EL-MO II Moleküle, Schulbuch

162 ■ 162.1: Herstellung eines PUR-Schaumes Man stellt einen leeren Jogurtbecher auf ein größeres Blatt Papier. Nun füllt man in den Becher zu gleichen Teilen die Ausgangsstoffe eines Zweikomponenten-PUR- Schaumes. Der Becher soll zu etwa 1/3 gefüllt sein. Man rührt kurz mit einem Holz- stäbchen um. Nach wenigen Minuten entwickelt sich eine beeindruckende Menge Schaum, der aus dem Becher quillt. Am Ende der Stunde ist der Schaum ausgehärtet. leHrerVerSuCH Polyaddukte Die Polyaddition ist eine Verknüpfung von Molekülen mit reaktiven Gruppen und erfolgt so wie die Polymerisation ohne Abspaltung von Molekülen. Die Abgrenzung zur Polymerisation ist zB im englischen Sprachgebrauch nicht üblich. Polyurethane PUR Durch Addition von Alkoholen an Isocyanate entstehen Urethane. Man kann sie als Ester und zugleich Amide der Kohlensäure auffassen. Zur Herstellung linearer Ma- kromoleküle verwendet man Diole und Diisocyanate (Abb. 162.1). Die eingesetzten Diole sind meist kurzkettige Polyester, die mit Glycolüberschuss hergestellt wurden und daher am Ende der Kette OH-Gruppen tragen. Auch abge- wandelte Naturstoffe können hier zum Einsatz kommen, wie zB Derivate der Mono- bzw. Disaccharide. Als Diisocyanate werden aromatische (zB 2,4- bzw 2,6-Toluendi- isocyanat bzw. MDI – siehe Abb. 76.4) oder aliphatische Verbindungen (zB 1,6-Hexamethylen-diisocyanat) eingesetzt. Durch einen Überschuss an Isocyanatgruppen kann man eine mehr oder weniger starke räumliche Vernetzung erreichen, da die Isocyanate nicht nur mit Alkoholen reagieren, sondern auch mit den Wasserstoff-Atomen der NH- Gruppen der Urethan- ketten. So können schwach vernetzte Kunststoffe mit elastischen Eigenschaften und stark vernetzte Duromere hergestellt werden. PUR sind also Kunststoffe, deren Eigenschaften je nach Ausgangsmischung sehr stark variieren können. Polyurethane werden zur Herstellung von Gerätegehäusen (zB Fernseher), Schischu- hen und Schuhsohlen verwendet. Auch elastische Fasern lassen sich herstellen (Elastanfasern®, Lycra®). Der Haupteinsatz dieser Verbindungsklasse liegt aber in der Herstellung von Poly- urethanschäumen . Beim Herstellen dieser Schäume muss kein Treibmittel zugege- ben werden. Bei Anwesenheit von Wasser vernetzen die Isocyanatgruppen mitein- ander unter Abspaltung von CO 2 , das als Treibmittel wirkt. Aus PUR lassen sich so schwach vernetzte elastische Weichschäume herstellen, die in der Polstermöbelindustrie verwendet werden, oder stark vernetzte Hartschäume, bei denen die Alkoholkomponente mehr als 2 OH-Gruppen enthält. Sie dienen als wärmeisolierende Schäume im Bauwesen (Einschäumen von Fensterstöcken im Mauerwerk), sowie zum Ausschäumen von Hohlräumen im Fahrzeugbau, um Dröhn- geräusche zu vermeiden. Die Isocyanate der Ausgangskomponenten sind giftige Stoffe, die ausgehärteten Polyurethane sind gesundheitlich unbedenklich. Sie werden auch als medizinische Implantate (zB künstliche Herzklappen) eingesetzt. Epoxidharze Epoxidharze sind die Reaktionsprodukte zwischen Epoxiden und mehrwertigen Al- koholen. Meist verwendet man Epichlorhydrin und Bisphenol A als Ausgangsstoffe (Abb. 162.2). Die relativ niedermolekularen Ausgangsstoffe mit endständigen Ep- oxidgruppen werden bei der Aushärtung mit Aminen oder Anhydriden mehrproto- niger Säuren räumlich vernetzt (Abb. 162.3). Dabei entstehen Duromere, Kunststof- fe mit hoher Schlagzähigkeit und Chemikalienresistenz. Als glasfaserverstärkte Kunststoffe dienen sie zur Herstellung von Sportgeräten wie zB Surfbrettern. Auch als Lackharze, Gießharze und als Zweikomponentenklebstoffe haben sie Bedeutung. HO OH n mal 1,4-Butandiol n mal Hexamethylendiisocyanat OCN NCO O O + C N O C N O N C N O C O O O C O N O H H H H H H C H 2 C O H 2 C Cl n+2 n+1 + n Freie Stellen für die Vernetzung der linearen Kettenmoleküle C O O H 2 C O H 3 C CH 3 C O C H 2 CH 3 CH 3 C H 3 C CH 3 Epichlorhydrin n+1 Bisphenol A HO OH CH CH 2 OH CH 2 HC H 2 C O HCl C H O H 2 C CH H 2 C O H 2 C H C CH 2 O H C H 2 C H 2 C OH HN R NH 2 N H H Abb. 162.3: Vernetzung = Aushärtung der Epoxyharze Abb. 162.2: Bildung eines Epoxyharzes Abb. 162.1: Bildung eines linearen Polyurethans 10 naTÜrlICHe und SYnTHeTISCHe MaKrOmOleKÜle Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv