WKK Kap 3 Herstellung.txt

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Author:
sonnen.rom
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197817
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WKK Kap 3 Herstellung.txt
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2013-02-04 08:28:21
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  1. Welche nachwachsenden Rohstoffe eignen sich zur Kunststoffherstellung (6)?
    • Cellulose
    • Glucose
    • Stärke
    • Lignin
    • Fette/ Öle
    • Saccharose
  2. Erkläre grob die Herstellung ungesättigter Kohlenwasserstoffe!
    • Ausgangsbasis meist Rohöl Rohöl enthält ca. 1000 unterschiedliche Kohlenwasserstoffverbindungen)
    • Destillation im Röhrenofen bei ca. 400°C
    • Die Fraktionen unterscheiden sich in ihrem Siedepunkt und damit auch in ihrer Molekülgröße
    • Naphtha als Ausgangsstoff besonders wichtig. Durch das Cracken der Naphtafraktion bei ca. 850°C zerfallen im sog. Steamcracker die Kohlenwasserstoffverbindungen zu kleineren Molekülen wie z.B. Ethylen
    • Die Ausgangsstoffe können dann noch modifiziert werden
  3. Nenne die Summenformel der gesättigten Kohlenwasserstoffe!
    Wie heißen diese noch?
    • Summenformel: CnH2n+2
    • Alkane oder Paraffine
  4. Welche gesättigten Kohlenwasserstoffe sind gasf., flüssig, zähflüssig?
    • Gesättigte Kohlenwasserstoffe bis C4H10 sind gasförmig
    • Gesättigte Kohlenwasserstoffe ab C5H12 sind flüssig
    • Gesättigte Kohlenwasserstoffe ab C16H34 sind zähflüssig
  5. Nenne die Summenformel ungesättigter Kohlenwasserstoffe!
    Wie heißen diese noch?
    • Summenformel: CnH2n
    • Alkene oder Olefine (treten in Naturprodukten nicht auf)
  6. Was sind Aromaten?
    Wie sehen sie aus?
    • Aromaten wie z.B. Benzol sind ringförmig angeordnete Kohlenwasserstoffe
    • Der Benzolring ist sehr stabil
    • Die äußeren Wasserstoffe können durch Atome oder Moleküleersetzt werden
  7. Was ist Phenol?
    Was ist Toluol?
  8. Wie wird angegeben, wie viele Monomere ein Makromolekül bilden?
    Polymerisationsgrad oder Molmasse
  9. Was ist die Polymerisation?
    • Kombination gleichartiger Monomerbausteine zu einer linearen Kette durch Aufklappen der C=C Doppelbindung ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile
    • Bei einer Polymerisation wächst die durch einen Initiator gestartete Polymerkette durch Anlagerung einzelner Monomermoleküle in einer Kettenwachstumsreaktion. Für den Start der Reaktion muss Energie von außen zugeführt werden
  10. Was ist die Polykondensation?
    Kombination verschiedenartiger Monomerbausteine zu einer linearen oder verzweigten Kette unter Abspaltung flüchtiger Bestandteile
  11. Was ist die Polyaddition?
    Bildung linearer oder verzweigter Ketten durch chemische Umwandlung der funktionalen Gruppen verschiedener Moleküle, meist eine Wanderung der H-Atome, ohne eine Abspaltung flüchtiger Bestandteile
  12. Welche Initiationsreaktionen werden bei der Polymerisation unterschieden?
    Die Initiierung der Polymerisationsreaktion kann auf verschiedene Wege erfolgen. Man unterscheidet zwischen radikalischen, anionischen und kationischen Initiatoren
  13. Was sind radikalische Initiatoren?
    Zu was für einer Molekulargewichtsverteilung führen diese?
    • ⇒ Initiator ist ein Teilchen mit einem einzelnen ungepaarten freien Elektron (Radikal)
    • ⇒ Breite Molekulargewichtsverteilung
  14. Was sind Anionische Initiatoren?
    Zu was für einer Molekulargewichtsverteilung führen diese?
    • ⇒ Initiator ist ein Anion (C-)
    • ⇒ Ein Anion ist ein negativ geladenes Ion
    • ⇒ Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül
    • ⇒ Enge Molekulargewichtsverteilung
  15. Was sind Kationische Initiatoren?
    Zu was für einer Molekulargewichtsverteilung führen diese?
