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Transkript Polyaddition (Vertiefungswissen)

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um die Polyaddition (Grundkurs). Der Film gehört zu der Reihe Kunststoffe. Für die Vorkenntnisse solltet ihr bereits Videos über die Kunststoffe gesehen haben. Mein Ziel ist es, euch die Besonderheiten und Bedeutung der Polyaddition an einem wichtigen Beispiel zu erklären.

Der Film ist in sechs Abschnitte unterteilt: 1. Ein Kunststoff mit vielen Gesichtern. 2. Was ist ein Urethan? 3. Polyurethanherstellung. 4. Die Reaktion. 5. Besonderheiten der Polyaddition. 6. Zusammenfassung.

  1. Ein Kunststoff mit vielen Gesichtern Es gibt einen Kunststoff, dessen Vielfalt in der Anwendung schier unerschöpflich ist. Wir treffen ihn in diesem Schaum, in Matratzenkernen und in Dämmschichten. Überall zeigt sich der Kunststoff hier als Schaum. Doch damit nicht genug. Dichtungen, Fußbälle, Kondome, Schläuche und Schwämme werden aus diesem Kunststoff gefertigt. Hier zeigt der Kunststoff Eigenschaften eines Elastomers. Wieder andere Eigenschaften werden ausgenutzt, wenn Damenschuhe, Sportschuhe oder dieses Sofa aus dem Kunststoff gefertigt werden. Bei diesen Beispielen handelt es sich um Thermoplaste. Und schließlich finden wir diesen Kunststoff in Armaturenbrettern, Vergussmassen, in Stadionlaufbahnen, im Montageschaum, in Skiern und sogar in Weinkorken. Hier zeigt sich unser Kunststoff im Antlitz eines Duroplasts. Wer ist dieser Unbekannte, der uns im Antlitz eines Schaums, eines Elastomers, eines Thermoplasts oder eines Duroplasts erscheinen kann? Bei diesem allmächtigen Kunststoff handelt es sich um Polyurethan.

  2. Was ist ein Urethan? Schaut man im Internet bei Urethan nach, dann findet man diese Formel. Doch eigentlich ist das bloß der erste Vertreter der Urethane. Wenn man ein Carbamat, so heißen sie nämlich mit richtigem Namen, darstellen möchte, so muss man schon diese Formel benutzen. In der Chemie der Kunststoffe wird statt Carbamat immer Urethan gesagt. Schauen wir uns die funktionelle Gruppe des Urethans einmal genauer an. Ein Stickstoffatom, ein Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome bilden die Urethangruppe. Einerseits steckt in der Urethangruppe ein Amid. Andererseits können wir aber hier auch einen Ester finden. Ganz formal gesehen ist somit ein Urethan zur einen Hälfte ein Amid. Ein Urethan ist halb Amid. Zur anderen Hälfte aber ein Ester. Somit ist ein Urethan also auch halb Ester.

  3. Polyurethanherstellung Wir haben gelernt, dass aus Vinylchlorid Polyvinylchlorid entsteht. Das geschieht bei der Polymerisation. Vielleicht kann man auch aus einem Urethan ein Polyurethan herstellen. Doch das ist ein Irrtum. Diese Reaktion funktioniert nicht - und das sollten wir uns auf alle Fälle einprägen. Lässt man Soff A, ein Diisocyanat, mit Stoff B, einem Diol, reagieren, so bildet sich der gewünschte Kunststoff. Es entsteht Polyurethan. Dann frisch ans Werk! Man gibt in ein Becherglas den Stoff A und fügt den Stoff B hinzu. A soll in etwa das Anderthalbfache der Menge von B sein, dann stimmt es. Im zweiten Schritt rührt man beide Stoffe entweder mechanisch oder manuell kräftig durch. Man hört mit dem Rühren auf und wartet einige Sekunden - und schon setzt die Reaktion ein. Man sieht das an der Bildung eines Schaumes, der zur Volumenvergrößerung führt. Außerdem kommt es zu einer Erwärmung des Reaktionsgefäßes. Schließlich füllt der Schaum das gesamte Becherglas aus und quillt sogar über den Rand desselben. Bereits nach wenigen Minuten ist die Reaktion beendet. Wir haben Polyurethan hergestellt.

  4. Die Reaktion Ein Beispiel für die Polyurethansynthese ist hier dargestellt. Es reagieren die beiden Komponenten A und B, das Diisocyanat mit dem Diol. Es entsteht das Polyurethan. Das Diisocyanat hat 2 Isocyanatgruppen. Das Diol hat 2 alkoholische Gruppen. Es entsteht das Polyurethan, das diese funktionelle Gruppe besitzt. Im konkreten Fall reagiert Hexamethylen-1,6-diisocyanat mit Butan-1,4-diol.

  5. Besonderheiten der Polyaddition Bei der Polyaddition reagieren zum Beispiel polyfunktionelle Isocyanate mit polyfunktionellen Alkoholen zu entsprechenden Polyurethanen. Man benötigt weder Katalysatoren noch Initiatoren und auch keine Nebenprodukte werden gebildet. Die Massen der Edukte addieren sich einfach zum Reaktionsprodukt. Daher bezeichnet man diese Reaktion auch als Polyaddition. Die Polyaddition ist eine Stufenreaktion wie die Polykondensation. Es handelt sich um keine Kettenreaktion, so wie wir sie bei der Polymerisation kennengelernt haben. Durch Modifizierung der Reaktionsbedingungen kann man unterschiedliche Kettenlängen und einen unterschiedlichen Verzweigungsgrad der Moleküle erzielen.

  6. Zusammenfassung Ein wichtiges Beispiel für eine Polyaddition ist die Reaktion eines Diisocyanats mit einem Diol zu einem Polyurethan. Bei der Polyaddition findet keine Massenänderung statt. Die Ausgangsstoffe bleiben in ihren Massen erhalten. Die Reaktion ist eine Stufenreaktion. Kettenlänge und Vernetzungsgrad können durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Ein Polyurethan kann ein Schaum sein, es kann aber auch Eigenschaften von Elastomeren, von Thermoplasten oder von Duroplasten besitzen. Wir werden tagein, tagaus, im täglichen Leben von Polyurethanen umgeben.

Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute - auf Wiedersehen!

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