Darstellung von Nylon - 6,6 Referent: Stefan Anders

Agenda Einführung – Was sind Kunststoffe Geschichte der Kunstoffe Verwendung / Anwendung Reaktionsmechanismen Polymerisation Polyaddition Polykondensation Versuchsdurchführung Chemikalien Literatur

Was sind Kunststoffe Video „Seine Schwester…“ Es gibt Ausnahmen - bei einigen Kunststoffen erfolgt die Verknüpfung der Kohlenstoffatome auch über andere Atomarten wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel

Was sind Kunststoffe künstlich, durch chemische Umsetzungen erzeugte makromolekulare organische Stoffe Herstellung erfolgt durch Verknüpfung kleiner Moleküle (Monomere) zu Makromolekülen (Polymere) oder durch Abwandlung makromolekularer Naturstoffe (z. B. Eiweiß, Zellulose, Naturkautschuk und Naturharze) Bildung der Makromoleküle beruht auf der Fähigkeit des Kohlenstoffs, sich fortlaufend durch Atombindung miteinander zu verketten Es gibt Ausnahmen - bei einigen Kunststoffen erfolgt die Verknüpfung der Kohlenstoffatome auch über andere Atomarten wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel

Geschichte der Kunststoffe Henri Victor Regnault (1810-1878) gelang im Jahre 1838 eher zufällig die Herstellung von PVC, in dem er Vinylchlorid dem Sonnenlicht aussetzte im 19. Jahrhundert beherrschten zunächst polymere Stoffe, die aus der Natur gewonnen wurden, die Industrie und den Alltag der erste, mit technischen Mitteln hergestellte Kunststoff wurde 1851 von Charles Nelson Goodyear (1800-1860) entwickelt er hatte den weißen Milchsaft des Kautschukbaumes mit Schwefel versetzt und einen elastischen Gummi erhalten (Prinzip des Vulkanisierens bei der Autoreifenherstellung)

Geschichte der Kunststoffe Nylon 1935: Erfindung von Nylon durch den Chemiker Wallace Hume Carothers 1937: Patentierung des amerikanischen Nylons 1938: Nylon wird der amerikanischen Öffentlichkeit erstmalig durch eine Anzeigenkampagne vorgestellt - als eine vollsynthetische Faser aus… „ Kohle, Wasser und Luft mit unglaublichen Eigenschaften “ Geschichte des Nylons

Verwendung / Anwendung von Nylon in Textilien als Synthesefaser (ca. 85% der Gesamtproduktion) Strümpfe / Strumpfhosen Unterwäsche Outdoor-/Sportbekleidung in (modernen) Teppichen zur Herstellung von Haushaltsgegenständen (Zahnbürsten, Küchenutensilien etc.) mittels Spritzgusstechnik in der Industrie, bspw. in der Automobilbranche zur Herstellung von individuellen Einzelteilen für bestimmte Modelle

Reaktionsmechanismen Polymerisation Reaktion, bei der Monomere, in diesem Fall meist ungesättigte organische Verbindungen, unter Einfluss bestimmter Katalysatoren und unter Auflösung der Doppel- oder Mehrfachbindung zu Polymeren reagieren Arten der Polymerisation: kationisch: Kation als Starter reagiert an Doppelbindung (Electrophil) Anionisch : Anion als Starter (Nucleophil) bei Substituenten die –e stabilisieren Radikalisch: Radikale werden thermisch gebildet und bilden Polymer Auch durch energiereiche Lichteinstrahlung möglich An Tafel erklären!!! Abb. 1: Bsp. Für kationische Polymerisation Katalysator (z.B. Titanester, Titanhalogenide und Aluminiumalkyle) bricht Doppelbindungen auf und ermöglicht so Kettenwachstum

Reaktionsmechanismen Polyaddition Reaktion bei der die Monomere nach dem Mechanismus der nucleophilen Addition, zu Polymeren reagieren An Tafel erklären!!! Abb. 2: Bsp. für Polyadditionsreaktion

Reaktionsmechanismen Polykondensation Reaktion bei der sich zwei funktionelle Gruppen eines Moleküls unter Abspaltung eines kleineren Moleküls (z.B. H2O, HCl) zu einer höheren Einheit zusammenschließen Exemplarisch am Beispiel Nylon!!! Abb. 3: Protonierung von Adipinsäure

Reaktionsmechanismen Polykondensation Abb. 4: Nucleophiler Angriff der Amin-Gruppe am C-Atom - Amin-Gruppe greift nucleophil am C-Atom an und bildet so ei größeres Molekül mit positiver Ladung

Reaktionsmechanismen Polykondensation Abb. 5: Übergangsmolekül mit positiv gel. Stickstoff - es bildet sich ein Übergangsmolekül mit positiv geladenem Stickstoffatom

Reaktionsmechanismen Polykondensation Abb. 6: Ladungsausgleich und Wasserabspaltung - die wenig stabile positive Ladung wird durch Umlagerung ausgeglichen, wobei Wasser abgespalten wird (deshalb Kondensationsreaktion)

Reaktionsmechanismen Polykondensation Abb. 7: Kettenwachstum des Polyamids - an den Enden des Moleküls können sich nun weitere Monomere anlagern

Versuchsdurchführung Hexamethyldendiamin wird für das gesamte Praktikum im Wasserbad bei 80°C geschmolzen In ein 200ml Becherglas werden 4g Na2CO3 mit 2,2g Hexamethyldiamin (=0,02mol) (in geschmolzenem Zustand einwiegen) in 50ml Wasser gelöst und 3Tropfen Pheynolphtalein zugegeben In einem 2 Becherglas (200ml) werden 2ml Adipinsäuredichlorid (=0,01mol) in 50ml Hexan gelöst Diese Lösung vorsichtig zur Hexamethyldiaminlösung geben An der Grenzfläche bildet sich ein Film, der mit einer Pinzette vorsichtig angehoben und der entstehende Faden langsam aber stetig auf ein 100ml Becherglas aufgewickelt wird (Handschuhe) Wenn Adipinsäuredichlorid verbraucht, Faden in Ethanol waschen und im Trockenschrank trocknen. Die Ausbeute wird am letzten Praktikumstag bestimmt.

Chemikalien Substanzen Struktur und Summenformel Molmasse g/mol R-Sätze S-Sätze Hexamethyl-endiamin C6H16N2 116,21 21/22, 34, 37 (1/2), 22, 26, 36/37, 39, 45 Adipinsäure-dichlorid ClCO(CH2)4COCl 186,04 34 26, 36/37, 39, 45 Natrium-carbonat Na2CO3 105,99 36 (2), 22, 26 Hexan C6H14 86,17 11, 38 48/20, 62, 65, 67, 51/53 (2), 9, 16, 29, 39, 36/37, 61, 62

Literatur Deutsches Strumpfmuseum, URL: http://www.deutsches-strumpfmuseum.de/technik/garne/nylon/nylon.htm, geprüft am 23.06.2009 Mortimer, Charles E.; Müller, Ulrich (Hg.) (2003): Chemie. Das Basiswissen der Chemie ; 125 Tabellen. 8., komplett überarb. und erw. Aufl. Stuttgart: Thieme. Palm, W.U. „Skript zum Praktikum Organische Chemie“ Risch, Karl (2003): Organische Chemie. Dr. D,1. Hannover: Schroedel (Organische Chemie / /hrsg. und bearb. von, Hauptbd.)