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Kunststoffe
Gliederung
1. Historisches
2. Darstellung
3. Verarbeitung
4. Recycling
5. Schulische Relevanz
1. Historisches
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
+5
0
-1
0
+5
0
0
0
+5
Nitrocellulose
0
2
+ 4 O2(g)
+4 -2
0
-2
12 CO2(g)+ 3 N2(g)+ 6 H2O(g)
1. Historisches
- A. Parkes verknetet Nitrocellulose mit alkoholischer
Campher-Lösung
Bis Mitte des 19. Jhd.:
Herstellung von Billardkugeln
aus Elfenbein
- 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 Kupferseide
Cellulose
7 H+(aq)
[Cu(NH3)4(Cell.)]-(aq)
Cu 2+(aq) + 4 NH4+(aq) + Cellulose
1. Historisches
- 10 Jahre später: Cellulose wird durch günstigeren
Zellstoff ersetzt, Beginn der Viskose-Produktion
- 1885: A. Spitteler entwickelt das Kunsthorn
- 1907: Herstellung von Phenol- und
Resorcinharzen durch L.H. Baekeland
 Bakelit
- 1909: Stobbe stellt Polystyrol her
1. Historisches
- 1912: F. Klatte (1880-1934)
entdeckt das Polyvinylchlorid
(PVC)
- 1922: H. Staudinger
befasst sich mit der Struktur
von Makromolekülen
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
- 30er Jahre: O. Röhm und W. Bauer entdecken den
ersten vollsynthetischen Glasersatzstoff  Plexiglas
- 1930 - 1940: Entwicklung von Perlon und Nylon durch
Schlack (I.G. Farben) bzw. W.H. Carothers (DuPont)
- 1935: O. Bayer (1902-1982) stellt
Polyurethane her (I.G. Leverkusen)
1. Historisches
- 1933: Entwicklung von Hochdruck-PolyethylenDarstellung bei ICI
- 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
2. Darstellung
V3: Radikalische Polymerisation von
Styrol
Styrol
Polystyrol
Mechanismus der radikalischen Polymerisation:
Bildung des Startradikals:
Startradikal
Dibenzoylperoxid
Kettenstart:
Kettenreaktion:
Kettenabbruch:
2
2. Darstellung
Anordnung der Phenylreste:
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
ataktisch
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
isotaktisch
H
H
syndiotaktisch
2. Darstellung
V4: Herstellung eines Polyurethans
- Polyaddition
Lignin
Diphenylmethan-diisocyanat
Mechanismus der Polyaddition:
...
...
Nebenreaktion:
...
2. Darstellung
V5: Herstellung von Nylon
- Polykondensation
+
1,6-Diaminohexan
Polyamid (6.10)
Nylon
Sebacinsäuredichlorid
Mechanismus der Polykondensation:
- HCl(aq)
Mechanismus der Polykondensation:
...
Nebenreaktion:
HCl(aq) + OH-(aq)
H2O + Cl-(aq)
3. Verarbeitung von Kunststoffen
 Klassifizierung von Kunststoffen
 Verarbeitungsarten
3. Verarbeitung
Klassifizierung von Kunststoffen
Kunststoffe
Thermoplaste
unverzweigte
und wenig verzweigte
Polymere
Elastomere
weitmaschig
verzweigte
Polymere
Duroplaste
engmaschig
stark verzweigte
Polymere
3. Verarbeitung
D1: Unterschied Thermoplast und Duroplast
3. Verarbeitung
Verarbeitungsverfahren
Extrudieren, Spritzgießen
3. Verarbeitung
Kalandieren
D2: Vakuumverformen
4. Recycling von Kunststoffen
Materialrecycling
Stoffliches
Recycling
Makromoleküle
unverändert
ReFertiggranulate Produkte
RohstoffRecycling
Thermische Verwertung
Makromoleküle werden
verbrannt
Makromoleküle
zerlegt
Monomere
Dampf, Strom
4. Recycling
D3: Dichtetrennung von Kunststoffen
Kunststoff
/ g/cm3
Polyethylen
0,90 – 0,95
Polypropylen
0,90
Polystyrol
1,05
Polyamid
1,05 – 1,15
Plexiglas
1,20
PVC
1,35
Wasser
1 g/cm3
NaCl-Lösung
1,2 g/cm3
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...."