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Abbaumechanismen von Kunststoffen

Abbaumechanismen von Kunststoffen. J. K. Fink Institut für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben. Arten des Abbaus von Kunststoffen. Hauptkette: Zerstörung von makromolekularen Strukturen und damit der Verlust der für Makromoleküle typischen Eigenschaften, gewollt und ungewollt.

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Abbaumechanismen von Kunststoffen

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Presentation Transcript

  1. Abbaumechanismen von Kunststoffen J. K. Fink Institut für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben

  2. Arten des Abbaus von Kunststoffen • Hauptkette: Zerstörung von makromolekularen Strukturen und damit der Verlust der für Makromoleküle typischen Eigenschaften, gewollt und ungewollt. • Seitenkette: Seitenketten können abgespalten werden.

  3. Klassifizierung nach den Ursachen des Abbaus • Abbau durch Wärme • Pyrolytischer Abbau • Thermooxidativer Abbau • Abbau durch energiereiche Strahlung • Abbau durch Licht • Abbau durch Röntgen- oder Gammastrahlung

  4. Klassifizierung nach den Ursachen des Abbaus • Abbau durch Chemikalien Hydrolyse: UP Alkoholyse: PU Ozonolyse Industriechemikalien Chemikalienbeständigkeit ist tabelliert

  5. Spaltung M*  R1 + R2. M* angeregte Spezies R1., R2. Radikale Norrish Typ I Prozeß: R1-CO-R2 + hnR1-CO. + R2 Norrish Typ II Prozeß: R1-CO-CH2-CH2-CH2-R2 + hn R1-CO-CH3 + CH2=CH-R2

  6. Abbau durch Organismen Abbau von synthetischen Polymeren durch Mikroorganismen • Standardtests des Abbaus von synthetischen Polymeren mit Mikroorganismen • Die meisten Polymeren sind gegen den Angriff durch Mikroorganismen stabil. • Biodegradierbar sind Polymere mit Gruppen, die in der Natur vorkommen: aliphatische Polyester, Polyether, Polyurethane, Polyamide

  7. Abbau durch Organismen Enzyme spalten Hauptketten in natürlichen Polymeren Trypsin Bakterien

  8. Abbau durch Organismen Höhere Organismen • Verbiß von Tieren • Vandalismus

  9. AbbauMechanischer Abbau • Scheren in Lösung bei polymeren Schmiermitteln • Ultraschall • Anwendungen: früher Mastifizierung von Naturkautschuk, Synthese von Copolymeren

  10. Wechselwirkung von Kunststoffabbau und Metall-Korrosion • Spuren von bestimmten Metallen im Kunststoff können durch Redox-Reaktionen einen verstärkten Abbau der Kunststoffe herbeiführen • Deswegen Zusatz von Metalldesaktivatoren • Schlecht ausgehärtete Reaktionsharze können reaktive Gruppen enthalten, die im Kontakt mit Metallen diese schädigen können

  11. Klassifizierung nach den Abbau-Bedingungen • Abbau bei der Herstellung PVC muß stabilisiert werden • Abbau bei der Verwendung Das Material muß dem Anforderungsprofil entsprechen. Einsatz im Freien, bei erhöhter Temperatur • Abbau von ausgedientem Material Entsorgung durch Pyrolyse, Verbrennen, Verhalten in der Deponie

  12. Analytische Techniken • Beginnender Abbau Molmassenbestimmung, Differential Scanning Calorimetry, Differentialthermoanalyse, Thermogravimetrie • Analyse von Abbauprodukten Gaschromatographie, Massenspektrometrie, Infrarotspektroskopie, kernmagnetische Resonanz

  13. Mechanismen des Abbaus, Reaktionen • Abbau der Hauptkette • Abbau der Seitenkette • Depolymerisation • Cyclisierung • Vernetzung • Initiierung • Random Scission

  14. Mechanismen des Abbaus, Reaktionen • Zufällige Spaltung im Inneren der Kette • Weak Links • Heteroatome in der Kette, • Verzweigungen, • Kopf-Kopf-Verknüpfungen • Reißverschlußmechanismus

  15. Brennen von Kunststoffen • Aufheizen Abbau der Kette • Flüchtige Produkte • Gasphasenoxidation • Thermische Rückkopplung • Zurück zu Schritt 1.

  16. Bindungsenergien

  17. Ceiling Temperature • Freie Bildungsenthalpie des Polymeren aus dem Monomeren : DG(g,c) = = D G(P,c) - D G(M,g) – RT*ln(pM/p0)

  18. Standardpolymersiationsenthalpien und -entropien für verschiedene Monomere

  19. Freie Bildungsenthalpien in Inkrementen

  20. Kinetik des Abbaus • Unimolekularer Abbau • Statistischer Abbau • Abbau schwacher Bindungen P  2 P. • Bimolekularer Abbau • Bildung von thermolabilen Gruppen P. + O2 PO2

  21. Ausbeute an Monomeren

  22. Van Krevelen-Diagramm

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