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Kunststoffe

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 N.Brunsmann
Definition + Einteilung
Kunststoffe = künstlich synthetisierte
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Definition, Kunststoffklassen, Herstellungsverfahren (Polykondensation, Polyaddition, Polymerisation), Verwendung, Verarbeitung

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N.Brunsmann Definition + Einteilung Kunststoffe = künstlich synthetisierte 1 Be ungeordnetes/ Knäuel Statistisches Sehundärstrukturen von Makromolekülen gefaltete Kette sphärolithe (teilkristalline) Bereiche Kristallität von Kunststoffen unverstrecute Faser Grney 3 Kunststoffklassen Unordnung nimmt ab Kristallisations- wärme wird frei makromolekulare Verbindungen organischen Ursprungs ↳ Makromoleküle/Polymere = Riesenmoleküle mit wiederkehrenden Einheiten (Monomere). (nach Staudinger). Eigenschaften Beispiele Anordnung der Moleküle Cottos Kunststoffe verstrecute Faser moooood Helix gestreckte Kette → Verbindung vieler Selundärstrukturen Tertiärstrukturen von Makromolekülen linear (kristallin)/ wenig verzweigt (amorph) amorpher Zustand (völlige Unordnung). →verflochtene ungeordnete Knäule Thermoplaste bei Erwärmen verformbar · elastisch plastischer Zustand" • bei Abkühlung bleibt Form erhalten → Zusammenhalt durch intermolekulare Kräfte (VdW-K, H-Brücken, Dipol-Dipol Flaschen alternativ: hochmolelulare Stoffe, die durch Zusammenfügen von Einzelbau- steinen (Monomeren) hergestellt werden. → Verstrechen: Molekülketten werden in parallele Lage gebracht ↳ für intermolekulare WW günstig Elastomere Reifen teilluistalliner Zustand (linear) ↳ Erhöhung mechanischer Festigkeit aufgrund von Ausbildung weiterer kristalliner Bereiche ↳ verändern bei mechanischer Belastung Form + kehren in ursprünglichen Zustand zurück weitmaschig, 2D- vernetzt Duroplaste nicht verformbar Zersetzung bei Erwärmen engmaschig, 3D-vernetzt Scholo → Vernetzung durch Atombindung Helme Bons N.Brunsmann 2 Herstellungsverfahren Poly kondensation Bedingung der Monomere mind. 2 funktionelle Gruppen Kriterien Kerneigenschaft Mechanismus Beispiel • beide Ausgangsstoffe bifunktionell → linear mind. 1 Ausgangsstoff trifunktionell → 3D-vernetzt Polykondensation (Mechanismus s. S.5) Polykondensate Polyester Reaktionspartner Diol + Dicarbonsäure Beispiel PET (Polyterephtal- säureethylester) •C=C-Doppelbindung H₂0/ Abspaltung kleinerer Moleküle 100 Starfradikal/anionisch/kationisch Veresterung (Additions- Radikalische Substitution. Eliminierungs-Mechanismus) PET, Nylon Polymerisation (Mechanismus s. S. 4) → mind. 1 C=C-Doppelbindung Polyaddition (Mechanismus s. S. 4) → Monomere mit mind. 2 funktionellen Gruppen werden. unter Übertragung von Protonen zu Polymeren verknüpft ↳ Bsp: Polyurethane (Diisocyanat + Diol) →heine Nebenprodulite Start erfolgt durch Radikal/lonen Name Mono- mer H H Polycarbonate Diphenol + Phosgen CD's, medizinische Einmalprodukte Polyethen (PE) Polyvinyl- → heine Nebenprodulite → mehrere Doppelbindungen (z.B. 1,3-Butadien) = hoher Grad an Quervernetzungen C=C Ethen H → Initiatoren (Moleküle, die besonders leicht in Radikale zerfallen) häufig: @1-848-10 Dibenzolperoxid H H H C=C (z.8. H 1 |C/1 Polytetrafluor- Polystyrol chlorid (PVC) ethen (PTFE) (PS) F\ Verwen- Tragetaschen, Bodenbeläge, dungs- Eimer, Rohre, Schläuche, Schallplatten beispiele...

