Plastic zak

Al meer dan eens is in deze rubriek het water als bron van natuurwetenschappelijke overpeinzingen gekozen en vandaag is dat niet anders. Hoeveel is er niet in en op het water dat nog op een verklaring wacht? Waarom groeit er in de Amsterdamse grachten geen kroos en in die van Delft wel? Hoe kan een fuut even scherp onder als boven water zien? Wat is het geheim van de windstrepen en waarom verzamelt schuim zich in smalle banen?

Deze week keek de baliekluiver naar de veelheid aan plastic zakken en tassen die de Amsterdamse grachten zo'n schilderachtig aanzien geeft. Bij tientallen tegelijk glijden ze geluidloos voorbij: man-made kwallen op weg naar een onbekende bestemming, traag wentelend in de kleine wervels die een enkele gasbel in het vale water opwekt. Is er vrediger tafereeltje denkbaar?

Het was het wentelen van de zakken dat de kluiver in verwarring bracht. Opeens werd hem duidelijk dat het merendeel van de zakken niet dreef maar eerder zweefde: net onder het wateroppervlak maar zonder dat oppervlak te doorbreken. Ook vorig jaar bij het schaatsen was dat al opgevallen. De bulk van de te water geraakte plastic zakken is te licht om te zinken, maar niet licht genoeg om echt te gaan drijven.

Nou èn, zei koning Dagobert, waarom zou dat niet mogen?

Omdat het niet kan. Nederlandse boterhamzakjes en plastic tassen bestaan, na felle consumentenacties terzake, vrijwel zonder uitzondering uit polyetheen. Uit lage-dichtheid-poly-etheen, om precies te zijn. LDPE.

Polyetheen behoort, met polypropeen, tot de zeldzame plasticsoorten die lichter zijn dan water (de verschuimde plastics daargelaten). De dichtheid (het "soortelijk gewicht') van LDPE is, zegt de sector Ontwikkeling Kunststoffen van DSM Research, bij 20 graden ongeveer 920 kg per m³.Dat is niet veel hoger dan van ijs (916 kg/m³) dat zoals bekend vrij-drijvend behoorlijk boven het water uitsteekt. Mèt Archimedes rekent men uit dat een voorwerp van LDPE met een dichtheid van 930 voor ongeveer 7 procent boven (zoet) water uit moet steken. Er is iets grondig mis in de grachten van Amsterdam.

Aan het water zelf kan het niet liggen. De Amsterdamse grachten zijn overdag gevuld met water van de Amstel en worden 's nachst doorspoeld met water uit het IJsselmeer. Tussen half acht en negen uur 's avonds sluiten veertien ambtenaren veertien sluizen en daarna blaast het gemaal Zeeburg de inhoud van de grachten via de Westerdoksluis het Noordzeekanaal in. De volgende ochtend om zes uur herneemt de Amstel haar loop. De grachten bevatten dus altijd zoet water. Mocht trouwens per abuis brak Noordzeekanaal-water worden ingelaten dan zou het polyetheen nog hoger in het water komen te liggen.

De zakken zelf moeten het antwoord geven. Een gedeeltelijke verklaring voor de anomalie komt in dit jaargetijde van de lage temperatuur van het grachtwater dat nu ongeveer vier graden is. Van een temperatuurgradiënt was zondag geen sprake: over de hele diepte was het water even koud. Er mag dus worden aangenomen dat ook de zakken een temperatuur van vier graden hadden.

Belangrijk, want LDPE heeft een ongewoon hoge kubieke uitzettingscoëfficient (0,00075 per graad) die vergelijkbaar is met die van zoiets als olijfolie. Het materiaal zal daarom bij afkoeling flink krimpen en de dichtheid kan bij nul graden makkelijk van 930 oplopen tot 944 kg/m³. Het drijfvermogen zal naar verhouding afnemen.

(Een en ander bracht het AW-team er toe ook eens wat monsters boodschappentas in water te koken. Hun drijfvermogen nam bevredigend toe, maar na afkoeling lagen ze opvallend veel dieper in het water dan voor de proef. Ook was de folie minder waterafstotend geworden.)

Alles goed en wel, maar 944 is nog geen 1000. ""Ik denk dat veel mensen hun plastic tas niet helemaal leeg maken voor ze hem wegggooien'', bewandelt een woordvoerder van TNO's Kunststof- en Rubber Instituut de makkelijkste weg. ""Er zit gewoon nog wat in.'' En hij heeft er nòg een in dit genre. ""Misschien zijn het wel PVC-zakken die u ziet, uit Oostaziatische landen worden nog wel goedkope PVC-zakken aangeboden. PVC is zwaarder dan water.''

En als derde: ""Misschien had het plastic van de zwevende zakken wel een hogere dichtheid dan zuiver LDPE door kleurstoffen en andere additieven die er aan waren toegevoegd. Titaanwit bijvoorbeeld is tamelijk zwaar.''

Ook die stelling werd moeiteloos verworpen want in het laboratorium bleken alle onderzochte verse zakken in een vat koud water te blijven drijven zoals de fysica dat voorschrijft.

Dit is duidelijk: pas in het grachtwater voltrekt zich een proces waardoor het drijfvermogen geleidelijk verloren gaat. Of er verdwijnt een additief dat lichter was dan water, of er komt iets bij dat zwaarder is. TNO en DSM zijn eenstemmig in hun oordeel dat voor beide opties wel iets te zeggen is.

Glijmiddelen, uv-stabilisatoren, anti-block middelen en andere additieven die in het zakplastic zijn aan te treffen zijn vaak lichter dan water en kunnen na verloop van tijd uit het plastic diffunderen. Er komt bij dat het LDPE na langdurige onderdompeling wat water op kan nemen (tot 0,3 procent op gewichtsbasis). Dat kàn de dichtheid vergroten. Maar even eenstemmig zijn TNO en DSM in hun vermoeden dat dit de waargenomen verschijnselen niet volledig zal verklaren.

Zo blijven er twee theorieën over. DSM sluit niet uit dat het turbulente thermische verleden van de zakken de zaak verklaart. Door herhaalde opwarming en afkoeling kan het amorfe LDPE geleidelijk gaan kristalliseren en dat doet de dichtheid zeker toenemen. Volledig kristallijn LDPE heeft een dichtheid van ongeveer 1000. (Daarmee is de kookproef afdoende verklaard.)

TNO zoekt het weer dichter bij de aarde. ""Jammer voor uw verhaaltje, maar het is heel eenvoudig. Alle zakken raken van lieverlee begroeid met algen en bacteriën, ook aan de binnenkant. Als die sterven laten ze een laagje sediment achter dat de zakken steeds zwaarder maakt. Vroeg of laat belanden alle plastic zakken op de bodem van de gracht.''