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Polyethylen

Makromoleküle
Kunststoffe / Einige wichtige Kunststoffe
 PE-HD Recyling-Code                  

 

Polyethylen (PE) wurde bereits 1893 von Hans von Pechmann entdeckt, es ist einer der gebräuchlichsten thermoplastischen Kunststoffe überhaupt, jährlich werden etwa 80.000.000t davon produziert – mehr als von jedem anderen. Es wird hauptsächlich für Verpackungen genutzt, als Plastiktüte, Folie, für Flaschen (nicht mit dem Polyester PET verwechseln!) usw. Der prinzipielle Aufbau ist

Grundstruktureinheit von PE

Grundstruktureinheit von PE, an den Enden stehen jeweils Wasserstoffatome, ein Polyethylen – Molekül ist also im Prinzip nur ein sehr langes Alkan!

Je nach Größe von n und abhängig vom Herstellungsprozess besitzen die Produkte aber sehr unterschiedliche Eigenschaften. Diese beginnen bei einer wachsartigen Konsistenz bei n < 100 (Kerzenparaffin ist chemisch gesehen ein PE mit ca. 12 < n < 32!) und enden bei n ~ 1.000.000 beim PE-UHMW, das z.B. für Bergsteigerseile und Schusssichere Westen verwendet wird. Natürlich haben nicht alle Makromoleküle in einer Kunststoffprobe immer eine identische Kettenlänge, n gibt mehr einen statistischen Mittelwert an!

Man unterscheidet:

 

  • PE-HD (HDPE, „high density“): schwach verzweigt, daher hohe Dichte von $0,94 \frac{g}{cm^3}$ bis $0,97\frac{g}{cm^3}$
  • PE-LD (LDPE, „low density“): stark verzweigt, daher geringe Dichte zwischen $0,915 \frac{g}{cm^3}$ und $0,935 \frac{g}{cm^3}$
  • PE-LLD (LLDPE, „linear low density“): lineares Polyethylen niederer Dichte.
  • PE-HMW („high molecular weight“): hochmolekulares Polyethylen. Die Polymerketten sind länger als bei PE-HD, PE-LD oder PE-LLD: 35.000 < n < 70.000, mittlere Molmasse bei $500–1000 \frac{\mathbf{k}g}{mol}$
  • PE-UHMW(„ultra high molecular weight“): ultrahochmolekulares Polyethylen, n ~ 1.000.000, mittlere Molmasse bis zu $6000 \frac{\mathbf{k}g}{mol}$, Dichte $0,93–0,94 \frac{g}{cm^3}$

Die mechanischen Eigenschaften variieren also sehr stark, chemisch ist aber allen eine hohe Beständigkeit gemein, sie werden weder von starken Säuren oder Basen angegriffen, noch von leichteren Oxidations- und Reduktionsmitteln oder gebräuchlichen Lösungsmitteln.

Herstellung:

Da Ethen (Ethylen) ein eher stabiles Molekül ist benötigt seine Polymerisation einen Katalysator, sonst kann sie nur radikalisch unter hohen Drücken (Le Chatelier!) ablaufen, ist in beiden Fällen aber eine stark exotherme Reaktion. Als katalytisches Verfahren hat sich die koordinative Polymerisation mit  Ziegler – Natta – Katalysatoren durchgesetzt. Dabei handelt es sich um sehr komplexe Aluminium – Titan – organische Verbindungen bzw. zunächst eine Aluminium- und eine Titanverbindung, die zusammengegeben werden

Zwei typische Ziegler – Natta –Katalysatoren, bzw. Systeme man benötigt immer eine Al- und eine Ti-Komponente

Zwei typische Ziegler – Natta –Katalysatoren, bzw. Systeme man benötigt immer eine Al- und eine Ti-Komponente

 

wodurch sich der eigentliche Katalysator bildet

 

Der Ziegler Natta – Katalysator entsteht

Der Ziegler Natta – Katalysator entsteht

An die freie Bindungsstelle des Titans kann sich nun ein Monomer anlagern

Ein Ethylen – Molekül lagert sich an die freie Bindungsstelle des Titans an

Ein Ethylen – Molekül lagert sich an die freie Bindungsstelle des Titans an

Das bereits gebundene Monomer, schiebt sich nun zwischen das Titanatom und das Kohlenstoffatom, das ebenfalls an das Titanatom gebunden ist und von der Aluminiumverbindung stammte. Im Komplex gibt es jetzt wieder eine freie Bindungsstelle, an die sich ein weiteres Monomer anlagern kann, das sich ebenfalls zwischen die wachsende Molekülkette und das Titanatom schiebt usw.