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Mülltonnen (radikalische) Polymerisation Polyesterharze Polyamide Di-/Tri-...-ol + Dicarbonsäure | Diamin + Dicarbonsäure Glycerin + Citronensäure / /F/ Plexiglas, PAN wichtigste Thermoplaste 1 C=C 1 1시 Vinylchlorid Tetrafluor- ethen Typische Monomere Isocyanate R-Ñ=C = 0, H H Styrol C H Polypropen (PP) H 1 H3C Propen Diaminohexan+ Sebacinsäure- chlorid → Nylon Perlon H 1 =C 1 H Rohre, Verpackungen, Dichtungen, Dichtungen, Vorratsdosen, Batteriekästen, Pfannen- Isoliermaterial Schalen auskleidungen Epoxide OH R-C-C-H H Polyacrylnitril (PAN) H V / H C Acrylnitril Polyaddition mind. 2 funktionelle Gruppen (häufig: Isocyanat gruppe (-N=C=0>)) Protonenumlagerung Addition H C Polyurethan (Schaumstoffe, Klebstoffe....) NI Synthesefasern radikalisch Į H 1 H-O-R-O-H H Polymethylmeth- acrylat (PMMA) Diole CH₂ C=C 1 C 11 0 hahionisch anionisch HO RP (elektronen liefernde (elektronenziehende Substituenten) Substituenten) CH3 0 Methacrylsäure- methylester Seltener Sonnenbrillen, Lichtkuppeln, Uhrgläser ionisch ✓.1 Copolymerisation 3 Bildung von Polymeren aus unterschiedlichen Monomeren Arten statistische Copolymere Blockpolymere alternierende Copolymere Pfropf polymere Z.B.: 1. Repeliereinheit ermitteln 2. Kette suchen 3. funktionelle Gruppen suchen (2.1B Carbonylgruppe (-c=0)) / Amidgruppe (-I-H) / Estergruppe (-³5-(-)) 4. Reaktionstyp erschließen ↳ Polyamid ↳ Polyester - C-Atomkette = Polymerisation → C=C-Doppelbindung - Poly-amide +-ester = Polykondensation → Abspaltung (meistens) H₂0 Isocyanate, Epoxide, Diole = Polyaddition → Protonen umtagering Polymerisation Definition verschiedene Monomere reagieren willkürlich miteinander Verknüpfung zwischen einheitlichen Molekülhetten. Ermittlung von Monomeren in Strukturausschnitten von Polylondensaten/Polyaddukten/Polymerisaten H lal- → Doppelbindungen einfügen (21. [+] Beispiele: ABS-Copolymere (Acrylnitril, 1,3-Butadien, Styrol) SBR-Copolymere (Styrol-Butadien-Copolymere) - A-B-A-B-A-B-A-B- Monomersorten wechseln abwechselnd unter Einsatz von Katalysatoren Seitenbetten eines verzweigten Polymers bestehen aus anderen -A-A-A-A-A-A-A- Monomeren als die Haupthette + weiterführende Bindung entfernen H Aufbau Poly kondensation Ⓒ÷3-CH₂-CH₂-2] → funktionelle Gruppen trennen + ergänzen ---------CH₂-CH₂-D-H (mit dem Wissen, dass H₂0 abgespalten wird) z.B.: -A-B-A-A-B-B-B-A- -A-A-A-A-B-B-B-B- Z.B.: {& Polyaddition 1 -17 (CH₂)4 → funktionelle Gruppen trennen + ergänzen EN-TO-CH3 N-C Ad H-O-(CH2-Ô-H N.Brunsmann 1. Start OCENTQCH, TONE CEO, + HO-CHI-CH, ĐH OCENTO CÒN CÔ CHI Desmophen Desmodur 44 (Diphenylmethon -4,4-diisocytanat) (Ethandiol) → Hydroxygruppe des Ethandiols laget sich an das Kohlenstoffatom einer Isocyanatgruppe → Übertragung des Protons vom Alkohol zum