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Zusammenfassung Chemie Kunststoffe Monomere

Polymere (bestehen aus Makromoleküle)

Struktur und Eigenschaft von Kunststoffen Thermoplaste

Duroplaste

Elastomere

 Lineare oder wenig verzweigte Moleküle (Zusammenhalt durch V.d.W.K)  erweicht

 Engmaschig, dreidimensional vernetzte Moleküle

 Weitmaschig, zweidimensional vernetzte Moleküle  zersetzt sich

Verhalten bei mechanischer Belastung

 verformbar  bleibt in neuer Form

 beständig; Zersetzung erst bei hoher Temperatur  nicht formbar

Bausteine/ Monomere

 Bifunktionelle Monomere  nur lange Ketten möglich

 reformbar  geht in ursprüngliche Form zurück  Mindestens Trifunktionelle Monomere  zusätzliche, seitliche Verknüpfung möglich

Struktur

Vernetzungsgrad

Verhalten bei Erwärmen

Primärstruktur:  Beeinflusst durch Anzahl, Art und Anordnung der Monomere: o Anzahl der Monomere bestimmt die Größe der Makromoleküle o Unterschiedliche Substituenten beeinflussen maßgeblich das chemische Verhalten und damit die Materialeigenschaften o Polarität der funktionellen Gruppen beeinflusst die Eigenschaften  Art der Verzweigung in der Polymerstruktur hängt sowohl von der Art der Monomere als auch von den Bedingungen der Synthese ab  Copolymere (zwei oder mehr unterschiedliche Monomere in eine Polymerkette eingebaut) verbinden die Eigenschaften ihrer Monomere

 Taktizität: beschreibt die Anordnung der Seitenketten eines Polymers

 Low-Density1-PE: Polymerisation unter Hochdruckverfahren  Weich-Polyethen (Folien)  High-Density-PE: Polymerisation in Niederdruckverfahren mit Katalysator  Hart-Polyethen (Getränkekisten)

Sekundärstruktur  Zwischen den Molekülen bilden sich je nach Art der vorliegenden Monomere zwischenmolekulare Kräfte aus  wachsen mit der Größe und dem Ordnungsgrad der Moleküle

Synthese von Kunststoffen a) Die Radikalische Polymerisation  

Monomere: Stoffe mit Kohlenstoff-Doppelbindungen Produkte: Polymerisate (mit thermoplastischen Eigenschaften)

(Abgekürzt mit R-R; Spaltung erfolgt durch Licht oder Hitze)

1 Engl. Dichte

b) Die Polyaddition  

Monomere: Stoffe mit mindestens 2 funktionellen Gruppen Produkte: Polyaddukte, linear oder verzweigt  Addition einer bi- oder polyfunktionellen Verbindung an ein anderes Molekül, bei der es zu einer Wanderung eines Wasserstoffatoms von der funktionellen Gruppe der addierten Verbindung zu einem Atom des ungesättigten bzw. cyclischen Monomers kommt. Es entstehen keine Reaktionsnebenprodukte o Ausgangsstoffe für Urethane: Diisocyanat und Diole o Zusätzliche Vernetzung durch Addition von zusätzlichen Diisocyanat, welches sich mit der Aminogruppe eines linearen Polyurethans verbindet enkleber

R

R

c) Polykondensation  Bildung eines Polymers durch viele Kondensationsreaktionen, d.h. unter Abspaltung kleiner Moleküle  Monomere: mindestens bifunktionelle Moleküle  Produkte: Polykondensate, linear oder verzweigt Polykondensation am Beispiel der Nylon-Synthese  Edukte: 1,6-Diaminohexan und Hexandisäure/reaktivere Hexandisäurechlorid  Da die Diamine und die Dicarbonsäuren oft nicht mischbar sind, nutzt man die Grenzflächenkondensation  Polykondensation an der Kontaktflächen der Lösungen der beiden Monomere  Zwischen den Amidbindungen der einzelnen Makormoleküle bilden sich leicht Wasserstoffbrücken  reisfeste Nylonfäden

Polykondensation am Beispiel der PET(Polyethylenterephtalat)-Synthese  Edukte: Terephtalsäure und Ethandiol  Reaktionsbedingungen: Stickstoffatmosphäre unter erhöhtem Druck

Silicone Silicone sind siliciumorganische Kunststoffe (, in denen die Siliciumatome noch organische Reste tragen) Die Anfang des 20. Jahrhunderts von dem englischen Chemiker Frederic Stanley Kipping

eingeführte Bezeichnung „Silikone“ darf nicht mit Silicium verwechselt werden. Sie wurde von engl.: silicon ketone abgeleitet, da R2SiO als wiederkehrende Baueinheit einem Keton der Formel R2C=O entspricht

Herstellung von Siliconen 1. Synthese der Organochlorsilane aus SiO 2+ 2C 2000 ° C 2 CO + Si

SiO 2 (z.B. Sand):

→

2. Weiterverarbeitung zu Methylchlorsilanen:

3. Silikonsynthese durch Polykondensation

→ sehr temperaturbeständig und wasserabweisend aufgrund des Anteils an SiliciumAtomen und der wasserabweisende Wirkung der Alkylgruppen; hohe Elastizität → Einsatz als Isolatoren, als Dichtungsmittel, Lacke, Schmiermittel, etc.

Verbundswerkstoffe  Verbund aus mindestens 2 Komponenten: Matrix + Verstärkermaterial  Polymermatrix (Prinzip aus der Epoxidharze, Natur: z.B. Holz) Thermoplasten, Carbon-Fasern, Keramik  Einbetten der Glasfasern  Festigkeit Faser  Schutz gegen Umwelteinflüsse

Beispiel: Carbonfaser-verstärkter Kunststoff (CFK)

→

Synthese von Carbonfasern durch Pyrolyse (Erhitzen) von Polyacrylnitril 

→

Abspaltung der N- und H-Atome; Kohlenstoffkette bleibt graphitähnlich Anschließend: Einbetten in Matrix  CFK

Eigenschaften:  Geringe Dichte  Hohe Zugfertigkeit

 

Korrosionsbeständig Kaum entflammbar

Gummi  

Monomer: Isopren Polymer/Produkt:



Weiterverarbeitung: Vulkanisation  Vermengen mit Schwefel und Erhitzen  Schwefel reagiert mit den C-CDoppelbindungen  Ausbildung von Schwefelbrücken



Eingesetzte Schwefelmenge bestimmt den Vernetzungsgrad

(Thermoplast)

Kunststoffe und Umwelt a) Entstehung von Müll und Schadstoffen bei der Herstellung aus Erdöl b) Probleme der Entsorgung (Kunststoffe nur schlecht biologisch abbaubar. Folgen: Verschmutzung von Landschaft und Weltmeere) Lösungsmöglichkeiten:

Recycling/ Verwertung

wertstoffliches Recycling

sortenrein getrennt > Bildung neuer Konsstoffprodukte

rohstoffliches Recycling

Zerlegung in Monomere >neue Makromoleküle >Einsatz in Eisenhochöfen

Thermische Verwertung(Müllverb rennung)  Biologisch abbaubare Kunststoffe: Polymilchsäure  Verbot von Plastiktüten  Verantwortungsvoller Umgang mit Kunststoffen

Verbrennung als Energieträger Achtung: Giftige Verbrennungprodukte...