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Polymere

Übersichtsseite mit einer empfohlenen Reihenfolge der Lerneinheiten des Themengebietes "Polymere" für das Studium der Makromolekularen Chemie.

Polyethylen Level 230 min.

Die verschiedenen Kunststoffe aus Ethen gehören zu den am meisten produzierten Kunststoffen überhaupt. Die Lerneinheit definiert die verschiedenen Polyethylentypen, erklärt ihre Eigenschaften und ihre Verwendung.

Herstellung von Polyethylen Level 240 min.

Je nach Polyethylentyp unterscheiden sich die eingesetzten Verfahren sehr stark voneinander. Damit ist die Polymerisation von Ethen ein Paradebeispiel wie durch Polymerisationsart und -verfahren ein Produkt beeinflusst werden kann. In der Lerneinheit werden die einzelnen Verfahren vorgestellt und kurz erläutert. Außerdem wird noch ein Überblick über die verschiedenen Verarbeitungsmöglichkeiten von PE gegeben.

Polypropylen Level 230 min.

Polypropylen (PP) ist der jüngste Massenkunststoff, der in nur wenigen Jahren eine unvergleichlich produktive Entwicklung erlebt und ein sehr breites Anwendungsgebiet gefunden hat. Die Lerneinheit beschreibt neben der Struktur von PP die Eigenschaften, Verwendung und technische Herstellung.

Kautschuk Level 240 min.

Nach DIN 53 501 bezeichnet man unvernetzte, aber vernetzbare Polymere mit gummielastischen Eigenschaften bei Raumtemperatur als Kautschuke. Die Lerneinheit gibt einen Überblick über die historische Entwicklung und stellt die einzelnen Kautschukarten kurz vor.

Polyolefinkautschuke Level 220 min.

In dieser Lerneinheit werden die Darstellung, die Anwendungen und die technischen Daten von Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk und Butylkautschuk vorgestellt.

Polydiene Level 230 min.

Die Eigenschaften, technischen Daten und Anwendungsgebiete von Styrol-Butadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Siliconkautschuk und Polybutadien werden dargestellt. Der Einfluss der Isomerie und der Taktizität von Poly(butadien) auf die Polymereigenschaften wird beschrieben. Der Zusammenhang zwischen Katalysatortyp, Makrostruktur und Verarbeitbarkeit wird an Polybutadien erklärt.

Polyacetylen - ein Beispiel für leitfähige Polymere Level 240 min.

Am Beispiel Polyacetylen wird das Prinzip der leitfähigen Polymere erklärt. Für ihre Arbeiten zu diesem Thema erhielten Shirakawa, MacDiarmid und Heeger 2000 den Chemie-Nobelpreis. Da Polyacetylen an Luft nicht sehr stabil ist, wurde nach anderen leitfähigen Polymeren mit besseren Eigenschaften gesucht. Einige davon werden vorgestellt.

Polyvinylchlorid (PVC) Level 240 min.

Polyvinylchlorid (PVC) ist neben Polyethylen einer der meistproduzierten Kunststoffe, der je nach Herstellungsverfahren und Zusätzen in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden kann. PVC ist aber auch der umstrittenste aller Kunststoffe. Die Lerneinheit beschreibt die Herstellung, die Verwendung, die Eigenschaften und die Umweltproblematik von PVC. Anhand von PVC werden zudem die Unterschiede der Emulsions-, Suspensions- und Massepolymerisation erläutert.

Polyvinylether (PVE) Level 215 min.

Die Lerneinheit beschreibt die Eigenschaften, die Verwendung und die Darstellung (Mechanismus) von Polyvinylethern (PVE).

Polyvinylacetat (PVAc) Level 220 min.

In dieser Lerneinheit werden die Herstellung, die Eigenschaften und die Verwendung von Polyvinylacetat beschrieben.

Polystyrol-Sorten Level 330 min.

