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Abbaumechanismen von Kunststoffen J. K. Fink Institut für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben.

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Präsentation zum Thema: "Abbaumechanismen von Kunststoffen J. K. Fink Institut für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben."—  Präsentation transkript:

1 Abbaumechanismen von Kunststoffen J. K. Fink Institut für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben

2 Arten des Abbaus von Kunststoffen Hauptkette: Zerstörung von makromolekularen Strukturen und damit der Verlust der für Makromoleküle typischen Eigenschaften, gewollt und ungewollt. Seitenkette: Seitenketten können abgespalten werden.

3 Klassifizierung nach den Ursachen des Abbaus Abbau durch Wärme Pyrolytischer Abbau Thermooxidativer Abbau Abbau durch energiereiche Strahlung Abbau durch Licht Abbau durch Röntgen- oder Gammastrahlung

4 Klassifizierung nach den Ursachen des Abbaus Abbau durch Chemikalien Hydrolyse: UP Alkoholyse: PU Ozonolyse Industriechemikalien Chemikalienbeständigkeit ist tabelliert

5 Spaltung M* R 1 + R 2. M* angeregte Spezies R 1., R 2. Radikale Norrish Typ I Prozeß: R 1 -CO-R 2 + h R 1 -CO. + R 2 Norrish Typ II Prozeß: R 1 -CO-CH 2 -CH 2 -CH 2 -R 2 + h R 1 -CO-CH 3 + CH 2 =CH-R 2

6 Abbau durch Organismen Abbau von synthetischen Polymeren durch Mikroorganismen Standardtests des Abbaus von synthetischen Polymeren mit Mikroorganismen Die meisten Polymeren sind gegen den Angriff durch Mikroorganismen stabil. Biodegradierbar sind Polymere mit Gruppen, die in der Natur vorkommen: aliphatische Polyester, Polyether, Polyurethane, Polyamide

7 Abbau durch Organismen Enzyme spalten Hauptketten in natürlichen Polymeren EnzymePolymerVorkommen KohlenhydrateAmylaseAmyloseMalz, Hefe CellulaseCelluloseBakterien ProteinePepsinProteineMagen Proteine Bakterien Trypsin

8 Abbau durch Organismen Höhere Organismen Verbiß von Tieren Vandalismus

9 Abbau Mechanischer Abbau Scheren in Lösung bei polymeren Schmiermitteln Ultraschall Anwendungen: früher Mastifizierung von Naturkautschuk, Synthese von Copolymeren

10 Wechselwirkung von Kunststoffabbau und Metall- Korrosion Spuren von bestimmten Metallen im Kunststoff können durch Redox-Reaktionen einen verstärkten Abbau der Kunststoffe herbeiführen Deswegen Zusatz von Metalldesaktivatoren Schlecht ausgehärtete Reaktionsharze können reaktive Gruppen enthalten, die im Kontakt mit Metallen diese schädigen können

11 Klassifizierung nach den Abbau-Bedingungen Abbau bei der Herstellung PVC muß stabilisiert werden Abbau bei der Verwendung Das Material muß dem Anforderungsprofil entsprechen. Einsatz im Freien, bei erhöhter Temperatur Abbau von ausgedientem Material Entsorgung durch Pyrolyse, Verbrennen, Verhalten in der Deponie

12 Analytische Techniken Beginnender Abbau Molmassenbestimmung, Differential Scanning Calorimetry, Differentialthermoanalyse, Thermogravimetrie Analyse von Abbauprodukten Gaschromatographie, Massenspektrometrie, Infrarotspektroskopie, kernmagnetische Resonanz

13 Mechanismen des Abbaus, Reaktionen Abbau der Hauptkette Abbau der Seitenkette Depolymerisation Cyclisierung Vernetzung Initiierung Random Scission

14 Mechanismen des Abbaus, Reaktionen Zufällige Spaltung im Inneren der Kette Weak Links Heteroatome in der Kette, Verzweigungen, Kopf-Kopf-Verknüpfungen Reißverschlußmechanismus

15 Brennen von Kunststoffen 1.Aufheizen Abbau der Kette 2.Flüchtige Produkte 3.Gasphasenoxidation 4.Thermische Rückkopplung 5.Zurück zu Schritt 1.

16 Bindungsenergien BindungE/kJ/mol O-O147 C-H C-C C-O330

17 Ceiling Temperature Freie Bildungsenthalpie des Polymeren aus dem Monomeren : G(g,c) = = G(P,c) - G(M,g) – RT*ln(p M /p 0 )

18 Standardpolymersiationsenthalpien und -entropien für verschiedene Monomere MonomerZustand- H 0 [kJ/mol]- S 0 [J/(K*mol)] Etheng,c Propenl,c Styroll,a

19 Freie Bildungsenthalpien in Inkrementen Gruppe G 0 f(T) [J/mol] Gruppe G 0f (T) [J/mol] -CH *T-OH * T -CH * T-COOH * T =CH * T-COO * T =CH * T-Cl * T 6-Ring * T-CH 2 * * T Aromat * T-NH *T

20 Kinetik des Abbaus Unimolekularer Abbau Statistischer Abbau Abbau schwacher Bindungen P 2 P. Bimolekularer Abbau Bildung von thermolabilen Gruppen P. + O 2 PO 2

21 Ausbeute an Monomeren PolymerHalbwertszeit von 30 min. bei [°C] Monomer- ausbeute % bei °C Polyoxymethylen -100 Polytetrafluorethylen Polymethylmethacrylat Polystyrol Polyethylenoxid Polyethylen - 1 Polypropylen Polyvinylchlorid Polyvinylacetat 270 0

22 Van Krevelen-Diagramm


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