Kap 2: Struktur und Grundlegende Eigenschaften von Kunststoffen Flashcards
(82 cards)
1
Q
Welche drei Gruppen von Kunststoffen gibt es?
A
- Thermoplaste
- Elastomere
- Duroplaste
2
Q
Def. Polymer
A
Makromoleküle, bestehend auf verknüpften Wiederholungseinheiten (Monomere)
3
Q
Def: Monomer
A
Kleine, reaktionsfähige Moleküle. Grundbausteine für Makromoleküle und Polymere
4
Q
Def. Kunststoff
A
vollsynthetisch oder durch Umwandlung von Naturprodukten hergestellter und modifizierter (Additive. Zuschlagstoffe) Werkstoff.
5
Q
Welche chemischen Prozesse gibt es zur Polymerkettenbildung? und wie sieht es um stufenlosigkeit und Abspaltung voon Nebenprodukten aus?
A
- Polymerisation: verläuft stufenlos und ohne Abspaltung von Nebenprodukten
- Polykondensation: verläuft in Stufen und mit Abspaltung von Nebenprodukten
- Polyaddition: verläuft in Stufen und ohne Abspaltung von Nebenprodukten
6
Q
Def: Polymerisation + Eigenschaften
A
- bezeichnet eine chemische Reaktion, bei der Monomere mit Doppelbindungen zu Polymeren reagieren
- Kettenreaktion: läuft selbstständig weiter
- keine Nebenprodukte
- Abbruch durch Reaktion oder Mangel an Monomeren
Bsp: Polyvinylchlorid(PVC), Polyethylen(PE) und Polystyrol(PS)
7
Q
Welche Arten der Polymerisation gibt es?
A
- radikalische
- kationische
- anionische
8
Q
radikalische Polymerisation
A
- Radikal bricht Doppelbindung auf und ermöglicht Monomeren mit geringer Aktivierungsenergie sich anzubinden
- Abbruch entsteht durch:
- Rekombination
- -> auf zwei Radikalen wird ein einziges Teilchen, was keine ungepaarten Elektronen mehr hat, also nicht mehr reaktiv - Disproportionierung
–> zwei Radikale werden zu einem Alken/Alkan, verlieren Elektronenpaar, nicht mehr reaktiv
9
Q
Def. Radikal
A
-Molekül oder Atom mit mindestens einem ungepaarten Elekton. Radikale sind meistens sehr reaktiosfreudig
10
Q
ionische Polymerisation
A
- Ion (Elektrisch geladenes Atom oder Molekül) übernimmt Rolle des Radikals
- negativ geladen –> anionische Polymerisation (Abbruch durch Zugabe elektonenarmer Stoffe)
- positiv geladen –> kationische Polymerisation (Abbruch durch Reaktion)
11
Q
koodinative Polymerisation
A
- Reaktion durch Übergangsmetallverbindungen
- Metalle mit Ordnungszahlen von 21-30, 39-48, 57-80 und 89-112
Bsp: Ziegler-Natta Verfahren
- wird genutzt um definierte Taktizität herzustellen
- -> z.B. isotaktisches Polypropylen
12
Q
Def: Taktizität
A
Anordnung der Seitenketten in einem Polymer. Isotaktisch ist ein Polymer, wenn alle Seitenketten in eine Richtung zeigen.
13
Q
Beispiel Takizitäten
A
14
Q
Def: Polykondensation + Eigenschaften
A
- Addition zweier Monomere mit Abspaltung von Nebenprodukten
- -> Stufenreaktion
- es müssen immer zwei funktionelle Gruppen vorhanden sein (z.B. -OH, -COOH, -CO, -NH2)
- -> Anlagerung am Endgruppen
- Chemische Gleichgewichtsreaktion
- -> Abbruch durch falsche Temperatur/Konzentration des Ausgangsstoff (Reaktionsumsatz muss mehr als 99% sein)
Bsp: Polyamide
15
Q
Def: Polyaddition + Eigenschaften
A
- Addition zweier Monomere ohne Abspaltung von Nebenprodukten
- Reaktion über intermolekulare Umlagerung: H-Atome auf funktionellen Gruppen lösen sich und werden verschoben
- keine chemische GGR
- -> beendet, wenn es keine Partner mehr gibt
Bsp: Polyurethane
16
Q
Schmatische Annordnungen der Kettenmoleküle von Kunststoffen
A
17
Q
Thermoplaste: Eigenschaften
A
- schmelzbar
- quellbar
- bei Raumtemperatur weich bis hart
- zäh oder hart
- spröde
18
Q
Elastomere : Eigenschaften
A
- nicht schmelzbar
- quellbar
unlöslich bei Raumtemperatur
elastisch - weich
19
Q
Duroplasten: Eigenschaften
A
- nicht schmelzbar
- nicht quellbar
- unlöslich bei Raumtemperatur
- i. a. hart
20
Q
Welche Arten von Thermoplasten gibt es?
