Polycarbonat (z.B. CD) aus Phosgen und einem Diol (z.B. Bisphenol A)

Silicone

Durch Hydrolyse von Dimethyldichlorsilan (und Methyltrichlorsilan) bildet sich das entsprechende Silanol, das durch Wasserabspaltung (Polykondensation) Silicon bildet:

Vorteil der Silicone:

• Temperaturbeständigkeit

• Alterungsbeständigkeit

• Körperverträglichkeit

Verwendungsmöglichkeiten

• Schläuche

• Kosmetika, Implantate

• Bautenschutzmittel

• Kabelisolierungen

Polyaddition

Polyaddition: Bildung von Makromolekülen durch Verknüpfung mehrfunktioneller Monomere ohne Austritt von Wasser, dafür Wanderung eines Protons bei jedem Reaktionsschritt.

Polyurethane

Alkohol  Isocyanat        Urethan

Addition von mehrfunktionellen Alkoholen (z.B. Glycol) mit mehrfunktionellen Isocyanaten:

Versuch: Herstellung eines Polyurethan-Schaumpilzes

Schaumstoff entsteht durch Zusatz von Wasser zur Alkoholkomponente. Wasser reagiert mit Isocyanat unter CO2-Entwicklung, dieses Gas bläht den sich bildenden Kunststoff auf:

R-N=C=O  +  H-O-H  ->  R-NH₂  +  CO₂

anderes Beispiel: Polyoxymethylen durch Polyaddition von Methanal

Struktur und Eigenschaften (Pr): Thermoplast, Duroplast, Elastomer

Versuche: Verhalten von Thermoplasten und Duroplasten beim Erhitzen

Thermoplaste :werden beim Erhitzen plastisch und lassen sich verformen

Beispiele:

PE, PP, PS, PVC

Erklärung:

Zwischen den Molekülfäden wirken nur geringe Kräfte. Die ineinander verfilzten, aber nicht miteinander verbundenen Molekülfäden können sich durch Wärmeschwingungen voneinander freimachen. Erwärmt lassen sie sich daher verformen.

Elaste: Die Form kehrt nach Dehnung, auch bei hohen Temperaturen, wieder in den Ausgangszustand zurück.

Beispiele: natürliche und synthetische Gummistoffe

Erklärung: Die Molekülketten sind an einigen Stellen kovalent verknüpft, sie können sich daher nicht vollständig voneinander lösen, sondern das Knäuel sucht immer wieder, auch wenn es stark gedehnt worden ist, wieder in der Ausgangszustand zurückzukehren.

/* Natur- und Synthesekautschuk

Durch Vulkanisieren entsteht aus Kautschuk mit vorwiegend plastischen Eigenschaften ein Gummi mit vorwiegend elastischen Eigenschaften. Dies wird durch Vernetzung erreicht: Erhitzen mit 3 - 5 % Schwefel -> Bildung von Brücken (bei höherem Schwefelgehalt entsteht Hartgummi!):

-C-S-S-C-     -C-S-C-

Naturkautschuk: 1.4-cis-Polyisopren

Isopren: CH2=C(CH3)-CH=CH2

/* Silicone, Siliconkautschuk

Herstellung aus Dimethylsiloxan. Vorteile: Temperaturbeständig bis 200°C, Alterungsbeständigkeit. Nachteil: etwas geringere Elastizität

...-O-Si(CH₃)₂-O-Si-O-Si(CH₃)₂-O-Si-...    (Gerüst: -O-Si-O-Si-)

Duroplaste: Harte, starre Kunststoffe, die beim Erhitzen weder plastisch noch flüssig werden.

Beispiel: Phenol-Formaldehyd-Kunstharz

Erklärung: Durch engmaschige Vernetzung über zahlreiche Querverbindungen geht die Elastizität verloren. Wärmeschwingungen sind weitgehend blockiert. Der Kunststoff ist nach der vollen Aushärtung nicht mehr verformbar.

