Metalle bestehen aus Kristallen, deren Kristallgitter in meist dichtester Packung mit starker Metallbindung zusammenhalten. Woraus bestehet im Vergleich dazu die Kunststoffe?
Kunststoffe sind amorph und bestehen aus kovalent gebundenen Makromolekülen auf Basis des Nichtmetalls Kohlenstoff mit schwacher zwischenmolekularer Bindung; einige sind teilkristallin und bilden Molekülgitter, keine dichte Packung.
a) Nennen Sie mindeste s 4 Elemente, aus denen die Kunststoffe bestehen.
b) Ordnen Sie die folgenden Elemente und Werkstoffe in die Dichtebereiche ein. Al, Fe, Cu, Zn, Pb, Mg, Ti, Holz, Kunststoffe
Dichte p in kg/dm3 <1,7
1,7.....5
5......10
>10
c) Begründen Sie die Einordnung der Kunststoffe.
a) C,H, O, N, S, Cl, F, Si.
b) < 1,7: Holz, Kunststoff
1,7....5: Mg, Al, Ti
5.....10: Fe,Cu,Zn
>10: Pb
c) Da Kunststoffe aus Kohlenwasserstoffen und deren Abkömmlingen bestehen (reiner Kohlenstoff hat eine Dichte von ca. 2,2 kg/dm3) und keine dichten Packungen aufweisen, sind sie leichter als die Leichtmetalle.
Die folgenden Fragen sollen jeweils mit Hinweisen auf die Strukturunterschiede Metall-Kunststoff beantwortet werden.
a) Warum sind Kunststoffe im Allgemeinen chemisch beständig?
b) Welche el. Leitfähigkeit haben Kunststoffe?
c) Sind Kunststoffe entflammbar oder brennbar?
d) Vergleichen Sie die Biegefestigkeit (E-Modul) von Metall und Kunststoff.
a) Sie bestehen aus chemischen Verbindungen, in denen die Elemente durch die sehr stabile Atombindungen ihr Enerieminimum gefunden haben.
b) Es sind Nichtleiter, da die Valenzelektronen sämtlich in Elektronenpaaren gebunden sind: Isolationswerkstoffe.
c) Ja, durch den Anteil an C und H werden beide Überhitzung die Makromoleküle gespalten; es entstehen brennbare Gase. Die Sog. Brennprobe wird zur schnellen Erkennung des Kunststofftyps angewandt.
d) Kunststoffe sind wesentlich biegeweicher als Metalle, d.h. sie haben einen deutlich kleineren E-Modul. Ursachen sind die schwachen Bindungskräfte zwischen den Molekülen und das Fehlen der dichten Packung.
Die Moleküle son chemischen Verbindungen (z.B. Methan CH4) haben gleiche Zusammensetzung und konstante Größe. Wie steht es damit bei den Kunststoffen?
Kunststoffe bestehen aus ketten- oder netzartigen Maktomolekülen von unterschiedlicher Größe (Länge). Es kann nur eine mittlere relative Molekülmasse angegeben werden.
Das Verhalten der C-Atome bei der Bindung mit H-Atomen in den Kolenwasserstoffen ist Grundlage der Kunststoffchemie. Welche 2 besonderen Eigenschaften der C-Atome sind dies?
C-Atome können untereinander Bindungen zu ketten- und ringförmigen Molekülen eingehen; mit steigernder Kettenlänge steigen Dichte und Schmelzpunkt der Stoffe. C.Atome können Doppel- oder Dreifachbindungen eingehen. Molekäle mit solchen Bindungen sind sehr reakionsfreudig.
a) Kunststoffe werden ihrer Entstehungsreaktion in 3 große Gruppen eingeteilt. Nennen Sie Namen der Reaktion und je ein Polymer mit Namen und Kurzzeichen nach DIN 7728.
b) Nach allen 3 Reaktionen können jeweils 2 Arten von räumlich unterschiedlich gebauten Makromolekülen entstehen, die dem Polymer gegensätzlich mechanisch-technologische Eigenschaften geben. Vervollständigen Sie die Aufstellung.
Molekülstruktur Kunststofftyp Mechanisch-technolog. Eigenschaften
1
2
a) Polykondensaation, Phenolformaldehyd PF, Polymerisation, Polyvinyl PVC; Polyaddition, Polyurethan PU
1 Fadenmoleküle Plastomer oberhalb der gewissen Temperatur weich, zäh, warmverformbar
2 Raumnetzmoleküle Duromer bei allen Temperaturen relativ hart, spröde, nicht warmverformbar
Beantworten Sie folgende Fragen zur Polykondensation
c) Unter welchen Bedingungen Raumnetzmoleküle?
f) Nennen Sie mindestens 3 Polymerisationskunststoffe mit Namen, Kurzzeichen und einigen Handelsnamen.
A) Es wird dabei ein einfacher Stoff(zB H2O)abgespalten(das Kondensat), der dem Polymer entzogen werden muss.
b) Bild muss noch erstellt werden!!
c) Das Monomer muss 2 reaktionsfähige Stellen besitzen.d) Das Monomer muss mehr als 2 reaktionsfähige Stellen besitzen.
e) Kohlenwasserstoffe mit reaktionsfähigen Stellen verknüpfen sich zu Makromolekülen. Dabei wird ein niedermolekulares Nebenprodukt abgespalten, welches abgeführt werden muss, damit die Reaktion vollständig abläuft. f) Melaminformaldehyd MF, Resopal, Ultapas, Resamin, Chemoplast;
Beantworten Sie folgende Fragen zur Polymerisation.
a) Wie erfolgt die Bildung der Makromoleküle aus den Monomeren am Bsp des Polyethylen PE?
b) Was bedeutet Polymerisationsgrad?
c) Welche Gestalt der Makromoleküle wird angestrebt (Begründung)?
d) Was bedeutet Copolymerisation?
e) Geben Sie eine Kurzbeschreibung der Polykondensation.
