Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Alltags-Kunststoffe - Kohlenstoff-Ketten in viele Variationen

Nachdem auf der vorherigen Seiet vor allem mit den Prinzipien der Kunststoffchemie beschäftigt haben, soll es nun um konkrete Typen an Kunststoffen gehen mit verschiedenen Monomeren und Polymeren. Dabei werden wir dann die Theorie nutzen, um die Eigenschaften der Stoffe erklären zu können bzw. selber bestimmen können.

Polyethylen

Das Polyethylen (kurz PE) ist zwar nicht das erste Polymer, dass hergestellt wurde, aber es ist das Einfachste. Der Name Polyethylen ergibt sich aus dem Ausgangsstoff, dem Monomer, hier also das Ethylen = Ethen. Es ist deshalb das einfachste, da an der grundlegenden Struktur, die für eine Polymerisationsreaktion notwendig ist, also der Doppelbindung, keine weitere Kette oder Gruppe hängt.

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Geschichtliche Entwicklung

Diazomethan

Zum ersten Mal wurde 1898 von dem deutschen Chemiker Hans von Pechmann zufällig hergestellt, als er mit Diazomethan experimentierte. Man erhielt eine weiße, wachsartige Substanz. Die Entstehung lässt sich recht leicht erklären, denn wenn vom instabilen Diazomethan ein Stickstoff-Molekül abgespalten wird, werden CH₂-Gruppen frei, die sich zu einer langen Kette zusammensetzen können. Da Diazomethan sehr instabil ist, deswegen nicht in größeren Mengen gelagert werden kann und nebenbei auch giftig ist, ist die Herstellungsweise wenig erfolgreich gewesen.

Die erste industrielle Polyethylen-Synthese wurde (wieder durch Zufall) 1933 in England von Chemikern entdeckt, die für die ICI (Imperial Chemical Industries) arbeiteten. Bei extrem hohen Drücken (ca. 1400 bar) erzeugten sie aus einem Gemisch aus Ethylen und Benzaldehyd ein weißes, wachsartiges Material. Das Benzaldehyd ist für die Reaktion nicht wirklich von Bedeutung und tatsächlich funktionierte die Methode nur wegen kleinen Mengen an Sauerstoff, die ins Reaktionsgefäß gelangt waren. Zwei Jahre später konnte dann aber wieder ein Chemiker von ICI eine tatsächlich funktionierende und nachvollziehbare Hochdrucksynthese für Polyethylen vorstellen. Sie war die Grundlage für die industrielle Produktion am 1939.

Ein weiterer Meilenstein in der industriellen Herstellung von Polyethylen war die Entwicklung von Katalysatoren, die die Polymerisation bei milden Temperaturen und Drücken ermöglichen. Immer noch verwendet wird der 1953 nach seinen Entdeckern (Karl Ziegler und Giulio Natta) benannte Ziegler-Natta-Katalysator, der Titanhalogeniden und aluminiumorganischen Verbindungen enthält.

Polystyrol (PS)

, besser bekannt in geschäumtem Zustand als Styropor® (Handelsname der BASF) == Polytetrafluorethylen (PTFE) ==, Handelsname ist Teflon® (E. l. Du Pont de Nemours and Company) oder Tefal® == Polymethylmethacrylat (PMMA) ==, unter dem Handelsnamen Plexiglas® (Evonik Industries AG)

Polyacrylnitril (PAN)

, als Copolymer mit Polymethylmethacrylat zur Herstellung von Textilfasern