Stickstoff-Atom der Isoganatgruppe 2. Kettenwachstum OCENOCH TÔNG-CH, CH →Wiederholung des Prozesses (0=c=Ñ-R-N=C=d₂ + Aufschäumen eines Polyurethans Zugabe geringer Mengen an H₂0 während der Synthese ↳ CO₂ entsteht + bläst Polyurethan masse auf Desmodur 44 2. Kettenwachstum Polyaddition von Polyurethan 1. Startrealtion : Bildung von Monomerradikalen 7-8-5. + CECCENT H Startradikal Acrylnitrit -6- -CH₂-CH₂-H<0=C=ÑOCH₂O=C=O → -C-C-C. HH CENI Polymerisation von PAN 0. Homolytische Spaltung des Startermoleliüls durch Energiezufuhr in Radikale (2.6.: Peroxid) O=C=N-R-N-C → <0 °C=N=R-Ñ´ 6-H H instabile Carbamid säure H CENI 61 3. Abbruchreaktionen (Zusammenschluss von Radikalen) = Rekombination 0=C=ј˜¤³⁄₂--³-³-ë-CH₂-CH₂-R- H H 1 -૦- c-c-c• HH CENI. H C-C-C. 1 HH CENIH CEN ## -o-c- I O'H -N-C-0-CH₂-CH₂-0-C-N-CH₂Ñ=C=0, -N-C-6-CH₂-CH₂-OH H HHH Polyurethan +0=C=0 Kohlenstoffdioxid 0411 00-04|bo| c-c-c- HH CENI HH CENI Startradikal bricht eines der beiden (=C-Bindungspaare auf + bindet an eines der freien Elektronen des nun aktivierten Acrylnitritmonomers Polyacrylnitril mit dem anderen freien Elektron wird die Radikalwirkung an das nächste Acrylnitritmoletul weiter- gereicht → Kette verlängert sich Radikale reagieren miteinander → Stillstand N.Brunsmann Polyhondensation von Polycarbonat 1. Veresterung (nucleophiler Substitutionsmechanismus / Additions-Eliminierungs-Mechanismus). I. Protonierung des Carbonyl-0-Atoms IC CLI Phosgen II nudeophile Addition des alkoholischen 0-Atoms an das Carboliation CH 3 gotos CH3 Bisphenol A 10-H ICE CLI Carboliation II. Protonenumlagerung 10-H | ICI- ICLI H Oxoniumion 10-H 1ā--- H-CLI I Deprotonierung JÕH 19-1-0- CH3 II. Eliminierung von Chlorwasserstoff CH3 H CH3 2. Kettenwachstum CH 3 CH3 10-H ICC CI Carbobation -O-H -O-H 10-H -O-H ≥ 14-6-0- H 10-H 2141-4-0 ∙10-H ICI--0- H-CLI + H-CLI = + (weitere Reaktionen mit alternierender. Anordnung (ABABAB) →→Polycarbonat (CLI H Oxoniumion CH3 CH 3 CH3 CH3 Phosgen -O-H -O-H Proton im Katalysator greift an Doppelbindung des Sauerstoff- atoms an + bildet eine neue Elektronenpaarbindung zum Sauerstoff aus →Carbohation entsteht intermolekulare Wanderung des Protons: ↳ Wasserstoff am positiv geladenem 0-Atom bindet an freiem Elektronenpaar des Chlor-Atoms → dieses erhält positive Ladung + H-CLI Bisphenol A (rotor) CH3 freies Elektronenpaar des Sauerstoffes aus dem Bisphenol A-Molehül tritt in WW mit Carbohation → Oxonium-lon entsteht CH3 CH 3 ciotor ya - florofie iા CLI CH3 Phosgen Elektronenpaarbindung zwischen C-+ Cl-Atom klappt zum Chlor-Atom, welches sich als Chlor- wasserstoff abspaltet + H-CLI + n á Anh . Zeitgleich wird ein Proton von Elektronenmangel aufgrund am Kohlenstoff abgespalten Dieser Prozess wiederholt sich, wodurch die Polymerliette an. Länge zunimmt ↳ Polycarbonat entsteht

