Identifiera plasten

Tillhör kategori: fysikalisk kemi, kemiska metoder, organisk kemi, kolföreningar

Författare: Maria Mäkitalo

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

Identifiera plasten

Brandfarligt Irriterande 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 30 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Den totala produktionen av plast i världen är cirka 100 miljoner ton per år. Plastprodukter är i regel märkta med en triangel med ett nummer i mitten som säger vilken typ av plast det är. Det finns dock andra sätt att ta reda på vilken typ av plast en produkt är gjord av. Du kan här utföra några enkla experiment för att identifiera olika plaster.

Riktlinjer

Experimentet lämpar sig som elevförsök.

Säkerhet

Eftersom ohälsosamma, icke färdigoxiderade produkter kan bildas vid upphettning så måste experimentet utföras i dragskåp eller med annan god ventilation. Försiktighet krävs när man hanterar bunsenbrännaren. Plasterna hålls med en spatel (eller tång) under upphettningen.

Avfallet från experimentet kan kastas med vanligt avfall efter att man spolat vatten på plasterna för att hindra antändning.

Materiel

Förarbete

Samla plaster av de olika typerna, som sedan klipps till i lämpliga bitar och märks upp med nummer. Några exempel på vad som kan användas:

Utförande

A: Materialet är svårantändligt och slocknar, sedan det tagits ut ur lågan.
Plast nummer Densitet
(kg/dm3)
Lågans karaktär Rökens syra/bas-reaktion Klang Andra iakttagelser Sannolikt material
  1,26 gul   dov   Fenolformaldehydharts (Bakelit)
  1,20-1,22 gul rykande   dov smälter, förkolnar Polykarbonat (PC)
 
B: Materialet brinner men slocknar, sedan det tagits ut ur lågan.
Plast nummer Densitet
(kg/dm3)
Lågans karaktär Rökens syra/bas-reaktion Klang Andra iakttagelser Sannolikt material
  1,30-1,58 gul med grön bas sur dov   Polyvinylklorid (PVC)
  1,14 blå med gul topp basisk dov smälter plötsligt till en klar, lättflytande vätska, som kan dras till fiber Polyamid (Nylon)
 
C: Materialet brinner och fortsätter brinna, sedan det tagits ut ur lågan.
Plast nummer Densitet
(kg/dm3)
Lågans karaktär Rökens syra/bas-reaktion Klang Andra iakttagelser Sannolikt material
  1,29 - 1,4 gul, rykande   dov smälter plötsligt till en klar lättflytande vätska, som kan dras ut till fiber Polyetentereftalat (PET, termoplastisk polyester)
  0,90-0,94 gul med blå bas   dov blir mer transparent vid smältning Polyeten(PE)eller Polypropen (PP)
  1,04-1,05 gul med blå bas, starkt sotande spets   metallisk svart, sotflagor Polystyren (PS)

Variation

Man kan formulera problemet så att för att återvinna plaster måste kunna sortera dem på ett automatiskt sätt. Det enklaste sättet är att använda deras densitet!

För detta kan man använda vanligt koksalt i olika koncentrerade lösningar och på så vis få kvar problemet att skilja på PET och PVC och eventuellt nylon, som har nära lika densiteter.

Man startar med den mest koncentrerade saltlösningen och späder med vatten tills plasterna sjunker.

En variant på detta är att man kan ha olika lösningar som man vet densiteten på (vatten, metanol etc) och undersöka om plasten flyter eller sjunker. Man kan på så sätt bestämma densiteten på plasten mer noggrant.

Förklaring

Flytprov: Densiteten för vatten är 1,000 kg/dm3. Om provet flyter betyder det att densiteten är mindre än 1,000 kg/dm3. Densiteten för plaster varierar mellan 0,9 kg/dm3 (PELD, PP) och 1,38 kg/dm3 (PVC). Elaster väger 1,5 kg/dm3. Porösa produkter, till exempel cellplast, har lägre densitet. PE innehåller bara kol och väte. Dessa är relativt lätta. PVC innehåller kloridatomer som är tyngre än kol och väte och sjunker därmed i vatten.

