Kunststoffe - ZuFa vom Unterrichtsmaterial/Chemieschulbuch für mein Abitur PDF

Preview

Summary

ZuFa vom Unterrichtsmaterial/Chemieschulbuch für mein Abitur...

Description

Schwerpunktthema Kunststoffe Definition • •

Kunststoffe sind Materialien mit makromolekularer Struktur, die synthetisch oder durch Abwandlung von Naturprodukten (z.B. Celluloid aus Cellulose) entstehen Makromolekül > 10 000 u ◦ natürlich: z.B. Proteine, DNA-Molekül ◦ künstlich: z.B. Kunststoffe, Silikone, Carbonfasern

•

Polymere sind Makromoleküle, die aus einer großen Anzahl von Monomeren aufgebaut sind ◦ Homopolymer: Gleiche Monomere (z.B. Polyethen PE) ◦ Heteropolymer: Verschiedene Monomere (z.B. Polyethylenterephthalat PET)

•

Drei Herstellungsverfahren: 1. Polymerisation 2. Polykondensation 3. Polyaddition

Radikalische Polymerisation •

Voraussetzung: Monomere müssen mindestens eine reaktionsfähige Doppelbindung enthalten

Die radikalische Polymerisation ist eine Kettenreaktion, bei der ungesättigte Monomere unter Radikalbildung zu einem Polymer reagieren • Mechanismus: 1. Startreaktion: Mithilfe Radikalbildnern (Initiatoren) R – R, z.B. organische Azoverbindungen und Peroxide wie Dibenzoylperoxid (Peroxidbindung ist instabil und zerfällt aufgrund der Abstoßung der freien Elektronenpaare unter Radikalbildung) 2. Kettenstart: Aufbrechen der Doppelbindung → Entstehung Radikal des Monomers 3. Kettenwachstum: Radikale brechen erneut Doppelbindungen auf, Entstehung längerer linearer Molekülketten 4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander → Entstehung unterschiedlicher Kettenlängen • Beeinflussung der Kettenlänge durch Temperatur und Konzentration: •

◦ Hohe Temperatur und Konzentration des Radikalbildners → viele Startradikale → viele, kurze Polymerkeen ◦ Niedrige Temperatur und Konzentration des Radikalbildners → wenige, längere Polymerketten

Polykondensation • •

Voraussetzung: Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen Bei einer Polykondensation verbinden sich die Monomere durch die funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines Nebenprodukts (meist Wasser) zu einem Polymer

•

Zwei Arten: 1. Polyester (Carbonsäuren und Alkoholen, Esterbindung) 2. Polyamide (Carbonsäuren und Aminen, Amidbindung)

•

Polyester: ◦ Diol + Dicarbonsäure → Polyester + H2O ◦ z.B. PET aus 1,4-Benzoldicarbonsäure und Ethan-1,2-diol

•

◦ auch Homopolymer, wenn das Molekül beide funktionellen Gruppen enthält Polyamide: ◦ Dicarbonsäure + Diamin → Polyamid + H2O ◦ z.B. Nylon aus 1,6-Hexandisäure und 1,6-Diaminohexan

Polyaddition • Voraussetzung: Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen •

Bei einer Polyaddition verbinden sich die Monomere durch die funktionellen Gruppen ohne Abspaltung eines Nebenprodukts zu einem Polymer

•

z.B. Polyurethane PUR ◦ Entstehung durch Polyaddition von Diisocyanaten und Diolen

◦ Cyanate: R – O – C N

◦ Isocyanate: R – N C = O Struktur und Eigenschaften Kunststoffart

Thermoplast

Duroplast

Elastomer

Struktur

Lineare, wenig verzweigte Molekülketten

Engmaschig vernetzte Molekülketten

Weitmaschig vernetzte Molekülketten

Eigenschaften

Beim Erwärmen weich und plastisch verformbar, schmelzbar

Nicht schmelzbar, zersetzt sich bei hohen Temperaturen

Gummielastisch, nicht schmelzbar, zersetzt sich bei hohen Temperaturen

Grund für Eigenschaften

Schwache zwischenmolekulare Kräfte zwischen den kettenförmigen Makromolekülen → Erwärmen: Zunehmende Teilchenbewegung → Lösen aus gegenseiger Anziehung, freie Bewegung → weich und schmilzt → Abkühlen: Verringerung der Teilchenbewegung, Neuausbildung der zwischenmolekularen Kräfte, Fixierung der Teilchen in neuer Anordnung

Verknüpfung der Makromoleküle durch Atombindungen → Erwärmen: Starke Schwingung des Netzwerks bis die starke Erwärmung die einzelnen Atombindungen aufbricht → Zersetzung des Kunststoffs

Beim Ziehen können sich die Molekülketten wegen der geringen Vernetzung entlang der Zugrichtung anordnen Beim Nachlassen der Zugbelastung kehren die Molekülketten wieder in ihre Ausgangslage zurück

Beispiele

PE, PVC

Bakelit

Gummi

•

Kunststoffe können im Gegensatz zu traditionellen Werkstoffen je nach Verwendungszweck in ihren Eigenschaften verändert werden (z.B. Weichmacher (niedermolekulare Substanzen wie bestimmte Ester) machen aus dem harten PVC ein weiches, plastisches Produkt, indem sie die Molekülketten auseinanderdrängen)

Moderne Werkstoffe •

Silikone: ◦ siliciumorganische Polymere: starke SiliciumSauerstoff- und Silicium-Kohlenstoff-Bindungen führen zu hoher Temperaturbeständigkeit ◦ Beständig gegen Wettereinflüsse, kaum Angriff durch chemische Stoffe, gute Isolatoren

•

Carbonfasern: ◦ Fasern aus Kohlenstoff, Entstehung durch Erhitzen organischer Fasern → Keen aus bandartig miteinander verknüpften Kohlenstoffatomen ◦ Einbettung dieser Fasern in eine Matrix aus Kunststoff ◦ Eigenschaften: hohe Festigkeit, geringe Dichte...