Kunststoffe
Man kann allgemein keine Eigenschaften von Kunststoff nennen, weil es soviel verschiedene Kunststoffe gibt. Kunststoff ist künstlich hergestellt, dabei verbinden sich viele kleine, gleiche Moleküle zu großen Molekülen.
1.) Die Kunststoffe lassen sich in drei Gruppen einteilen:
- Thermoplaste:
Bei den Thermoplasten liegen die Makromoleküle hauptsächlich nebeneinander. Wenn der Kunststoff erwärmt wird, können die Moleküle aneinander entlanggleiten. - Duroplaste:
Bei den Duroplasten sind die Makromoleküle engmaschig miteinander vernetzt. Zwischen den einzelnen Molekülen bestehen hier viele feste Bindungen, so daß sie beim Erwärmen nicht aneinander vorbeigleiten können, deshalb kann man Gegenstände aus Duroplast auch nicht schmelzen und umformen. - Elastomere:
Elastomere sind elastisch wie Gummi. Sie lassen sich dehnen oder zusammendrücken und federn schnell wieder zurück. Die Makromoleküle sind weitmaschig miteinander vernetzt und bilden dichte "Knäuels". Beim Dehnen werden die Knäuels auseinandergezogen, die Moleküle gleiten aneinander entlang. Lässt man den Kunststoff los, verknäulen sie sich wieder. Gegenstände aus Elastomeren können nicht umgeformt werden, sondern nur verformt.
Eine ungesättigte Verbindung; d.h. seine Moleküle besitzen jeweils eine Doppelbindung . Unter Mitwirkung eines Katalysators brechen diese Doppelbindungen auf. Dadurch werden an jedem Einzelmolekül zwei Bindungen "frei". Mit Hilfe dieser "freien" Bindungen verknüpfen sich bei der Polymerisation (d.h. viele kleine, gleiche Moleküle verbinden sich zu großen Molekülen) viele Monomere (Einzelmoleküle) zu Polymeren (Makromolekülen):
PVC ist sicher ein sehr bekannter Stoff, trotzdem wissen die Wenigsten, aus was dieser Stoff überhaupt besteht: PVC ist die Abkürzung für Polyvinylchlorid. Dies ist eine Chlorkohlenwasserstoffverbindung.
2.) Es gibt verschiedene Arten, wie man Kunststoffe verarbeiten kann:
- Extrudieren:
Beim Extrudieren wird, mit Hilfe einer Schneckenpresse, die Kunstoffmasse verdichtet, geschmolzen und durch eine Düse gepresst. - Spritzgussverfahren:
Beim Spritzgußverfahren wird die Kunstoffmasse zunächst wieder in einem Extruder geschmolzen. Um sie dann in die stählerne Form zu Spritzen, wird die Schnecke in Längsrichtung nach vorne verschoben. - Kalandrieren:
Das Kalandrieren ist besonders zur Herstellung von Folien aus PVC geeignet. Der Kalander ist ein Walzwerk mit 4-5 beheizten Metallwalzen. Diese Walzen sind mit immer geringeren Abständen montiert, so dass die Kunstoffmasse auf diese Weise zu Platten oder Folien ausgewalzt wird. - Pressen:
Beim Pressen werden die Kunststoffe in eine bestimmte vorgegebene Form gelegt und dann unter Hitze gepresst (geformt). - Fasern spinnen:
Beim Fasern spinnen wird die Kunstoffmasse durch feine Spinndüsen gepresst. Und so lassen sie sich zu Fasern spinnen (z.B. Nylon).
3.) Zum Abschluss das wichtigste Thema: Wohin mit dem Kunststoffmüll?
Es gibt verschiedene Wege, Kunststoffmüll los zu werden. Zum einen ist die altbekannte Mülldeponie da, aber wie gesagt nur Deponie. Eine andere Möglichkeit der Beseitigung von Kunststoffen ist die der Müllverbrennung. Die Müllverbrennungsanlagen sind jedoch sehr teuer. Außerdem muss ein Abgasfilter eingebaut werden, weil sich bei der Verbrennung von PVC giftiger Chlorwasserstoff (Salzsäuregas) bildet.
Die Verbrennungsanlage hat gegenüber der Deponie einen Vorteil: Fast immer wird durch die Verbrennung Wärmeenergie gewonnen. Die Kunststoffabfälle stellen dabei eine beträchtliche Energiequelle dar. Beim Umschmelzen, werden die Thermoplasten, die beim erhitzen weich werden, zusammen in eine neue Form gebracht. Dabei können die Ausgangsstoffe sogar verunreinigt oder miteinander vermischt sein.
Der letzte Weg zur Wiederverwertung (zum Recycling) führt über die Pyrolyse. Dabei werden die Kunststoffe in den Reaktionsgefäßen unter Luftabschluß auf 600-900°C erhitzt: Die Kunststoffe verbrennen dabei nicht, sondern sie zerfallen in ihre Monomere. Alle entstehenden Stoffe können erneut verwendet werden; es entstehen keine umweltschädigenden Abgase.
4.) Versuch für den Unterricht:
Ein Reagenzglas wird 3 cm hoch mit Harnstoff gefüllt. Dann wird gerade so viel Methanallösung (Formaldehyd) hinzugefügt, dass der Harnstoff bedeckt ist. Danach wird das Gemisch vorsichtig erwärmt, bis sich der Harnstoff gelöst hat. (Das Reagenzglas nun im Ständer abstellen!) Schon wenn 3 Tropfen konzentrierter Salzsäure hinzugefügt werden, erfolgt eine heftige Reaktion. (Beobachtungsabstand: 2m!)
Wir bekommen Harnstoffharz!