Kunststoffe

 

Gliederung

1. Historisches

2. Darstellung

3. Verarbeitung4. Recycling

5. Schulische Relevanz

1. Die Geschichte der Kunststoffe

- Mitte 19. Jhd.: Chemiker versuchen große Moleküle im Labor herzustellen

- 1846: C.F. Schönbein (1799-1869) stellt Nitrocellulose her

1. Historisches

V1: Verbrennung von Nitrocellulose

1. Historisches

+ 4 O2(g) 12 CO2(g)+ 3 N2(g)+ 6 H2O(g) 02 0 -2 -2 +4

+5

Nitrocellulose

+5 +5

0 -1

0

0

0 0

Bis Mitte des 19. Jhd.: Herstellung von Billardkugeln aus Elfenbein

- A. Parkes verknetet Nitrocellulose mit alkoholischer Campher-Lösung

- 1869: J.W. Hyatt (1837-1920) beginnt mit der großtechnischen Herstellung von Celluloid

1. Historisches

- 1883: J.W. Swan produziert Fäden aus Nitrocellulose

- M. Fremery und J. Urban stellen Kupferseide her

1. Historisches

V2: Darstellung von Kupferseide1. Historisches

Cellulose

[Cu(NH3)4(Cell.)]-(aq) Cu 2+

(aq) + 4 NH4+

(aq) + Cellulose7 H+

(aq)

- 10 Jahre später: Cellulose wird durch günstigeren Zellstoff ersetzt, Beginn der Viskose-Produktion

- 1909: Stobbe stellt Polystyrol her

- 1885: A. Spitteler entwickelt das Kunsthorn

- 1907: Herstellung von Phenol- und Resorcinharzen durch L.H. Baekeland Bakelit

1. Historisches

- 1922: H. Staudinger befasst sich mit der Struktur von Makromolekülen

- 1912: F. Klatte (1880-1934) entdeckt das Polyvinylchlorid (PVC)

1. Historisches

Kunststoffe: (schulrelevante Definition)

• Makromoleküle (>1000 Atome)

• Umwandlung von Naturprodukten oder

durch Synthese von Primärstoffen aus

Erdöl, Erdgas oder Kohle

Polymere:• Makromoleküle, die durch Verknüpfung

von Monomeren entstehen

1. Historisches

- 1930 - 1940: Entwicklung von Perlon und Nylon durch Schlack (I.G. Farben) bzw. W.H. Carothers (DuPont)

- 30er Jahre: O. Röhm und W. Bauer entdecken den ersten vollsynthetischen Glasersatzstoff Plexiglas

- 1935: O. Bayer (1902-1982) stellt Polyurethane her (I.G. Leverkusen)

1. Historisches

- 1933: Entwicklung von Hochdruck-Polyethylen- Darstellung bei ICI

1. Historisches

- 1955: K. Ziegler und G. Natta entdecken Verfahren zur Polyethylen-Darstellung bei Normaldruck (1957: Darstellung von Polypropylen)

2. Darstellung von Kunststoffen

Polymerisationsarten• Radikalische Polymerisation

• Polyaddition

• Polykondensation

• Elektrophile bzw. nucleophile Polymerisation

• Polyinsertion

V3: Radikalische Polymerisation von Styrol

2. Darstellung

StyrolPolystyrol

DibenzoylperoxidStartradikal

Bildung des Startradikals:

Kettenstart:

Mechanismus der radikalischen Polymerisation:

Kettenreaktion:

Kettenabbruch:

2

ataktisch isotaktisch syndiotaktisch

2. Darstellung

Anordnung der Phenylreste:

H

H

H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H HH

H

H H

H

H H

H

H H H H

HH

H

H H

H

H H

H

H

V4: Herstellung eines Polyurethans- Polyaddition

2. Darstellung

Lignin

Diphenylmethan-diisocyanat

Mechanismus der Polyaddition:

Nebenreaktion:

...

..

....

V5: Herstellung von Nylon- Polykondensation

Polyamid (6.10)

Nylon

1,6-Diaminohexan Sebacinsäuredichlorid

+

2. Darstellung

- HCl(aq)

Mechanismus der Polykondensation:

...

Mechanismus der Polykondensation:

HCl(aq) + OH-(aq) H2O + Cl-

(aq)

Nebenreaktion:

3. Verarbeitung von Kunststoffen

Klassifizierung von Kunststoffen Verarbeitungsarten

Klassifizierung von Kunststoffen

Kunststoffe

unverzweigteund wenig ver-zweigte Polymere

weitmaschigverzweigtePolymere

Thermoplaste ElastomereDuroplaste

engmaschigstark verzweigte

Polymere

3. Verarbeitung

D1: Unterschied Thermoplast und Duroplast

3. Verarbeitung

Verarbeitungsverfahren

Extrudieren, Spritzgießen

3. Verarbeitung

Kalandieren

D2: Vakuumverformen

3. Verarbeitung

4. Recycling von Kunststoffen

Materialrecycling Thermische Verwertung

Makromoleküle werden verbrannt

Dampf, Strom

Stoffliches Recycling

Rohstoff-Recycling

Makromoleküle unverändert

Makromoleküle zerlegt

MonomereRe-granulate

Fertig-Produkte

D3: Dichtetrennung von Kunststoffen

Wasser 1 g/cm3

NaCl-Lösung 1,2 g/cm31,35PVC

1,20Plexiglas

1,05 – 1,15Polyamid

1,05Polystyrol

0,90Polypropylen

0,90 – 0,95Polyethylen

/ g/cm3Kunststoff

4. Recycling

6. Schulische Relevanz

Auswahlthema für Jgst. 13.2• Klassifizierung• Reaktionstypen • Großtechnische Herstellungsverfahren

„...Die Moleküle und ebenso die Makromoleküle lassen sich mit Bauwerken vergleichen, die im wesentlichen aus nur wenigen Sorten von Bausteinen, den Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatomen, aufgebaut sind. Liegen nur einige Dutzend oder Hunderte davon vor, so kann man damit nur kleine Moleküle und entsprechend nur relativ primitive Bauwerke konstruieren. Beim Vorliegen aber von 10.000 oder 100.000 Bausteinen lassen sich damit auch Konstruktionen ausführen, deren Möglichkeiten man nicht ahnen kann, wenn man nur wenig Baumaterial zur Verfügung hat...."