Auf welche Eigenschaften lassen sich Kunststoffe untersuchen? (5)

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Polymerchemie - 3 Erste Identifizierung von Kunststoffen (P780800) 3.5 Kunststoffeigenschaften (5) - Bestimmung des Schmelzbereiches Experiment von: Seb Gedruckt: :4:50 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Auf welche Eigenschaften lassen sich Kunststoffe untersuchen? (5) Untersuche das Schmelzverhalten von Kunststoffen. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen Lerninhalte Kunststoffe besitzen keinen definierten Schmelzpunkt, sondern einen Schmelzbereich. Der Schmelzbereich ist abhängig von Kettenlänge und Struktur der Polymermoleküle. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Für den Versuch sind auch andere Thermoplaste verwendbar, Duroplaste sind hingegen ungeeignet. Es sollten jedoch Thermoplaste mit niedrigem Schmelzbereich verwendet werden, da sonst zu schnell der Zersetzungspunkt erreicht wird. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Wegen der auftretenden Geruchsbelästigung sollten die Versuche unter dem Abzug durchgeführt werden. Bei Verwendung von PMMA sollte der Abzug in jedem Fall benutzt werden. Achten Sie auf vorsichtiges Erhitzen, damit die Kunststoffe langsam schmelzen und nicht sofort Zersetzung eintritt. H- und P-Sätze Keine Gefahrenstoffe im Versuch vorhanden. Gefahren Beim Erhitzen entstehen teilweise unangenehm riechende und gesundheitsschädliche Gase. Versuche möglichst unter dem Abzug durchführen! Schutzbrille aufsetzen! Hinweise PS und PMMA gehören zu den Thermoplasten, bei denen die Polymerketten durch van-der-waals-kräfte fixiert sind, wobei sich teilkristalline Bereiche ausbilden können. Aus diesem Grund sind sie leicht schmelzbar, sie besitzen jedoch keine definierte Schmelztemperatur. Amorphe und teilkristalline Thermoplaste zeigen unterschiedliches Verhalten, das aber in diesem Versuch nicht thematisiert wird. Amorphe Thermoplaste zeigen ein ausgeprägt thermoelastisches Verhalten ("Erinnerungsvermögen"). Nach Erreichen und Überschreiten des Fließtemperaturbereiches erreichen Thermoplaste - 2 -

3 den namesgebenden thermoplastischen Zustandsbereich, bei dem die Wärmebewegung der Moleküle so groß ist, dass die van-der-waals-kräfte die Moleküle nicht mehr fixieren können. Bei weiterer Energiezufuhr werden die kovalenten Bindungen gebrochen, bevor die Makromoleküle in die Gasphase übergehen können, es tritt Zersetzung ein. Methodische Bemerkungen Je nach Kenntnisstand der Lerngruppe kann dieser Versuch bereits für ein tieferes Eindringen in Polymerstrukturen genutzt werden, es ist ebenso aber auch eine eher phänomenologische Auswertung möglich. In jedem Fall sollte der Unterschied zum Schmelzen z.b. von Eis thematisiert und gegebenenfalls auch demonstriert werden. SEK II: Je nach Vorwissen der Kursteilnehmer/innen ist hier eine vertiefende und weitreichende Diskussion über intra- und intermolekulare Kräfte sowie über Bindungsstärken möglich, bei der viele der möglichen Parameter (Molekülgröße, Struktur, Bindungstypen, Kristallinität, etc.) herangezogen und gewichtet werden können. Entsorgung Kunststoffreste in Normalmüll geben. Anhaftende Schmelzen mechanisch entfernen

4 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Polymerchemie" (Bestellnr ) Position Material Schutzbrille, farblose Scheiben Bestellnr Menge 2 Laborthermometer, C Reagenzglashalter bis d = 22 mm Reagenzglas, d = 8 mm, l = 8 cm, Laborglas, 00 Stück (2) 5 Reagenzglasgestell, 2 Bohrungen; d = 22 mm, Holz Chemikalien, Hilfsmaterial Position Material Bunsenbrenner nach DIN, Erdgas Bestellnr Menge Sicherheits-Gasschlauch, DVGW, lfd. Meter Zange (Kneifzange oder Seitenschneider) Sammlung Kunststoffproben für Schülerversuche Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -

5 Durchführung Durchführung Gefahren Beim Erhitzen entstehen teilweise unangenehm riechende und gesundheitschädliche Gase. Versuche möglichst unter dem Abzug durchführen. Schutzbrille aufsetzen! Ablauf Zerkleinere mit der Zange zwei Polystyrolstäbchen, gib die Stücke in ein Reagenzglas (Abb.). Abb. Erhitze die Polystyrolstücke langsam (Abb. 2)

6 Abb. 2 Miss die Temperatur, sobald Verflüssigung eintritt. Erwärme die Flüssigkeit vorsichtig weiter, miss hierbei alle 30 Sekunden die Temperatur (Abb. 3). Abb. 3 Verfahre ebenso mit Polymethylmethacrylat. Entsorgung Kunststoffreste in den Normalmüll geben

7 Auswertung Auswertung Auswertung Notiere deine Beobachtungen in allgemeiner Form. Die Kunststoffe erweichen. Sie sind anfangs viskos-flüssig und werden bei weiterem Erhitzen dünnflüssiger. Polystyrol erweicht bei etwa 70 C und wird bei etwa 00 C zähflüssig. Polymethylmethacrylat erweicht bei etwa 0 C und wird flüssig bei etwa 70 C. Bei weiterem Erhitzen verfärben sich die Kunststoffe und zersetzen sich, wobei unangenehm riechende Gase entstehen. Auswertung 2 Trage die Ergebnisse der Temperaturmessung als Temperatur/Zeit-Diagram graphisch auf

8 - 8 -

9 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Ziehe die Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen. Kunststoffe erweichen vor dem Schmelzen, sie bilden hierbei relativ viskose Flüssigkeiten. Die intermolekularen Kräfte müssen also stark sein. Hierfür spricht auch, dass die Kunststoffe sich bereits vor dem Sieden zersetzen. Frage 2: Nenne Unterschiede im Schmelzverhalten der Kunststoffe zum Schmelzverhalten anderer Feststoffe, z.b. Eis

10 Kristalline und andere Feststoffe erweichen vor dem Schmelzen nicht so stark wie Kunststoffe. Sie besitzen einen definierten Schmelzpunkt, der sich auch bei Energiezufuhr während des Schmelzens nicht ändert. Kunststoffe besitzen einen solchen Schmelzpunkt nicht, die Temperatur steigt während des Schmelzens bei Energiezufuhr laufend an, so dass der Schmelzvorgang einen größeren Temperaturbereich (den Schmelzbereich) umfasst. Frage 3: Welche Schlussfolgerungen auf den molekularen Aufbau von Kunststoffen kann man aus den Beobachtungen ziehen? Im Gegensatz zu Kristallen, die einen geordneten Gitteraufbau mit definierten Gitterenergien besitzen, kann ein solcher Aufbau bei Polymeren nicht vorliegen. Die Molekülgröße der einzelnen Polymerketten könnte unterschiedlich sein, ebenso dürften keine oder nur wenige kristalline Strukturen vorliegen

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