Einführung in die Chemie der Kunststoffe

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1 Einführung in die Chemie der Kunststoffe Handout zur Powerpoint-Präsentation von Lena Großjung und Noreen Lange Der Bergiff Kunststoffe umfasst im weitesten Sinne: Organische Werkstoffe, die als Makromoleküle aufgebaut sind und die durch Umwandlung von makromolekularen Naturprodukten oder vollsynthetisch durch Synthese von Primärstoffen, den sog. Monomeren aus Erdöl, Erdgas und Kohle, entstehen. CHONS : Buchstabe für das jeweilige Element Makromoleküle: große, riesige Moleküle (makros= groß) Synthese: Zusammenfügen Retorte : einfaches Destilliergefäß (lat. Vas retortum= zurückgedrehtes Gefäß) Rohstoff

2 Herstellung von Kunststoffen: Kunststoffe werden aus Rohmaterialien hergestellt à hierzu dienen Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff sowie auch Schwefel, Stickstoff oder Sauerstoff, z.b Erdöl, Kohle oder Erdgas Beispiel Erdöl: 1. Destillation 2. Cracken 3. Herstellung von Kunststoffen durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition welcher Prozess der Herstellung ist abhängig von dem entsprechenden Monomermolekül

3 Polymerisation: dabei braucht das Monomermolekül mindestens eine C=C- Doppelbindung Aufbrechen der Doppelbindung à C-C- Einfachbindungen bilden sich aus und dadurch verbinden sich die Monomermoleküle Lineare Kettenmoleküle entstehen durch die Verknüpfung vieler gleichartiger Moleküle, welche sich später in Nebenreaktionen verzweigen können Kettenwachstum: das verlängerte Radikal trifft auf weitere Monomermoleküle ( wiederholt sich immer wieder, bis zu mehreren Hundert C-Atomen) Kettenabbruch: zwei Radikale treffen aufeinander (Länge abhängig von Konzentration der Monomer- und Radikalbindungen, Temperatur ) durch Zusatzstoffe leicht zu steuern läuft meist in Flüssigkeiten ab, da die entstehende Wärme sonst die entstandenen Makromoleküle zerstört à hauptsächlich eingesetzt bei der Herstellung von günstigen Kunststoffen, wie PVC oder PE

4 Radikalische Polymerisation: hierbei werden Monomere mit Doppelbindungen zu Polymeren in vier Phasen Startreaktion: Radikalbinder wird zu Radikal gespalten ( durch homolytischen Einfluss z.b Hitze oder Licht) Kettenstart: Radikal spaltet DB von Monomermolekül auf und es entsteht ein verlängertes Radikal Polykondensation: Fasst mehrere Reaktionen zusammen, die zu unterschiedlichen Kunststoffen führen Polykondensate entstehen unter Abspaltung von Nebenprodukten (meist Wasser) Verläuft stufenweise Kettenwachstum verläuft auf verschiedene Weisen (1. Monomere werden zu langen Ketten verknüpft ; 2. Reaktion von zwei Ketten, welche beliebig lang sind, ohne dass die Reaktion abgebrochen wird ) à dafür brauchen die Monomere mindestens 2 funktionelle Gruppen (z.b. Amino-, Hydroxyloder Carboxylgruppe)

5 Polyaddition: Verläuft in Stufen Die Monomere haben an beiden Enden eine funktionelle Gruppe, die Bindungen eingehen können Die Verknüpfung von Monomeren erfolgt über eine Additionsreaktion: es entstehen kurze Ketten (Oligomere) Oligomere reagieren miteinander oder mit längeren Ketten es entstehen keine Nebenprodukte, da in den Reaktionen die Protonen verschoben werden

6 Entsorgung/ Wiederverwertung: Recycling von Kunststoffen: Materielles/ Werkstoffliches Recycling oder rohstoffliches (chemisches) Recycling Werkstoffliches Recycling: - Makromoleküle bleiben unverändert - für alle Thermoplaste (ca. 80% der Kunststoffe) - recht kostenintensiv verschiedene Stufen : 1. Zerkleinern 2.Waschen 3. Abtrennung von Störstoffen 4. Trocknen 5. Schmelzen und granulieren

7 à Regranulate sind entstanden Rohstoffliches Recycling: Hydrierung: -Makromoleküle in kleine Einzelteile zerlegt -Gewonnene Grundstoffe können zur Erzeugung neuer Stoffe eingesetzt werden -Durch chemische Reaktionen aus Kunststoffen à Rohstoffe - Kunststoffe werden unter hohen Temperaturen (ca. 500 C) und hohem Druck mit Wasserstoff behandelt Hydrolyse: -Spaltung der Kunststoffmoleküle und Wasserstoff lagert sich an Bruchstücke -Erdölmäßiges Gemisch entsteht (Kraftstoffe, Heizöle..) -Für alle Kunststoffe à keine Sortierung nötig -Kunststoffe spalten sich unter hohem Druck und hoher Temperatur mit Hilfe von Wasserstoff in einzelne Verbindungen aus denen sie entstanden sind -Spaltprodukte zur Produktion der gleichen Kunststoffe, wie vorher -Nur für bestimmte Kunststoffe ( müssen leicht trennbare Stellen aufweisen) -Z.B Polyester, Polyamide Pyrolyse: -Kunststoff unter Luftabschluss zersetzt -In petrochemische Grundstoffe zerlegt -Makromoleküle werden aufgebrochen und niedermolekulare Fragmente entstehen -Es entstehen Synthesegase und später Methanol -Für alle Kunststoffe -Umweltfreundlich

8 Quellen: gesch.html I/AAAAAAAALyc/qWBRN0yemTg/s1600/DSC06361.JPG raumprobe.de/service/materialwissen/kunststoffwissen/kunststoff-definition Buch: "elemente chemie 2" Klett

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