Die wichtigsten Polystyrol-Sorten werden vorgestellt. Insbesondere bei den Copolymeren wird auf deren Aufbau, Herstellung und einige wesentliche Eigenschaften eingegangen.

Acrylpolymere Level 15 min.

Die verschiedenen Polymere aus Acrylverbindungen werden kurz vorgestellt.

Polyacrylsäure Level 240 min.

Struktur und Eigenschaften von Polyacrylsäure werden vorgestellt. Besonderes Augenmerk wird auf die Superabsorber-Eigenschaft gelegt. Sie bewirkt, dass sich das Polymer mit großen Wassermengen voll saugen kann. Dies ermöglicht u.a. den Einsatz in Babywindeln. Verschiedene Möglichkeiten der technischen Synthese von Polyacrylsäure werden vorgestellt.

Polymethylmethacrylat PMMA Level 240 min.

Struktur, Eigenschaften und Verwendung von Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas) werden in dieser Lerneinheit dargestellt. Die Varianten der technischen Herstellung von PMMA sind vielfältig: Sowohl Substanzpolymerisation (für Platten und Rohre) als auch Perlpolymerisation (für Granulat) und Emulsionspolymerisation (für Dispersionen) oder Lösungspolymerisation sind wichtige Produktionsverfahren.

Polyacrylate Level 240 min.

Struktur, Eigenschaften, Herstellung und Anwendungen der Polyacrylate werden beschrieben. Da sie hauptsächlich als Lacke und Klebstoffe eingesetzt werden, wird kurz auf die erforderlichen Eigenschaften dieser Werkstoffe eingegangen.

Polyacrylamid Level 240 min.

Struktur, Eigenschaften, Synthese und Verwendung von Polyacrylamid werden dargestellt. Besonderes Augenmerk wird auf die hohe Viskosität wässriger Lösungen von Polyacrylamid gelegt. Als Anwendungsbeispiel wird der Einsatz in der Erdölförderung ausführlicher beschrieben.

Polyacrylnitril Level 220 min.

Polyacrylnitril wird durch Fällungs- oder Lösungspolymerisation synthetisiert und hauptsächlich durch Verspinnen zu Fasern verarbeitet. Einige Einsatzgebiete für Polyacrylnitril-Fasern werden aufgezählt. Als Beispiel wird die Gewinnung von Kohlenstoff-Fasern aus Polyacrylnitril-Gewebe beschrieben.

Polyoxymethylen Level 230 min.

Die Lerneinheit beschreibt die beiden Herstellungsverfahren und die Eigenschaften von Polyoxymethylen (POM).

Epoxidharze Level 220 min.

Beim Begriff "Epoxidharze" muss unterschieden werden zwischen den Epoxidharz-Oligomeren und den Vernetzungsprodukten aus diesen Vorläufermolekülen. Beide werden als Epoxidharze bezeichnet. Die Oligomere werden meist aus Bisphenol A und Epichlorhydrin synthetisiert, die Vernetzung erfolgt durch Kalt- oder Warmhärtung mit Hilfe von Aminen oder Säureanhydriden. Da Epoxidharze auf vielen Materialien gut haften, sind sie als Klebstoffe, Beschichtungen, Lacke und Gießharze geeignet. Auch als Formmassen werden sie eingesetzt.

Phenoplaste Level 240 min.

Der Begriff Phenoplaste oder Phenolharze wird sowohl auf die oligomeren Präpolymere aus Phenol und Formaldehyd als auch auf deren duroplastische Vernetzungsprodukte angewandt, die zu den ältesten vollsynthetischen Kunststoffen zählen. Durch das Verhältnis von Phenol zu Aldehyd und die Art der Katalyse erhält man zwei deutlich verschiedene Präpolymertypen, die Novolake und die Resole. Bei der Aushärtung durchlaufen beide Varianten die Stufe der Resitole bis hin zu den festen, unlöslichen und nicht mehr verformbaren Resiten. Es werden Eigenschaften und Anwendungsgebiete der Phenoplaste vorgestellt.

