Kunststoffe: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 18. Januar 2017, 17:18 Uhr

Übersicht

„Als Kunststoff (umgangssprachlich: Plastik oder Plaste) bezeichnet man einen Festkörper, dessen Grundbestandteil synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte Polymere mit organischen Gruppen sind.“ (Def. Wikipedia)

Kunststoffe allgemein

• Kunststoffe werden entweder vollsynthetisch (auf der Basis von Erdölprodukten) oder durch Umwandlung von hochmolekularen Naturstoffen (Proteine, Cellulose) hergestellt

• Ein Werkstoff aus Millionen sehr langer, ineinander verschlungener Molekülketten, die aus sich stets wiederholenden Grundeinheiten (Monomere) zusammengesetzt sind

• Sie haben eine geringe Dichte, die mit maximal 2,2g/cm³ nur etwa halb so groß wie die Dichte von Porzellan oder Glas ist

• Sie gehören deshalb zu den leichtesten Werkstoffen

• Sie zeigen ein gutes Isoliervermögen

• Ihre Eigenschaften kann man größtenteils, durch die Wahl der Ausgangsstoffe, für die Zielbestimmung festlegen

Hauptgruppen

Man unterscheidet die große Anzahl von Kunststoffen mit verschiedenen Eigenschaften in der Regel durch ihr Verhalten beim Erwärmen, welches sich durch die Struktur erklären lässt.

Hierbei teilt man die Kunststoffe in 3 verschiedene Unterarten:

• Duroplaste
• Elastomere
• Thermoplaste

Die Struktur der Stoffe könnt ihr hier sehen

Thermoplaste

• bestehen aus unvernetzten, fadenförmigen oder wenig verzweigten Makromolekülen

• beim Erwärmen werden sie leicht formbar

• gehen in einem großen Temperaturintervall vom weichen in den flüssigen Zustand über

• Beispiele sind: Polyamid, Polycarbonat, Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polystyrol

Duroplaste

• ihre Schmelztemperatur liegt über der Zersetzungstemperatur

• daher: beim Erhitzen verkohlen sie oder zersetzen sich

• bestehen aus stark vernetzten Makromolekülen

• sind relativ hart und spröde
• Beispiel: Polyester

Elastomere

• sind schwach vernetzte Makromoleküle
• lassen sich durch Zug und Druck verformen, doch kehren Dank ihrer hohen Elastizität immer in die Ursprungsform zurück
• dehnen sich bei Kälte aus
• typisches Beispiel ist Silicon

Herstellung von Kunststoffen

 Media:Herstellung_von_Kunststoffen_Audio.doc

Bei der Synthese von Kunststoffen geht man allgemein von kleinen Molekülen aus. Diese Monomere sind die Bausteine für die Bildung kettenförmiger oder netzförmiger Makromoleküle. Die Monomere müssen Mehrfachbindungen oder mindestens zwei funktionelle Gruppen besitzen. Ringförmige Monomere können durch Ringöffnung Makromolekühle bilden. Die Verknüpfung zu Polymeren kann je nach Art der Monomere durch 3 verschiedenartige Polyreaktionen erfolgen:

• Polykondensation
• Polymerisation
• Polyaddition

Recycling

Bei Kunststoffen besteht heutzutage ein großes Umweltproblem, da diese Stoffe in der Regel verrottungsfest sind. Daher belasten sie die immer kleiner werdenden Deponieräume. Weiterhin besitzen diese Stoffe auch nach Benutzung einen hohen Energie- und Rohstoffgehalt. Daher versucht man, diese Stoffe zu recyceln. Heutzutage verwandet man normalerweise drei verschiedene Methoden dazu:

Werkstoffliches Recycling

• Alte Kunststoffabfälle werden sortiert, zerkleinert und geschmolzen
• Diese „Schmelze“ wird zu der laufenden Kunststoffproduktion zugegeben.

Problematik: Bei verschmutzen und gemischten Ks.abfällen nur begrenzt möglich, da man sortenrein arbeiten muss um funktionstätige Kunststoffe herzustellen. Das Sortieren ist aufwendig und teuer und es findet eine Qualitätsminderung des Endproduktes statt.

