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Questions and Answers

Welcher Prozess führt zur Erzeugung von Kunststoffen aus Erdöl?

  • Destillation (correct)
  • Kompression
  • Elektrolyse
  • Molekularsynthese

Was wird bei der Polykondensation von Monomeren abspaltet?

  • Stickstoff
  • Methan
  • Wasser oder Ammoniak (correct)
  • Kohlenstoffdioxid

Was ist die Funktion der Katalysatoren in der Polymerisation?

  • Reduktion des Drucks
  • Erhöhung der Temperatur
  • Aufbrechen von C=C-Doppelbindungen (correct)
  • Stabilisierung der Monomere

Welches Produkt entsteht nicht direkt aus der Destillation von Erdöl?

<p>Plastikmüll (C)</p> Signup and view all the answers

Worin unterscheidet sich die Polyaddition von der Polykondensation?

<p>Bei der Polyaddition werden keine Nebenprodukte gebildet. (D)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Monomere ist weniger stabil?

<p>Ethylen (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptresultat des Crackprozesses des Erdöls?

<p>Erzeugung von Ethylen und Propylen (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher Stoff ist nicht ein Produkt der Polymerisation?

<p>Methan (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt korrekt die Charakteristika von Kunststoffen?

<p>Kunststoffe sind makromolekulare und hochpolymere Verbindungen. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine der Hauptursachen für die wirtschaftliche Bedeutung von Kunststoffen?

<p>Ihre Vielseitigkeit in Anwendungen. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie entstehen Kunststoffe laut der Definition?

<p>Durch chemische Synthese oder Umwandlung von Naturprodukten. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist KEIN Charakteristikum von Kunststoffen?

<p>Anorganische Struktur. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Eigenschaften trifft nicht auf Kunststoffe zu?

<p>Kunststoffe sind immer umweltfreundlich. (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Element ist in der typischen chemischen Struktur von Kunststoffen nicht vorhanden?

<p>Helium. (D)</p> Signup and view all the answers

Was bedeutet es, dass Kunststoffe auch hochpolymer sind?

<p>Sie bestehen aus langen Molekülketten. (B)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Altersung von Kunststoffen?

<p>Die Veränderung der Eigenschaften von Kunststoffen über die Zeit. (C)</p> Signup and view all the answers

Was sind intermolekulare physikalische Bindungskräfte?

<p>Kräfte, die leicht durch Wärme oder Lösungsmittel aufgehoben werden können (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher der folgenden Kunststoffe entsteht durch Polymerisation von Ethylen?

<p>Polyethylen (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Hauptvalenzbindung?

<p>Chemische Bindungskräfte innerhalb eines Moleküls (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine Eigenschaft von Nebenvalenzbindungen?

<p>Sie können leicht durch Wärme oder Lösungsmittel aufgehoben werden (B)</p> Signup and view all the answers

Wie verläuft eine Polymerisation?

<p>Durch gleichartige Monomere, die sich zu einem Polymer verbinden (B)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Beispiele ist kein Produkt der Polymerisation?

<p>Benzol (C)</p> Signup and view all the answers

Was zeichnet Dispersionskräfte aus?

<p>Sie sind physikalische Kräfte, die vor allem in unpolaren Molekülen auftreten (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über chemische Bindungskräfte ist korrekt?

<p>Sie sind sehr stark und stabil (A)</p> Signup and view all the answers

Was sind die Phasen im Prozess der Polymerisation?

<p>Initiation, Propagation, Termination (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Katalysatoren werden industriell seit 1995 verwendet?

<p>Metallocen-Katalysatoren (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Hauptmerkmal von Polyolefinen?

<p>Kettenlänge ist uneinheitlich (D)</p> Signup and view all the answers

Was entsteht bei der Polykondensation?

<p>Ein Polykondensat mit Wasser als Nebenprodukt (A)</p> Signup and view all the answers

Welches Material ist ein Beispiel für ein Produkt der Polykondensation?

<p>Polyamid (PA) (B)</p> Signup and view all the answers

Wie wird der Kettenabbruch in der Polymerisation erreicht?

<p>Durch zwei Starterradikale oder eine wachsende Kette (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft ist bei der Verwendung von Ziegler-Natta-Katalysatoren zu beachten?

<p>Uneinheitliche Aktivität (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptmerkmal von Metallocen-Katalysatoren?

<p>Sie sind teuer, aber hoch aktiv (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptcharakteristik der Polyaddition?

<p>Es handelt sich um Kettenreaktionen unterschiedlicher Monomere. (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher Kunststofftyp wird häufig in Schaumstoffen verwendet?

<p>Polyurethan (PU) (C)</p> Signup and view all the answers

Was beeinflusst die Glasübergangstemperatur Tg eines Kunststoffs?

<p>Die Größe der Seitengruppen spielt eine entscheidende Rolle. (D)</p> Signup and view all the answers

Was bezeichnet man als 'Konstitution' im Kontext von Kunststoffen?

<p>Die chemischen Bausteine der Makromoleküle. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über PE (Polyethylen) und PP (Polypropylen) ist korrekt?

