur åt DNA

Vårt genetiska arv är kodat i DNA. Där finns basparen AT (Adenin och Tymin) och GC (Guanin och Cytosin). Det är viktigt att A verkligen parar med T och att G verkligen parar med C, annars skulle det bli oordning i den genetiska koden.


Basparning av Adenin och Tymin.

Basparning av Guanin och Cytosin.
"Base pair Adenine Tyhmine" av Yikrazuul" Public Domain Mark "Base pair Guanine Cytosine" av Yikrazuul" Public Domain Mark

Parningen blir rätt tack vare att A och T parar med två vätebindningar, men G och C parar med tre vätebindningar.

Litteratur

  1. Carl H. Snyder, The extraordinary chemistry of ordinary things, 1992, John Wiley & Sons, New York.
  2. Audesdirk, Biology life on earth, 2002, Prentince-Hall.
  3. Engström, Kemi A temaboken, 2002, Bonniers.
  4. Macrogalleria, University of Southern Mississippi
    http://www.psrc.usm.edu/macrog/index.htm (2004-02-18)
  5. Polymermaterial, Materialguiden, Riksantikvarieämbetet
    http://www.raa.se/materialguiden/index.asp?page=mat_show&matid=24 (2004-04-22)
  6. Från raff till rengöring, Kemilärarnas resurscentrum (KRC)
    http://www.krc.su.se/raffprojektet/html/text.html (2004-04-22)
  7. Miljöanpassade plastprodukter, Chalmers
    http://www.mat.chalmers.se/kurser/mmk205/Forelasning031112.pdf (2004-04-22)
  8. Polyetyletereftalat, Kungliga tekniska högskolan (KTH)
    http://www.polymer.kth.se/kurser_eva/3e1305/ons_PET.pdf (2004-04-22)
  9. Fiber Burn-Test, Griffin Dyeworks & Fiber Arts
    http://www.griffindyeworks.com/fiber_burn.htm (2004-06-04)
  10. Burning Test, FabricLink
    http://www.fabriclink.com/Burntest.html (2004-06-04)

Fler experiment


aggregationsformer
Avdunstning och temperatur
Badbomber
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
En märklig planta
Ett glas luft
Exempelfil_Försvinnande bläck (Erik Lövbom)
Fryspunktsnedsättning
Förtenning
Gore-Tex, materialet som andas
Gör ditt eget läppcerat
Gör ett avtryck från papper till stearin
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur mycket vatten finns i maten?
Kemi i en brustablett
Kemiskt snöfall
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Lödtenn 60
Molnet i flaskan
Myggmedel - hur funkar det?
Osynlig gas
Platta yoghurtburkar
Popcorn
Salta isen
Saltat islyft
Slime
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Studsboll
Syrehalten i luft
Tillverka en parfym och gör doftande skraplotter
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenvulkan
Ägget i flaskan

kemisk bindning
Att vara kemisk detektiv
Bestäm CMC för diskmedel
Blandningar av lösningsmedel
Diska med äggula
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Frigolit i aceton
Färga ullgarn med svampar
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör hårt vatten mjukt
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Kemisk vattenrening
Kristallvatten i kopparsulfat
Lödtenn 60
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
Permanenta håret
Slime
Studsboll
Såpbubblor
Tag bort rostfläcken med det ämne som gör rabarber sura
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka papperslim
Trolleri med vätskor
Tvätta i hårt vatten
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför färgas textiler olika?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel

kemisk struktur
DNA ur kiwi
Doft och stereoisomeri
Frigolit i aceton
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
När 1 plus 1 inte är 2
Platta yoghurtburkar
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Studsboll

organisk kemi, kolföreningar
Framställ väldoftande luktämnen
Frigolit i aceton
Gummibandets elasticitet
Identifiera plasten
Kan man tapetsera med abborrar?
Permanenta håret
pH-beroende avfärgning av rödkål
Platta yoghurtburkar
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?