Struktur von Thermoplasten

Polyethylen PE: teilkristallin 

-> milchig durchscheinend

Zwischen kristallinen Bereichen liegen amorphe Abschnitte (teilkristalline Ordnung). Die kristallinen Bereiche besitzen hohe Festigkeit, die ungeordneten Elastizität. PE vereinigt daher Festigkeit mit federnder Elastizität. Der Kunststoff erscheint milchig getrübt, da sich kristalline und amorphe Bereiche in Dichte und Brechungsindex unterscheiden.

Polystyrol PS: sperrige Seitenketten

-> große Phenylgruppe behindert die Beweglichkeit der Molekülfäden stark - daher kaum kristallisiert - PS ist hart und spröde und glasklar - wegen niedriger Erweichungstemperatur geeignet für Schaumstoffe

Polyvinylchlorid PVC: Dipolkräfte

-> zusätzlicher Zusammenhalt - höhere Erweichungstemperatur - Schmelze mit kautschukartiger Zähigkeit, weil die Ketten zwar in sich beweglich, die Dipole aber nicht unwirksam werden.

Verhalten zu Lösemitteln: beständig gegenüber unpolaren (Kohlenwasserstoffe) und stark polaren Lösungsmitteln, dagegen Quellung in Lösungsmitteln mit mittlerem Dipolcharakter. Prinzip: Ein Stoff kann durch die gleichen Kräfte getrennt werden, die seinen Zusammenhalt bewirken.

Weichmacher: PVC wird durch Einbau von Weichmacher-Molekülen gummiartig elastisch. Weichmacher sind z.B. schwerflüchtige Ester mehrwertiger Säuren (Phthalsäure) mit langkettigen Alkoholen (Decanol).

Bei dieser Weichmachung werden die starren Dipol-Dipol-Assoziate getrennt und durch bewegliche Weichmacher-Dipole wieder verknüpft (Abschirm- und Scharnier-Effekt).

Weichmacher können leicht herausgelöst werden, daher ist Weich-PVC gegen Lösungsmittel empfindlich.

Versuch: Entfernen des Weichmachers aus Weich-PVC

Durchführung: Ein Streifen Weich-PVC wird in mehrfach gewechseltem, heißem Methanol geschüttelt, dann zwischen Filtrierpapier getrocknet.

Ergebnis: Das mit Methanol behandelte Weich-PVC ist deutlich spröder als ein unbehandeltes Vergleichsstück.

/* Herstellung von Kunstfasern:

Schmelzspinnverfahren: Das Polymere wird geschmolzen und unter hohem Druck durch Spinndüsen gepreßt. Es erstarrt beim Abkühlen zu dünnen Fäden

Naßspinnverfahren: Dabei wird das Lösungsmittel im Wasser aufgelöst

Versuch: Darstellung von Fäden aus Polyacrylnitril

Durchführung: Man stellt eine etwa 8%ige Spinnlösung her, indem man 0,5 g Polyacrylnitril in 5 ml Dimethylformamid in einem Rg löst. Diese Lösung drückt man mit Hilfe einer Injektionsspritze, deren Kanüle nicht zu eng sein darf, in ein wassergefülltes Gefäß.

Ergebnis: Die Lösung erstarrt beim Verlassen der Kanüle zu einem Faden, der gefasst und vorsichtig abgezogen wird. Da die Versuchsbedingungen erheblich von den Vorschriften des technischen Verfahrens abweichen, hat der Faden nur eine unzureichende Festigkeit. Er läßt sich auch nicht verstrecken.

Trockenspinnverfahren: Die Lösung wird in einen heißen Gasraum gepresst

Versuch: Verstrecken einer PE-Folie: Die zuvor wirr durcheinanderliegenden Molekülfäden werden parallel angeordnet.

Textilveredlung:

Texturieren: Die zuvor glatte Faser wird flauschig gekräuselt

Thermofixieren: Formung bei hoher Temperatur, bleibt beim Abkühlen dauerhaft erhalten, z.B. Falten
 

Ionenaustauscher enthalten an festen Träger gebundene, zum Austausch fähige Gruppen (= Ankergruppen). An die Stelle der Gegenionen A treten die Gegenionen B.

