Nachwachsende Rohstoffe - Lehrmaterialien für den ...

FOLIE 9
KUNSTSTOFFE AUS PFLANZEN –
es geht auch ohne Erdöl
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Polyester entstehen durch Reaktion mehrwertiger Alkohole mit mehrwertigen Carbonsäuren unter
Wasserabspaltung:
O
HO OH HO C
Aus Rizinusöl und Zitronensäure lässt sich ein Polyester herstellen:
OH
O
O
C C C C C C C C C C C C C C C C C C O C
HO C C
OH
O
C C C C C C C C C C C C C C C C C C O C
OH
O
C C C C C C C C C C C C C C C C C C O C
Rizinusöl
O
CHO OH HO
– H 2 O
O
O O C
O
HO C C
O
HO C C
Schematische Darstellung:
nHO
HO
OCO
O
Zitronensäure
Die Chemie der Kunststoffe auf der Basis Nachwachsender
Rohstoffe wird hier sehr vereinfacht
dargestellt. Zunächst wird anhand eines reduzierten
Formelschemas die Synthese eines Polyesters
verdeutlicht. In einem weiteren Schritt wird dies
auf das System Rizinusöl – Zitronensäure übertragen.
Neu dabei ist, dass Rizinusöl Fettsäurereste
mit Hydroxygruppen als Substituenten enthält.
Der Polyester selbst kann im Lehrerdemonstrationsversuch
dargestellt werden.
Kunststoffe aus Pflanzen - es geht auch ohne Erdöl
O
O C
O
O C
O
O C
C O
O
O
O C
C O
O
O
OC
O
O C
O
O C
O
OC
Folie 9
Kunststoffe gehören mit zu den wichtigsten Produkten
der chemischen Industrie. Nicht immer
müssen sie petrochemischer Herkunft sein. Altbekannte
Beispiele wie Gummi, Acetylcellulose
(Kunstseide) oder Regeneratcellulose (Kunstseide,
Viskose, Rayon) basieren auf natürlichen Polymeren.
Heutzutage versucht man, nicht nur natürliche
Makromoleküle zu gebrauchsfähigen Polymeren zu
verarbeiten, sondern auch kleinere Bausteine
pflanzlicher und tierischer Herkunft zu nutzen. Insbesondere
im Bereich der Polyester und Polyurethane
ist man bestrebt, die klassischen petrochemischen
Syntheseschritte auf Nachwachsende
Rohstoffe anzuwenden.
Entscheidend für die Weiterreaktion der Triglyceride
oder der durch Spaltung gewinnbaren Fettsäuren
sind funktionelle Gruppen, die Bindungsknüpfungen
ermöglichen. Beispielsweise sind die
Triglyceride des Rizinusöls mit bis zu 90 % Ricinolsäure
verestert. Ricinolsäure enthält neben einer
Doppelbindung eine freie Hydroxygruppe. Dadurch
lässt sich Rizinusöl direkt mit Polycarbonsäuren, wie
beispielsweise mit der trifunktionellen Zitronensäure,
zu Polyestern umsetzen.
n
O
HO C
O
HO C
+
HO
O O
O
HO
OC
O
O
O
– 3n H 2 O
OC
OC
HOC
C O
O
O
O
C O
O
O
O
O
O
O
O
Polymerisate als natürliche Holzschutzmittel
Ungesättigte Öle, wie Leinöl, sind Grundlage
bereits seit langem genutzter Polymerisate: Bei der
Einwirkung von Luftsauerstoff auf die mehrfach
ungesättigten Fettsäureester, wie sie z. B. im Leinöl
enthalten sind, erfolgt Autooxidation und radikalische
Polymerisation (Quervernetzung) zu festen,
hochmolekularen Harzen und Lacken. Dieser Vorgang
kann durch sogenannte Sikkative, wie beispielsweise
Cobalt- oder Bleisalze, beschleunigt
werden. Trocknendes Öl und Sikkativ werden
zusammen als Firnis bezeichnet, man denke an
Leinölfirnis, der streichfertig im Handel erhältlich
ist. Voraussetzung für eine gute Trocknungsfähigkeit
der Öle ist ein hoher Anteil von Fettsäuren mit
zwei oder drei konjugierten Doppelbindungen.
Für die Herstellung moderner Lackharze setzt man
mehrfach ungesättigte Fettsäuren als Bestandteile
von Polyestern ein. Auch hier führt Quervernetzung
der Doppelbindungen zu hochmolekularen
Produkten, also einer ausgehärteten Lackschicht.
Epoxidierung und die oxidative Spaltung am
Beispiel der Ölsäure
Ölsäure besitzt eine Doppelbindung zwischen den
Kohlenstoffzentren C9 und C10, die Ansatzpunkt
vielfältiger oleochemischer Reaktionen sein kann.
Epoxidierte Fettsäuren und Fette lassen sich durch
Oxidation der Doppelbindung mit Wasserstoffperoxid
erhalten.
Diese gebildeten Epoxide (Oxirane) haben durch
die große Reaktivität des hochgespannten Dreirings
ein weit gefächertes Anwendungsgebiet.
Epoxide reagieren leicht mit Nukleophilen, so dass
aus epoxidierten Fetten eine Vielzahl von Folgeprodukten
erhältlich ist. Beispielsweise führt die Reaktion
mit Wasser unter Ringöffnung zu einem Diol.
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