ppt - ChidS
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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...."