A
Amorphe TP
- spröde
- transparente
Teilkristaline TP
- nicht transparent (milchig)
- zäh
21
Q
Def: Teilkristallin
A
amorphe und kristalline Phasen existieren nebeneinander
22
Q
Schubmodulkurven verschiedern Kunststoffe
A
23
Q
Welche Arten Kettenstrukturen gibt es?
A
- linear
- verzweigt
- vernetzt
24
Q
Def: Organische Stoffe
A
Alle chemischen Verbindungen des Kohlenstoffs
25
E-Modul und Zugfestigkeit von Elastomeren, Kunststoffen, Eisen- und Aluminiumlegierungen und Aluminiumoxid-Keramik
-Steifigkeit von Kunststoffen fällt mit Temperatur, sie verfügen jedoch über einen weiten E-Modul-Bereich
--\> Verformbarkeit, Montageflexibilität, Stoßabsorption steigt
--\> Vorteil von Kunststoffen liegt in der höheren Reißdehnung
-
26
Spannungs-Dehnungs-Diagramm verschiedener Werkstoffe
27
E-Modul in Abhängigkeit zur Bruchdehnung
28
Dauerbeanspruchung in abh. von der Temperatur
29
In welchen Bereich erstrecken sich die Wärmeleitfähigkeiten von Kunststoffen?
Kunststoffe: 0,1 - 0,4 W/mK
30
Beispiel: Längenänderung eines Stabes von 1m um 10 Grad
Elastomere: 1,5 - 2,2 mm
Thermoplaste: 0,6 - 2,2 mm
Duroplaste: 0, 1 - 0,9 mm
31
Elektrische Eigenschaften von Kunststoffen
Kunststoffe sind Ionenleiter, sie besitzen viel geringere elektrische Leitfähigkeit --\> gute Isolatoren
32
Was sagt die Fließtemperatur aus?
Bei dieser Temperatur ist WK flüssig genug zur Verarbeitung
33
Was sagt die Glastemperatur aus?
Unterhalb dieser Temperatur sind WK hart und spröde
34
Molekülstruktur der Kunststoffe
35
Schubmodulkurven verschiedener KS in Abhängigkeit zur Temperatur
36
Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines amorphen Thermoplasten
37
Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines teilkristallinen Thermoplasten
38
Welche Formen von Zwischenmolekularen Kräften gibt es?
* Keesom Kräfte
* Debye Kräfte
* London
* Wasserstoffbrückenbindungen
39
Wie hoch ist die Bindungsstärke einer Ionenverbindung?
zwischen 600-1000 kJ/mol
40
Dipol Def.
System aus zwei gleich großen Ladungen mit unterschiedlichen Vorzeichen, die in einem festen Abstand zueinander stehen.
41
Elektronegativität Def. + welche Stoffe haben eine hohe EN?
Relatives Maß eines Atoms, Elektronen anzuziehen
Sauerstoff, Stickstoff und Fluor
42
Sortiere die vier Zwischenmolekularen Kräfte nach ihrer Bindungskraft (hoch niedrig)
WBB 10-20 kJ/mol
Keeson 5-10 kJ/mol
Debye
London
43
Bitte ordnen Sie die folgenden Werkstoffe in die Reihenfolge der steigenden Zugfestigkeit zu: Stahl, amorphe Thermoplaste, Kupfer, teilkristalline Thermoplaste, Gummi.
- Gummi
- Teilkristaline Thermoplaste
- Amorphe Thermoplaste
- Kupfer
- Stahl
44
Polymerisation
Art der Reaktion (in Stufen / stufenlos)
Fallen Nebenprodukte an? (ja / nein)
Beispiel
stufenlos
nein
Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polystrol (PS)
45
Polyaddition
Art der Reaktion (in Stufen / stufenlos)
Fallen Nebenprodukte an? (ja / nein)
Beispiel
in Stufen
nein
Polyurethane
46
Polykondensation
Art der Reaktion (in Stufen / stufenlos)
Fallen Nebenprodukte an? (ja / nein)
Beispiel
in Stufen
ja
Polyamide
47
Nennen Sie bitte die beiden hauptsächlich vorkommenden Bindungsmechanismen bei Kunststoffen und kennzeichnen Sie, welche der beiden Bindungsarten bei Thermoplasten zwischen den Molekülketten wirkt.
- Hauptvalenzkräfte
- Nebenvalenzkräfte -→ wirken zischen Molekülketten
48
Welche Kunststoffgruppe gehört zu welcher Morphologie?
49
50
Hauptvalenzbindung (kovalent) \> Nebenvalenz
51
52
53
Nennen sie vier Möglichkeiten thermoplastische Materialien zu recyclen
- Sortenreine
- Mischungen
- Zersetzung in Grundbausteine
- Energetische Verwertung
54
In welche Schritte lässt sich der Kristalisationsprozess einteilen?