Färgen på lågan: En grön lågfärg visar att plasten innehåller klor eller brom i någon form. Plaster som är uppbyggda av aromatringar brinner och avger svart rök.

pH-värde: Man använder pH-papper som en pH-indikator. pH är ett mått på surhet, det vill säga koncentrationen av vätejoner (H+) i en lösning (egentligen oxoniumjoner, H3O+, en vattenmolekyl med en extra proton det vill säga en extra H+). Förbränning av PVC ger väteklorid som är surt.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Polymerer

Plast består kemiskt av kedjor av kolväten, som bildar polymerer. Ordet polymer härstammar från grekiskan: poly betyder "många" och mer "delar", polymer således "många delar".

Man skiljer mellan två huvudtyper av polymerer - styva och elastiska, elastaner. Elastanerna kan indelas i termoelaster och gummi. Gummimaterial har stor elastisk återfjädring. De styva polymererna (plaster) kan indelas i termoplaster och härdplaster. Termoplaster består av linjära eller grenade polymerkedjor som smälter och tillverkas vid hög temperatur samt stelnar när den kyls. Härdplaster består av ett tätt tvärbundet nätverk av polymerkedjor, som stelnar vid tillverkningen.

Polymererna framställs genom att många små molekyler, monomerer, polymeriseras till långa polymerkedjor. Beroende på hur kedjorna är hopfogade och vilka andra kemiska grupper de kan binda till sig får plasterna olika egenskaper. Vid normal användning är polymerer så gott som helt luktfria. Vid tillverkning, bearbetning, skärning, höga temperaturer och förbränning eller annan extrem användning, kan råmaterial, tillsatsmedel, restprodukter eller lågmolekylära migrationsprodukter avge lukt.

Att plast är ett mångfacetterat begrepp speglas i de många olika användningsområdena - plastpåsar, burkar, flaskor, höljen till kameror och hushållsmaskiner, bildetaljer, kablar, rör, sportartiklar mm.

Trots att vissa polymerer klassas som svårantändliga eller självslocknande, kan de vara olämpliga ur brandsäkerhetssynpunkt om de används fel. De kan smälta eller förkolna vid brand, vilket kan ge heta droppar och sot eller leda till att belastade produkter mister sin bärförmåga. Brinnande material kan även avge giftiga eller korrosiva gaser och bidra till brandspridning.

En översikt över polymera material ges i dessa två tabeller.

Elaster
Termoelaster TPE Gummi
Amidbaserade
Esterbaserade
Olefinbaserade
Uretanbaserade
Styrenbaserade
Akrylgummi
Butylgummi
Epiklorhydringummi
Etengummi
Fluorgummi
Kloroprengummi
Klorsulfonerad polyeten
Naturgummi
Nitrilgummi
Norborengummi
Silikongummi
Styrengummi
Uretangummi

 
Plaster
Termoplaster Härdplaster
ABS: poly-akrylnitril-butadien-styren
PA: amidplast
PC: karbonatplast
PE: etenplast
PEEK: polyeterketon
PES: polyetersulfon
PET: termoplastisk polyester
PMMA: akrylplast
POM: acetalplast
PP: propenplast
PPO: polyfenyloxid
PPS: fenylsulfidplast
PS: styrenplast
PSU: sulfonplast
PTFE: polytetrafluoretylen
PVC: vinylkloridplast
SAN: poly-styren-akrinitril
SB: slagtålig polystyren
DAP: diallylftalat
EP: epoxiplast
Esterplaster
MF: melaminplast
PF: fenolplast
PI: imidplast
PUR: uretanplast
SI: silikoner
UF: ureaformaldehydplast

PET, polyetylentereftalat

PET-plast framställs med råolja och naturgas. Det är en delkristallin, termoplastisk polyester. Den har har god styvhet och hårdhet kombinerat med god utmattningshållfasthet och nötningsbeständighet. Detta gör att den kan användas till påfrestande konstruktioner tex kugghjul, tätningar, rör- och knådredskap, maskindelar och flaskor förstås.

Polyetylentereftalat (PET)
Bild: © Svante Åberg

PVC, polyvinylklorid

PVC som innehåller kloratomer på kedjorna är hård, mycket hård. Kloratomen är nämligen väldigt stor om man jämför med kol- och väteatomerna i polyeten.