Nach Art der Gegenionen unterscheidet man Kationen- und Anionenaustauscher

stark sauer: Sulfonsäuregruppe -SO3H

schwach sauer: phenolische OH-Gruppe

schwach basisch: Aminogruppe -NH2

stark basisch: Trialkylamin-Gruppe -NR3+

Vollentsalzung des Wassers durch Hintereinanderschaltung eines Kationen- und eines Anionenaustauschers -> Kationen werden gegen Protonen, Anionen gegen Hydroxidionen ausgetauscht, beide vereinigen sich zu Wasser.

Ist das Polyelektrolytgerüst in einem Kationenaustauscher mit Oxoniumionen beladen, so können bei neutraler Reaktion die Oxoniumionen gegen Kationen der vorbeiströmenden Lösung ausgetauscht werden.

Sind alle Gegenionen A durch die Gegenionen B ersetzt, so ist die Austauschkapazität des Ionenaustauschers erschöpft, er muß regerneriert werden.

Regenerieren des erschöpften Kationenaustauschers mit Säuren, eines erschöpften Anionenaustauschers entsprechend mit Lauge.

Torfmoos Sphagnum als Ionenaustauscher - Hochmoor

Aufgaben zur Chemie der Kunststoffe

* Was versteht man unter einem Kunststoff?

** Welche strukturelle Voraussetzung müssen Monomere besitzen, damit räumlich vernetzte Makromoleküle entstehen können?

*** Bei der Polymerisation eines Monomeren vom Typ CH₂=CH-X treten auch verzweigte Polymerketten auf. Überlegen Sie sich einen möglichen Entstehungsmechanismus.

*** Monomere vom Typ CH₂=CH-X können auch durch Zugabe von Säuren (Protonendonatoren) polymerisiert werden. Stellen die Start- und die Wachstumsreaktion mit Strukturformeln dar.

** Die folgenden Strukturformeln zeigen Ausschnitte aus Kunststoffmolekülen. Geben Sie Strukturformeln und Namen der Monomeren an und nennen Sie den Typ der Polyreaktion.

...-CCl₂-CH₂-CCl₂-CH₂-CCl₂-CH₂-...

...-CO-(CH₂)₄-CO-NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₄-...

 ...-CH₂-CH(C₆H₅)-CH₂-CH(C₆H₅)-....

...-NH-(CH₂)₄-NH-CO-O-(CH₂)₄-O-CO-NH-(CH₂)₄-...

 ...-CF₂-CF₂-CF₂-CF₂-..

Aus Styrol wird durch Polymerisation Polystyrol hergestellt

a) Stellen Sie für diese Reaktion den Reaktionsmechanismus mit Strukturformeln auf.

b) Als Starter für die Polymerisation wird Dibenzoylperoxid verwendet. Warum ist der vielfach verwendete Ausdruck "Dibenzoylperoxid wirkt als Katalysator" nicht korrekt?

c) Warum schmilzt Polystyrol nicht bei einer ganz bestimmten Temperatur?

d) Styrol polymerisiert nach längerer Zeit in der Aufbewahrungsflasche, auch ohne Zugabe eines Starters. Stellen Sie Überlegungen an, wie das möglich ist.

e) Welchen Einfluss auf Struktur und Eigenschaften des Polystyrols hat ein Zusatz von p-Divinylbenzol CH₂=CH-C₆H₄-CH=CH₂ zum Styrol vor der Polymerisation?

f) Welchen Einfluss auf Struktur und Eigenschaften des Polystyrols hat eine Erhöhung der Starterkonzentration?

Aus einem Diisocyanat und einem Diamin kann durch Polyaddition ein Kunststoff hergestellt werden. Stellen Sie für diese Reaktion eine mögliche Strukturformelgleichung auf.