Polyester Level 220 min.

Die Bildungsreaktion von Polyestern wird beschrieben. Dabei werden verschiedene technische Synthesemöglichkeiten vorgestellt. Das vielfältige Eigenschafts- und Anwendungsspektrum wird illustriert.

Polyethylenterephthalat Level 220 min.

Polyethylenterephthalat ist der bedeutendste Vertreter der Polyester. Seine Struktur und Synthese werden vorgestellt. Anwendungsbeispiele sind die Polyesterfasern in Textilien und Formkörper wie die zunehmend beliebten leichten Flaschen für Softdrinks und Mineralwasser.

Polyesterharze Level 240 min.

Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Alkydharzen (Fettsäure-haltigen Polyesterharzen), gesättigten und ungesättigten Polyesterharzen werden vorgestellt. Ausgangsprodukte und technische Synthese dieser Materialien werden gezeigt. Die wichtigste Anwendung liegt auf dem Lacksektor, ungesättigte Polyesterharze werden auch als Formmassen eingesetzt.

Polycarbonat Level 220 min.

Polycarbonate sind Ester der Kohlensäure mit aliphatischen oder aromatischen Diolen. Die Struktur und verschiedene Möglichkeiten der technischen Synthese werden vorgestellt. Neben der bedeutendsten Anwendung als Compact Discs werden noch andere Beipiele aufgezählt.

Polyamide Level 240 min.

Je nach Ausgangsmaterial werden zwei verschiedene Typen von Polyamiden gebildet: Der so genannte "Perlontyp" entsteht aus Aminocarbonsäuren, der "Nylontyp" aus Dicarbonsäuren und Diaminen. Der Reaktionsmechanismus der Amidbildung wird gezeigt und die relativ komplexe Nomenklatur der Polyamide erklärt. Aufgrund der hohen Polarität der Amidfunktion neigen Polyamide zur Ausbildung von Wasserstoff-Brücken. Dies führt zu einer relativ festen Struktur, die die Ausbildung größerer kristalliner Bereiche begünstigt. Diese Kristallinität begründet die Neigung der Polyamide zur Faserbildung, Polyamide sind aber auch als thermoplastische Werkstoffe von großer Bedeutung.

Polyamidfasern Level 230 min.

Hier werden die bekanntesten aliphatischen Polyamidfasern Nylon und Perlon vorgestellt. Zusätzlich werden die Eigenschaften aromatischer Polyamidfasern anhand von Kevlar erläutert.

Polyurethane I - Grundlagen Level 230 min.

In dieser Lerneinheit wird die Urethaneinheit vorgestellt sowie die Bildungsreaktion der Polyurethane. Die Besonderheit dieser Verbindungen ist, dass eine breite Palette von Ausgangsmaterialien eingesetzt wird. So ergeben z.B. verschiedene Isocyanatkomponenten und Polyol-Präpolymere Produkte unterschiedlicher Eigenschaften. Besonders wird auf die Funktionsweise des Katalysators Diazobicyclooctan eingegangen.

Polyurethane II - Schäume Level 230 min.

Das Prinzip der Bildung von Polyurethanschäumen ist für die verschiedenen Schaumarten Hart-, Weich- und Integralschaum sehr ähnlich. Anlagen zur Produktion von Weich- und Hartschaum werden skizziert.

Polyurethane III - Verschiedene Formen Level 230 min.

Verschiedene Formen von Polyurethan-Werkstoffen (außer Schaumstoffen) und ihre Anwendungen werden beschrieben: Elastomerfasern, Kautschuke, Lacke, Gießharze und Beschichtungen.

Aminoplaste Level 230 min.