PVC är avvisande mot eld och vatten. Den vattenavvisande egenskapen uttnyttjas genom att man använder PVC till att göra regnkläder och duschdraperier.

När man försöker bränna PVC så avges kloridatomer. Dessa skyddar mot att plasten fattar eld. PCV används även när man tillverkar linoleummattor till golv, samt till rör och vattenledningar i byggnader.

Polyvinylklorid (PVC)
Bild: © Maria Mäkitalo

PE, polyeten

Polyeten är den plast som används mest. Den finns i bl a schampoflaskor, plastpåsar och leksaker. Den har en väldigt enkel struktur, en lång kedja med kol- och väteatomer. Man skiljer på högdensitets-polyeten (HDPE) och lågdensitets-polyeten (LDPE) där den senare består av en grenad kolkejda istället för en ogrenad som ses på bilden.

Det går att rita polyetenmolekylen på två olika sätt.
Bild: © Maria Mäkitalo

PS, Polystyren

Polystyren är en relativt hård plast som används flitigt till tex leksaker, köksmaskiner, datorer och yoghurtburkar.

Varje "ring" i polystyrenet innehåller sex kolatomer och fem väteatomer.
Bild: © Maria Mäkitalo

PP, polypropen

Polypropens höga smältpunkt, 160°C, utnyttjas genom att man använder den till plastförpackningar som tål att maskindiskas. Den tar heller inte upp vatten. Denna egenskap tas tillvara genom att man använder den i golvmattor.

Metylgrupperna på kolvätekedjan kommer från den metylgrupp i monomeren propen som inte är dubbelbunden.
Bild: © Maria Mäkitalo

Nylon

Nylon får sin fiberlika struktur tack vare den polara amidgruppen samt den regelbundna symmetrin i kolkedjan. Den används i bl a nylonstrumpbyxor och andra kläder. Den används även till rep och fallskärmar samt som tandborsthandtag.

Nylon har en amidgrupp i kolkedjan. Detta är nylon 6,6 därför att amidgruppen finns mellan var sjätte kolatom.
Bild: © Maria Mäkitalo

Återvinning och miljö

Plaster kan återvinnas på olika sätt såsom materialåtervinning, energiåtervinning, nedbrytning eller återvinning till monomer.

Vid materialåtervinning sorteras plasten först av användaren för att sedan insamlas och grovsorteras. Efter det sker fraktionering, finsortering, tvättning och torkning av plasten. Plasten kan därefter bearbetas på nytt. Huvudsakligen plastförpackningar materialåtervinns.

Vid energiåtervinning förbränns plasten varvid man utvinner elkraft och värme för uppvärmning. Förpackningsmaterial är konstruerade för en kort livslängd medan byggplaster är konstruerade för att fungera upp till 100 år, beroende på produkten. Energiåtervinning av byggplaster är då ett alternativ. Energiinnehållet i plast är ungefär lika stort som i olja.

En plast som är nedbrytbart är polyhydroxybutyrat (PHB). Den tillverkas genom jäsning av kolhydrater med hjälp av en mikroorganism kallad Alcaligenes eutrophus. Denna process är ganska dyr så därför är inte nedbrytningsbara plaster så vanliga.

Återvinning till monomerer sker genom en process som kallas pyrolys och innebär att polymeren delas upp i monomerer genom syrefri upphettning. Sverige har ingen pyrolysanläggning så plasten måste transporteras till en anläggning i Holland. De flesta plaster kan pyrolyseras.

Fördjupning

Densitetsmätningar

Densitet är ett mått på vikten per volymsenhet. Enheten kan vara till exempel kg/dm3, vilket är samma sak som kg/liter. Den kan också vara g/cm3, vilket är samma sak som g/ml.

Att bestämma densiteten hos ett fast föremål

För att bestämma densiteten, så behöver man alltså dels veta vikten, dels volymen för föremålet.

Vikten kan mätas med dynamometer

Det är lätt att ta reda på vikten, eftersom man helt enkelt väger det föremål man vill bestämma. Använd en dynamometer (fjädervåg) och häng upp föremålet i en tunn tråd.

