Kunststoffe

Gliederung Historisches Darstellung Verarbeitung Recycling Schulische Relevanz

1. Die Geschichte der Kunststoffe 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

V1: Verbrennung von Nitrocellulose 1. Historisches V1: Verbrennung von Nitrocellulose +5 Nitrocellulose -1 + 4 O2(g) 12 CO2(g)+ 3 N2(g)+ 6 H2O(g) 2 -2 +4

A. Parkes verknetet Nitrocellulose mit alkoholischer Campher-Lösung 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

- 1883: J.W. Swan produziert Fäden aus Nitrocellulose 1. Historisches - 1883: J.W. Swan produziert Fäden aus Nitrocellulose M. Fremery und J. Urban stellen Kupferseide her

V2: Darstellung von Kupferseide 1. Historisches V2: Darstellung von Kupferseide Cellulose [Cu(NH3)4(Cell.)]-(aq) Cu 2+(aq) + 4 NH4+(aq) + Cellulose 7 H+(aq)

10 Jahre später: Cellulose wird durch günstigeren 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

- 1912: F. Klatte (1880-1934) entdeckt das Polyvinylchlorid (PVC) 1. Historisches - 1912: F. Klatte (1880-1934) entdeckt das Polyvinylchlorid (PVC) 1922: H. Staudinger befasst sich mit der Struktur von Makromolekülen

Kunststoffe: (schulrelevante Definition) 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

30er Jahre: O. Röhm und W. Bauer entdecken den 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)

1933: Entwicklung von Hochdruck-Polyethylen- Darstellung bei ICI 1. Historisches 1933: Entwicklung von Hochdruck-Polyethylen- Darstellung 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

V3: Radikalische Polymerisation von Styrol 2. Darstellung V3: Radikalische Polymerisation von Styrol Styrol Polystyrol

Mechanismus der radikalischen Polymerisation: Bildung des Startradikals: Dibenzoylperoxid Startradikal Kettenstart:

Kettenreaktion: Kettenabbruch: 2

Anordnung der Phenylreste: 2. Darstellung Anordnung der Phenylreste: ataktisch isotaktisch syndiotaktisch

V4: Herstellung eines Polyurethans - Polyaddition 2. Darstellung V4: Herstellung eines Polyurethans - Polyaddition Lignin Diphenylmethan-diisocyanat

Mechanismus der Polyaddition:

... ... Nebenreaktion:

V5: Herstellung von Nylon - Polykondensation 2. Darstellung V5: Herstellung von Nylon - Polykondensation 1,6-Diaminohexan Sebacinsäuredichlorid + Polyamid (6.10) Nylon

Mechanismus der Polykondensation: - HCl(aq)

HCl(aq) + OH-(aq) H2O + Cl-(aq) Mechanismus der Polykondensation: ... HCl(aq) + OH-(aq) H2O + Cl-(aq) Nebenreaktion:

3. Verarbeitung von Kunststoffen Klassifizierung von Kunststoffen Verarbeitungsarten

Klassifizierung von Kunststoffen 3. Verarbeitung Klassifizierung von Kunststoffen Kunststoffe Thermoplaste Elastomere Duroplaste engmaschig stark verzweigte Polymere unverzweigte und wenig ver- zweigte Polymere weitmaschig verzweigte Polymere

D1: Unterschied Thermoplast und Duroplast 3. Verarbeitung D1: Unterschied Thermoplast und Duroplast

Verarbeitungsverfahren Extrudieren, Spritzgießen

3. Verarbeitung Kalandieren D2: Vakuumverformen

4. Recycling von Kunststoffen Materialrecycling Thermische Verwertung Makromoleküle werden verbrannt Dampf, Strom Stoffliches Recycling Rohstoff- Makromoleküle unverändert Makromoleküle zerlegt Monomere Re- granulate Fertig- Produkte

D3: Dichtetrennung von Kunststoffen 4. Recycling D3: Dichtetrennung von Kunststoffen Wasser 1 g/cm3 NaCl-Lösung 1,2 g/cm3 1,35 PVC 1,20 Plexiglas 1,05 – 1,15 Polyamid 1,05 Polystyrol 0,90 Polypropylen 0,90 – 0,95 Polyethylen / g/cm3 Kunststoff

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...."