Big Bang HTL 3, Schulbuch

134 Organische Technologie und Ökologie (III. Jg., 6. Sem.) 13.4 Chemische Eisenbahnwagen Verknüpfung der Monomere zu Polymeren Jetzt wird’s chemisch. Es geht darum, welche chemischen Reaktionen ablaufen, wenn sich Monomere zu langen Poly- merketten verbinden. Dabei gibt’s auch 3 grundsätzliche Möglichkeiten. Diese decken sich aber nicht mit der Eintei- lung in Duromere, Elastomere und Plastomere. Nicht jede Art von Molekül ist als Monomer geeignet. Monomere müssen grundsätzlich fähig sein, in zwei Rich- tung Reaktionen eingehen zu können – man sagt sie müs- sen bifunktionell sein. So ähnlich wie Eisenbahnwaggons, die sich nur zusammenhängen lassen, wenn es vorne und hinten Kupplungsmöglichkeiten gibt. Durch Verknüpfung entstehen lange Ketten → bei der Eisenbahn ein langer Zug, bei einer Polymerreaktion eine lange unverzweigte Poly- merkette (Plastomer). Wenn man trifunktionelle Monomere reagieren lässt, so entstehen vernetzte Ketten, also makro- skopisch Duromere. Abb. 13.6: Bifunktionelle Eisenbahnwaggons; Homopolymere und Copolymere Man kann einerseits immer wieder gleiche Monomere zu einem Polymer reagieren lassen. Andererseits können auch verschiedene Monomere zu einem Polymer reagieren, wenn die Kupplungsstellen zusammenpassen. Die einfachste Möglichkeit einer bifunktionellen Gruppe ist eine Doppelbindung. Von dieser kann eine Bindung aufspal- ten und jedes der beteiligten Bindungselektronen ist frei für eine neue Bindung mit einem weiteren Monomer. Es ist aber auch möglich, dass je zwei funktionelle Gruppen am Ende der Monomere miteinander reagieren. Nenne möglichst viele Namen von Kunststoffen. Erinnere dich an die verschiedenen Stoffklassen der organischen Chemie oder sieh nach in Kapitel 11 − Zeichne ein beliebiges Diol. − Zeichne eine beliebige Dicarbonsäure. − Welche neue Stoffklasse entsteht aus Alkohol und Säure? L Was stellt man aus Nylon her? F10 F11 F12 Die verschiedenen Möglichkeiten der Verknüpfung lauten Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition. Polymerisation Monomere mit einer C=C Doppelbindung reagieren mit- einander unter Aufspaltung der Doppelbindung zu einer Einfachbindung, dabei entstehen lange Ketten. Die Reaktion wird durch Katalysatoren gestartet und verläuft exotherm. Die Monomere können alle gleich sein, dann entstehen Homopolymere oder es werden verschiedene Monomere zur Reaktion gebracht, dann entstehen sogenannte Co-Polymere . Ethen → Polyethen PE Propen → Polypropen PP Styrol + Acrylnitril → Copolymerisat SAN Abb. 13.7: Allgemeines Schema einer Polymerisation Anhand eines konkreten Beispiels sieht eine Polymerisation folgendermaßen aus. Wir nehmen das Beispiel Polyte- trafluorethen (PTFE, Teflon), der Stoff aus dem die Brat- pfannen sind (zumindest die Antihaft-Beschichtung). Wichtig: Nur die Doppelbindung reagiert, alle anderen Subs- tituenten hängen seitlich an der entstehenden Polymerkette. Polykondensation: Die funktionellen Gruppen gleicher oder verschiedener Monomere reagieren unter Abspaltung eines kleinen Mole- küls, meist Wasser . Hier ist wichtig, dass jedes der Mono- mere mindestens 2 funktionelle Gruppen trägt. Wir erinnern uns an das Eisenbahnbeispiel: wir brauchen für jeden Waggon (Monomer) vorne und hinten eine Kupplungsstelle , also eine reaktionsfähige Gruppe. Daher findet man bei Polykondensationsreaktionen meist „Di“-Monomere, z. B. Diole, Dicarbonsäuren, Diamine, Diphenole. Abb. 13.8: Polykondensation von Tetrafluorethen zu PTFE und Pfanne mit Teflonbeschichtung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv