Einführung in die Chemie der Kunststoffe (Handout) - OG Eschwege

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

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

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

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)

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

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

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

Quellen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Retorte
http://www.technikatlas.de/~tb4/geschichte.htm
http://www.seilnacht.com/Lexikon/k gesch.html
www.che-bio.de/kuststoffe.html
www.kunststoff.bearx.de/kunststoff/herstellung.htm
www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/kunststoffe/pmerisat.htm
http://m.schuelerlexikon.de/che_abi2011/Polyaddition.htm
http://www.chemiedidaktik.uniwuppertal.de/chemie2000plus/experimente/schuelerlabor/schuelerlabor-kunststoffe.pdf
http://2.bp.blogspot.com/-qiRa6UtYmxU/TawFi0b-
08I/AAAAAAAALyc/qWBRN0yemTg/s1600/DSC06361.JPG
raumprobe.de/service/materialwissen/kunststoffwissen/kunststoff-definition
http://www.chemieunterricht.de/dc2/milch/images/molke2.jpg
http://www.seilnacht.com/Lexikon/k_thorn.JPG
http://www.kindernetz.de/-/id=74202/property=download/18i27vb/index.pdf
Buch: "elemente chemie 2" Klett