Die Kette wächst durch sich ständig wiederholende Einschubreaktionen

Die Kette wächst durch sich ständig wiederholende Einschubreaktionen

Man nennt diese Form von Kettenwachstum Einschiebungsreaktion oder Insertionspolymerisation.

Innenseite einer Dyneema Schutzweste

Innenseite einer kugelsicheren Weste aus Dyneema® (PE-UHMW, im Verhältnis zum Gewicht 15x zäher als Stahl)

 

 

 

Lückentext
Bitte die Lücken im Text sinnvoll ausfüllen.
Man nennt die  durch den Ziegler – Natta – Katalysator bewirkte Form von Kettenwachstum oder  .
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Vorstellung des Online-Kurses Organische ChemieOrganische Chemie
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Organische Chemie

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Grundlagen der Kohlenstoffchemie
    • Einleitung zu Grundlagen der Kohlenstoffchemie
    • Orbitalmodell
    • Überblick und Formen der Orbitale
    • Grundregeln der Orbitaltheorie
    • Verteilung der Elektronen auf die Atome im Grundzustand
    • Hybridisierung
    • Hybridorbitale
    • Übersicht über die Bindungstypen
  • Nomenklatur nach IUPAC
    • Einleitung zu Nomenklatur nach IUPAC
  • Labormethoden
    • Einleitung zu Labormethoden
    • Vorbeugendes Gefahrstoffrecht
  • Organische Verbindungen - Typen, Eigenschaften und Reaktionen
    • Einleitung zu Organische Verbindungen - Typen, Eigenschaften und Reaktionen
    • Alkane
    • Typen von Kohlenstoffatomen
    • Wichtige Reaktionstypen der Alkane: radikalische Substitution
    • Cycloalkane
    • Alkene
    • Sonderfall Doppelbindung
    • Isomerisierung zu Cycloalkanen
    • Typische Reaktionen: Elektrophile Addition
    • Halogenalkane
    • Eliminierungsreaktion E
    • Polyene
    • Alkine
    • Alkohole
      • Einleitung zu Alkohole
      • Mehrwertige Alkohole
      • Eigenschaften der Alkanole
      • Kohlenstoff-Partner-Konstellationen
      • Bildung von Alkanolen durch eine nucleophile Substitution
      • Oxidationszahlen
      • Partielle Oxidation von Alkoholen
      • Andere typische Reaktionen der Alkohole:SN1&SN2
    • Ether
      • Einleitung zu Ether
      • Synthese von Ethern
    • Carbonylverbindungen: Aldehyde und Ketone
      • Einleitung zu Carbonylverbindungen: Aldehyde und Ketone
      • Aldehyde
        • Einleitung zu Aldehyde
        • Nachweisreaktion der Aldehyde
        • Wichtige Aldehyde
      • Ketone
      • Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
        • Einleitung zu Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
        • Keto-Enol-Tautomerie
        • Hydratisierung
        • Halbacetalbildung
        • Acetalbildung
        • Aldolbildung
    • Carbonsäuren
      • Einleitung zu Carbonsäuren
      • Monoalkansäuren
      • Mehrwertige Carbonsäuren
      • Carbonsäurederivate
        • Einleitung zu Carbonsäurederivate
        • Hydroxycarbonsäuren
        • Aminosäuren
        • Halogenalkansäuren
    • Ester: Bildung und Spaltung
      • Einleitung zu Ester: Bildung und Spaltung
      • Verseifung
  • Aromaten – Aromatische Kohlenwasserstoffe
    • Einleitung zu Aromaten – Aromatische Kohlenwasserstoffe
    • Das aromatische System
    • Benzol: Eigenschaften und aromatische Struktur
      • Einleitung zu Benzol: Eigenschaften und aromatische Struktur
      • Derivate des Benzols
    • Mesomerie = mesomere Grenzstrukturen
    • Typische aromatische Reaktionen
      • Einleitung zu Typische aromatische Reaktionen
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  • Reaktionstypen in der organischen Chemie
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        • Strukturebenen der Proteinfaltung
    • Nukleinsäuren
      • Einleitung zu Nukleinsäuren
      • Nukleinsäuren: DNA
      • Nukleinsäuren: RNA
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    Ein Kursnutzer am 07.03.2015:
    "sehr gute Erklärung"

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