<p>Beide sind zäh und flexibel bei Raumtemperatur. (A)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit den amorphen Bereichen eines Kunstoffs, wenn die Temperatur über Tg steigt?

<p>Die Bereiche erweichen. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie unterscheiden sich die Makromoleküle in ihren Eigenschaften?

<p>Durch unterschiedliche chemische Bausteine und Seitengruppen. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Kunststoffe haben eine reine Kohlenstoffkette und hauptsächlich Wasserstoffatome als Bindungspartner?

<p>Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyoxymethylen (B)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Kunststofftechnik

Die Wissenschaft und Technologie zur Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen.

Von Erdöl zu Kunststoff

Der Prozess der Umwandlung von Erdöl in Kunststoffmaterialien durch Destillation und Cracken.

Polymere

Große Moleküle, die aus vielen kleinen Einheiten (Monomeren) bestehen.

Polymerisation

Prozess, bei dem Monomere zu Polymeren verbunden werden, meist ohne Nebenprodukte.

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Polykondensation

Reaktion von zwei Monomeren unter Abspaltung einfacher Nebenprodukte wie Wasser.

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Polyaddition

Reaktion von zwei Monomeren ohne die Bildung von Nebenprodukten.

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Monomere

Die kleinsten Bausteine, aus denen Polymere bestehen.

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Kohlenstoff

Ein chemisches Element und Grundbaustein, der in allen organischen Verbindungen vorkommt.

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Kunststoffe

Makromolekulare Verbindungen, synthetisch oder umgewandelt.

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Charakteristika von Kunststoffen

Vier ausschließliche Merkmale: Makromolekular, Hochpolymer, Synthetisch, Organisch.

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Makromolekular

Verbindungen aus großen Molekülen, z.B. Kunststoffe, Öl, Holz.

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Hochpolymer

Verbindungen mit einer hohen Anzahl an Wiederholungseinheiten.

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Synthetisch

Kunststoffe, die künstlich im Labor hergestellt werden.

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Organisch

Kunststoffe bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff.

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Recycling von Kunststoffen

Wiederverwendung und -verarbeitung von Kunststoffen zur Ökologie.

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Alterung von Kunststoffen

Veränderungen in den Eigenschaften von Kunststoffen durch Zeit und Umwelt.

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Chemische Bindungskräfte

Starke innermolekulare Kräfte zwischen Atomen.

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Physikalische Bindungskräfte

Schwache intermolekulare Kräfte wie Dispersionskräfte.

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Ethylen

Ein häufiges Monomer in der Polymerisation.

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Polyethylen

Ein Polymer, das aus Ethylen durch Polymerisation entsteht.

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Dispersionskräfte

Schwache physikalische Bindungskräfte zwischen Molekülen.

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Wasserstoffbrückenbindungen

Spezielle starke intermolekulare Kräfte zwischen Wassermolekülen.

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Makromoleküle

Große Moleküle, entstehen durch Verknüpfung von Monomeren.

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Glasübergangstemperatur (Tg)

Temperatur, bei der Kunststoff von zäh zu spröde wird.

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Eigenschaften von Kunststoffen

Die Eigenschaften hängen von der Kettenkonfiguration und Seitengruppen ab.

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Kettenkonfiguration

Anordnung und chemische Struktur der Ketten in Makromolekülen.

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Konstitution

Die chemischen Bausteine, aus denen ein Makromolekül besteht.

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Amorphe Bereiche

Unordentliche Bereiche innerhalb von Kunststoffen, die bei Tg erweichen.

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Seitengruppen

Zusätze an der Hauptkette, die die Eigenschaften des Polymers beeinflussen.

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Initiation

Erster Schritt der Polymerisation, ausgelöst durch ein Starterradikal.

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Propagation

Prozess des Kettenwachstums bei der Polymerisation, in dem Monomere zu einem Polymer hinzugefügt werden.

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Termination

Letzter Schritt der Polymerisation, der die Kettenreaktion stoppt.

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Ziegler-Natta-Katalysatoren

Katalysatoren, die seit 1955 in der Industrie für die Polymerisation verwendet werden.

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Metallocen-Katalysatoren

Moderne Katalysatoren verwendet seit 1995, bieten gleichmäßige Aktivität und definierte Polymere.

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Polyolefine

Polymere wie PE und PP, die strukturell variabel sind und in der Herstellung variieren.

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Starterradikal

Ein Molekül, das die Polymerisationsreaktion initiiert, indem es Radikale erzeugt.

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Study Notes

Vorlesung Werkstofftechnik 1

  • Die Vorlesung wurde von Dr.-Ing. Lutwin Spix gehalten.
  • Die Folien sind eine Zusammenfassung und ersetzen nicht den Besuch der Vorlesung/Übungen.
  • Die Struktur und der Inhalt der Vorlesung wurden von Herrn Prof. Dr. Barth erarbeitet.
  • Die Folien dürfen nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL verwendet werden.
  • Die Folien wurden im September 2024 erstellt.
  • Literaturhinweise: Bonten, C.: Kunststofftechnik; Hanser Verlag. Domininghaus, H.; Kunststoffe - Eigenschaften und Anwendungen, Springer Verlag.

Inhaltsverzeichnis

  • Einführung Werkstofftechnik
  • Historie von Werkstoffen und Kunststoffen
  • Wirtschaftliche Bedeutung
  • Wichtigste Werkstoffeigenschaften
  • Kunststoffe im Vergleich
  • Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge, Vernetzungsarten)
  • Zeitabhängiges Werkstoffverhalten
  • Temperaturabhängiges Werkstoffverhalten
  • Elektrische und optische Eigenschaften
  • Kunststoffe in der Schmelze
  • Alterung von Kunststoffen
  • Recycling und Ökologie von Kunststoffen

Was sind Kunststoffe?

  • Kunststoffe sind makromolekulare Verbindungen, die synthetisch oder durch Umwandlung von Naturprodukten entstehen.
  • Vier Charakteristika von Kunststoffen (ausschließend):
    • makromolekular (z.B. Kunststoff, Öl, Holz, menschliches DNA)
    • hochpolymer (z.B. Kunststoff, Öl, Holz)
    • synthetisch (z.B. Kunststoff, Öl)
    • organisch (z.B. Kunststoff, Öl; besteht meistens aus C, H, O, N)

Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge...) Vom Erdöl zum Kunststoff

  • Erdöl wird destilliert in Naphtha, Diesel- und Heizöle, Benzine und sonstige Produkte.
  • Naphtha wird gecrackt zu Ethylen, Propylen, Buten und andere Produkte.
  • Diese werden zu Kunststoffen durch Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition.
  • Kunststoffe können aus Erdöl gewonnen werden.
  • Die verschiedenen Produkte welche aus Erdöl hergestellt werden, wie z.B. Kraftstoffe, Chemierohstoffe, Kunststoffgranulate, und andere Produkte.

Herstellung von Makromolekülen

  • Polymerisation (im engeren Sinne): Ankoppeln nach Aufbrechen von C=C-Doppelbindungen ohne Abspaltung von Nebenprodukten
  • Polykondensation: Reaktion von 2 Monomeren unter Abspaltung einfacher Nebenprodukte (z.B. H₂O oder NH₃)
  • Polyaddition: Reaktion von 2 Monomeren ohne Bildung von Nebenprodukten

Monomere: Aufbau der Kunststoffe

  • Kohlenstoff hat 4 freie Elektronen zur Bindung
  • Beispiele für Monomere: Kohlenstoff, Methan, Ethan, Ethylen

Chemische und physikalische Bindungskräfte

  • Innermolekulare chemische Bindungskräfte: Hauptvalenzbindungen
  • Intermolekulare physikalische Bindungskräfte: Nebenvalenzbindungen (Dispersionskräfte, Dipolkräfte, Wasserstoffbrückenbindungen)
  • Chemische Bindungskräfte sind stark, physikalische lassen sich durch Wärme oder Lösungsmittel aufheben.

Polymerisation

  • Kettenreaktion gleichartiger Monomere zu einem Polymer ohne Abspaltung von Reaktionsprodukten
  • Beispiel: Polyethylen-Makromolekül aus Ethylen

Polymerisation I

  • Vor Ziegler-Natta-Katalysatoren: Reaktion durch hohen Druck und hohe Temperatur
  • Ziegler-Natta-Katalysatoren: Industriell seit 1955, uneinheitliche Aktivität, preiswert (z.B. Triethylaluminium + Titantetrachlorid)
  • Polyolefine (z.B. PE, PP): Räumliche Struktur nicht einstellbar, Kettenlänge uneinheitlich

Polymerisation II

  • Metallocen-Katalysatoren: Industriell seit 1995, hohe Aktivität, teuer (z.B. Diphenylmethylencyclo-pentadienylidenyl)
  • Polyolefine (z.B. PE, PP): Räumliche Struktur definiert, Kettenlänge gut einstellbar.

Polykondensation

  • Kettenreaktion unterschiedlicher Monomere zu einem Polymer (Polykondensat)
  • Abspaltung von Reaktionsprodukten (Wasser, Alkohol, Säuren)
  • Beispiele: PA, PC, PET

Polyaddition

  • Kettenreaktion unterschiedlicher Monomere zu einem Polymer ohne Abspaltung von Reaktionsprodukten
  • Beispiele: Polyurethan, EP, POM

Makromoleküle

  • Die Einzelkette unterscheidet sich durch chemischen Aufbau der Kette (Kettenkonfiguration), räumlich geometrischen Aufbau der Kette, die chemischen Bausteine werden als Konstitution bezeichnet.

Eigenschaften und Grundbausteine

  • Glasübergangstemperatur (Tg): Temperatur unterhalb derer ein zäher Kunststoff glasartig spröde wird.
  • Die Glasübergangstemperatur ist entscheidend bei der Werkstoffauswahl.
  • Werkstoffkennwerte unterscheiden sich ober- bzw. unterhalb von Tg.

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