Kunststoffe Referent Stefan Burgemeister Datum Donnerstag 10 07

Kunststoffe Referent: Stefan Burgemeister Datum: Donnerstag, 10. 07. 2003 1615 – 1700 Uhr

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

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

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

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

Grundlegende Synthesen und Strukturen û 1907: Bakelit, der erste vollsynthetischen Kunststoff (Versuch 1) Reaktionsmechanismus: eine Polykondensation ” OH ” ” - H 2 O ” ” ” H 2 O - OH - H 2 O + H 2 O

û Bakelit – Beispiel eines Duroplasten Struktur Vernetzungsgrad Eigenschaften chemisch und thermisch sehr widerstandsfähig

û Verwendung als Ionenaustauscher (Demonstration 2) + NO 2 -(aq) + Cl-(aq) + 2 H 3 O+(aq) Cl- - HCl + + + 4 H 2 O

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

2. Kettenstart + 3. Kettenwachstum +

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

û Polystyrol – Beispiel eines Thermoplasten Struktur Polymerisationsgrad amorph teilkristallin

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

û Der Universalkunststoff Polyurethan (Versuch 3) Diphenylmethan-4, 4 -diisocyanat Ethylenglykol Reaktionsmechanismus: eine Polyaddition Funktion des Aktivators + Triethylamin - + -

Reaktion des Dialkohols mit Diisocyanat + - - ++ - - + + - + Urethan-Bindung

Reaktionsmechanismus für die räumliche Vernetzung Abspaltung von CO 2 + H 2 O + CO 2

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

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

û Reaktionsmechanismen

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

û Verwendung von Kunststoffen

Additive in Kunststoffen (Versuch 4) Weichmacher Flammschutzmittel Gleit- und Trennmittel Schlagzähmodifikatoren Treibmittel Farbmittel Füllstoffe Stabilisatoren û PVC-Additive Produktgruppen Füllstoffe Weichmacher Stabilisatoren Pigmente 0 - 12 % - 2– 4% 2– 5% 0 -4% - 2– 3% 2% Fußbodenbeläge 25 – 50 % 10 – 20 % 0, 5 – 1 % 1% Kabelmassen 10 – 50 % 25 – 40 % 1– 3% Fensterprofile Rohre

û Bestimmung des PVC-Gehaltes nach Schöninger Verbrennung von PVC: + 2, 5 O 2(g) 2 CO 2(g) + HCl(g) + H 2 O n Titration: H 3 O+(aq) + OH-(aq) Produkt 2 H 2 O PVC-Gehalt Füllstoff-Gehalt Weichmacher-Gehalt PVC-Schlauch 66 % - 30 % PVC-Rohr 89 % 7% -

û Funktionsweise von Weichmachern

û Funktionsweise von Weichmachern + - - + - + - - + + - - +

û Funktionsweise von Weichmachern + - - + + + + - + - - - + + + Trikresylphosphat + - +

Kunststoffmüll û Recycling einer PET-Flasche (Versuch 5) ” + OH n n +” y x

+ y n Na ” ” x + ” Na di-Natriumterephthalat n Ethylenglykol û Nachweis von Ethylenglykol mit Cerammoniumnitrat. Reagenz [Ce(NO 3)6]2 -(aq) + ROH(aq) [Ce(OR)(NO 3)5]2 -(aq) + HNO 3(aq)

û Reduktion von Metalloxiden mit PE (Versuch 6) PE: n Cracken -2 +1 Cracken von PE: „C 2 H 4“(s) 0 2 C(s) + 2 H 2(g) Reduktion von Eisen(III)-oxid: +3 0 0 +1 0 Fe 2 O 3(s) + 3 H 2(g) 2 Fe(s) + 3 H 2 O(g)

Schlussbetrachtung û Bedeutung von Kunststoffen: Tendenz steigend û Kunststoffe: ein Thema für die Schule