Die Eigenschaften der Aminoplaste ähneln denen der Phenoplaste. Auch sie werden zunächst als oligomere Präpolymere synthetisiert, die für die endgültige Verwendung vernetzt werden. Grundstoffe sind Carbonyl- und Amino-Verbindungen, am bedeutendsten sind Formaldehyd als Carbonyl-Komponente und Harnstoff bzw. Melamin als Amino-Komponente. Die technische Synthese und Anwendungsgebiete werden beschrieben.

Silicone Level 240 min.

Silicone nehmen eine Zwischenstellung zwischen anorganischen und organischen Materialien ein. Aufbau, Eigenschaften und Anwendungsgebiete werden vorgestellt.

Polymeranaloge Reaktionen Level 245 min.

Polymeranaloge Reaktionen sind Reaktionen an Makromolekülen, bei denen die chemische Zusammensetzung und damit die Eigenschaften eines Polymers unter Erhalt des Polymerisationsgrades verändert werden. Die polymeranalogen Reaktionen werden am Beispiel des Polyvinylalkohols, der Modifizierung von Cellulose sowie der Peptidsynthese nach Merrifield näher erläutert. Besonders wird dabei auf Reaktionsverzögerung, -beschleunigung und Cyclisierungsreaktionen eingegangen.

Recycling von Polymeren Level 230 min.

In dieser Lerneinheit wird der Begriff Recycling definiert und die verschiedenen Verfahren beschrieben, die für das Recyclen von Kunststoffen zur Anwendung kommen.

Biologisch abbaubare Polymere Level 240 min.

Diese Lerneinheit stellt die wichtigsten biologisch abbaubaren Polymere mit ihren Eigenschaften und ihrer Herstellung vor.

Polymere NanoverbundstoffeLevel 130 min.

Die Lerneinheit gibt einen Einblick in die physikalisch-chemischen Eigenschaften von polymeren Nanoverbundstoffen, die mindestens aus einem Kunststoff und sehr kleinen Füllstoffen bestehen. Herstellungsmethoden, Wechselwirkungen der Komponenten, Strukturen und anwendungs-relevante Eigenschaften werden beschrieben.

Polymere – Lerneinheiten für den gymnasialen Unterricht

Kunststoffe im AlltagLevel 115 min.

In dieser Lerneinheit lernen Sie, dass viele Alltagsgegenstände aus Kunststoff hergestellt sind, und lernen die wirtschaftliche Bedeutung der Kunststoffe kennen. Die Chancen und Probleme des Einsatzes von Kunststoffen werden kurz vorgestellt.

Aufbau von KunststoffenLevel 190 min.

In dieser Lerneinheit lernen Sie, was man unter Kunststoffen versteht, wie diese prinzipiell chemisch aufgebaut sind und wie man Kunststoffe benennt. Im Weiteren wird darauf eingegangen, was Kunststoffe von natürlichen Polymeren unterscheidet.

Eigenschaften der KunststoffeLevel 290 min.

Die Festigkeit und das Verhalten beim Erwärmen sind wichtige Eigenschaften von Kunststoffen. Diese Eigenschaften dienen dazu, Kunststoffe in drei Gruppen, die Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, einzuteilen. Die Thermoplaste bilden dabei die mengenmäßig größte Gruppe. Es werden andere wichtige Eigenschaften wie die Dichte und das Brandverhalten vorgestellt. Zudem wird erläutert, wie die innere Struktur der Kunststoffe deren Eigenschaften bestimmt.

PolymerisationLevel 190 min.

Die Herstellung von Kunststoffen erfolgt immer durch Verknüpfung vieler kleiner Moleküle (Monomere) zu ketten- oder netzförmigen Riesenmolekülen (Polymeren). Strukturelle Voraussetzung für die Polymerisation sind Doppelbindungen im Monomer. Der Reaktionsablauf einer Polymerisation wird anhand der Herstellung von Polystyrol erläutert.

Tutorial

Acrylpolymere

Verschiedene Polymere werden vorgestellt, die aus Monomeren gebildet werden, die eine Acryleinheit enthalten.