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Kunststoffe
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Gliederung
1. Historisches
2. Darstellung
3. Verarbeitung4. Recycling
5. Schulische Relevanz
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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
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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
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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
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- 1883: J.W. Swan produziert Fäden aus Nitrocellulose
- M. Fremery und J. Urban stellen Kupferseide her
1. Historisches
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V2: Darstellung von Kupferseide1. Historisches
Cellulose
[Cu(NH3)4(Cell.)]-(aq) Cu 2+
(aq) + 4 NH4+
(aq) + Cellulose7 H+
(aq)
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- 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
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- 1922: H. Staudinger befasst sich mit der Struktur von Makromolekülen
- 1912: F. Klatte (1880-1934) entdeckt das Polyvinylchlorid (PVC)
1. Historisches
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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
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- 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
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- 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)
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2. Darstellung von Kunststoffen
Polymerisationsarten• Radikalische Polymerisation
• Polyaddition
• Polykondensation
• Elektrophile bzw. nucleophile Polymerisation
• Polyinsertion
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V3: Radikalische Polymerisation von Styrol
2. Darstellung
StyrolPolystyrol
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DibenzoylperoxidStartradikal
Bildung des Startradikals:
Kettenstart:
Mechanismus der radikalischen Polymerisation:
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Kettenreaktion:
Kettenabbruch:
2
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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
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V4: Herstellung eines Polyurethans- Polyaddition
2. Darstellung
Lignin
Diphenylmethan-diisocyanat
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Mechanismus der Polyaddition:
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Nebenreaktion:
...
..
....
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V5: Herstellung von Nylon- Polykondensation
Polyamid (6.10)
Nylon
1,6-Diaminohexan Sebacinsäuredichlorid
+
2. Darstellung
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- HCl(aq)
Mechanismus der Polykondensation:
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...
Mechanismus der Polykondensation:
HCl(aq) + OH-(aq) H2O + Cl-
(aq)
Nebenreaktion:
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3. Verarbeitung von Kunststoffen
Klassifizierung von Kunststoffen Verarbeitungsarten
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Klassifizierung von Kunststoffen
Kunststoffe
unverzweigteund wenig ver-zweigte Polymere
weitmaschigverzweigtePolymere
Thermoplaste ElastomereDuroplaste
engmaschigstark verzweigte
Polymere
3. Verarbeitung
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D1: Unterschied Thermoplast und Duroplast
3. Verarbeitung
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Verarbeitungsverfahren
Extrudieren, Spritzgießen
3. Verarbeitung
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Kalandieren
D2: Vakuumverformen
3. Verarbeitung
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4. Recycling von Kunststoffen
Materialrecycling Thermische Verwertung
Makromoleküle werden verbrannt
Dampf, Strom
Stoffliches Recycling
Rohstoff-Recycling
Makromoleküle unverändert
Makromoleküle zerlegt
MonomereRe-granulate
Fertig-Produkte
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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
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6. Schulische Relevanz
Auswahlthema für Jgst. 13.2• Klassifizierung• Reaktionstypen • Großtechnische Herstellungsverfahren
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„...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...."