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Ermittlung von Monomeren in Strukturausschnitten von Polylondensaten/Polyaddukten/Polymerisaten H lal- → Doppelbindungen einfügen (21. [+] Beispiele: ABS-Copolymere (Acrylnitril, 1,3-Butadien, Styrol) SBR-Copolymere (Styrol-Butadien-Copolymere) - A-B-A-B-A-B-A-B- Monomersorten wechseln abwechselnd unter Einsatz von Katalysatoren Seitenbetten eines verzweigten Polymers bestehen aus anderen -A-A-A-A-A-A-A- Monomeren als die Haupthette + weiterführende Bindung entfernen H Aufbau Poly kondensation Ⓒ÷3-CH₂-CH₂-2] → funktionelle Gruppen trennen + ergänzen ---------CH₂-CH₂-D-H (mit dem Wissen, dass H₂0 abgespalten wird) z.B.: -A-B-A-A-B-B-B-A- -A-A-A-A-B-B-B-B- Z.B.: {& Polyaddition 1 -17 (CH₂)4 → funktionelle Gruppen trennen + ergänzen EN-TO-CH3 N-C Ad H-O-(CH2-Ô-H N.Brunsmann 1. 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Abbruchreaktionen (Zusammenschluss von Radikalen) = Rekombination 0=C=ј˜¤³⁄₂--³-³-ë-CH₂-CH₂-R- H H 1 -૦- c-c-c• HH CENI. H C-C-C. 1 HH CENIH CEN ## -o-c- I O'H -N-C-0-CH₂-CH₂-0-C-N-CH₂Ñ=C=0, -N-C-6-CH₂-CH₂-OH H HHH Polyurethan +0=C=0 Kohlenstoffdioxid 0411 00-04|bo| c-c-c- HH CENI HH CENI Startradikal bricht eines der beiden (=C-Bindungspaare auf + bindet an eines der freien Elektronen des nun aktivierten Acrylnitritmonomers Polyacrylnitril mit dem anderen freien Elektron wird die Radikalwirkung an das nächste Acrylnitritmoletul weiter- gereicht → Kette verlängert sich Radikale reagieren miteinander → Stillstand N.Brunsmann Polyhondensation von Polycarbonat 1. Veresterung (nucleophiler Substitutionsmechanismus / Additions-Eliminierungs-Mechanismus). I. Protonierung des Carbonyl-0-Atoms IC CLI Phosgen II nudeophile Addition des alkoholischen 0-Atoms an das Carboliation CH 3 gotos CH3 Bisphenol A 10-H ICE CLI Carboliation II. 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Anordnung (ABABAB) →→Polycarbonat (CLI H Oxoniumion CH3 CH 3 CH3 CH3 Phosgen -O-H -O-H Proton im Katalysator greift an Doppelbindung des Sauerstoff- atoms an + bildet eine neue Elektronenpaarbindung zum Sauerstoff aus →Carbohation entsteht intermolekulare Wanderung des Protons: ↳ Wasserstoff am positiv geladenem 0-Atom bindet an freiem Elektronenpaar des Chlor-Atoms → dieses erhält positive Ladung + H-CLI Bisphenol A (rotor) CH3 freies Elektronenpaar des Sauerstoffes aus dem Bisphenol A-Molehül tritt in WW mit Carbohation → Oxonium-lon entsteht CH3 CH 3 ciotor ya - florofie iા CLI CH3 Phosgen Elektronenpaarbindung zwischen C-+ Cl-Atom klappt zum Chlor-Atom, welches sich als Chlor- wasserstoff abspaltet + H-CLI + n á Anh . Zeitgleich wird ein Proton von Elektronenmangel aufgrund am Kohlenstoff abgespalten Dieser Prozess wiederholt sich, wodurch die Polymerliette an. Länge zunimmt ↳ Polycarbonat entsteht