Rohstoffliches Recycling

• Makromoleküle werden durch Hitze (Cracken) gespalten und so in niedermolekulare Produkte zerlegt.
• Diese Produkte könne weiterverarbeitet werden
• Es fallen keine Sortierkosten an

Problematik: Rohstoffliche Recyclingverfahren verlangen hohen Energieeinsatz und verursachen so hohe Kosten. Die gebildeten Produkte müssen aufwendig getrennt werden. Die erzeugten Produkte müssen neu synthetisiert werden

Thermische Verwertung

• Verbrennung des Kunststoffabfalles
• Die dabei entstehende Energie wird weiter genutzt

Problematik: Keine stoffliche Weiterverwertung. Schadstoffemissionen treten auf. Aufwendige Abgasreinigungsanlagen sind notwendig.

Die allgemeine Recyclingeuphorie von Kunststoffen ist vorbei. Die technischen Schwierigkeiten sind zu groß, und die Produkte aus Rezyklat zu schlecht.

Experimente

Unterscheidung von Kunststoffen

Aufgabe

Es soll herausgefunden werden, aus welchem Kunststoff zwei unterschiedliche Donald-Duck-Figuren hergestellt wurden und eine begründete Auswahl getroffen werden.

MATERIAL

2 Donald-Figuren, Materialien aus den Schränken des Chemieraumes

DURCHFÜHRUNG

Es sollte die Kunststoffart zwei verschiedener Kunststofffiguren bestimmt werden. Dabei standen den Schülern eine Tabelle und die Materialien aus den Schränken bzw. die vom Lehrer bereitgestellten Materialien zure Verfügung. Einzige Prämisse war, dass die Figuren bei dem Versuch nicht beschädigt werden durften.

Unterschieden werden sollten:

PVC und Polystyrol

Dies war den Schülern bekannt:

Bei der Tabelle handelte es sich um eine Zusammenfassung mehrerer Kunststoffe und einiger ihrer Eigenschaften wie Bruchfestigkeit, Dichte, Brennbarkeit und Schmelzbereich.

Auswertung bzw. Beobachtung

Die Schüler sollten darauf kommen, dass zur Unterscheidung der beiden Figuren lediglich die Dichte gebraucht wurde, da sich diese bei beiden Kunststoffen unterschied und bei einer der Figuren dazu führte, dass sie in einem Becherglas mit Wasser auftrieb (Polystyrol). So konnte eine einfache Art der Sortentrennung bei Kunststoffen selbst praktisch von den Schülern durchgeführt werden, ohne dass die Figuren zerstört werden mussten.

weitere Experimente

• Biologisch abbaubare Kunststoffe: Synthese von Polymilchsäure, in: Elemente Chemie 2, Seite 327, Versuch 1
• Eigenschaften von Kunststoffen, in: Chemie? - Aber sicher!, Seite 18-1
• Kunststoffe, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 312, Versuch 1-7
• Kunststoff aus Milch. In: Friedrich Verlag (Hrsg.): Naturwissenschaften im Unterricht Chemie (Zeitschrift), Heft 148, S. 40 (2015).
• Nylonsynthese
• Polyester

• Praktikum Herstellung von Kunststoffen, in: Elemente Chemie 2, Seite 328, Versuch 1-4

Übungen

Chemiebuch

• Elemente Chemie 2, Seite 331: Zusammenfassung und Übungsaufgaben zu Kapitel 9 - Kunststoffe mit Lösungen.

Weblinks

• Kunststoffe als Google-Suchbegriff
• Kunststoffe in der Wikipedia
• Kunststoffe hier in bs-wiki.de mit Google
• Kunststoffe als Youtube-Video
• Kunststoffschweißen
• Prof. Rüdiger Blumes umfangreiche Themenseite mit Experimenten und weitergehenden Infos
• Video zum Thema Kunststoffe auf Youtube Herstellung von Nylon
• BASF: Produkte für Schulen: Experimentierset Kunststoffe mit Skript
• Institut für Polymere, an der ETH Zürich
• Institut für Polymerforschung, Dresden