För att mäta föremålets vikt (mluft; enhet g), låter du föremålet hänga fritt i luften. Avläs vikten på dynamometern.

Volymen kan bestämmas med Arkimedes princip

Ett trick är att använda sig av Arkimedes princip, att ett föremål som sänks ned i en vätska påverkas av en lyftkraft lika stor som tyngde av den undanträngda vätska. En lämplig vätska är vatten. Vatten väger nästan exakt 1 g per ml, vilket gör det enkelt att räkna.

För att mäta volymen av det undanträngda vattnet så sänker du ned föremålet i vatten helt och hållet, men fortfarande hängande i dynamometern. Avläst vikten när föremålet är helt nedsänkt i vatten (mvatten; enhet g).

Den avlästa vikten minskar när föremålet sänkt i vatten. Varje gram av viktminskningen motsvarar 1,000 ml vatten. Volymen (V; enhet ml) kan beräknas med formeln
V = [mluftmvatten] (enhet ml)

Beräkna densiteten hos vätskan

Sedan beräknar du densiteten som vikten genom volymen och får densiteten ρ med formeln
ρ = mluft/V (enhet g/ml)

Kommentar: Man kan också hoppa över steget att beräkna volymen och beräkna densiteten direkt med formeln
ρ = mluft/[mluftmvatten] (enhet g/ml)

Att bestämma densiteten hos en vätska

Det är enkelt både att mäta vikt och volym hos en vätska. Du behöver en vanlig våg och ett mätglas.

Ställ ett tomt mätglas på vågen. Nollställ vågen, om den har en sådan funktion. I annat fall noterar du vikten för mätglaset.

Fyll sedan på vätska till den önskade volymen.

Bestäm vikten hos vätskan

Väg på nytt och notera hur mycket vikten har ökat. Om vågen var nollställd vid start, så kan får du vikten av vätska direkt på vågen. I annat fall måste du beräkna skillnaden i vikt för mätglaset med och utan vätska.

Bestäm volymen hos vätskan

När du har ett mätglas, så använder du graderingen på mätglaset för att se volymen. Då bör du tänka på att en vätskeyta brukar vara böjd. Ofta stiger vätskan lite i kontakten med glaset. Den nivå du ska avläsa är vätskeytan i mitten av mätglaset. Tänk på hålla ögat i samma nivå som vätskeytan, så att du inte avläser skalan snett.

Beräkna densiteten hos vätskan

Sedan beräknar du densiteten som vikten genom volymen och får densiteten ρ med formeln
ρ = mluft/V (enhet g/ml)

Särskilda mätinstrument för densitetsbestämningar

Hydrometer

Hydrometer
"Hydrometer" av Qlaz" (CC BY-SA 3.0)

Hydrometern bygger på Arkimedes princip. Det är ett flöte med en tyngd i ena änden som ställer sig upprätt i vätskan. Den övre delen är graderad så att man kan avläsa densiteten i nivå där vätskeytan ligger.

När densiteten är lägre, så sjunker hydrometern djupare. Motsvarande, så flyter hydrometern högre när densiteten är hög.

Syrans densitet (g/ml)+25°C–18°C
1,280100%ca 80%
1,24075%ca 55%
1,20050%ca 30%
1,16025%ca 15%
1,1000%

En vanlig densitetsbestämning är att mäta syrahalten i ett så kallat blybatteri. Blyackumulatorn finns i alla bilar. Den innehåller svavelsyra som ändrar sin densitet beroende på hur uppladdat batteriet är. Man kan därför mäta densiteten hos batterisyran och få en uppfattning om batteriets kondition. Ju högre densiteten är, desto mer laddat är batteriet.

En annan vanlig användning av hydrometern är för att bestämma alkoholhalten i vin. Eftersom en lösning med alkohol och vatten har lägre densitet än rent vatten, så måste hydrometerns skala vara anpassad för lägre densiteter än 1,000 g/ml. Ju mer alkohol som finns i drycken, desto djupare sjunker hydrometern.