    • ⇒ Initiator ist ein Kation (C+)
    • ⇒ Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion
    • ⇒ Enge Molekulargewichtsverteilung
  16. Erkläre die 4 Schritte der radikalischen Polymerisation!
    • 1. Radikal-Erzeugung
    • 2. Kettenstart
    • 3. Kettenwachstum
    • 4. Kettenabbruch
  17. Nenne ein mögliches Radikal für die radikalische Polymerisation!
    Wie sieht es aus?
  18. Erkläre den Schritt der Radikalerzeugung (rad. Polym.) mit einem dir bekannten Radikal!
    • Zum Start der radikalischen Polymerisation zerfallen Initiatoren durch Energiezufuhr in reaktionsfähige Radikale
  19. Erkläre den Schritt des Kettenstarts (rad. Polym.) mit einem dir bekannten Radikal und Styrol!
    • Die Radikale reagieren nun mit dem doppelt gebundenen Kohlenstoff
  20. Erkläre den Schritt des Kettenwachstums (rad. Polym.) mit Styrol!
    • Die neue Gruppe reagiert weiter mit anderen doppeltgebundenen Kohlenstoffen, wodurch die Kette wächst
  21. Erkläre den Schritt des Kettenabbruchs (rad. Polym.) mit Styrol und einem dir bekannten Radikal!
  22. Was sind Katalysatoren für die anionische Polymerisation?
    starke Basen (NaOH, KOH) oder metallorganische Verbindungen wie z.B. Natriumamid (NaNH2)
  23. Was sind Katalysatoren für die kationische Polymerisation?
    Säuren (H2SO4, H3PO4) oder Substanzen die Protonen abgeben die elektronenanziehend sind wie Bortrifluorid (BF3) oder Aluminiumchlorid (AlCl3)
  24. Wie erfolgt der Kettenabbruch bei der ionischen Polymerisation?
    durch Anlagerung eines Anions bei der kationischen Polymerisation bzw. eines Kations bei der anionischen Polymerisation
  25. Was ist die Metallkomplexpolymerisation?
    • Durch spezielle Katalysatoren entstehen Polymere mit einer besonders regelmäßigen Struktur
    • Das Monomer kann sich an diese nur in einer ganz bestimmten Weise ankoppeln
  26. Wie nennt man die Bindung bei der Metallkomplexpolymerisation?
    koordinative Bindung
  27. Wie nennt man die Katalysatoren bei der Metallkomplexpolymerisation?
    Ziegler-Natta-Katalysatoren
  28. Um was handelt es sich bei Ziegler-Natta-Katalysatoren?
    Metallkomplexverbindungen, z.B. um ein Gemisch aus Titantrichlorid und Triethylaluminium
  29. Nenne 6 Verfahrenstechniken der Polymerisation!
    • Massepolymerisation
    • Lösungspolymerisation
    • Fällungspolymerisation
    • Suspensionspolymerisation
    • Emulsionspolymerisation
    • Gasphasenpolymerisation
  30. Was ist die Eigenart der Massepolymerisation?
    Monomer als Lösungsmittel
  31. Was ist die Eigenart der Lösungspolymerisation?
    Monomer und Polymer in Lösungsmittel gelöst
  32. Was ist die Eigenart der Fällungspolymerisation?
    Monomer in Lösungsmittel gelöst oder ist selbst Lösungsmittel, Polymer fällt aus
  33. Was ist die Eigenart der Suspensionspolymerisation?
    Monomer durch Rühren und Stabilisatoren in Wasser suspendiert (kleine Tropfen), Polymer fällt aus
  34. Was ist die Eigenart der Emulsionspolymerisation?
    Monomer durch Emulgator in Wasser gelöst, Polymer fällt aus
  35. Was ist die Eigenart der Gasphasenpolymerisation?
    gasförmiges Monomer hält Polymerkörner in Wirbelbett
  36. Benenne!
  37. Welchen Namen hat der Reaktionstyp, der bei Polykondensation und Polyaddition vorliegt?
    • Stufenreaktion
    • nicht Kettenreaktion
  38. Welche Kettenenden reagieren bei der Polykondensation bzw. -addition bevorzugt?
    Wie hoch ist die Aktivierungsenergie im Vergleich?
    • Jedes reaktive Kettenende hat gleiche Reaktionswahrscheinlichkeit
    • => Reaktionen zwischen Monomer-Monomer, Monomer-Polymer und Polymer-Polymer sind möglich
    • Aktivierungsenergie jeder Teilreaktion etwa gleich
  39. Welche Schlüsse sind aus der gleichen Reaktionswahrscheinlichkeit und der gleich großen Aktivierungsenergie aller reaktiven Enden zu ziehen (Polykond. und -addition)?
