„Als Kunststoff (umgangssprachlich: Plastik oder Plaste) bezeichnet man einen Festkörper, dessen Grundbestandteil synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte Polymere mit organischen Gruppen sind.“(Def. Wikipedia)
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== Kunststoffe allgemein ==
* Kunststoffe werden entweder vollsynthetisch (auf der Basis von Erdölprodukten) oder durch Umwandlung von hochmolekularen Naturstoffen ([[Proteine]], [[Cellulose]]) hergestellt
* 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 ([[Monomer]]e) 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
* 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.
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:
* gehen in einem großen Temperaturintervall vom weichen in den flüssigen Zustand über
* Beispiele sind: [[Polyamid]], Polycarbonat, [[Polyethylen]], Polyvinylchlorid und [[Polystyrol]]
[[Bild:Steckdose.jpg|thumb|150px|Ein Beispiel für Duroplaste: die Steckdose]]
=== Duroplaste ===
* Ihre ihre Schmelztemperatur liegt über der Zersetzungstemperatur
* Daherdaher: beim erhitzen Erhitzen verkohlen sie oder zersetzen sich
* bestehen aus stark vernetzten Makromolekülen
* sind Relativ relativ hart und Sprödespröde* Typisches Beispiel ist Polycarbonat (CDs): [[Polyester]]
* sind schwach vernetzte Makromoleküle* lassen sich durch Zug und Druck verformen, doch kehren dank Dank ihrer hohen Elastizität immer in die Ursprungsform zurück
* dehnen sich bei Kälte aus
* Typisches typisches Beispiel ist Silikon<br />[[Silicon]]
== Herstellung von Kunststoffen ==
[[Media:Herstellung_von_Kunststoffen_Audio.doc]]
Bei der [[Synthese ]] von Kunststoffen geht man allgemein von kleinen Molekülen aus. Diese Monomere [[Monomer]]e 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: durch Polykondensation Polymerisation oder durch Polyaddition.=== Polykondensation ===Bei der Polykondensation geht man von Monomeren mit zwei funktionellen Gruppen im Molekül aus. Als funktionelle Gruppen eignen sich Hydroxyl-Gruppen, Carboxyl-Gruppen und Amino-Gruppen. Die Verknüpfung erfolgt zunächst zu Dimeren, woraus durch weitere Kondensation schließlich Makromoleküle entstehen. Bei jedem Reaktionsschritt spaltet sich dabei aus zwei miteinander reagierenden funktionellen Gruppen ein kleineres Molekül ab.Die * [[Polykondensation von bifunktionellen Monomeren führt zu linearen, thermoplastischen Makromolekülen. Aus trifunktionellen Molekülen bilden sich dreidimensional vernetzte, duroplastische Makromoleküle. Die nach diesem Reaktionstyp gebildeten Kunststoffe nennt man Polykondensate ]]=== * [[Polymerisation === ]]Bei der Polymerisation geht man von ungesättigte Monomeren aus. Als funktionelle Gruppen reagieren C=C-Zweifachbindungen. Die Reaktion verläuft als Kettenreaktion und wird durch Initiatoren wie Radikale und Ionen ausgelöst. Bei der Reaktion eines Monomeren mit einem Radikal entsteht ein neues Radikal. Durch Anlagerung weiterer Monomere wird die Kette verlängert. Die Kettenlänge kann durch Zugabe von Regler-Molekülen beeinflusst werden. Bei der Polymerisation bilden sich meist lineare oder wenig verzweigte Makromoleküle aus. Es sind thermoplastische Kunststoffe, die man als Polymerisate bezeichnet.=== * [[Polyaddition === Die Verknüpfung der Monomere kann auch über Endgruppen erfolgen, die Additionsreaktionen eingehen. Dies setzt voraus, dass die funktionellen Gruppen einer Molekülsorte Zweifachbindungen besitzen, an die sich die funktionellen Gruppen einer anderen Molekülsorte addieren lassen. Im Gegensatz zur Polykondensation werden bei der Poladdition keine kleineren Moleküle abgespalten. Bifunktionelle Monomere führen zu Thermoplasten, trifunktionelle Monomere ergeben Duroplaste. Durch Polyaddition gebildete Kunststoffe heißen Polyaddukte.''(siehe:Chemie Heute S.301)'']]
== 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:
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.
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: ===
* Makromolekühle 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 mit Kunststoff ===== Experiment 1: Nylonsynthese === Arbeitsblatt: [[Media:Kunststoffexperimente.pdf ]] Video zum Experiment: [http://www.youtube.com/watch?v=Xy-aYOp5aE0 Herstellung von Nylon]'''CHEMIKALIEN und SICHERHEITSRATSCHLÄGE'''{| {{Tabelle}}|- style="background: #DDFFDD;"! Stoff! [[R-Sätze|R-]]&[[S-Sätze|S-Sätze]]! |-! style="background: #FFDDDD;"|Hexamethylendiamin| ''R 21/22-34-37 S (1-2)-22-26-36/37/39-45 E 10''| [[Bild:Pfeil.gif]] [[Bild:C-300.jpg | 100px]]|-! style="background: #FFDDDD;"|Adipinsäuredichlorid| ''R 34 S 26-36/37/39-45 E 15-2''| [[Bild:Pfeil.gif]] [[Bild:C-300.jpg | 100px ]]|-! style="background: #FFDDDD;"|[[Hexan|Hexan]] | ''R 11-38-48/20-51/53-62-65-67 S (2)-16-22-24-47 E 10'' | [[Bild:Pfeil.gif]] [[Bild:Xn-300.jpg | 100px]] [[Bild:F-300.jpg | 100px]] [[Bild:N-300.jpg | 100px]]|-! style="background: #FFDDDD;"|[[Phenolphthalein|Phenolphthaleinlösung]]| ''R 40 S 36-37''| [[Bild:Pfeil.gif]] [[Bild:Xn-300.jpg | 100px]]|-! style="background: #FFDDDD;"|Destilliertes Wasser| --------| --------|}Dieses Experiment sollte mit Schutzbrille und -handschuhen durchgeführt werden und kann, zur Schonung der Schüler, da ein ziemlich strenger Geruch entsteht, unter einem Abzug gemacht werden. Die Abfälle müssen artengemäß korrekt entsorgt werden, da sie ein Umweltrisiko darstellen können.'''MATERIAL'''3 Bechergläser (100ml), Kleiner Trichter, zwei Glasstäbe, Pinzette, Akku-Schrauber, Messer und Einwegspritze [[Bild:Materialien_nylon.jpg]]'''DURCHFÜHRUNG'''Man spannt den Glasstab in einen Akku-Schrauber und stellt diesen so neben eines der Bechergläser, dass sich der Glasstab über diesem befindet.Nun setzt man in zwei Bechergläsern folgende Lösungen an:Füllt 50mL Hexan in das erste Becherglas und gebt z.B. mittels Einwegspritze 2 ml Adepinsäurechlorid hinzu. [[Bild:Mischen_von_loesung_1.jpg]]Füllt nun 50mL Wasser in das zweite Becherglas und gebt Hexamethlylendamin hinzu. Das Hexamethlylendamin ist bei Raumtemperatur im Festzustand und hat eine eisähnliche Konsistenz, es muss daher normalerweise mit einem Messer leicht zerstoßen werden, um es zu benutzen. [[Bild:Stößeln_feststoff.jpg]] [[Bild:Mischen_von_loesung_2.jpg]]Nun müssen noch einige Tropfen Phenolphthalein (zur späteren besseren Unterscheidung der beiden Lösungen) hinzugegeben werdenZur besseren Lösung der Stoffe in beiden Bechergläsern, sollte man sie jeweils mit einem Rührstab vermischen[[Bild:Rühren_loesung_2.jpg]]Kurz gefasst:{| {{Tabelle}}! Lösung 1! Lösung 2|-| 2 ml Adipinsäuredichlorid| 2 g Hexamethylendiamin|-| in 50 ml Hexan| in 50 ml Wasser|-| | Einige Tropfen Phenolphthalein |}Anschließend gibt man die Lösung 2 in das dritte Becherglas.Nun schichtet man langsam und vorsichtig (die Lösungen dürfen sich nicht vermischen) die Lösung 1 mit einem Trichter auf Lösung 2 in das Becherglas.Es bildet sich zwischen den Lösungen eine dünne Schicht, die man nun mit der Pinzette aus dem Glas ziehen kann, um den daraus entstandenen Faden um das Glasstäbchen des Schraubers zu wickeln. Nun kann man mit dem Schrauber vorsichtig weiteren Faden aus den Flüssigkeiten gewinnen. [[Bild:faden_herstellung.jpg]]'''Auswertung'''Adipinsäuredichlorid und Hexamethylendiamin werden durch die Lösemittel Hexan und Wasser gelöst und treffen an der Grenzschicht aufeinander, es kommt zu einer Polykondensationsreaktion zwischen dem Adipinsäuredichlorid und dem Hexamethylendiamin. Nun spaltet sich Chlorwasserstoff ab und es entsteht der Polyester Nylon, der verschiedene Kettenlängen aufweist.[[Bild:Nylonsynthese.gif]]=== Experiment 2: Unterscheidung von Kunststoffen ===
=== Unterscheidung von Kunststoffen ===
'''Aufgabe'''
Es sollte herrausgefunden soll herausgefunden werden , aus Welchem welchem Kunststoff zwei unterschiedliche Donald -Duck -Figuren gemacht waren hergestellt wurden und eine begründete Auswahl begründe auswahl getroffen werden.Bildet dazu Gruppen.
'''MATERIAL'''
2 Donald -Figuren, Materialien aus dem den Schränken des Chemieraumes
[[Bild:Donald_figuren.jpg]]
'''DURCHFÜHRUNG'''
Es sollten von sollte die Kunststoffart zwei verschiedene verschiedener Kunststofffiguren die Kunststoffart bestimmt werden. Dabei hatten die Schüler standen den Schülern eine Tabelle und die Materialien aus den Schränken bzw. die vom Lehrer zur bereitgestellten Materialien zure Verfügung gestellten zum überprüfen. Einzige Prämisse war, dass die Figuren bei dem Versuch nicht beschädigt werden durften.
Unterschieden werden sollten:
PVC und PolystyrolStyrol-TPE
''Dies war den Schülern bekannt:''
Bei der Tabelle handelte es sich um Eine eine Zusammenfassung Mehrerer 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 (PolystyrolStyrol-TPE). So konnte eine einfache Art der Sortentrennung bei Kunststoffen selbst praktisch von den Schülern durchgeführt werden, ohne dass die Figuren zerstört werden mussten.
[[Bild:Donald_figuren_unter_wasser.jpg]]
[[Kategorie:Experiment]]
=== weitere Experimente ===
{{Ex-ec|327|1|Biologisch abbaubare Kunststoffe: Synthese von Polymilchsäure}}
{{chas|18-1|Eigenschaften von Kunststoffen}}
{{Ex-ch|312|1-7|Kunststoffe}}
{{NiU|148|40 (2015)|Kunststoff aus Milch}}
* [[Nylon]]synthese
* [[Polyester]]
{{Ex-ec|328|1-4|Praktikum Herstellung von Kunststoffen}}
{{cb|224|298|305}}
== Übungen ==
{{ueb|9|331|09|Kunststoffe}}
{{cb|-|298}}
{{www}}
* [[Kunststoffschweißen]]
{{Blume|plaste}}* {{Y|Xy-aYOp5aE0}} Herstellung von Nylon* [http://www.chemieunterrichtbasf.decom/group/corporate/site-ludwigshafen/de_DE/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/dc2Education/plasteLernen_mit_der_BASF/ Prof. Blumes BildungsserverExperimentiersets BASF] * : Produkte für Schulen: Experimentierset Kunststoffe mit [http://www.youtubebasf.com/watch?v=Xygroup/corporate/site-aYOp5aE0 Herstellung von Nylon]* [httpludwigshafen/de_DE/function/conversions:/publishdownload/content/www.itmc.rwthabout-aachenbasf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/images/Experimentierset_Kunststoffe_der_BASF_2012.de/ Institut für Technische und Makromolekulare Chemiepdf Skript] (ITMC) Aachen
* [http://www.polychem.mat.ethz.ch/ Institut für Polymere], an der ETH Zürich
