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Kunststoffe Als Kunststoffe bezeichnet man künstlich synthetisierte makromolekulare Verbindung. Sie bestehen aus riesigen Molekülen (Makromolekül/Polymer). →Diese sind aus Monomeren gebildet. Die Einteilung erfolgt nach: Herstellung: -Polykondensation -Thermoplaste -Polymerisation -Duroplaste -Polyaddition -Elastomere Der Polymerisationsgrad gibt die Anzahl der in einem Makromolekül gebundene Monomere an. Makromolekülstruktur: Amorph-ungeordnet Kristallin-geordnet Thermoplaste Eigenschaften -beim erhitzen weich Vernetzung Struktur: Bindung Struktur Beispiele niedermolekulare Grundsteine die reaktive Gruppen besitzen und verformbar -im plastischen Zustand lassen sie sich verformen -behalten beim Abkühlen die gegebene Form bei -haben keine exakte Schmelztemperatur -besteht aus unterschiedlich langen Makromolekülen -lineare oder wenig verzweigte Moleküle -Van-der-Waals-Kräfte |-Dipol-Dipol-Kräfte -Wasserstoffbrückenbindung Makromoleküle |-Teilkristallin und Amorph -Plexiglas, Lineal, Eimer, Frischhalte-Folie Moleküle die sehr viele Molekülgruppen enthalten und sich in seinen Eigenschaften nicht mehr verändern linear verzweigt vernetzt Duroplaste -beim erhitzen schmelzen sie nicht sondern zersetzen sich bei hohen Temperaturen brechen die Bindungen auf und Polymer zerfällt-zerreißt bei zu hoher in kleine Moleküle -sind mechanisch nicht verformbar -hohe Beständigkeit gegen Hitze -engmaschig, drei- dimensionale verzweigte Moleküle -Elektronenpaarbindung -Amorph Stoffe die aus Makromolekülen aufgebaut sind -Steckdosen, Kochlöffel, Lichtschalter Elastomere -verändern bei mechanischer Belastung ihre Form Bindung bleibt erhalten -geht immer wieder in die Ausgangsform zurück mechanischer Belastung oder bei zu viel Wärme Bindungen brechen -sehr hohe Elastizität -weitmaschig, zwei- dimensionale verzweigte Moleküle -Elektronenpaarbindung -Amorph -Matratzen, Schaumstoff, Gummibänder, Reifen Einteilung nach der Syntheseart: Polymerisation Ein einziger Ausgangsstoff, der mindestens eine Doppelbindung enthält keine Nebenprodukte Polymerisation: Unter einer Polymerisation versteht man eine sich vielfach wiederholende gleichschrittige Reaktionsfolge (Kettenreaktion), bei der sich einfache Ausgangsstoffe (Monomere) über reaktive Doppelbindungen miteinander verbinden. In der stark exothermen Reaktion werden keine Nebenprodukte abgespalten. R. + Radikalische: Radikale, also reaktive Teilchen die ein freies ungepaartes Elektronenpaar besitzen sind die Initiatoren. H Polykondensation Ausgangsstoffe, die zwei kondensationsfähige funktionelle Gruppen oder Atome enthalten. 1.Startreaktion: Startradikal spaltet die Doppelbindung des Monomers. H X H X C=C R-C-C. HH H Nebenprodukte (H2O, HCl, NH2) | keine Nebenprodukte H X R-C-C + n C=C HH H H Polyaddition Ausgangsstoffe, die beide zwei funktionelle...