    • Kettenwachstum häufig langsam
    • Monomerkonzentration nimmt schnell ab
    • Lange Reaktionszeit sind für hohe mittlere Molmasse notwendig
    • Monomere bilden Oligomere, Oligomere bilden Polymere
    • Die Molmassenverteilung ist im Allgemeinen schmal
  40. Warum verändert sich bei Polykondensation und -addition oft die Molmasse?
    Nach Abschluss des Kettenwachstums kann sich Molmasse verändern durch Gleichgewichts- bzw. Austauschreaktionen (Polyamide, Polyester) oder Hydrolyse
  41. Was für Reaktionspartner sind für Polykondensation und -addition notwendig?
    • Zwei unterschiedliche Reaktionspartner notwendig die mindestens zwei reaktionsfähige funktionelle Gruppen enthalten
    • Ausgangsstoffe müssen keine Doppelbindung enthalten, wie dies bei der Polymerisation der Fall ist, sondern sogenannte funktionelle Gruppen
  42. Nenne 6 funktionelle Gruppen!
  43. Wie wird die Polykondensation gestoppt? Warum?
    • es bilden sich Nebenprodukte
    • Polykondensation ist eine Gleichgewichtsreaktion
    • Werden Nebenprodukte nicht abgeführt kommt die Reaktion zum Stillstand
  44. Nenne 5 typische Polykondensate (Übergruppen)!
    Polycarbonate, Polyester, Polyamide, Silicone, Phenolharze
  45. Worauf beruht die Polyaddition?
    Auf der Umlagerung von Wasserstoffatomen
  46. Nenne 2 typische Polyaddukte (Übergruppen)!
    Polyurethane, Epoxidharze
  47. Wann entsteht bei Polykondensation bzw- -addition ein lineares, wann ein verzweigtes Kettenwachstum?
    • Je nach Anzahl der reaktiven Atomgruppen
    • Linear: bei 2 reaktiven Atomgrp. pro Monomer
    • Verzweigt: mehr als 2 reaktive Atomgrp. bei mind. einem Monomer
  48. Erkläre die Polykondensation anhand des Polyesters Butandisäure-Ethyl-Polyester!
  49. Welcher Herstellreaktion entspringt Polyamid?
    Was sind seine Ausgangsstoffe (Name + Aufbau)?
    • Polykondensation
    • bzw. durch Ringöffnungsverfahren aus
  50. Wie sieht die wesentliche Reaktion bei der Entstehung von Polyamiden aus?
  51. Wie werden Polyamide benannt?
    • Bei Polyamiden, die sich aus Aminocarbonsäuren des Typs H2N–(CH2)x–COOH oder den entsprechenden Lactamen ableiten lassen: PAZ, wobei Z = Anzahl an C-Atomen im Monomer
    • Bei Polyamiden, die sich aus Diamin und Disäure ableiten lassen: PAZ1Z2, wobei Z1= Anzahl C-Atome im Diamin; Z2= Anzahl C-Atome in Disäure
  52. Erkläre die Polyaddition anhand der Herstellung von Polyurethan!
    Benenne alle Ausgangsstoffe sowie die Vorgänge!
    • Reaktion von Diisocyanaten mit mehrwertigen Alkoholen
  53. Trage Temperatur und Aushärtungsgrad eines Reaktionsharzes über der Zeit auf!
  54. Wie ist die Molmassenverteilung bei den verschiedenen Polymeriationsarten (eng/ breit)?
    • eng: ionische Polymerisation, Polyaddition, Polykondensation
    • breit: radikalische Polymerisation
  55. Von welchen Prozessparametern hängt die Molmassenverteilung ab?
    Nenne 5!
    • Konzentration von Monomer
    • Aktivator
    • Polymer
    • Temperatur
    • Druck
  56. Welche Eigenschaften ergeben sich aus einer steigenden Molmasse (4)?
    • Höhere Festigkeit (höhere Nebenvalenzkräfte, mehr Verschlaufungen)
    • Höhere Zähigkeit (geringerer Kristallisationsgrad bei längeren Molekülen, mehr Verschlaufungen)
    • Höhere chemische Beständigkeit (höhere Nebenvalenzkräfte, geringer Einfluss von Abbau, da insgesamt hohes Niveau)
    • Schlechteres Fließverhalten (mehr Verschlaufungen)
  57. Gib am Beispiel des Polystyrols die Auswirkungen von verscheidenen Molmassenmitteln an!
  58. Wie wirkt sich eine enge Molmassenverteilung aus (4)?
    • Höhere Gleichmäßigkeit von Kennwerten
    • Enger thermischer Erweichungsbereich
    • Geringe Spannungsrissempfindlichkeit
    • Bessere Chemikalienbeständigkeit
  59. Wie wirkt sich eine enge Molmassenverteilung aus (4)?
    • Besseres Fließverhalten
    • Abnehmende Sprödigkeit (Weichmacherwirkung)
    • Erniedrigung des Kristallisationsgrades
  60. Was ist das Zahlenmittel (Formel)?
    Gib auch den Index an!
