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Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen – Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere

ChemieBiomoleküle und PolymereAlter 17–18

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Ein Kettenmodell eines Polymers: Stellen Sie Kettenlänge, Verzweigung, Vernetzung und die Kräfte zwischen den Ketten ein und erhitzen oder dehnen Sie dann die Probe. Lineare Thermoplaste erweichen, fließen und lassen sich neu formen, Duroplaste mit kovalenter Vernetzung verkohlen stattdessen, und schwach vernetzte Elastomere dehnen sich und federn zurück. Erweichungstemperatur, Dichte, Kristallinität und Zugfestigkeit werden live angezeigt (PE-LD und PE-HD), und die Ansicht Polymere bilden vergleicht Polymerisation und Polykondensation (Polyester, Polyamide, abgespaltenes Wasser) und hydrolysiert Ketten, um zu zeigen, welche Kunststoffe biologisch abbaubar sind.

Lektion: Kunststoffe: Struktur und Eigenschaften, Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, Polymerisation und Polykondensation

Was sie zeigt

Die Eigenschaften eines Kunststoffs hängen davon ab, wie seine langen Ketten zusammengehalten werden. In einem Thermoplast wirken zwischen den Ketten nur zwischenmolekulare Kräfte, daher gleiten die Ketten beim Erhitzen: Er erweicht, fließt und lässt sich neu formen. Stärkere Kräfte, längere Ketten und dichtere Packung erhöhen Erweichungstemperatur und Festigkeit; Verzweigungen wie bei PE-LD (LDPE) senken Dichte und Festigkeit gegenüber linearem PE-HD (HDPE). Wenige kovalente Vernetzungen ergeben ein rückfederndes Elastomer, viele einen starren Duroplast, der verkohlt statt zu schmelzen. Polymerisate entstehen aus Alkenen ohne Nebenprodukt; bei der Polykondensation wird Wasser abgespalten.

So funktioniert es

Wählen Sie unter Erhitzen ein Beispiel wie LDPE oder HDPE oder stellen Sie Kettenlänge, Verzweigungen pro Kette, Vernetzungen pro Kette und Kräfte zwischen Ketten ein, klicken Sie auf Erhitzen ▲ und Abkühlen ▼ und beobachten Sie das Höhendiagramm. Klicken Sie unter Dehnen auf Dehnen und Loslassen und vergleichen Sie die Spannungs-Dehnungs-Kurven. Neue Probe behält die letzte Kurve grau. Wählen Sie unter Polymere bilden ein Polymer, klicken Sie auf Nächstes Monomer anfügen oder Automatisch und dann auf Hydrolysieren.

Einstellbare Parameter

  • Versuch Erhitzen, Dehnen, Polymere bilden
  • Kettenlänge (jede Perle steht für viele Wiederholungseinheiten) 10–60 Perlen
  • Verzweigungen pro Kette 0–10
  • Vernetzungen pro Kette 0–10
  • Kräfte zwischen Ketten Schwach (London-Kräfte), Mittel (Dipol-Dipol-Kräfte), Stark (Wasserstoffbrücken)
  • Polymer (Ansicht Polymere bilden) Poly(ethen) – Polymerisation, PET – Polyester (Polykondensation), Nylon-6,6 – Polyamid (Polykondensation), PLA – biologisch abbaubarer Polyester (Polykondensation)

Fragen zum Erkunden

  1. Warum hat PE-LD eine geringere Dichte und Erweichungstemperatur als PE-HD, obwohl beide aus demselben Monomer entstehen?
  2. Warum verkohlt ein Duroplast beim Erhitzen, statt wie ein Thermoplast zu schmelzen?
  3. Warum können Polykondensate wie PLA biologisch abgebaut werden, während Poly(ethen) in der Umwelt bestehen bleibt?

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