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Kunststoffe Referent: Stefan Burgemeister Datum: Donnerstag, 10.07.2003 16 15 – 17 00 Uhr.

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Präsentation zum Thema: "Kunststoffe Referent: Stefan Burgemeister Datum: Donnerstag, 10.07.2003 16 15 – 17 00 Uhr."—  Präsentation transkript:

1 Kunststoffe Referent: Stefan Burgemeister Datum: Donnerstag, – Uhr

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

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

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

5  1869: Die Brüder Hyatt erfinden Celluloid durch Einwirken von Campher auf Cellulosenitrat  1883: J. W. Swan entwickelt Verfahren zur Herstellung von Kunstseide aus Cellulosenitrat  1885: Spitteler und Krischa stellen „Kunsthorn“ aus Casein und Formaldehyd her

6 Grundlegende Synthesen und Strukturen  1907: Bakelit, der erste vollsynthetischen Kunststoff (Versuch 1) Reaktionsmechanismus: eine Polykondensation + H 2 O H2OH2O - H 2 O -  OH ” ” ” ” ”  OH - H 2 O ” 

7 + n H 2 O + ” ” ”

8  Bakelit – Beispiel eines Duroplasten Struktur  Vernetzungsgrad Eigenschaften chemisch und thermisch sehr widerstandsfähig

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

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

11 2. Kettenstart 3. Kettenwachstum  +  +  

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

13  Polystyrol – Beispiel eines Thermoplasten Struktur  Polymerisationsgrad amorphteilkristallin

14 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

15  Der Universalkunststoff Polyurethan (Versuch 3) Reaktionsmechanismus: eine Polyaddition Funktion des Aktivators Diphenylmethan-4, 4-diisocyanatEthylenglykol ++ ++  - -  - - Triethylamin

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

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

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

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

20  Reaktionsmechanismen

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

22  Verwendung von Kunststoffen

23 Additive in Kunststoffen (Versuch 4) WeichmacherFarbmittel FlammschutzmittelFüllstoffe Gleit- und TrennmittelSchlagzähmodifikatoren StabilisatorenTreibmittel  PVC-Additive ProduktgruppenFüllstoffeWeichmacherStabilisatorenPigmente Fensterprofile %-2 – 4 %2 – 5 % Rohre %-2 – 3 %2 % Fußbodenbeläge 25 – 50 %10 – 20 %0,5 – 1 %1 % Kabelmassen 10 – 50 %25 – 40 %1 – 3 %

24  Bestimmung des PVC-Gehaltes nach Schöninger Verbrennung von PVC: Titration: H 3 O + (aq) + OH - (aq)  2 H 2 O + 2,5 O 2(g)  2 CO 2(g) + HCl (g) + H 2 O n ProduktPVC-GehaltFüllstoff-GehaltWeichmacher-Gehalt PVC-Schlauch 66 %-30 % PVC-Rohr 89 %7 %-

25  Funktionsweise von Weichmachern

26

27  Funktionsweise von Weichmachern Trikresylphosphat

28 Kunststoffmüll  Recycling einer PET-Flasche (Versuch 5) +  OH  + nn yx ” ”

29  Nachweis von Ethylenglykol mit Cerammoniumnitrat- Reagenz [Ce(NO 3 ) 6 ] 2- (aq) + ROH (aq)  [Ce(OR)(NO 3 ) 5 ] 2- (aq) + HNO 3(aq) + + nn yx Ethylenglykol ” ” ” Na  di-Natriumterephthalat

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

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


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