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Kunststoffe

Kunststoffe. Referent: Stefan Burgemeister Datum: Donnerstag, 10.07.2003 16 15 – 17 00 Uhr. "Physik ist, wenn es nicht gelingt; Chemie ist, wenn es kracht und stinkt". Gliederung. Ein feuriger Beginn Celluloid ( Demo 1 ) Grundlegende Kunststoffsynthesen und Strukturen

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Presentation Transcript

  1. Kunststoffe Referent: Stefan Burgemeister Datum: Donnerstag, 10.07.2003 1615 – 1700 Uhr

  2. "Physik ist, wenn es nicht gelingt; Chemie ist, wenn es kracht und stinkt"

  3. Gliederung • Ein feuriger Beginn Celluloid (Demo 1) • Grundlegende Kunststoffsynthesen und Strukturen Bakelit – der 1. vollsynthetische Kunststoff (Versuch 1, Demo 2) Vom Polystyrol zum Styropor (Versuch 2a und 2b) Der Universalkunststoff Polyurethan (Versuch 3) Verbrauch und Verwendung von Kunststoffen • Additive in Kunststoffen (Versuch 4) • Kunststoffmüll Recycling einer PET-Flasche (Versuch 5) Reduktion von Metalloxiden mit PE (Versuch 6)

  4. Ein feuriger Beginn • „Kunststoffe sind makromolekulare organische Werkstoffe, die durch Umwandlung von Naturprodukten oder aus niedermolekularen Stoffen hergestellt werden“ • 1846: C. F. Schöninger entdeckt „Schießbaumwolle“ (Demo 1)

  5. 1869: Die Brüder Hyatt erfinden Celluloid durch Einwirken von Campher auf Cellulosenitrat • 1883: J. W. Swan entwickelt Verfahren zur Herstellung von Kunstseide aus Cellulosenitrat • 1885: Spitteler und Krischa stellen „Kunsthorn“ aus Casein und Formaldehyd her

  6. Grundlegende Synthesen und Strukturen • 1907: Bakelit, der erste vollsynthetischen Kunststoff (Versuch 1) Reaktionsmechanismus: einePolykondensation ” ” ” OH + H2O - H2O ” ” ”  H2O - H2O -OH

  7. ” ” ” + + nH2O

  8. Bakelit – Beispiel eines Duroplasten Struktur  Vernetzungsgrad Eigenschaften chemisch und thermisch sehr widerstandsfähig

  9. + NO2-(aq) + Cl-(aq) + 2 H3O+(aq) • Verwendung als Ionenaustauscher (Demonstration 2) + + 4 H2O + Cl- - HCl

  10. Vom Polystyrol zum Styropor (Versuch 2) Reaktionsmechanismus: eine radikalische Polymerisation 1. Bildung der Startradikale    2 Phenylradikal Dibenzoylperoxid

  11. 2. Kettenstart 3. Kettenwachstum   +   +

  12.  4. Kettenabbruch A + m n m n   + R B n n  Disprop. 2 + C n n n

  13. Polystyrol – Beispiel eines Thermoplasten Struktur  Polymerisationsgrad amorph teilkristallin

  14. Eigenschaften Erweichen beim Erwärmen Erhöhung der Kristallinität bewirkt  eine Zunahme der Dichte und der Festigkeit  eine Abnahme des Verformungsvermögens und der Transparenz Mit zunehmendem Polymerisationsgrad  erhöht sich die Zugfestigkeit, die Härte und die Schlagzähigkeit  verringert sich die Fließfähigkeit und die Kristallisationsneigung

  15. Der Universalkunststoff Polyurethan (Versuch 3) Reaktionsmechanismus: einePolyaddition Funktion des Aktivators Diphenylmethan-4, 4-diisocyanat Ethylenglykol +  - +  - Triethylamin

  16. Reaktion des Dialkohols mit Diisocyanat +  - +  - ++  - - + + - Urethan-Bindung

  17. Reaktionsmechanismus für die räumliche Vernetzung Abspaltung von CO2 + H2O + CO2

  18. Polyurethan – Beispiel eines Elastomers Struktur  Vernetzungsgrad Eigenschaften Bei Raumtemperatur gummielastisch Mit zunehmendem Vernetzungsgrad erhöht sich die Festigkeit und Wärmeformbeständigkeit

  19. Zwischenbilanz • Kunststoffklassen Duroplaste: stark vernetzt chemisch und thermisch widerstandsfähig Thermoplaste: unvernetzt plastisch, in der Wärme verformbar Elastomere: schwach vernetzt gummielastisch

  20. Reaktionsmechanismen

  21. Verbrauch und Verwendung von Kunststoffen • Weltverbrauch an Kunststoffen 2002 (Gesamtbedarf 210 Mio. t)

  22. Verwendung von Kunststoffen

  23. Additive in Kunststoffen (Versuch 4) WeichmacherFarbmittel Flammschutzmittel Füllstoffe Gleit- und Trennmittel Schlagzähmodifikatoren Stabilisatoren Treibmittel • PVC-Additive

  24. Bestimmung des PVC-Gehaltes nach Schöninger Verbrennung von PVC: Titration: H3O+(aq) + OH-(aq) 2 H2O + 2,5 O2(g) 2 CO2(g) + HCl(g) + H2O n

  25. Funktionsweise von Weichmachern

  26. Funktionsweise von Weichmachern + - - + - + + - + - - + - + + - + - - + - + + - + - - +

  27. Funktionsweise von Weichmachern + - - + + - - + + - - + - + - + + - - + - + + - Trikresylphosphat + - - +

  28. Kunststoffmüll • Recycling einer PET-Flasche (Versuch 5) ” + OH n n ” + y x

  29. + ” y x • Nachweis von Ethylenglykol mit Cerammoniumnitrat-Reagenz [Ce(NO3)6]2-(aq) + ROH(aq) [Ce(OR)(NO3)5]2-(aq) + HNO3(aq) n n + Na ” Na ” di-Natriumterephthalat Ethylenglykol

  30. Reduktion von Metalloxiden mit PE (Versuch 6) Cracken von PE: „C2H4“(s) 2 C(s) + 2 H2(g) Reduktion von Eisen(III)-oxid: Fe2O3(s) + 3 H2(g) 2 Fe(s) + 3 H2O(g) PE: n -2 +1  0 0 Cracken 0 +3 0 +1

  31. Schlussbetrachtung • Bedeutung von Kunststoffen: Tendenz steigend • Kunststoffe: ein Thema für die Schule

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