Pyknometer

Pyknometer för exakt densitetsmätning.
"Pyknometer" av Gmhofmann" Public Domain Mark

En pyknometer är en glasflaska med mycket exakt volym, till exempel 50,00 ml. Glasflaskan har en precisionsslipad propp som sluter helt tätt, förutom en kapillär i proppens centrum.

Flaskans volym är kalibrerad för en viss temperatur, vanligen rumstemperatur 20 °C. Flaskan ändrar nämligen volym med temperaturen. Ju varmare det är, desto större blir volymen.

Det är möjligt att även mäta densiteten hos ett pulver med en pyknometer. En vanlig densitetsmätning är inte möjlig eftersom det finns mellanrum mellan pulverpartiklarna.

Litteratur

  1. Gunnar Christiernin, Analys och identifiering av plaster, Elektronik i Norden 1/95, s. 18-19.
  2. Polymerer, Konstruktörslotsen
    http://lotsen.ivf.se/?path=/KonsLotsen/Bok/Kap2/Materialkategorier/Polymerer.html (2006-11-13)
  3. Welcome to the Macrogalleria, Macrogalleria
    http://www.pslc.ws/macrog/index.htm (2006-10-31)
  4. Huvudsida, Wikipedia
    http://sv.wikipedia.org/wiki/Huvudsida (2007-05-14)
    • Plast
      http://sv.wikipedia.org/wiki/Plast (2007-05-14)
    • Plaståtervinning
      http://sv.wikipedia.org/wiki/Plast%C3%A5tervinning (2007-05-14)
    • Lackmuspapper
      http://sv.wikipedia.org/wiki/Lackmuspapper (2007-05-14)
  5. Main page, Wikipedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page (2007-05-14)
  6. Dendritiska polymerer för färg och lack, Kemilärarnas resurscentrum (KRC)
    http://www.krc.su.se/web/kemiklipp/dendrit_polymer.asp (2006-11-13)
  7. Polymermaterial - Egenskaper, Riksantikvarieämbetet
    http://hildebrand.raa.se/materialguiden//mat_show.asp?matid=24&chptid=345 (2006-11-13)
  8. Lagringsmedia, Håkan Spaak
    http://www.tfe.umu.se/courses/dator/wc/docs/chapter_03/lagringsmedia.doc (2006-11-13)

Fler experiment


fysikalisk kemi
Avdunstning och temperatur
Bestäm CMC för diskmedel
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blandningar av lösningsmedel
Blå himmel och röd solnedgång
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
Den tunga koldioxiden
Diffusionshastigheten hos ammoniak respektive väteklorid - en jämförelse
Diska med äggula
En märklig planta
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Ett glas luft
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Flaskor mun mot mun
Flyter isen i matoljan?
Frigolit i aceton
Fryspunktsnedsättning
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gelégodis i vatten
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Kemisk jämvikt hos ett osynligt bläck
Kemiskt snöfall
Klorofyllets röda fluorescens
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Ljuset under glaset
Lödtenn 60
Löslighet och pH - En extraktion
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Molnet i flaskan
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Osynlig gas
pH i kokt mineralvatten
Platta yoghurtburkar
Salta isen
Saltat islyft
Se genom papper
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Såpbubblor
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Trolleri med vätskor
Undersök en- och flervärda alkoholer
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenrening
Vattenvulkan
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Värmeutvidgning
Åka hiss
Ägget i flaskan
Älskling, jag krympte ballongen

kemiska metoder
Att göra bly
Att vara kemisk detektiv
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blev disken ren?
Bränna papper
Elektrofores av grön hushållsfärg
Framkalla fingeravtryck med jodånga
Framkalla fotopapper
Framställ låglaktosmjölk
Förtenning
Gör hårt vatten mjukt
Indikatorpärlor
Innehåller koksaltet jod?
Kemi med zinkjodid, del 2: Återbilda grundämnena elektrokemiskt
Kemisk vattenrening
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
Syrehalten i luft
Testa C-vitamin i maten
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka fotopapper
Tvätta i hårt vatten
Vad innehåller mjölk?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel

organisk kemi, kolföreningar
Framställ väldoftande luktämnen
Frigolit i aceton
Gummibandets elasticitet
Hur kan man göra kläder av plast?
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?