    Benenne alle auftretenden Größen!
  61. Was ist das Massenmittel?
    Gib auch den Index an!
    Benenne alle auftretenden Größen!
  62. Was sagt das Massenmittel der Molmasse aus?
    • Die Molmasse des i-mers wird mit dem relativen Massenanteil, den dieses Polymer hat, gewichtet.
    • Würde man eine zufällige Monomereinheit auswählen und die Molmasse des dazugehörigen Polymers bestimmen, erhielte man als Durchschnitt die gewichtsmittlere Molmasse
  63. Was sagt das Zahlenmittel der Molmasse aus?
    Die zahlenmittlere Molmasse sagt aus, welche Molmasse ein zufälliges aus der Probe entnommenes Molekül im Durchschnitt hat
  64. Nenne die Formel der Uneinheitlichkeit!
    Benenne alle auftretenden Größen!
  65. Nenne einige Molekülmassenbestimmungsmethoden!
    Gib jeweils an, ob diese absolut oder relativ ist!
  66. Erkläre das Funktionsprinzip der Gel-Permeationschromatographie!
    • Art der Flüssigchromatographie, bei der Moleküle gelöster Stoffe aufgrund ihrer Größe (genauer: ihrem hydrodynamischen Volumen) getrennt werden können
    • Trennungseffekt beruht auf unterschiedlichen Diffusionsvolumina für verschieden große Moleküle
    • Die GPC ermittelt die Verteilungskurve der Molmasse, womit anschließend die mittleren Molmassen (Mn, Mw, Mz) und die Polydispersität der Probe berechnet werden können
  67. Woraus besteht die GPC-Säule?
    Wie funktioniert diese?
    • hochporösen Material (kugelförmig, hochvernetztes Polystyrol) mit Porengrößenverteilung 10-105 nm
    • Die größten Moleküle kommen zuerst und die kleinsten zuletzt durch die Säule durch, da kleine Moleküle in den Poren länger verweilen als die großen
  68. Wie erfolgt die Detektion der in der GPC selektierten Substanzen?
    Detektion der Substanzen erfolgt entweder durch die Messung des Brechungsindex oder der UV-Absorption des Eluats
  69. Ist die GPC absolut oder relativ?
    Die GPC ist keine Absolutmethode. Daher ist die Kalibrierung mit Polymeren enger Molekulargewichtsverteilung notwendig
  70. Wie verhalten sich welche mechan. Eigenschaften mit steigender mittlerer Molmasse (Verlauf)?
  71. Wie ist der Einfluss der Molmasse auf das Spannungs-Dehungsverhalten (Diagramm + Aussagen)?
    Zeichne 6 Kurven für 50k, 100k, 160k, 260k, 320k und 840k!
  72. Welche Eigenschaft auf molekularer Ebene entsteht durch eine höhere Molmasse?
    stärkere Verschlaufungen
  73. Wie verändern sich die Gebrauchseigenschaften durch eine höhere Molmasse (5)?
    Was folgt hieraus?
  74. Wie verändern sich die Verarbeitungseigenschaften durch eine höhere Molmasse (3)?
    Was folgt hieraus?
  75. Welche Eigenschaften folgen aus einer breiten Molmassenverteilung (3)?
    Was ergibt sich hieraus für die Fertigungsverfahren (2 Verfahren => jeweils optimale Molmassenverteilung nennen)?
    Was hingegen ergibt eine enge Molmassenverteilung?
    • Längere Abkühlzeiten (längere Zykluszeiten beim Spritzgießen)
    • bessere Fließfahigkeit (kurze Moleküle wirken als Schmiermittel)
    • Geringere Gefahr des Schmelzebruches bei der Extrusion (erst bei erhöhten Schergeschwindigkeiten)
    • Spritzgießen: Möglichst Kunststoffe mit niedrigem Molekulargewicht und relativ breiter Molekulargewichtsverteilung
    • Extrusion: Möglichst Kunststoffe mit hohem Molekulargewicht und relativ breiter Molekulargewichtsverteilung
    • !!!Enge Molekulargewichtsverteilung ergibt i.a. Verbesserung einiger mechanischer Eigenschaften!!!

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