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Gruppen enthalten, mindestens eines der Monomere besitzt eine Doppelbindung H X 2.Kettenwachstum: Neues Radikal reagiert mit weiterem Monomer. H X]H X I R-C-C-C-C I I H HH H n 3.Abbruchreaktion: Zwei Radikale werden miteinander kombiniert. [H X]H X X H[XH] R-C-C-C-C+•C-C÷C-C-R H HH H H HH H n m X Werkstoff H Polyethylen (PE) Cl Polyvinylchlorid (PVC) CN Polyacrylnitril (PAN) Polystyrol (PS) H XH X X HX H ||||||| R-C-C-C-C-C-C-C-C-R I [HH]H H H H H H n m A Die Abbruchreaktion erfolgt rein statisch und daher bilden sich Makromoleküle unterschiedlicher Kettenlänge. Ionische: Ionen sind die Initiatoren. Kationen (+) oder Anionen (-) verursachen Abbruch. Kationische: Initiator sind Brönstedt-Säuren. Die Säure bindet zunächst ein Wassermolekül, wobei ein Proton freigesetzt wird. 1.Kettenstart: H_H C=C H* + H X 2.Kettenwachstum: HH H-C-C + n C=C H X H X + 3.Kettenabbruch: [H HH H I H-C-C-C-C + B I I H XH X n H H 1.Kettenstart: H H B + C=C H Anionische: Initiator sind Brönstedt-Basen. X 2.Kettenwachstum: H H II_ H H B-C-C + n C=C H X H X 3.Kettenabbruch: [н н]н н I + B-C-C-C-C + H I H XH X n HH TL + H-C-C+ H X HHHH H-C-C-C-C H XH X HH H-C-C-C-C-B [H XH X n HH B-C-C H X + [H₂H]H H ||||I B-C-C÷C-C |H X|H X n [H₂H]H H B-C-C-C-C-H I I I Lu H X|H X n Wichtige Polymere: Polyethylen/Polypropylen: Flaschen, Rohre, Folien... Polyvinylchlorid: Fußböden, Fasern, Rohre... Polystyrol: Haushaltsgeräte, Verpackungen... Polyacrylnitril: Textilfasern Polyethen: Durch Variation der Reaktionsbedingungen wie Temperatur und Druck sowie durch die Verwendung eines Katalysators lassen sich zwei verschiedene Arten von Polyethylen herstellen: Struktur Dichte Polymerisations- grad Hochdruck-Polyethen Niederdruck-Polyethen B MON amorph Schmelztemperatur etwa 100 Grad niedrig: 0,92-0,94g/cm3 200-2000 Monomere Diol: 1. Veresterung O O || || H-O-C-R-C-O-H + H-O-R‘-O-H Diamin: H Polykondensation: Bei der Polykondensation werden Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen zu Makromolekülen durch Kondensationsreaktionen verknüpft. Dabei werden niedermolekulare Nebenprodukte abgespalten (H₂O, HC1, NH2). Werden bifunktionelle Monomere (2 funktionelle Gruppen) eingesetzt entstehen Thermoplaste und bei polyfunktionellen Gruppen erhält man Duroplaste. 2. Vielfache Wiederholung der Veresterung O O H-Ō-C-R-C-Ō-R‘-Ō-H - (n-1) H₂O H-Ō-R-Ō-H (2 Hydroxygruppen) H N-R-N (2 Aminogruppen) H H Wichtige Polykondensate: Polyester (PET) Dicarbonsäure+Diol kristallin Polycarbonate (PC) Polyamide (Nylon/Perlon) Dicarbonsäure+Diamin → Amidbindung: -CO-NH- hoch: 0,94-0,96g/cm3 7000-180000 Monomere etwa 120 Grad -H₂O O O H-Ō-C-R-C-Ō-R‘-Ō-H To o 0-C-R-C-Ō-R H-O -R-O-H Polykondensation(ausführlich): H H I + IN-R₂-NI 10 O C-R1-C+ HO 10 10 H H +1 C-R₁-C-N-R₂-N₁ 11 HO IŌ HO ОН Н ¹0 HÓ I IOI H H I H Ō H H I C-R₁-C-N-R₂-N₁ innermolekulare Protonenumlagerung HH T ¹0-H I H H nucleophiler Angriff durch das freie Elektronenpaar am Aminostickstoff OH H || ī I C-R1-CN-R2-N₁ + H₂O Kondensationsschnitt Additionsschnitt H Nucleophiler Angriff: (Polykondensation & Polymerisation) HH I H-C-C¬Br¹ + ¹0-H → H-C-C-0-H + ¹Br¹ I IG HH HH Nucleophile Teilchen sind negativ geladene Ionen oder Moleküle mit Elektronenüberschuss, z.B. freie Elektronenpaare (Elektronendonatoren). Sie greifen den Reaktionspartnern an Stellen niedriger Elektronendichte, also im Bereich positiver Ladung oder Partialladung an.
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