- Keimbildung
- Kristallwachstum
- Nachkristallisation
55
Formel Massenmittel Mw
56
Formel Zhalenmittel MN
57
58
Wie wird der Zusatz genannt, der die Anzahl der Keime erhöht, worduch ein homogenes feinsphärolithischeres Gefüge entsteht?
Nukleierungsmittel
59
Durch welche drei Atome wird Kohlenstoff oft in den Hauptketten von Kunststoffen ersetzt?
- Sauerstoff
- Silizium
- Schwefel
60
1. lineare Kettenmoleküle
2. verzweigte Kettenmoleküle
3. schwach vernetzte Kettenmoleküle
4. stark vernetzte Kettenmoleküle
5. Thermoplasten
6. Elastomere
7. Duroplasten
61
Was ist verantwortlich für das spezielle Eigenschaftsprofil von Kunststoffen?
1. chemische Grundbautsteine
2. Molmasse
3. Strutur eines Kunststoffs
62
Beschrifte die Abbildung
63
In welchen Temperaturintervall erstreckt sich der thermische Dauerbeanspruchungsbereich folgender Werkstoffe?
Kunststoffe
Aluminiumwerkstoffe
Kupferwerkstoffe
Eisen- und Stahlwerkstoffe
Kunststoffe: 50-250 Grad
Alu: ca. 150- ca. 250 Grad
Kupfer: ca. 300 bis 700 Grad
Eisen- und Stahl: ca. 550 bis 800 Grad
64
Welche Formen von Thermoplasten gibt es?
- amorphe
- teilkristalline
65
Wieso sind Thermoplasten schmelzbar?
→ wenig Vernetzungen → wenig chemische Bindungen
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Wie nennt man die Vernetzungreaktion bei Elastomeren und Duroplasten?
Elastomere → *Vulkanisation*
Duroplasten → *Härtung*
67
Ordne die Begriffe *unvernetzt, stark vernetzt* und *schwach vernetzt* den üblichen Polymeren zu
unvernetzt → Thermoplast
schwach vernetzt → Elastomer
stark vernetzt → Duroplast
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Sind die Polymerketten untereinander nicht vernetzt, ist das Polymer […] und es handelt es sich um einen […].
Sind die Polymerketten untereinander nicht vernetzt, ist das Polymer **wiederaufschmelzbar** und es handelt es sich um einen **Thermoplasten**.
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Sind die Polymerketten untereinander stark vernetzt, ist das Polymer […] und es handelt es sich um einen […].
Sind die Polymerketten untereinander stark vernetzt, ist das Polymer **nicht schmelzbar** und es handelt es sich um einen **Duroplasten**.
70
Ist ein Polymer weitmaschig vernetzt, liegt ein […] vor.
Ist ein Polymer weitmaschig vernetzt, liegt ein **Elastomer** vor.
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Wovon hängen die Eigenschaften von Polymeren grundsätzlich ab?
-Kettenaufbau
Morphologie/Struktur des Polymers
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73
Welchen Einfluss hat eine längere Molmasse auf die Festigkeit/Zähigkeit und das Fließverhalten?
→ Festigkeit/Zähigkeit steigt
→ Fließverhalten verschlechtert sich durch mehr Verschlaufungen
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Welche beiden Bindungsmechanismen findet man bei Polymerketten vor und welche sind die stärkeren?
1. chemische *innermolekularen* Bindungskräfte (Hauptvalenz, kovalent)
2. physikalische *zwischenmolekularen* Bindungskräfte (Nebenvalenz)
→ Kovalent stärker
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Skizzieren Sie den temperaturabhängigen Schubmodul eines amorphen und eines teilkristallinen Thermoplasten. Nutzen Sie hierzu das gleiche Diagramm, benennen Sie die beiden Kurven und Kennzeichnen Sie folgende Bereiche: Erweichungsbereich (Tg), Kristallitschmelzebereich (Tm)
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Geben Sie an, ob die drei grundlegenden Polymere: schmelzbar, löslich und quellbar sind
TP: schmelzbar, löslich, quellbar
EM: nicht schmelzbar, nicht löslich, quellbar
DP: nicht schmelzbar, nicht löslich, nicht quellbar
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Ordnen sie die Bindung nach ihrer Stärke an.
ionische, zwischenmolekulare, kovalente
1. ionische (600-1000 kJ/mol)
2. kovalente (250-400 kJ/mol)
3. zwischenmolekulare (0,1-20 kJ/mol)
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Nenne Beispielpolymere für Polyaddition
POM [_Polyoxymethylene_](https://de.wikipedia.org/wiki/Polyoxymethylene)
_PU_
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Nenne Beispielpolymere für Polykondensation
PA Polyamid
PC Polycarbonat
80
81
Nenne ein Beispiel für Polykondensation
Polyethylen (PE)
PVC
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Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf des Elastizitätsmoduls bei Streckdehnung in Abhängigkeit von Kristallisationsgrad und Sphärolitdurchmesser für ein Polypropylen.
